Una grieta en un contenedor nuclear se delata por el sonido: entrenan a la fibra óptica para detectarla antes de que sea demasiado tarde

Investigadores estadounidenses probaron un sistema de fibra óptica que detecta vibraciones débiles en la superficie de contenedores de combustible nuclear gastado y determina de dónde provino la señal. En el montaje de prueba los sensores reconocieron vibraciones por encima de 100 kHz, por lo que en el futuro la tecnología podría ayudar a detectar indicios de grietas y corrosión antes de que se produzca un daño serio en la envoltura de acero.

La idea es bastante sencilla: el metal que se está deteriorando no permanece completamente "silencioso". Cuando en él se origina o crece una grieta, el material genera diminutas ondas elásticas. Los especialistas llaman a este efecto emisión acústica. La fibra óptica fijada al contenedor reacciona a las más mínimas deformaciones, y el sistema de medida convierte los cambios en la señal luminosa en datos sobre las vibraciones. Un principio similar permite usar fibra óptica como un sensor largo y sensible para registrar las vibraciones mecánicas.

Los desarrolladores de Sensible Photonics probaron el sistema del 8 al 11 de septiembre en una maqueta de contenedor de acero en el Laboratorio Nacional de Idaho. La fibra se fijó por fuera de varias maneras y después se aplicaron impulsos acústicos de distinta intensidad para comprobar la sensibilidad de los sensores y la precisión en la determinación de la fuente.

En una de las pruebas, los investigadores rompieron la mina de un lápiz contra la superficie de la maqueta. Esta técnica se usa desde hace tiempo en la verificación de sistemas de emisión acústica: una fractura corta genera un pulso pequeño y muy reproducible. El sensor de fibra óptica detectó la señal y pudo localizar el punto donde surgió la vibración.

La característica técnica principal de la instalación radica en su rango de trabajo. Según los desarrolladores, el sistema registra señales por encima de 100 kHz, mientras que muchas soluciones tradicionales se limitan a unos 20 kHz. La diferencia en frecuencia por sí sola no implica un aumento de cinco veces en la precisión ni una detección más temprana de los daños. Las pruebas hasta ahora solo han mostrado la capacidad de los sensores para trabajar con vibraciones de alta frecuencia y localizar su origen.

No se buscaron grietas reales ni corrosión en un contenedor en servicio durante el experimento. Aún queda por comprobar con qué fiabilidad el sistema distingue el daño del metal de las vibraciones de fondo y cuánto tiempo conserva la fibra su sensibilidad a temperaturas elevadas y bajo radiación. El equipo comprobó por separado los métodos de fijación de los sensores, ya que en la práctica tendrán que permanecer en los contenedores durante años.

Tras su extracción del reactor, el combustible gastado se enfría primero en piscinas y luego se coloca en recipientes herméticos de acero dentro de masivos contenedores de hormigón. El combustible sigue desprendiendo calor, por lo que las estructuras necesitan ventilación. En instalaciones costeras, la sal marina puede penetrar con el aire, lo que acelera la corrosión del acero y con el tiempo aumenta la probabilidad de aparición de grietas.

Las pruebas de septiembre completaron la primera fase del proyecto con el apoyo del Departamento de Energía de EE. UU. Ahora los desarrolladores quieren evaluar la durabilidad y la estabilidad de los sensores. Antes de su uso en almacenes reales, la tecnología deberá superar pruebas adicionales; por ahora, el sistema de fibra óptica sigue siendo un método experimental de detección temprana y no una protección lista para los contenedores de combustible nuclear gastado.