Применение роботов, дронов и искусственного интеллекта для совершенствования методов вывода из эксплуатации и экологической реабилитации: победители краудсорсингового конкурса МАГАТЭ 2020 года

Краудсорсинговый конкурс МАГАТЭ был направлен на то, чтобы стимулировать инновации в сфере проектирования и эксплуатации для обеспечения рентабельного и эффективного внедрения «умных» решений.

По результатам своего краудсорсингового конкурса МАГАТЭ выбрало пять наиболее перспективных претендентов, предложивших оригинальные концепции или наброски проекта по содействию выводу ядерных установок из эксплуатации и восстановлению окружающей среды в местах, подвергнутых радиоактивному загрязнению. Из этих предложений три были связаны с выводом из эксплуатации, а два — с восстановлением окружающей среды. Было предложено использовать наборы инструментов для характеризации; инструменты для полевых измерений и сбора данных по излучению в формате 3D; а также роботов с применением искусственного интеллекта. Молодые люди со всего мира, представившие свои предложения, разделяют энтузиазм в отношении новых подходов и стратегий, призванных сделать работу в этих областях более безопасной, быстрой и экономичной.

«Я разработал устройство, позволяющее визуализировать радиоактивное загрязнение на различных поверхностях, таких как полы, стены или аппараты на демонтируемых установках, — рассказывает Сильвен Леблон, инженер-исследователь из французского Комиссариата по атомной энергии и альтернативным источникам энергии (КАЭ). — Оно окажет огромную помощь в выявлении остаточного загрязнения на площадке и в надлежащей очистке любой загрязненной установки».

Эффективное управление процессом вывода из эксплуатации и восстановления окружающей среды чрезвычайно важно для обеспечения устойчивого характера ядерной энергетики и устранения последствий для здоровья и окружающей среды.

Хотя срок службы многих ядерно-энергетических реакторов в настоящее время продлевается, ожидается, что в ближайшие годы предстоит проделать значительный объем работ по выводу из эксплуатации и по связанному с этим восстановлению окружающей среды. В частности, будут выводиться из эксплуатации энергетические и исследовательские реакторы, другие установки топливного цикла, критические сборки, ускорители и облучательные установки. Экологическая реабилитация также необходима на объектах, которые ранее использовались для деятельности, связанной с исследованиями в ядерной области, добычей и переработкой урана, а также переработкой радиоактивного материала природного происхождения.

«До сих пор измерение загрязнения ограничивалось небольшой площадью и производилось вручную. Мы хотим создать робота, использование которого позволит избежать потенциального радиационного риска для персонала», — говорит Зени Ангграини из Национального агентства по ядерной энергии Индонезии (БАТАН). Возглавляемая им группа предложила концепцию робота, осуществляющего картирование и мониторинг загрязненных районов.

Рё Йокояма из Токийского университета, Япония, разработал подход к оценке распределения обломков топлива, предусматривающий использование экспериментов и цифровых методов. «Суровые условия окружающей среды на АЭС "Фукусима-дайити" серьезно осложняют отбор проб и извлечение обломков топлива из реактора. С помощью экспериментов и цифрового моделирования этой АЭС можно постепенно обнаруживать обломки топлива, что может помочь в их извлечении», — рассказывает Йокояма.

Как вывод из эксплуатации, так и восстановление окружающей среды являются сложными мероприятиями, которые могут длиться многие годы с момента закрытия установки или начала ее использования в других целях.

«И вывод из эксплуатации, и восстановление окружающей среды постоянно совершенствуются благодаря как проверенным, так и новым технологиям, — отмечает Владимир Михаль, руководитель группы МАГАТЭ по выводу из эксплуатации, который координировал процесс отбора. — При этом необходимы новые идеи и свежие таланты для их реализации. Важно, чтобы молодые люди знали о многочисленных карьерных возможностях в этой области и приглашались на мероприятия по обучению и подготовке кадров». Подобные краудсорсинговые конкурсы могут помочь привлечь ученых и инженеров, начинающих свою карьеру, к работе в ядерной отрасли.

Поскольку все предложения ориентированы на решение конкретных технических вопросов, велика вероятность того, что они будут использоваться на практике при выводе из эксплуатации и восстановлении окружающей среды.

«Ядерная отрасль развивается, и очень высока потребность в специалистах по новым направлениям. Мы видим, что использование технологий становится все более масштабным, поэтому необходимы соответствующие эксперты, например в робототехнике», — говорит Дэниел Мартин, младший научный сотрудник Флоридского международного университета в США. Предложение его группы заключается в том, чтобы использовать роботизированную платформу с применением искусственного интеллекта для содействия предотвращению дефектов до того, как они возникнут на установках, подлежащих демонтажу.

«Ядерная энергетика очень важна для обеспечения того, чтобы будущие энергосистемы были низкоуглеродными, надежными и устойчивыми. Ядерная робототехника — это быстро развивающаяся дисциплина, и физические демонстрации современных роботизированных систем помогают сделать вывод ядерных установок из эксплуатации более быстрым и безопасным для человека-оператора», — рассказывает Эрин Холланд, аспирантка Бристольского университета в Великобритании. Ее группа предложила набор инструментов для характеризации, позволяющий ускорить процесс вывода из эксплуатации. «Мы надеемся, что наша работа с использованием передовых технологий поможет повысить осведомленность общественности о ядерной энергетике и интерес к ней. Это очень важно для того, чтобы ядерная энергетика на десятилетия вперед оставалась одним из основных источников энергии».

Из 12 стран было получено в общей сложности 26 предложений, которые были оценены по таким критериям, как уровень инноваций и креативности. Первоначально предполагалось, что победители конкурса представят свои работы в сентябре на Генеральной конференции МАГАТЭ. Однако из-за ограничений на поездки вследствие COVID-19 это оказалось невозможно.

«Мы рассматриваем другие возможности, чтобы победители могли приехать на соответствующую конференцию в 2021 году, организованную МАГАТЭ или в сотрудничестве с ним, — говорит Михаль. — Мы также надеемся повторить этот конкурс в 2021 году, посвятив его экономике и финансированию, а также управлению знаниями, так что следите за развитием событий».