Inspiriert von Fledermäusen wurde eine neue Scantechnologie entwickelt, die erkennen kann, ob unterirdische Rohre undicht sind!

Ingenieure haben eine neue, von der Natur inspirierte Scantechnologie entwickelt, mit der korrodiertes Metall in Öl- und Gaspipelines erkannt werden kann. Indem sie nachahmen, wie Fledermäuse unterschiedliche Wellenlängen von Ultraschall nutzen, um Objekte zu erkennen, zu jagen und Raubtieren auszuweichen, haben Ingenieure ein neues System entwickelt, das zwei verschiedene Strahlungsarten – schnelle Neutronen und Gammastrahlen – kombiniert, um Korrosion zu erkennen – die häufigste Ursache für Lecks in Rohrleitungen. Da weltweit Tausende von Kilometern an Pipelines für den Transport von Öl und Gas über weite Entfernungen genutzt werden, stellen Lecks ein großes Problem dar, das jedes Jahr Millionen von Dollar kostet.

Darüber hinaus kann es zu Unfällen und Todesfällen sowie erheblichen Umweltschäden kommen. Normalerweise wird Korrosion in Ölpipelines mit Ultraschall- oder elektromagnetischen Verfahren gemessen. Für unterirdische Leitungen oder mit Beton- oder Kunststoffisolierung ummantelte Leitungen sind diese Verfahren allerdings nicht geeignet. Das neue System, das von Ingenieuren der Lancaster University, des National Physical Laboratory und einer Firma namens Hybrid Instruments Ltd entwickelt wurde, nutzt ein reflektiertes Signal, das als Rückstreuung bezeichnet wird, eine „isolierte Kombination aus schnellen Neutronen und Gammastrahlung“, da Neutronen und Gammastrahlen nützliche komplementäre Eigenschaften haben und Neutronen hauptsächlich mit Materialien geringer Dichte wie Kunststoffen interagieren.

Darüber hinaus verfügen schnelle Neutronen über eine hohe Durchdringungskraft und eignen sich zum Erkennen dicker Materialien. Gammastrahlen interagieren hauptsächlich mit Metallen und sind nicht immer in der Lage, sehr dicke Materialien mit hoher Dichte zu durchdringen. Die beiden Strahlungsarten erzeugen unterschiedliche elektronische Signaturen. Das bedeutet, dass die Forscher mithilfe eines neuartigen Detektors namens „Hybrid Field Analyser“, der zuvor von der Lancaster University und Hybrid Instruments Ltd. entwickelt wurde, Daten von beiden Strahlungsarten gleichzeitig erfassen können. Das System erzeugt einen bleistiftähnlichen Strahl aus Prüfstrahlung, bestehend aus Neutronen und Gammastrahlen, der auf den zu untersuchenden Stahlabschnitt gerichtet wird.

Das Forschungsteam testete die Echtzeit-Bildgebungstechnik im Labor an Kohlenstoffstahlproben unterschiedlicher Dicke. Die Forscher konnten Unterschiede in der Dicke des Stahls erkennen und der Sensor funktionierte auch, als die Isolierung mit Beton oder Kunststoff nachgebildet wurde. Dies lässt darauf schließen, dass Defekte im Stahl sowie Korrosion und Rost zu Abweichungen in der Rückstreuung führen könnten. Diese Ergebnisse lassen darauf schließen, dass bei Anwendung auf echte Pipelines potenzielle Probleme leichter erkannt und behoben werden könnten, bevor es zu einem Austreten von Öl und Gas kommt. Mauro Licata, ein Doktorand an der Lancaster University, der an dem Projekt mitwirkte, sagte:

Die kombinierten Strahlen aus Neutronen und Gammastrahlen prallen parallel auf eine Reihe von Detektoren und erzeugen so eine umfassende und schnelle Darstellung der inneren Struktur des Stahls. Das System funktioniert ähnlich wie die von Fledermäusen ausgesendeten Ultraschallwellen. Diese Ultraschallwellen sind eine Überlagerung unterschiedlicher Ultraschallwellenlängen und werden in die Ohren der Fledermaus zurückgeworfen. Die Forschung hebt nicht nur die Vorteile hervor, die sich aus der Kombination mehrerer Reflexionssensortechnologien zur Erkennung von Problemen wie Korrosion ergeben, sondern zeigt auch das enorme Potenzial auf, das sich aus der Inspiration durch in der Natur entstandene Systeme und deren Nachahmung ergibt. Professor Malcolm Joyce von der Lancaster University und Hybrid Instruments Ltd sagte:

Durch die Isolierung rückgestreuter Neutronen und Gammastrahlen von der Stahloberfläche in Echtzeit – ähnlich wie das Gehirn einer Fledermaus rückgestreute Ultraschallwellen isoliert, damit diese nicht mit ihren eigenen verwechselt werden – könnten wir Defekte in Rohrwänden schneller und effizienter isolieren. Neil Roberts vom National Physical Laboratory sagte: „Dies ist ein großartiges Beispiel dafür, wie die weltweit führenden Neutronenanlagen des NPL genutzt werden, um wissenschaftliche Innovationen voranzutreiben und positive Auswirkungen zu erzielen. Ziel ist es, das Detektorsystem weiterzuentwickeln und zu nutzen, um Fehler zu erkennen, indem es von außen auf Abschnitte der Pipeline gerichtet wird. Die Forscher weisen jedoch darauf hin, dass im Bereich der Neutronendetektoren weitere Forschung erforderlich ist, um das System schneller zu machen.“

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Bo Ke Yuan | Forschung/Von: Lancaster University

Referenzzeitschrift: Scientific Reports

DOI: 10.1038/s41598-020-58122

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