Een paar autonome robots, ontwikkeld door het Robotics Institute van Carnegie Mellon University, zullen binnenkort door kilometerslange leidingen rijden in de voormalige uraniumverrijkingsfabriek van het Amerikaanse ministerie van Energie in Piketon, Ohio, om uraniumafzettingen op pijpwanden te identificeren.

De CMU-robot heeft aangetoond dat hij stralingsniveaus nauwkeuriger kan meten vanuit de buis dan met externe technieken mogelijk is. Naast besparingen op arbeidskosten, het gebruik ervan vermindert de gevaren voor werknemers die anders met de hand externe metingen moeten uitvoeren aanzienlijk, gekleed in beschermende kleding en met behulp van liften of steigers om verhoogde leidingen te bereiken.

DOE-functionarissen schatten dat de robots tientallen miljoenen dollars kunnen besparen bij het voltooien van de karakterisering van uraniumafzettingen in de Portsmouth Gaseous Diffusion Plant in Piketon, en misschien $ 50 miljoen besparen bij een soortgelijke uraniumverrijkingsfabriek in Paducah, Kentucky.

"Dit zal de manier veranderen waarop metingen van uraniumafzettingen vanaf nu worden gedaan, " voorspelde William "Red" Whittaker, hoogleraar robotica en directeur van het Field Robotics Center.

Heather Jones, senior projectwetenschapper zal woensdag twee technische papers over de robot presenteren op de Waste Management Conference in Phoenix, Arizona. CMU zal tijdens de conferentie ook een prototype van de robot demonstreren.

CMU bouwt twee van de robots, genaamd RadPiper, en zal de productie-prototype-eenheden leveren aan DOE's uitgestrekte 3, 778 hectare grote Portsmouth-site in mei. RadPiper maakt gebruik van een nieuwe "schijf-gecollimeerde" stralingssensor, uitgevonden bij CMU. Het CMU-team, geleid door Whittaker, vorig jaar met het project begonnen. Het team werkte nauw samen met DOE en Fluor-BWXT Portsmouth, de ontmantelingsaannemer, om volgens een strak schema een prototype te bouwen en het afgelopen herfst in Portsmouth te testen.

Gesloten sinds 2000, de fabriek begon haar activiteiten in 1954 en produceerde verrijkt uranium, inclusief uranium voor wapens. Met 10,6 miljoen vierkante meter vloeroppervlak, het is DOE's grootste faciliteit onder dak, met drie grote gebouwen met daarin verrijkingsprocesapparatuur ter grootte van 158 voetbalvelden. De procesgebouwen bevatten meer dan 120 kilometer procesleiding.

Het vinden van de uraniumafzettingen, nodig voordat DOE ontsmet, ontmantelt en sloopt de faciliteit, is een gigantische taak. In de eerste procesbouw, menselijke bemanningen hebben de afgelopen drie jaar meer dan 1,4 miljoen metingen van procesleidingen en componenten handmatig uitgevoerd en staan ​​op het punt het gebouw "koud en donker" te verklaren.

"Met meer dan 15 mijl aan leidingen die moeten worden gekarakteriseerd in de volgende procesbouw, er moet gezocht worden naar een slimmere methode, " zei Rodrigo V. Rimando, jr., directeur van technologieontwikkeling voor DOE's Office of Environmental Management. "We verwachten een arbeidsbesparing in de orde van grootte van acht op één voor het leidingwerk dat door RadPiper wordt gerealiseerd." Zelfs met RadPiper, nucleaire afzettingen moeten in sommige componenten handmatig worden geïdentificeerd.

RadPiper zal in eerste instantie werken in pijpen met een diameter van 30 inch en 42 inch en zal de stralingsniveaus in elk voet-lang segment van de pijp karakteriseren. Die segmenten met potentieel gevaarlijke hoeveelheden uranium-235, de splijtbare isotoop van uranium dat wordt gebruikt in kernreactoren en wapens, worden verwijderd en ontsmet. Het overgrote deel van de leidingen van de fabriek blijft op zijn plaats en zal samen met de rest van de faciliteit veilig worden gesloopt.

De tetherless robot beweegt zich in een gestaag tempo door de pijp op een paar flexibele rupsbanden. Hoewel de pijp in rechte secties is, de autonome robot is uitgerust met een lidar en een fisheye-camera om obstakels vooruit te detecteren, zoals gesloten kleppen, zei Jones. Na het voltooien van een pijpleiding, de robot keert automatisch terug naar zijn startpunt. Integrated data analysis and report generation frees nuclear analysts from time-consuming calculations and makes reports available the same day.

The robot's disc-collimated sensing instrument uses a standard sodium iodide sensor to count gamma rays. The sensor is positioned between two large lead discs. The lead discs block gamma rays from uranium deposits that lie beyond the one-foot section of pipe that is being characterized at any given time. Whittaker said CMU is seeking a patent on the instrument.

The Robotics Institute and Whittaker have extensive experience with robots in nuclear facilities, including the design and construction of robots to aid with the cleanup of the damaged Three Mile Island reactor building in Pennsylvania and the crippled Chernobyl reactor in Ukraine.

DOE has paid CMU $1.4 million to develop the robots as part of what CMU calls the Pipe Crawling Activity Measurement System.

In addition to the Portsmouth and Paducah plants, robots could be useful elsewhere in DOE's defense nuclear cleanup program, which is not even half complete, Rimando said. Other sites where robots might be used are the Savannah River Site in Aiken, South Carolina, and the Hanford Site in Richland, Washington.

"With at least 50 more years of nuclear cleanup to be performed, the Robotics Institute could serve as a major pipeline of roboticists for DOE's next several workforce generations, " hij voegde toe.