Los ingenieros civiles a menudo se enfrentan al desafío de explorar ubicaciones subterráneas para tender cables, tuberías o conductos para suministrar los servicios públicos necesarios, como electricidad, agua, gas y servicios de telecomunicaciones.
Si bien existen muchas tecnologías para la detección subterránea, como el radar de penetración en el suelo, los científicos solo recientemente han recurrido a la tecnología cuántica para tener una mejor idea de lo que sucede debajo de la superficie.

¿Qué son los sensores de gravedad cuántica?

Según investigadores de la Universidad de Birmingham, un nuevo método conocido como detección de gravedad cuántica funciona mediante la aplicación de una técnica llamada interferometría atómica. Esta técnica utiliza átomos fríos "como masas de prueba ideales para crear un sensor de gravedad que puede medir un gradiente de gravedad en lugar de un valor absoluto". Los investigadores afirman que este método evita las fuentes de ruido que pueden interferir con la detección.
Un artículo de la BBC explica que la detección cuántica utiliza láseres para enfriar los átomos de rubidio a un poco por encima de cero (-273 ° C). Estos átomos se disparan primero hacia arriba en el vacío y se miden cuando la gravedad los empuja hacia abajo.


a) Representación de la probabilidad de identificar un átomo de dos niveles en su estado excitado frente a la duración del pulso láser para excitar el átomo en su estado fundamental. b) Cómo funciona un interferómetro atómico como sensor de gravedad. Imagen utilizada por cortesía de Nature.

Si bien los sensores cuánticos ya se utilizan con mucho éxito en los sectores del petróleo y el gas, se espera que los sensores cuánticos de átomos fríos, que están diseñados para operar en la superficie, sean mejores para detectar y monitorear objetos debajo del suelo.
Sin embargo, hasta la fecha, no se ha prestado mucha atención a los beneficios potenciales de los sensores de gravedad cuántica desplegados en pozos.

Sensores de gravedad cuántica para perforaciones

El Proyecto Gravity Delve (GDP) reúne a académicos del Reino Unido Quantum Technology Hub Sensors and Timing (dirigido por la Universidad de Birmingham) y Nemein Ltd, un especialista en tecnología de fondo, para explorar sensores de gravedad cuántica basados ​​en interferometría atómica.
Nemein Ltd actualmente está desarrollando equipos que se pueden implementar en pozos para la recolección de energía y la detección ambiental. Según la empresa, esta tecnología permitirá que el sensor cuántico de la Universidad de Birmingham, desarrollado como parte del PIB, se despliegue en las duras condiciones del entorno de fondo de pozo.

Líneas de petróleo y gas
Los sensores de gravedad ya se han utilizado con éxito en los sectores del petróleo y el gas. Imagen utilizada por cortesía de la Universidad de Birmingham

El Dr. Jamie Vovrosh, investigador con sede en la Universidad de Birmingham que también es el líder técnico del proyecto, dijo que el proyecto brinda la oportunidad de utilizar el "rendimiento extraordinario" de los sensores cuánticos de átomos fríos en nuevas aplicaciones, lo que podría abrirse " un camino hacia la realización de beneficios económicos y sociales futuros ".
La investigación del grupo se publica en la revista Nature.

Minimizar el impacto ambiental de la extracción de hidrocarburos

Sobre la base del trabajo ya realizado por la Universidad de Birmingham en sensores de gravedad de átomos fríos, el proyecto investigará aplicaciones de pozos como la captura y almacenamiento de carbono (CCS) y los depósitos de hidrocarburos y geotermia.
También investigará cómo un dispositivo cuántico comercialmente viable podría reemplazar o mejorar la tecnología actual para optimizar los reservorios de CCS y minimizar el impacto que la extracción de hidrocarburos tiene en el medio ambiente.

Diferentes aplicaciones para la detección cuántica
Diferentes aplicaciones para la detección cuántica. Imagen utilizada por cortesía de ESA y Teledyne Imaging

Los investigadores también afirman que el proyecto mejorará la transición de los combustibles fósiles a las energías renovables. Como parte del proyecto, se desarrollará un diseño para un innovador sensor cuántico de átomos fríos de pozo, que podría conducir al primer sensor cuántico de pozo profundo que sea rentable y eficiente.
Una vez desarrolladas, se espera que las tecnologías basadas en interferómetro atómico sean significativamente más pequeñas, más livianas y más eficientes energéticamente con una sensibilidad mejorada y tiempos de medición más rápidos.
El director técnico de Nemein, Lawrence Till, comenta: “Gravity Delve no es solo un proyecto que optimizará la CCS y la extracción de energía del pozo. Es muy importante como proyecto identificable mostrar que la tecnología cuántica se puede implementar en algunos de los entornos más duros del mundo real y demostrar beneficios tangibles para el medio ambiente ".

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