Дроны и радиация: инновации на АЭС для соответствия принципу ALARA

О принципе ALARA

Этот принцип заключается в сокращении воздействия радиации на персонал станции. Для соблюдения принципа ALARA атомные станции используют беспилотные аппараты, в том числе Flyability Elios 3 с подвесным модулем RAD. Elios 3 - противоударный дрон, специально разработанный для полётов в замкнутых пространствах.

Он оснащён защитным каркасом и выдерживает столкновения с препятствиями. Подвесной модуль RAD для Elios 3 измеряет текущий уровень радиации, накопленную дозу за полет и за все время эксплуатации дрона. Собранные данные помогают быстро найти источник повышенной радиации. Благодаря Elios 3 с модулем RAD инспекции ядерных объектов значительно проще и безопаснее, а контакт персонала с радиацией сводится к минимуму.

На протяжении многих лет роботы помогают сотрудникам атомных станций соблюдать требования ALARA, снижая контакт людей с радиацией. Давайте рассмотрим, как для этой цели можно использовать дроны Elios 3.

Инженеры и инспекторы на атомных станциях регулярно подвергаются воздействию некоторого количества радиации. Полностью исключить это воздействие невозможно, цель операторов станций - постараться максимально его снизить.

В Interocean использовали дрон Elios 3 UT для прохождения сертификации.

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 планируются заранее и продумываются до мелочей, но обследования ядерных объектов выделяются на их фоне и считаются как одни из самых тщательных.

Бывший инспектор неразрушающего контроля Майкл Вановермайер, который сейчас работает в компании MFE Inspection Solutions, начал свою карьеру в области инспекции ядерных объектов с того, что семь дней кропотливо готовился к 20-минутной инспекции на атомной электростанции. Для выполнения этого обследования он и его коллеги выполнили сотни 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 по снижению радиационного воздействия на атомных станциях обычно делятся на три категории:

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

2. Защита - использование защитных экранов для уменьшения воздействия радиации.

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

Роботы помогают персоналу ядерных объектов реализовать эти стратегии, увеличивая дистанцию между инспекторами и источниками радиации на объекте, где необходимо провести инспекцию. Они также сокращают время пребывания инспекторов в зонах радиации и выполняют задачи, которые иначе пришлось бы выполнять человеку, например, визуальное обследование.

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 обследования, благодаря чему воздействие радиации на человека снижается, но не устраняется полностью. Однако, как уже отмечалось, даже небольшое снижение облучения оправдывает затраты и усилия.

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 оснащён лёгким защитным каркасом, благодаря которому дрон выдерживает столкновения с препятствиями при работе в замкнутых пространствах, продолжая полёт без повреждений. При этом дрон не отклоняется от заданной траектории. Elios был специально разработан для инспекции внутри помещений, резервуаров, коллекторов и других труднодоступных объектов. Предоставляет инспекторам фото и видео материалы высокого разрешения в режиме реального времени, чтобы им самим не пришлось входить в опасные, потенциально радиоактивные зоны.

Elios 3 RAD: Новые технологии для соблюдения принципа ALARA

Роботы используются для сбора визуальных данных в большинстве инспекций в атомной промышленности. Благодаря полученным данным инспекторы получают полное представление о ситуации внутри радиоактивной зоны, что приводит к снижению радиационного воздействия на человека и устраняет необходимость входить в зону с повышенной радиацией.

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

Робототехника может помочь в сборе визуальных данных практически в любом сценарии, где необходимо точно знать что происходит внутри труднодоступного объекта. При внешних обследованиях дроны способны подлетать к поверхности и собирать визуальную информацию о ее состоянии, аналогично телеинспекционным кроулерам при обследовании трубопроводов и коллекторов. В процессе инспекции помещений дроны Elios 3 могут подлетать очень близко к исследуемой поверхности даже в труднодоступных местах, помогая инспекторам выявлять трещины или другие дефекты, а тепловизор на борту дрона может указать на участки с высокой температурой.

Новые технологии в области робототехники способны ещё 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 подвесным модулем RAD

Дрон оснащён 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 достоверные данные о состоянии объекта 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 ещё до того, как они войдут в радиоактивную зону.