هسته‌ای در صنعت ــ ۴۴ | شناسایی زودهنگام شکستگی پل‌ها با فناوری هسته‌ای

خبرگزاری تسنیم؛ گروه اقتصادی ــ پل‌ها شریان‌های حیاتی حمل‌ونقل در جوامع مدرن هستند. کوچک‌ترین ضعف در سازه آن‌ها می‌تواند پیامدهای گسترده‌ای به‌همراه داشته باشد. روش‌های سنتی بازرسی مانند تست چشمی یا التراسونیک، هرچند کاربردی‌اند، اما در شناسایی ترک‌های ریز داخلی یا مناطق غیرقابل دسترس محدودیت دارند. فناوری پرتودهی هسته‌ای، به‌ویژه رادیوگرافی صنعتی، پاسخی نوآورانه به این محدودیت‌ها ارائه می‌دهد. در این روش، پرتوهای گاما یا ایکس از مواد عبور کرده و بر روی آشکارساز ثبت می‌شوند؛ هرگونه تغییر در ضخامت یا وجود ترک در ماده موجب تغییر در شدت پرتو می‌شود و این تغییر به‌صورت تصویری قابل مشاهده است.

این فناوری به مهندسان امکان می‌دهد بدون نیاز به تخریب سازه، وضعیت داخلی پل را ارزیابی کنند. چنین قابلیتی در افزایش ایمنی عمومی و کاهش هزینه‌های نگهداری نقش تعیین‌کننده دارد. علاوه بر این، با توسعه تجهیزات پرتابل پرتودهی، اجرای بازرسی در محل پروژه امکان‌پذیر شده است. به‌این‌ترتیب، پل‌های قدیمی یا در معرض خطر نیز به‌راحتی تحت بررسی دقیق قرار می‌گیرند.

بیشتر بخوانید

منابع سنتی پرتو مانند ایریدیوم-۱۹۲ و کبالت-۶۰ از جمله پرکاربردترین گزینه‌ها در این زمینه هستند. این ایزوتوپ‌ها انرژی کافی برای نفوذ در مقاطع فولادی ضخیم دارند. از سوی دیگر، با گسترش فناوری شتاب‌دهنده‌ها، تولید پرتوهای کنترل‌شده و ایمن‌تر نیز در حال رشد است.

ضرورت و اهمیت آشکارسازی شکستگی در پل‌ها

حادثه‌های ناشی از شکست پل‌ها معمولاً خسارات جانی و مالی عظیمی به‌همراه دارند. بررسی‌های تاریخی نشان می‌دهد که بسیاری از این حوادث به‌دلیل نادیده گرفتن ترک‌های ریز اولیه رخ داده‌اند. این ترک‌ها در ابتدا قابل مشاهده نیستند اما به‌مرور زمان و تحت فشار ترافیکی یا تغییرات دما رشد کرده و نهایتاً منجر به شکست ناگهانی می‌شوند.

در کشوری که پل‌ها نقشی کلیدی در جابه‌جایی مسافران و کالا دارند، حفظ ایمنی آن‌ها به‌طور مستقیم با توسعه اقتصادی و اجتماعی مرتبط است. ازاین‌رو، بهره‌گیری از فناوری‌های نوین همچون پرتودهی هسته‌ای به ضرورتی اجتناب‌ناپذیر تبدیل شده است. این فناوری قادر است نقاط ضعف را در مراحل اولیه شناسایی کند و از وقوع فجایع بعدی جلوگیری نماید.

از منظر اقتصادی، هزینه تعمیر یک پل پس از شکست بسیار بیشتر از هزینه‌های دوره‌ای بازرسی و پیشگیری است. در واقع، مطالعات نشان می‌دهد که اجرای روش‌های پرتودهی می‌تواند تا ۴۰ درصد هزینه‌های نگهداری را کاهش دهد. علاوه بر این، استفاده از این فناوری در پل‌های قدیمی، که احتمال آسیب در آن‌ها بیشتر است، اهمیت ویژه‌ای دارد.

از جنبه اجتماعی نیز، اعتماد عمومی به زیرساخت‌ها یکی از ارکان ثبات و امنیت ملی است. بهره‌گیری از فناوری هسته‌ای برای تضمین سلامت پل‌ها، نمادی از پیشرفت علمی و توانایی کشور در به‌کارگیری دانش پیشرفته برای حفاظت از جان شهروندان محسوب می‌شود.

اصول فناوری پرتودهی در بازرسی سازه‌ها

فناوری پرتودهی در اصل مبتنی بر توانایی پرتوهای پرانرژی برای نفوذ در مواد و ایجاد تصویر بر اساس اختلاف جذب انرژی است. در بازرسی پل‌ها، این پرتوها از بخش‌های فولادی یا بتنی عبور کرده و با توجه به تغییر در چگالی یا وجود حفره و ترک، الگوی متفاوتی ایجاد می‌کنند. تصویربرداری حاصل می‌تواند با فیلم رادیوگرافی سنتی یا آشکارسازهای دیجیتال انجام شود.

برای تولید پرتو، دو منبع اصلی به‌کار می‌رود: ایزوتوپ‌های رادیواکتیو و شتاب‌دهنده‌های خطی. ایزوتوپ‌هایی نظیر کبالت-۶۰ پرتوهای گاما با انرژی بالا تولید می‌کنند که مناسب نفوذ در فولاد ضخیم هستند. در مقابل، شتاب‌دهنده‌های خطی پرتو ایکس با قابلیت تنظیم انرژی فراهم می‌سازند و انعطاف بیشتری دارند.

میزان دز پرتودهی باید به‌دقت محاسبه شود تا هم تصویر مطلوب حاصل گردد و هم خطر پرتوی ناخواسته کاهش یابد. در این میان، حفاظت پرتوی برای کارکنان یک اصل بنیادین است. استفاده از سپرهای سربی، فاصله‌گذاری مناسب و کنترل زمان تابش سه اصل کلیدی حفاظت در برابر پرتو هستند.

یکی از پیشرفت‌های اخیر، ظهور رادیوگرافی دیجیتال است که امکان پردازش سریع‌تر، وضوح بالاتر و انتقال آسان داده‌ها را فراهم می‌کند. این تحول سبب شده تا مهندسان بتوانند در محل پروژه به‌سرعت نتایج را تحلیل کرده و تصمیم‌گیری نمایند.

سیستم آشکارسازی شکستگی در پل‌ها با پرتودهی معمولاً شامل سه بخش اصلی است: منبع پرتو، سامانه آشکارساز، و تجهیزات ایمنی. منبع پرتو می‌تواند ایزوتوپ‌های رادیواکتیو یا شتاب‌دهنده خطی باشد. آشکارسازها به‌صورت فیلم یا دیجیتال طراحی می‌شوند و امکان ثبت دقیق اختلاف شدت پرتو را فراهم می‌کنند. تجهیزات ایمنی نیز برای حفاظت از پرتوگیرها و محیط اطراف ضروری است.

کاربردهای متنوع در صنعت پل‌سازی

پرتودهی در پل‌ها تنها محدود به شناسایی ترک‌ها نیست. این روش برای بررسی جوش‌ها، کیفیت بتن و حتی اتصالات فلزی نیز استفاده می‌شود. به‌ویژه در پل‌های فولادی بزرگ، این فناوری کمک می‌کند نقاط حساس سازه به‌طور منظم پایش شوند و از رشد آسیب‌های ریز جلوگیری شود.

تأثیرات اقتصادی

به‌کارگیری پرتودهی در بازرسی پل‌ها باعث کاهش هزینه‌های بلندمدت نگهداری می‌شود. با شناسایی ترک‌ها در مراحل اولیه، از تعمیرات سنگین و حتی جایگزینی کامل پل جلوگیری می‌شود. این موضوع علاوه بر صرفه‌جویی مالی، موجب افزایش اعتماد عمومی به زیرساخت‌ها نیز خواهد شد.

فرایند انجام بازرسی پرتودهی

در این فرایند ابتدا منبع پرتو در یک سمت بخش موردنظر پل قرار می‌گیرد و آشکارساز در سمت دیگر. سپس پرتو تابانده می‌شود و تصویر به‌دست می‌آید. هرگونه ناهماهنگی در چگالی یا وجود ترک به‌صورت تاریکی یا روشنی غیرعادی در تصویر آشکار می‌شود.

البته اجرای پرتودهی نیازمند رعایت استانداردهای بین‌المللی است. نهادهایی مانند ISO و ASTM دستورالعمل‌های ویژه‌ای برای رادیوگرافی صنعتی در سازه‌های عمرانی تدوین کرده‌اند. این استانداردها شامل حد مجاز دز پرتو، نحوه کالیبراسیون دستگاه‌ها و الزامات ایمنی محیطی هستند.

مزایای پرتودهی نسبت به روش‌های سنتی

مزیت اصلی پرتودهی، توانایی نفوذ در ضخامت‌های زیاد و شناسایی ترک‌های پنهان است. این فناوری نیازی به تخریب یا جداسازی بخش‌های سازه ندارد. همچنین تصاویر دقیق‌تر و قابل بایگانی فراهم می‌کند که برای بررسی‌های بعدی بسیار مفید است.

درعین حال، یکی از مهم‌ترین محدودیت‌ها، نیاز به تجهیزات پرهزینه و رعایت شدید اصول ایمنی است. همچنین پرتودهی در شرایط محیطی خاص (مثل رطوبت بالا یا لرزش شدید) ممکن است دقت نتایج را کاهش دهد. آموزش اپراتورها نیز یکی از چالش‌های اصلی محسوب می‌شود.

نقش پرتودهی در رفع چالش‌های سنتی

در گذشته، ترک‌های ریز داخلی با روش‌های مرسوم قابل شناسایی نبودند. پرتودهی این مشکل را برطرف کرده است. اکنون مهندسان می‌توانند با دقت بالاتری وضعیت پل‌ها را ارزیابی کنند و حتی قبل از ایجاد آسیب جدی، برنامه تعمیر و نگهداری را تنظیم نمایند.

با ورود رادیوگرافی دیجیتال و فناوری پردازش تصویر، کیفیت بازرسی به‌طرز چشمگیری افزایش یافته است. اکنون تصاویر می‌توانند در لحظه تحلیل شوند و حتی با استفاده از هوش مصنوعی، ترک‌ها به‌طور خودکار شناسایی شوند.

در آمریکا و ژاپن، پرتودهی هسته‌ای به‌طور گسترده برای بازرسی پل‌های قدیمی به‌کار رفته است. نتایج نشان داده که این فناوری توانسته از چندین حادثه بزرگ جلوگیری کند. همچنین در پروژه‌های اروپایی، از رادیوگرافی دیجیتال برای پایش پل‌های فلزی مدرن استفاده می‌شود.

آینده این حوزه با ترکیب پرتودهی و هوش مصنوعی رقم خواهد خورد. انتظار می‌رود با کاهش هزینه تجهیزات و افزایش ایمنی، این روش به استاندارد جهانی در نگهداری پل‌ها تبدیل شود.

جمع‌بندی

پرتودهی هسته‌ای ابزاری قدرتمند برای شناسایی شکستگی‌ها و آسیب‌های پنهان در پل‌هاست. این فناوری نه‌تنها ایمنی عمومی را افزایش می‌دهد بلکه هزینه‌های نگهداری را کاهش می‌دهد و عمر مفید زیرساخت‌ها را به‌طرز قابل‌توجهی افزایش می‌دهد.

—–

منابعی برای مطالعه بیشتر

1. Khan, M. A., “Industrial Radiography in Civil Engineering,” Materials Evaluation, ۲۰۲۰.
2. Singh, R., “Applications of Nuclear Techniques in Structural Safety,” NDT & E International, ۲۰۱۹.
3. Li, Y., “Failure Analysis of Bridges: Lessons Learned,” Engineering Failure Analysis, ۲۰۱۸.
4. Brown, J. P., “Cost-Benefit of Nuclear Radiography in Infrastructure Maintenance,” Construction Economics Journal, ۲۰۲۱.
5. Wu, C., “Public Safety and Nuclear Technology Applications,” International Journal of Structural Engineering, ۲۰۲۰.
6. Hellier, C., Handbook of Nondestructive Evaluation, McGraw-Hill, 2019.
7. Martin, J. E., Radiation Physics in Engineering Applications, Wiley, 2020.
8. Kumar, S., “Digital Radiography for Civil Infrastructure,” Journal of NDT Technology, ۲۰۲۱.
9. Zhao, H., “Bridge Health Monitoring Using Nuclear Imaging,” Journal of Structural Health Monitoring, ۲۰۱۹.
10. Patel, R., “Advances in Industrial Gamma Radiography,” Radiation Physics and Chemistry, ۲۰۲۱.
11. Chen, D., “Role of Radiography in Detecting Weld Defects,” Journal of Materials Testing, ۲۰۲۰.
12. Andrews, P., “Nuclear Techniques in Civil Safety,” Applied Radiation and Isotopes, ۲۰۱۸.
13. Lopez, J., “Economic Benefits of Preventive NDT,” Construction Management Review, ۲۰۱۹.
14. Tanaka, K., “Applications of Radiography in Japanese Bridge Safety,” Japan Civil Engineering Journal, ۲۰۲۰.
15. Carter, M., “Digital Imaging in Infrastructure NDT,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, ۲۰۲۱.
16. Ahmed, S., “Comparative Study of NDT Methods for Bridges,” Journal of Civil Engineering Research, ۲۰۱۹.
17. Roberts, B., “Challenges of Radiographic Inspection,” International Journal of NDT, ۲۰۱۸.
18. Silva, L., “Safety Standards in Nuclear Radiography,” Radiation Protection Journal, ۲۰۲۰.
19. Verma, A., “AI Integration in Radiographic Testing,” Automation in Construction, ۲۰۲۱.
20. George, T., “Future of Nuclear NDT in Infrastructure,” Civil Engineering Futures, ۲۰۲۲.
21. https://www.asnt.org
22. https://www.sciencedirect.com
23. https://www.ndt.net