In den 1950er Jahren beauftragte das Department of Energy den Bundesstaat Idaho mit der Lagerung von 4.400 Kubikmetern nuklearem Abfall in einer sicheren Anlage, dem Idaho Nuclear Technology and Engineering Center.
Dieser Abfall ist ein hochradioaktiver, körniger Feststoff, der aus abgebrannten Kernbrennstoffen hergestellt und in sechs unterirdischen Behältern gelagert wird.
Im Jahr 2015 lief der Vertrag des Department of Energy mit dem Bundesstaat Idaho aus, und der Staat beschloss, den Abfall entfernen zu lassen. So musste das Department of Energy einen Ort für die Lagerung finden und eine sichere Methode für den Abtransport entwickeln.
Was sind die Herausforderungen beim Abtransport des Atommülls?
Die Idaho Environmental Coalition (IEC) wurde mit der Planung der Entsorgung und des Abtransports des Abfalls aus dem Idaho Nuclear Technology and Engineering Center beauftragt.
Der erste wichtige Meilenstein in der Planung der IEC war die Entwicklung einer Methode zum Abtransport der Abfälle. Das von ihnen entwickelte Konzept sieht vor, Löcher in die Oberseite des Lagerbehälters zu bohren und dann mit Hilfe eines Roboters Rohre an die Oberseite jedes Behälters zu schweißen, bevor ein Plasmaschneider die Rohre aufschneidet.
Durch diese Rohre wird der Abfall pneumatisch abgesaugt, so dass er sicher und ferngesteuert entsorgt werden kann, wodurch das Risiko einer Strahlenbelastung für die Arbeiter erheblich verringert wird.
Allerdings sind die Pläne für die Behälter nicht detailliert genug, um die Bohrlöcher und die Absaugrohre zu lokalisieren. Das IEC weiß daher nicht genau, wie die einzelnen Behälter angeordnet sind, und kann somit nicht planen, wo die Löcher für die Absaugrohre gebohrt werden sollen.
Um dieses Problem zu lösen, ließ das IEC einen mobilen LiDAR-Sensor auf einem absenkbaren Stativ in eines der Depots hinab, um eine 3D-Karte des Bereichs zu erzeugen. Doch die daraus resultierende Karte wies Lücken in den Daten auf, da der Sensor nur an einer Stelle positioniert werden konnte.
Mögliche Methoden zur Dokumentation des Lagers
Um einen vollständigen 3D-Plan des Innenraums des Lagers zu erstellen, analysierte die IEC systematisch potenzielle Lösungen.
Insgesamt wurden fünf mögliche Methoden zur Datengewinnung untersucht, darunter der Einsatz eines Schwenkarms, eines mit Helium gefüllten kleinen Luftschiffs, das Bohren von Löchern in das Lager und die Verwendung einer der Indoor-Drohnen von Flyability.
Jeder Ansatz wurde anhand von sechs Kriterien bewertet:
- Verfügbare Projektdaten
- Technisches Risiko
- Organisatorische Komplexität
- Aufwand des Auftragnehmers
- Projektzeitplan
- Budgetbeschränkungen
Nach dieser umfangreichen Recherche kam das IEC-Team zu dem Ergebnis, dass Flyabilitys Elios 2 das beste Werkzeug ist, um die benötigten Daten für die Erstellung einer 3D-Karte des Lagerinnenraums zu erhalten.
Ursprünglich wollte das IEC die visuellen Daten des Elios 2 verwenden, um ein photogrammetrisches 3D-Modell zu erstellen.
Nachdem Flyability das IEC jedoch über die bevorstehende Markteinführung des mit einem LiDAR-Sensor ausgestatteten Elios 3 informierte, beschloss das Institut, anstelle des Elios 2 und der visuellen Daten den Elios 3 und die LiDAR-Daten für die 3D-Kartierung des Lagers zu verwenden.
Die IEC baute eine lebensgroße Nachbildung des Lagers, um die pneumatische Bergungsausrüstung zu testen. Der Nachbau war auch für die Schulung der IEC-Drohnenpiloten nützlich, die damit für die LiDAR-Datenerfassung trainierten. Neben der Schulung der Piloten verbrachte das IEC Monate damit, gemeinsam mit anderen Projektbeteiligten die Details der Mission zu planen.
Einsatz der ELIOS 3 für die 3D-Kartierung
Nach über einem Jahr Forschung, Planung und Vorbereitung kam der Tag der Datenerfassung.
An diesem Tag war es windig und ziemlich kalt. Die Planer der Mission wussten, dass es im Inneren des Lagers warm sein würde, mit Temperaturschwankungen von -11 Celsius bis weit über 38 Celsius im Inneren des Lagers.
Diese Schwankungen könnten sich auf die Lebensdauer und die Leistung der Elios 3 Batterie auswirken, was dem Piloten und dem Hilfspersonal bei den Vorbereitungen auf den Flug im Tresorraum Sorgen bereitete.
Insgesamt unterstützten an diesem Tag etwa 50 Personen die Operation. Ein großes Zelt wurde über dem Eingang zum Lagerraum aufgebaut, um sicherzustellen, dass die Drohne gemäß den Bestimmungen der FAA (Federal Aviation Administration) und den Anforderungen des Department of Energy immer im Inneren des Lagers fliegt. Zudem wurde ein Kran eingesetzt, um die schwere Betonabdeckung vom Lagerraum zu heben und dann eine Luke zu öffnen, die direkt in den Lagerraum führt.
Schließlich war der Lagerraum bereit für den Flug. Der Flug war ein Erfolg, und das IEC-Team konnte nach einem nur 7-minütigen Flug alle LiDAR-Daten sammeln, die es zur Kartierung des Inneren des Lagers benötigte. Angesichts der aufgewendeten Zeit für die Vorbereitung des Lagers wurde ein zweiter Flug durchgeführt, um zusätzliche LiDAR-Daten zu sammeln – dieser Flug war ebenfalls erfolgreich.
Nach jeder Messung wurden die LiDAR-Daten sofort mit der Inspector 4.0-Software von Flyability und GeoSLAM Connect von GeoSLAM verarbeitet.
Die resultierenden 3D-Modelle waren detailliert und genau genug, um den Anforderungen des IEC zu genügen und die Planung für die Bergung des Atommülls aus den Lagern fortzusetzen.
Nach über einem Jahr der Planung und Vorbereitung erhielt das IEC-Team alles, was es brauchte, in seinem ersten siebenminütigen Flug.
Hier alle Vorteile, die das IEC-Team durch den Einsatz des Elios 3 erzielen konnte:
- Das beste Werkzeug für den Job – Nach umfangreicher Forschung entschloss das IEC im Auftrag des Department of Energy, dass der Elios 3 die beste Option für die 3D-Kartierung des Inneren eines unterirdischen Lagers für Atommüll ist.
- Detaillierte 3D-Kartierung – Der Elios 3 erzeugte eine hochwertige 3D-Karte des Lagers, die den erforderlichen Detailreichtum für die Planung der Beseitigung des Atommülls lieferte.
- Geschwindigkeit – Im ersten 7-minütigen Flug konnte das IEC alle LiDAR-Daten sammeln, die es benötigte, um das Innere des Lagers in 3D zu kartieren, was den Abschluss von über einem Jahr Forschung und Vorbereitung darstellt.
- Zugang – Die Elios 3 passte durch die Luke und verschaffte sich so den entscheidenden Zugang zum Lager für die Datenerfassung.
- Benutzerfreundlichkeit – Trotz widriger Bedingungen flog die Elios 3 wie erwartet und war so leistungsfähig, dass die alle benötigten LiDAR-Daten in nur zwei siebenminütigen Flügen sammelte.
Nach zwei erfolgreichen LiDAR-Messflügen führte das IEC einen dritten Versuchsflug mit einem seiner eigenen Dosimeter durch, das an der Drohne befestigt war und sie deutlich schwerer machte. Aus nicht vollständig geklärten Gründen war die Drohne nach dem Eintritt in den Tresorraum bei diesem Flug nicht in der Lage, genügend Auftrieb zu erzeugen, um die Höhe zu halten. Sie sank langsam auf einen der Lagerbehälter und verfing sich in einem Stück Winkeleisen.
Alle Versuche, die Drohne zu befreien, waren erfolglos. Bevor der Akku leer war, konnte die Drohne einen maximalen Strahlungswert von 7 Gy/h (700 rad/h) am oberen Ende des Behälters übermitteln. Die Experten von ICP führten eine umfassende Analyse durch und kamen zu dem Schluss, dass der Verbleib der Drohne auf dem Lagerbehälter keine Gefahr für die menschliche Sicherheit oder die Intaktheit des Lagerbehälters darstellt.
Wie geht es weiter?
Nachdem das IEC-Team das Lager erfolgreich kartiert hat, wird es mit der Planung der Entleerung mithilfe des oben beschriebenen Rohrpostverfahrens fortfahren.
Letztendlich müssen alle sechs Behälter von ihren nuklearen Abfällen befreit werden, eine intensive Arbeit, die mehrere Monate Planung erfordert. Der Beginn dieser Arbeiten ist für Mitte 2023 vorgesehen.
Angesichts des Erfolgs von Elios 3 bei der Kartierung des Lagers planen die IEC und das DOE, das System erneut einzusetzen, wenn andere 3D-Fernkartierungen für Arbeiten in engen Räumen erforderlich werden.
Dieser Bericht wurde aus dem Englischen übersetzt. Hier können Sie den Originalbeitrag von Flyability lesen: ELIOS 3 USED TO 3D MAP IRRADIATED STORAGE VAULT AT DOE SITE
Original Beitrag von Flyability
(Übersetzung aus dem Englischen)
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