Как промышленные дроны помогают уменьшить воздействие радиации: инновации на АЭС для соответствия принципу ALARA

Немного о принципе ALARA

На протяжении многих лет роботы помогают сотрудникам атомных станций соблюдать требования ALARA, снижая контакт персонала с радиацией. Давайте рассмотрим, как для этой цели можно использовать дроны для внутренних помещений

Каждый год инженеры и инспекторы на атомных станциях подвергаются воздействию некоторого количества радиации. Хотя полностью исключить это воздействие невозможно, цель операторов станций - постараться максимально его снизить.

В Interocean использовали дрон Elios 3 UT для прохождения сертификации.

В США эта цель юридически закреплена и обозначается аббревиатурой ALARA, которая расшифровывается как "As Low As Reasonably Achievable". В переводе это означает "Настолько мало, насколько возможно в пределах разумного".

Согласно принципу ALARA, операторы атомных станций обязаны предпринимать все разумные меры для снижения радиационного облучения своих сотрудников, учитывая следующие факторы:

• Уровень используемых технологий

• Экономический эффект от внедренных мер с учетом уровня технологий

• Экономическая целесообразность мер с учетом их потенциальной пользы для общественного здоровья и безопасности

• Другие социальные и социоэкономические аспекты (если они существуют)

В отличие от стандартов инспекции ядерных объектов, которые подробно описывают протоколы проведения проверок, принцип ALARA сознательно сформулирован более размыто.

Такая неопределенность обусловлена словами "в пределах разумного". С учетом постоянного развития технологий, сложности с бюджетированием и ежедневных ограничений, связанных с управлением такими крупными объектами, каждая атомная станция располагает своими арсеналом возможностей для снижения дозы облучения. Основное внимание в ALARA уделяется тому, чтобы побудить операторов атомных станций предпринимать все возможные шаги для сокращения радиационного воздействия.

На самом деле, расплывчатость формулировок принципа ALARA придает ему большую силу. Вместо того чтобы просто фиксировать выполнение обязательных требований, операторы атомных станций должны активно оценивать возможные варианты, изучать новые технологии и постоянно работать над снижением уровня радиационного воздействия. Даже если это снижение составляет всего 30 секунд на человека в год, такое небольшое улучшение будет считаться вполне оправданным для внедрения.

Семь дней работы ради 20-минутной инспекции

Все промышленные инспекции известны своей тщательностью, но проверки ядерных объектов выделяются как одни из самых дотошных в любой отрасли.

Бывший инспектор неразрушающего контроля Майкл Вановермайер, который сейчас работает в компании MFE Inspection Solutions, начал свою карьеру в области инспекции ядерных объектов, потратив семь дней на проведение 20-минутной проверки на атомной электростанции. Для выполнения этой инспекции он и его коллеги следовали сотням шагов, каждый из которых был подробно описан в большой папке, специально подготовленной для этой 20-минутной проверки.

Вот как были распределены семь дней, затраченных на эту 20-минутную инспекцию:

• Три дня на тренировки по проведению инспекции

• Два дня на обход и подготовку

• Один день на саму инспекцию

• Один день на брифинг по результатам проверки, на котором обсуждались выявленные проблемы и возможные улучшения на будущее

Эта последовательность действий является типичной. На самом деле, ни одна запланированная инспекция в ядерной отрасли не проводится без такого уровня детальной и методичной подготовки, выполнения и последующего брифинга.

Этот график - семь дней ради 20 минут - наглядно демонстрирует, насколько важен принцип ALARA для операторов атомных станций. Вся работа, проделанной за эти семь дней, была сосредоточена на снижении уровня облучения насколько это возможно, вне зависимости от того, какие усилия для этого требовались.

Как роботизация помогает в реализации принципа ALARA

Стратегии снижения радиационного воздействия на атомных станциях обычно делятся на три категории:

• Время - сокращение срока, в течение которого человек находится в зоне радиоактивного облучения. 

• Защита - использование защитных экранов для уменьшения воздействия радиации.

• Дистанция - увеличение расстояния между персоналом и источником радиационного воздействия. 

Роботы помогают персоналу ядерных объектов реализовать эти стратегии, увеличивая дистанцию между инспекторами и источниками радиации в области, где необходимо провести инспекцию. Они также сокращают время пребывания инспекторов в зонах радиации и выполняют задачи, которые иначе пришлось бы выполнять человеку, такие как сбор визуальных данных.

Поскольку операторы ядерных объектов всегда помнят о принципе ALARA, они в числе первых начали внедрять роботизированные инспекции. В большинстве случаев роботы могут заменить людей только на некоторых этапах инспекционной работы, благодаря чему воздействие радиации снижается, но не устраняется полностью. Однако, как уже отмечалось, даже небольшое снижение облучения оправдывает затраты и усилия. 

Процесс инспекции ядерных объектов чрезвычайно неэффективен, и так задумано специально. Если вы сможете устранить любую неэффективность - даже всего лишь на один день или несколько минут - это может привести к экономии в несколько миллионов за счет сокращения времени простоя.

• Майкл Вановермайер, инспектор неразрушающего контроля

Существует три основных типа роботов, используемых для инспекций ядерных объектов: кроулеры, телеуправляемые подводные аппараты и беспилотные летательные аппараты.

Кроулеры — это небольшие роботы, предназначенные для передвижения по земле или внутри труб. Телеуправляемые подводные аппараты (ТПА) — это дистанционно управляемые устройства, предназначенные для работы под водой. Беспилотные летательные аппараты (БПЛА), также известные как дроны, делятся на две категории: дроны для полетов на открытом воздухе, к которым относится большинство моделей, и дроны, предназначенные для полетов в закрытых помещениях, такие как Elios 3 от Flyability.

Elios 3 оснащен защитным каркасом, благодаря которому способен выдерживать столкновения с препятствиями при работе в замкнутых пространствах, продолжая полет без повреждений. Этот дрон был разработан для проведения внутренних инспекций и предоставляет инспекторам высококачественные визуальные данные, чтобы им самим не пришлось входить в опасные, потенциально радиоактивные зоны.

Elios 3 RAD: Новые технологии для соблюдения принципа ALARA

Роботы могут использоваться для сбора визуальных данных в большинстве инспекций в атомной промышленности. Благодаря полученным визуальным данным инспекторы получают полное представление о ситуации внутри радиоактивной зоны, что приводит к снижению радиационного воздействия и устраняет необходимость входить в зону лично.

При проведении инспекций персонал ядерных объектов находит дефекты в материалах и оборудовании атомной станции, которые могут ухудшаться со временем. Например, при осмотре бетонного купола ядерного реактора они будут искать трещины в бетоне, а при проверке сварки вокруг оболочки, содержащей плутоний или уран, - места, где сварка начинает трескаться или ржаветь.

Роботы могут помочь в сборе визуальных данных практически при любой инспекции в ядерной отрасли. При внешних обследованиях дроны способны подлетать к поверхности и собирать визуальную информацию о ее состоянии, так же как кроулеры при инспекциях внутри труб. В процессе внутренних инспекций дроны, устойчивые к столкновениям и предназначенные для полетов в ограниченных пространствах, могут подлетать очень близко к исследуемой поверхности даже в труднодоступных местах, помогая инспекторам выявлять трещины или другие дефекты.

Новые технологии в области робототехники способны еще больше снизить контакт персонала с радиацией, удаленно собирая различные виды данных и предоставляя инспекторам больше возможностей для сокращения времени пребывания в зонах облучения и увеличения дистанции до них.

Новым примером такой технологии в атомной отрасли является Elios 3 RAD от Flyability, который создан специально для работы на АЭС.

Дрон Elios 3 с установленным подвесным модулем RAD

Дрон оснащен тремя датчиками радиации (которые также называются радиационными детекторами). Каждый датчик охватывает различный диапазон интенсивности радиации и может использоваться взаимозаменяемо на Elios 3 RAD, предоставляя управляющим атомных станций надежный набор данных для планирования работы и снижения общей дозы облучения персонала.

Благодаря этим датчикам дрон собирает точные данные о радиации во время полета. В процессе работы дрона персонал станции наблюдает гистограмму, построенную за последнюю минуту измерений с частотой записи два раза в секунду, и получает представление о максимальном уровне радиации. Инспекторы могут выбрать в качестве единиц измерения бэр или Зиверт, получать текущие показания датчика, значения накопленной дозы за время полета и накопленной дозы за весь срок эксплуатации.

Собранные во время полета данные могут быть использованы для картирования уровней радиации в определенной зоне, благодаря которому операторы атомной станции могут точно узнать о распределении интенсивности радиации на своем объекте. Данные о радиации можно использовать для выявления проблемных мест, лучшего понимания радиологических условий и планирования дозы, а также для принятия более обоснованных решений - все это помогает сотрудникам станции снизить потенциальное облучение.

Персонал атомных станций уже использует Elios 3 RAD для удаленного измерения радиации, благодаря чему избавлен от необходимости входить в облученные зоны для сбора информации.

Данные, получаемые Elios 3 RAD, крайне важны для планирования проектов и для соблюдения принципа ALARA. Они помогают снижать облучение персонала АЭС, предоставляя работникам информацию о радиационном фоне еще до того, как они войдут в радиоактивную зону.