工程师们受自然界的启发，开发出了一种新的扫描技术，可以检测石油和天然气管道中的腐蚀金属。通过模仿蝙蝠如何使用不同波长的超声波探测物体、捕猎和避开捕食者，工程师们已经开发出一种新的系统，结合了两种不同类型的辐射，快中子和伽马射线，以检测腐蚀-管道泄漏的主要原因。由于全球范围内数千公里的管道用于远距离输送石油和天然气，泄漏是一个每年耗资数百万美元的重大问题。
而且还有可能导致事故和人员伤亡，以及重大的环境破坏。通常，输油管道中的腐蚀是用超声波或电磁技术来测量。但是，这些方法不适用于地下管道或覆盖有混凝土或塑料保温层的管道。这个新系统由兰开斯特大学、国家物理实验室的工程师和一家名为混合仪器有限公司的工程师开发，利用了被称为后向散射的反射信号，即“孤立的快中子和伽马辐射组合”，因为中子和伽马射线具有有用的互补特性，中子主要与塑料等低密度物质相互作用。
此外，快中子具有较高的穿透能力，适合探测厚物质。伽马射线主要与金属相互作用，并不总是能够穿透密度很高的非常厚的材料。这两种辐射类型产生不同的电子信号，这意味着研究人员可以使用一种名为“混合场分析器”的新型探测设备，同时保留这两种辐射的数据，该设备以前是由兰开斯特大学和混合仪器有限公司开发。该系统产生一束像铅笔一样的探测辐射束，由中子和伽马组成，指向被检查的钢材部分。
研究小组在实验室对不同厚度的碳钢样本进行了实时成像技术测试。研究人员能够看到钢材厚度的差异，当用混凝土或塑料复制绝缘层时，传感器也可以工作，这表明钢铁中的缺陷以及腐蚀和锈蚀可能会在后向散射中产生变化。这些结果表明，如果在真实的管道上使用，那么在石油和天然气能够泄漏之前，潜在的问题可以更容易地被发现和解决。兰开斯特大学、该项目的博士研究员毛罗·利卡塔(Mauro Licata)说：
中子和伽马射线的组合光束平行反弹到一组探测器上，产生了对钢材内部结构全面而快速的表示。这个系统的工作原理有点像蝙蝠发出的超声波。这些超声波是不同超声波波长的叠加，会反弹到蝙蝠的耳朵里。除了强调结合多种反射传感技术来检测腐蚀等问题的好处外，研究还进一步表明，从自然界进化的系统中汲取灵感并模仿可以具有巨大潜力。兰开斯特大学和混合仪器有限公司的马尔科姆·乔伊斯教授说：
实时隔离钢铁表面的反向散射中子和伽马射线，就像蝙蝠的大脑隔离反向散射超声波，从而避免与它们自己的超声波相混淆方式，可以帮助我们更快、更有效地隔离管壁上的缺陷。国家物理实验室的尼尔·罗伯茨(Neil Roberts)说：这是NPL世界领先的中子设施被用于创新科学并产生积极影响一个很好的例子。其目的是进一步开发和使用探测器系统，通过从外部将其指向管道的部分来检测故障。然而，研究人员表示，需要在中子探测器领域进行更多研究，以使系统更快。
博科园｜研究/来自：兰开斯特大学
参考期刊《科学报告》
DOI: 10.1038/s41598-020-58122
