Una coppia di robot autonomi sviluppati dal Robotics Institute della Carnegie Mellon University guiderà presto attraverso chilometri di tubi presso l'ex impianto di arricchimento dell'uranio del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti a Piketon, Ohio, per identificare i depositi di uranio sulle pareti dei tubi.

Il robot CMU ha dimostrato di poter misurare i livelli di radiazione dall'interno del tubo in modo più accurato di quanto sia possibile con tecniche esterne. Oltre al risparmio sul costo del lavoro, il suo utilizzo riduce notevolmente i rischi per i lavoratori che altrimenti devono eseguire misurazioni esterne a mano, vestiti con indumenti protettivi e utilizzando ascensori o impalcature per raggiungere i tubi sopraelevati.

I funzionari del DOE stimano che i robot potrebbero risparmiare decine di milioni di dollari nel completamento della caratterizzazione dei depositi di uranio presso l'impianto di diffusione gassosa di Portsmouth a Piketon, e risparmiare forse 50 milioni di dollari in un simile impianto di arricchimento dell'uranio a Paducah, Kentucky.

"Questo trasformerà il modo in cui vengono effettuate le misurazioni dei giacimenti di uranio d'ora in poi, " predisse William "Red" Whittaker, professore di robotica e direttore del Field Robotics Center.

Heather Jones, lo scienziato senior del progetto presenterà due documenti tecnici sul robot mercoledì alla conferenza sulla gestione dei rifiuti a Phoenix, Arizona. CMU dimostrerà anche un prototipo del robot durante la conferenza.

CMU sta costruendo due dei robot, chiamato RadPiper, e consegnerà le unità prototipo di produzione al tentacolare 3 del DOE, Sito di Portsmouth di 778 acri a maggio. RadPiper utilizza un nuovo sensore di radiazione "collimato su disco" inventato alla CMU. Il team CMU, guidato da Whittaker, iniziato il progetto lo scorso anno. Il team ha lavorato a stretto contatto con DOE e Fluor-BWXT Portsmouth, l'appaltatore della disattivazione, per costruire un prototipo in tempi ristretti e testarlo a Portsmouth lo scorso autunno.

Chiuso dal 2000, l'impianto è entrato in funzione nel 1954 e ha prodotto uranio arricchito, compreso l'uranio per armi. Con 10,6 milioni di piedi quadrati di superficie, è la più grande struttura del DOE sotto il tetto, con tre grandi edifici contenenti apparecchiature per il processo di arricchimento che coprono le dimensioni di 158 campi da calcio. Gli edifici di processo contengono più di 75 miglia di tubi di processo.

Trovare i giacimenti di uranio, necessario prima che il DOE decontamina, dismette e demolisce l'impianto, è un compito titanico. Nella prima costruzione del processo, le squadre umane negli ultimi tre anni hanno eseguito manualmente più di 1,4 milioni di misurazioni delle tubazioni e dei componenti di processo e stanno per dichiarare l'edificio "freddo e buio".

"Con oltre 15 miglia di tubazioni da caratterizzare nel prossimo processo di costruzione, c'è bisogno di cercare un metodo più intelligente, " disse Rodrigo V. Rimando, Jr., direttore dello sviluppo tecnologico per l'Office of Environmental Management del DOE. "Prevediamo un risparmio di manodopera dell'ordine di un rapporto di otto a uno per le tubazioni realizzate da RadPiper." Anche con RadPiper, i depositi nucleari devono essere individuati manualmente in alcuni componenti.

RadPiper opererà inizialmente in tubi di 30 pollici e 42 pollici di diametro e caratterizzerà i livelli di radiazione in ogni segmento di tubo lungo un piede. Quei segmenti con quantità potenzialmente pericolose di uranio-235, l'isotopo fissile dell'uranio utilizzato nei reattori nucleari e nelle armi, saranno rimossi e decontaminati. La stragrande maggioranza delle tubazioni dell'impianto rimarrà sul posto e sarà demolita in sicurezza insieme al resto della struttura.

Il robot senza cavi si muove attraverso il tubo a un ritmo costante in cima a un paio di binari flessibili. Sebbene il tubo sia in sezioni diritte, il robot autonomo è dotato di un lidar e di una telecamera fisheye per rilevare gli ostacoli davanti, come valvole chiuse, ha detto Jones. Dopo aver completato un percorso di tubo, il robot torna automaticamente al punto di lancio. L'analisi integrata dei dati e la generazione di report liberano gli analisti nucleari da calcoli che richiedono tempo e rendono i report disponibili lo stesso giorno.

The robot's disc-collimated sensing instrument uses a standard sodium iodide sensor to count gamma rays. The sensor is positioned between two large lead discs. The lead discs block gamma rays from uranium deposits that lie beyond the one-foot section of pipe that is being characterized at any given time. Whittaker said CMU is seeking a patent on the instrument.

The Robotics Institute and Whittaker have extensive experience with robots in nuclear facilities, including the design and construction of robots to aid with the cleanup of the damaged Three Mile Island reactor building in Pennsylvania and the crippled Chernobyl reactor in Ukraine.

DOE has paid CMU $1.4 million to develop the robots as part of what CMU calls the Pipe Crawling Activity Measurement System.

In addition to the Portsmouth and Paducah plants, robots could be useful elsewhere in DOE's defense nuclear cleanup program, which is not even half complete, Rimando said. Other sites where robots might be used are the Savannah River Site in Aiken, Carolina del Sud, and the Hanford Site in Richland, Washington.

"With at least 50 more years of nuclear cleanup to be performed, the Robotics Institute could serve as a major pipeline of roboticists for DOE's next several workforce generations, " Ha aggiunto.