, 2021/9/25
A Michigani Egyetem kutatói új gépi látórendszert fejlesztettek ki az atomreaktorok anyagainak és alkatrészeinek vizsgálatára.
A rendszer a mikroszkópos adatok alapján észleli és számszerűsíti a sugárzás okozta problémákat, például a hibákat és a duzzanatokat. A kutatók reményei szerint a rendszer felgyorsíthatja a fejlett atomreaktorok alkatrészeinek fejlesztését, amelyek kritikus szerepet játszhatnak az üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentésében.
"Úgy gondoljuk, hogy mi vagyunk az első kutatócsoport, amely a világon elsőként demonstrálta a sugárzás okozta károsodások valós idejű, képalapú észlelését és számszerűsítését nanométeres hosszúsági skálán" - mondta Kevin Field professzor, michigani nukleáris mérnök és a Theia Scientific gépi látással foglalkozó start-up cég alelnöke.
Az új technológiát a michigani Ion Beam Laboratoryban tesztelték. Azáltal, hogy ionnyalábokat irányítanak az anyagmintákra, a laboratórium gyorsan utánozhatja az atomreaktorban évek vagy évtizedek során elszenvedett károsodást. A csapat a kripton nemesgáz ionnyalábját használta a vas, a króm és az alumínium sugárzástűrő mintájának vizsgálatára, amely a hasadási és fúziós reaktorokban való felhasználás szempontjából érdekes.
"Ha a sugárterhelésnek kitett fém olyan lesz, mint a svájci sajt a jó wisconsini cheddar helyett, akkor tudhatjuk, hogy nem lesz szerkezeti integritása" - mondta Field.
A kriptonionok sugárzási hibákat hoznak létre a mintában; ebben az esetben két közönséges kristályrács síkja közé szorított, hiányzó vagy felesleges atomokból álló síkot. Ezek fekete pontokként jelennek meg az elektronmikroszkópos képeken.
A laboratórium képes megfigyelni ezeknek a hibáknak a kialakulását egy elektronmikroszkóppal, amely a besugárzási folyamat alatt fut, és videót készít. "Korábban a besugárzási kísérletekhez az egész videót felvettük, majd csak néhány képkockát jellemeztünk" - mondta Dr. Priyam Patki, aki Christopher Fielddel, a Theia Scientific elnökével együtt vezette a kísérletet. "
Most azonban ennek a technikának a segítségével ezt minden egyes képkockára vonatkozóan meg tudjuk tenni, így valós időben betekintést nyerhetünk a hibák dinamikus viselkedésébe." A sugárzás okozta hibák értékeléséhez a kutatók általában letöltik a videót, és a kiválasztott képkockákon minden egyes hibát megszámolnak. A modern mikroszkópok által készített több száz, vagy akár több ezer kép- vagy videoképpel a részletes információk nagy része elveszne, mivel a hibák kézzel történő megszámlálása minden egyes képkockán nagyon munkaigényes.
Ehelyett a csapat a Theia Scientific szoftverét használta a sugárzás okozta hibák azonnali észlelésére és számszerűsítésére a kísérlet során. A szoftver az eredményeket az elektronmikroszkópos felvételekre helyezett grafikonok formájában jeleníti meg, amelyek felcímkézik a hibákat (megadva a méretüket, számukat, elhelyezkedésüket és sűrűségüket), és összefoglalják ezeket az információkat a szerkezeti integritás mértékeként.
"A szerkezeti integritás valós idejű értékelése lehetővé teszi számunkra, hogy korán leállítsuk, ha egy anyag rosszul teljesít, és kiküszöböli a kiterjedt emberi alapú számszerűsítést" - mondta Field. "Úgy véljük, hogy eljárásunk közel 80-szorosára csökkenti az ötlettől a következtetésig eltelt időt." A Theia szoftvere egy konvolúciós neurális hálózatot használ a videóképek elemzéséhez, amely egy olyan mesterséges neurális hálózat típusa, amelyet gyakran használnak képek értelmezéséhez.
A neurális hálózat nagy sebességű és robusztus értelmezést ért el a különböző minőségű mintákon, ez pedig lehetővé tette a manuális értelmezésről a valós idejű gépi látásmódra való áttérést. A remények szerint az értelmezési technikát más típusú képalapú mikroszkópiákhoz is adaptálni lehet. A terep kommentálta: "Egyértelmű utakat látunk a felfedezések felgyorsítására az energia, a közlekedés és az orvosbiológia területén".