Пять глобальных технологий направлены на то, чтобы сделать вывод из эксплуатации и восстановление старых ядерных объектов быстрее, дешевле и безопаснее. Это пять победителей, выбранных Международным агентством по атомной энергии после того, как в прошлом году мировым ядерным агентствам был брошен вызов.
В связи с решением Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) о выводе из эксплуатации ядерных объектов до истечения установленного срока - мая 2020 года - было подготовлено 26 проектных записок. Команды исследователей и технических специалистов планировали продемонстрировать свои инновации на конференции МАГАТЭ в сентябре 2020 года. Поездка в Вену была отложена из-за пандемии, но проекты по-прежнему могут дать представление о возможностях цифровых дизрапторов в процессе вывода из эксплуатации ядерных установок.
Университеты и ядерные агентства со всего мира представили прототипы технологий для вывода из эксплуатации ядерных установок, которые они разрабатывают.
Глава отдела вывода из эксплуатации и экологической реабилитации МАГАТЭ Елена Миколайчук сказала: «Вывод из эксплуатации - это область со значительным потенциалом для будущих инноваций. Важно, чтобы все заинтересованные страны оставались в курсе мировых событий, в том числе в таких областях, как цифровизация, виртуальная реальность, 3D-моделирование, а также оптимальное использование средств автоматизации и робототехники».
Проект MAUD: изображение тяжелых радиационных частиц в режиме реального времени.
Французская команда разработала проект MAUD, портативный прототип устройства, которое будет визуализировать излучение на поверхности. Для этого используется датчик, который обнаруживает свет, создаваемый ядерным излучением, взаимодействующим с твердым сцинтиллятором.
При контакте с потенциально загрязненными объектами датчик рабочего прототипа обнаруживает источники излучения. Затем он использует входные данные для окраски сетки, создавая ложное цветное изображение с низким разрешением в реальном времени. Однако для получения данных детектору все равно потребуется короткий период экспозиции на поверхности.
Прототип устройства может обнаруживать на площади 25 см² с размером ячейки 35 мм² на ячейку. Разработчики заявили, что их цель - сделать размер сенсора адаптируемым для каждого объекта, вплоть до «нескольких десятков см²», с размером сетки изображения от 1 мм² до 1 см².
Метод обнаружения с близкого расстояния позволяет обнаруживать и различать альфа- и бета-излучение. Это делается путем измерения интенсивности света, излучаемого при взаимодействии частиц с датчиком. Команда будет проводить дальнейшие исследования для того, чтобы определить позволит ли этот метод в дальнейшем различать изотопы.
Более того, прототип устройства может обнаруживать изотопы трития, выбросы которых обычно настолько малы, что их невозможно обнаружить. В ходе испытаний прототип обнаружил другие радиоизотопы с такой же чувствительностью, что и современные коммерческие устройства.
Очистка Фукусимы с помощью систем анализа и роботизированного картографирования.
«Расплавление» атомной электростанции Фукусима в 2011 году способствовало международному сотрудничеству в рамках одного из самых сложных в мире усилий по выводу из эксплуатации АЭС.
«Расплавление» получило свое название от процесса избыточного тепловыделения после аварии, которое вызывает плавление корпуса твердого топлива. В результате аварии трудно определить, где находятся наиболее радиоактивные участки.
Группа из Токийского университета представила два инструмента для оценки распределения радиоактивных обломков на Фукусиме.
Каждый из блоков станции содержит разное количество радиоактивных обломков, что вызывает трудности с идентификацией внутренних компонентов. С целью определения возможной схемы распространения расплавленных останков бывшего реактора, университет разработал экспериментальную систему и математическую модель для моделирования расплавления.
Механическое устройство, разработанное университетом, может заливать смоделированные обломки расплавленной активной зоны для изучения их распространения. Компьютерная физическая модель может воспроизводить аналогичное событие и различать вероятные закономерности распространения различных компонентов реактора.
Лауреат премии Рио Ёкояма сказал: «Из-за повышенной радиации на АЭС Фукусима отбор проб или извлечение части топливных обломков из реактора является проблематичным. С помощью экспериментального численного моделирования можно постепенно идентифицировать обломки топлива».
Эти достижения также нашли отражение в промышленных сделках послеобъявления победителей. В середине января японская компания Tokyo Electric Power Company подписала с британскими властями соглашение о сотрудничестве на сумму 16,4 млн. долларов для разработки роботов по выводу из эксплуатации атомных объектов. В рамках проекта, известного как «LongOps», будут разработаны роботизированные манипуляторы для вывода АЭС из эксплуатации, а также цифровые двойники для станций.
Это будут способствовать выводу из эксплуатации не только Фукусимы, а также британского атомного комплекса Селлафилд. В будущем возможно использование «технологий, связанных с термоядерным синтезом».
Роботизированное радиационное картирование, разработанное британскими студентами.
В Великобритании студенты Бристольского университета установили радиационные спектрометры на беспилотных летательных аппаратах для дистанционного картирования уровней радиации в потенциально загрязненных районах. Данные, полученные при этом, проецировались на трехмерную компьютерную модель, созданную с помощью сканирования LiDAR. Это отображает радиоактивность в 3D перед отправкой более небольших роботов для получения более подробных данных.
Роботы-черепахи меньшего размера, похожие на машинки с дистанционным управлением, будут использовать LiDAR для определения своего местоположения на объекте, одновременно определяя интенсивность излучения под собой.
Подобно проекту MAUD, это позволит идентифицировать определенные радиоактивные изотопы на расстоянии. Испытания на бывших ядерных перерабатывающих предприятиях в Украине позволили команде успешно картировать уровни радиации, не заходя в здания.
Еще два проекта, выбранных агентством, имели аналогичный дизайн. Благодаря все более широкому использованию в технологии беспилотников инновация LiDAR позволяет устройствам самостоятельно ориентироваться и распознавать свое местоположение на карте.
Машины с дистанционным управлением и шнеки зондируют радиоактивные объекты.
Группа из Национального агентства по ядерной энергии Индонезии разработала концепцию робота для картографирования и мониторинга загрязненных территорий, который будет использовать датчики LiDAR и датчики загрязнения DP6 для картографирования местоположений и регистрации данных о радиоактивности. Техник будет управлять машиной со смартфона, позволяя людям держаться подальше от потенциально загрязненных территорий.
Это устройство будет изготовлено из водонепроницаемого материала, что облегчит его обеззараживание. Во время работы оно будет передавать информацию пользователям, чтобы построить карту загрязненной области для моделирования.
В США Международный университет Флориды координировал команду по разработке аналогичной системы, направленной на снижение риска для персонала, выводящего объект из эксплуатации.
В этом проекте используется искусственный интеллект для прогнозирования возможных инцидентов, нанесения на карту областей заметного излучения и планирование наилучшего выхода к различным местам. Команда разработала вездеходы, которые используют магниты для ползания по стенам и червеобразных роботов для навигации по трубопроводам, а также более традиционные автомобильные системы.
При тестировании технологии также использовались модели АЭС Фукусима, где возможно использовать искусственный интеллект для моделирования реабилитационных мер в опасных зонах.