Ingenjörer har utvecklat en ny skanningsteknik inspirerad av den naturliga världen som kan upptäcka korroderande metaller i olje- och gasledningar.

Genom att efterlikna hur fladdermöss använder olika våglängder av ultraljud för att upptäcka föremål, jaga, och undvik rovdjur, ingenjörer har utvecklat ett nytt system som kombinerar två separata typer av strålning, snabba neutroner och gammastrålar, för att upptäcka korrosion – en viktig orsak till rörledningsläckor.

Med tusentals kilometer av rörledningar som används för att transportera olja och gas över stora avstånd globalt, Läckor är ett stort problem som kostar miljoner årligen och har potential att orsaka olyckor och skador samt betydande miljöskador.

Vanligtvis, korrosion i oljeledningar mäts med ultraljud eller elektromagnetisk teknik. Dock, dessa är inte praktiska för underjordiska rörledningar, eller för rörledningar täckta med isolerande lager av betong eller plast.

Det nya systemet, utvecklad av ingenjörer från Lancaster University, det nationella fysiska laboratoriet, och ett teknikföretag, Hybrid Instruments Ltd, utnyttjar de reflekterade signalerna, känd som:backscatter, " av en kombination av isolerad snabb neutron- och gammastrålning.

Neutroner och gammastrålar har användbara komplementära egenskaper. Neutroner interagerar huvudsakligen med lågdensitetsmaterial som plast. Dessutom, snabba neutroner har en hög penetrerande kraft, så de är lämpliga för att sondera tjocka material. Gammastrålar interagerar huvudsakligen med metaller och kan inte alltid penetrera mycket tjocka material med hög densitet.

De två strålningstyperna ger en annan elektronisk signal. Detta innebär att forskare kan behålla data om båda typerna av strålning samtidigt med hjälp av en ny detekteringsenhet som kallas "Mixed Field Analyser, "tidigare utvecklat av Lancaster University och Hybrid Instruments Ltd.

Systemet producerar en pennliknande stråle av sonderande strålning, av neutroner och gamma, som är riktad mot stålsektionen som besiktigas.

Teamet testade de två avbildningsteknikerna i realtid i ett laboratorium på prover av kolstål av olika tjocklek.

Forskarna kunde se skillnader i ståltjocklek. Sensorerna fungerade också när ett isolerande lager replikerades, med betong eller plast, som indikerar sannolikheten för defekter i stål, samt korrosion och rost, skulle ge variationer i backscatter.

Dessa resultat indikerar att om de används på riktiga rörledningar kan potentiella problem lättare upptäckas och lösas innan olja och gas kan fly.

"De kombinerade strålarna av neutroner och gammastrålar som parallellt studsar tillbaka till en rad detektorer ger en omfattande och snabb representation av stålets inre struktur, sade Mauro Licata, Ph.D. forskare på projektet från Lancaster University.

"Det här systemet fungerar lite som de kvittrar som fladdermöss gör. Dessa kvittrar är en överlagring av olika ultraljudsvåglängder, som studsar tillbaka till fladdermössens öron. Förutom att lyfta fram fördelarna med att kombinera flera reflektionsavkänningstekniker för att upptäcka problem som korrosion, vårt arbete illustrerar ytterligare den betydande potential som kan fås genom att ta inspiration från, och härma, system som har utvecklats i den naturliga världen."

"Isolera neutroner och gammastrålar som sprids tillbaka från en stålyta i realtid, på ett sätt analogt med hur fladdermöss hjärnor isolerar backscatter-ultraljud och på så sätt undviker förväxling med sina egna kvitter, kan hjälpa oss att isolera brister i rörväggar snabbare och mer effektivt, " sa professor Malcolm Joyce vid Lancaster University och Hybrid Instruments Ltd.

"Detta är ett bra exempel på att NPL:s världsledande neutronanläggningar används för innovativ vetenskap med en positiv inverkan, " sa Neil Roberts från National Physical Laboratory.

Avsikten är att detektorsystemet ska vidareutvecklas och användas för att upptäcka fel genom att rikta det mot delar av rörledningen utifrån. Dock, utredarna säger att det behövs mer forskning inom området neutrondetektorer för att göra systemet snabbare.

Forskarna föreslår att tekniken också kan användas i andra tillämpningar, som att inspektera integriteten hos strukturer som broar.

Forskningen har beskrivits i artikeln "Depicting corrosion-born defects in pipelines with combined neutron/y ray backscatter:a biometric approach, " som har publicerats av tidskriften Vetenskapliga rapporter .