管道爬行机器人将帮助退役DOE核设施

由卡内基梅隆大学机器人研究所开发的一对自动机器人将很快在美国能源部位于俄亥俄州皮克顿的铀浓缩工厂通过数英里的管道,以识别管壁上的铀矿床。

CMU机器人已经证明它可以比管道内部更精确地测量辐射水平。除了节省劳动力成本之外,它的使用大大减少了工人的危险,否则他们必须手工进行外部测量,穿上防护装备,并使用升降机或脚手架到达高架管道。

美国能源部官员估计,机器人可以节省数千万美元,用于完成Piketon朴茨茅斯气体扩散厂的铀矿床特征,并在肯塔基州帕迪尤卡的类似铀浓缩工厂节省大约5000万美元。

“这将改变从现在开始测量铀矿床的方式,”机器人学教授兼现场机器人中心主任William“Red”Whittaker预测道。

高级项目科学家Heather Jones将于周三在亚利桑那州凤凰城的废物管理会议上发表关于机器人的两篇技术论文。CMU还将在会议期间展示机器人的原型。

CMU正在建造两个名为RadPiper的机器人,并将在5月向DOE庞大的3,778英亩朴茨茅斯站点提供生产原型单元。RadPiper采用CMU发明的新型“圆盘准直”辐射传感器。由Whittaker领导的CMU团队去年开始了这个项目。该团队与DOE和退役承包商Fluor-BWXT朴茨茅斯密切合作,以紧张的时间表制造原型并于去年秋天在朴茨茅斯进行测试。

自2000年关闭以来,该工厂于1954年开始运营,生产浓缩铀,包括武器级铀。占地面积1060万平方英尺,是美国能源部最大的屋顶设施,有三座大型建筑,包括158个足球场的浓缩工艺设备。过程建筑物包含超过75英里的过程管道。

在DOE净化,退役和拆除设施之前找到铀矿床是一项艰巨的任务。在第一座工艺建筑中,人员在过去三年中手动完成了140多万次工艺管道和部件的测量,并接近宣布建筑“冷和黑”。

美国能源部环境管理办公室技术开发总监Rodrigo V. Rimando表示,“在下一个工艺大楼中,要有超过15英里的管道,需要寻求更智能的方法。”“我们预计RadPiper可以节省大约八比一的管道。”即使使用RadPiper,也必须在某些组件中手动识别核沉积物。

RadPiper最初将在直径为30英寸和42英寸的管道中运行,并将描述每英尺长管段的辐射水平。具有潜在危险量的铀-235的那些部分,核反应堆和武器中使用的铀的裂变同位素将被移除和净化。工厂的绝大部分管道将保留在原位,并将与设施的其余部分一起安全拆除。

无绳机器人在一对柔性轨道上以稳定的速度穿过管道。琼斯说,虽然管道是直管段,但自动机器人配备了激光雷达和鱼眼摄像头来检测前方的障碍物,例如关闭的阀门。完成一系列管道后,机器人自动返回其启动点。集成的数据分析和报告生成使核分析师免于耗时的计算,并在同一天提供报告。

机器人的盘式准直传感仪使用标准的碘化钠传感器来计算伽马射线。传感器位于两个大型引线盘之间。铅盘阻挡来自铀矿床的伽马射线,这些铀沉积物位于管道的一英尺长的区域之外,在任何给定时间都会被表征。惠特克表示,CMU正在寻求该仪器的专利。

机器人研究所和惠特克在核设施中拥有丰富的机器人经验,包括机器人的设计和建造,以帮助清理宾夕法尼亚受损的三里岛反应堆大楼和乌克兰残废的切尔诺贝利反应堆。

作为CMU称之为管道爬行活动测量系统的一部分,能源部已向CMU支付了140万美元用于开发机器人。

Rimando说,除了朴茨茅斯和帕迪尤卡工厂外,机器人在美国能源部的防御核清理计划中也可能有用,这项计划甚至还不完整。其他可能使用机器人的地方是南卡罗来纳州艾肯的萨凡纳河遗址和华盛顿里奇兰的汉福德遗址。

“随着至少50年的核清理工作的进行,机器人研究所可以成为DOE未来几代人的主要机器人管道,”他补充说。