當(dāng)粒子束擊中同位素生產(chǎn)設(shè)施中的目標(biāo)時，它會產(chǎn)生熱量，這些熱量通過水通道排出。目標(biāo)和流動的水之間的熱量傳遞會產(chǎn)生過冷流動沸騰。這是一種蒸發(fā)和冷凝同時發(fā)生的情況。如果沒有足夠的冷卻，溫度就會達到臨界點，從而熔化并摧毀目標(biāo)。
研究人員希望測試同位素生產(chǎn)設(shè)施中冷卻系統(tǒng)的極限。然而，目標(biāo)輻照期間的輻射水平太高，無法進行真實世界的測量。相反，研究人員建造了一個模擬裝置來收集溫度和沸騰的高速視頻。他們用深度學(xué)習(xí)工具分析了測量結(jié)果，并利用結(jié)果驗證了一個預(yù)測這些復(fù)雜系統(tǒng)中沸騰的模型。
該項研究成果發(fā)表在《國際傳熱與傳質(zhì)雜志》上。
同位素生產(chǎn)設(shè)施使用靶材來制造支持醫(yī)學(xué)成像、癌癥治療和其他應(yīng)用的同位素。粒子加速器和同位素生產(chǎn)設(shè)施依靠冷卻來確保靶材系統(tǒng)在輻照期間正常運行。洛斯阿拉莫斯中子科學(xué)中心 (LANSCE) 同位素生產(chǎn)設(shè)施的靶材系統(tǒng)依靠靶材系統(tǒng)中的一系列水通道在靶材輻照時去除熱量。
考慮到與生物學(xué)的聯(lián)系，研究人員使用一種原本設(shè)計用于跟蹤生物細胞活動的深度學(xué)習(xí)工具來研究水冷卻。該工具分析了水中的氣泡作為沸騰的指標(biāo)，跟蹤了氣泡的形成、大小和運動。
利用改進后的算法，該團隊從高速視頻中提取了臨界氣泡參數(shù)，使研究人員能夠開發(fā)和驗證一個框架來預(yù)測完整的沸騰曲線。研究人員隨后證實，目前的運行情況遠低于預(yù)測的臨界熱通量。
該模型可擴展用于復(fù)雜多目標(biāo)和冷卻通道幾何形狀的全面建模，并可能使世界各地不同加速器缺乏光束監(jiān)測的其他粒子加速器靶應(yīng)用和同位素生產(chǎn)設(shè)施受益。
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