Zerstörungsfreie Charakterisierung thermisch und/oder radioaktiv gealterter Polyethylenkabel durch THz-Zeitbereichsspektroskopie unter Zuhilfenahme maschineller Lernprozesse

In Anbetracht des weltweit stetig ansteigenden Energiebedarfs und des Wunsches nach möglichst CO2-neutraler Energieerzeugung planen heutzutage viele Länder eine Laufzeitverlängerung ihrer Kernkraftwerke (KKW). Zwar werden bis Ende 2022 alle KKW in Deutschland heruntergefahren, dennoch bleibt es wichtig, den Zustand internationaler Anlagen bewerten zu können. In einem typischen KKW sind durchschnittlich 25000 Kabel mit einer Gesamtlänge von 1500 km verlegt, die teils rauen Umgebungsbedingungen wie erhöhter Temperatur und radioaktiver Strahlung ausgesetzt sind. Diese Bedingungen können zur Alterung der Kabelisolierungen führen, wodurch es zu Versprödung und auch Rissen des Materials kommen kann, was wiederum Kurzschlüsse bedingen kann.
Im Rahmen des Europäischen Forschungsprogramms Horizon2020 wurde vor diesem Hintergrund das Projekt TeaM Cables ins Leben gerufen. Themenbereiche des Projekts sind unter anderem die Charakterisierung und Modellierung diverser Temperatur und Strahlungseinflüsse und die möglichst frühzeitige zerstörungsfreie Detektion von Alterungseffekten. Da Alterungseffekte zu Änderungen im dielektrischen Verhalten von Polymeren führen können, trägt das Fraunhofer IZFP mit seiner Kompetenz in der Terahertz-Spektroskopie zum Forschungsvorhaben bei, indem Proben aus vernetztem Polyethylen mittels THz-Zeitbereichsspektroskopie untersucht werden. Die dadurch erhaltenen Daten werden am Fraunhofer IZFP mit den Daten der zerstörenden Prüfverfahren, die in den Einrichtungen anderer Partner durchgeführt werden, wie bspw. Bruchdehnung oder Oxidationsinduktionszeit, fusioniert. Anschließend wird auf dieser Datengrundlage mithilfe von Methoden des maschinellen Lernens ein Modell zur Vorhersage des Alterungsverhaltens entwickelt, mit dem es möglich ist, die verschieden gealterten Proben voneinander zu unterscheiden und unterschiedlichen Alterungsdauern zuzuordnen. Im vorliegenden Beitrag werden einige ausgewählte Ergebnisse dieser Untersuchungen vorgestellt.