CC BY
0Оценка радиационной безопасности и мониторинг урановых месторождений с помощью беспилотных летательных аппаратов
см о см
о ш т
X
<
т о х
X
Абакумов Артур Артурович
заместитель директора, руководитель отдела разработки ИИ-решений, Институт цифровых технологий и профессионального развития", 34nismo@gmail.com
В последние годы значительно увеличилось применение беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) для мониторинга радиационной безопасности и контроля урановых месторождений. Использование БПЛА с гамма-спектрометрами позволяет точно и безопасно оценивать радиационные уровни на месторождениях, недоступных для человека, что минимизирует риски для здоровья и безопасности персонала. Основные преимущества такого подхода включают быструю и точную картографию радиационных загрязнений, снижение эксплуатационных затрат и возможность оперативного реагирования на чрезвычайные ситуации. Важную роль в развитии и внедрении этой технологии играют международное сотрудничество и обмен опытом, особенно в контексте улучшения экологической безопасности в регионах с урановым наследием, таких как Центральная Азия.
Ключевые слова: радиация, радиационная безопасность, месторождения, беспилотники, современные технологии.
Введение
Использование мобильных платформ на базе БПЛА позволяет решать многие задачи на новом технологическом уровне. В целом, рыночные перспективы применения БПЛА оцениваются примерно в 127 млрд. долларов, из которых, не менее 3% связаны с горнодобывающей промышленностью (рисунок). Учитывая, что современные методы машинного обучения способны решать задачи классификации, распознавания и идентификации, напрашивается оснащение мобильной платформы развитыми интеллектуальными решениями на базе методов машинного обучения. Подобная интеллектуальная платформа будет способна решать задачи оперативно, получить доступ к труднодоступным местам технологического полигона и обеспечить повышение зоны обеспеченной контролем.
Применение методов БПЛА в совокупности с внедрением ИИ для контроля геотехнологических полей позволяет автоматизировать облет поля с целью внешнего осмотра скважин, оценки сохранности материалов и оборудования, идентификации разливов кислоты. При этом автоматизированный контроль позволяет проводить объективный контроль состояния геотехнологического поля.
Использование БПЛА для контроля заводов и сооружений позволяет проводить осмотр объектов в режиме реального времени, измерять эмиссию и выбросы в недоступных зонах объектов, собирать визуальную информацию высокого качества в сложных климатических условиях. Применение БПЛА и ИИ позволяет существенно сократить риск аварий, производить немедленные оперативные вмешательства в экстренной ситуации, внедрить такие технологий как идентификация лиц, удаленная термометрия, и идентификацию наличия каски и спецодежды персонала.
Применение новых технологий на основе БПЛА и ИИ позволяет достичь:
- Улучшения условий труда рабочего персонала;
- Обеспечения санитарно-эпидемиологических требований;
- Снижения травматизма;
- Снижения потерь кислоты, как за счет выявления нарушений труб, так и своевременного обнаружения ее разливов;
- Повышения оперативности контроля технологического процесса;
- Снижения негативного воздействия на окружающую среду и расходов на рекультивацию.
Сведений об экономическом эффекте от внедрения БПЛА и ИИ на уранодобывающем производстве нет. Однако, исследования экономического эффекта от внедрения систем на базе беспилотных летательных аппаратов и искусственного интеллекта при добыче нефти и газа, а также их транспортировки, говорят о том, что цифры могут достигать 20-30% от годовых затрат на эксплуатацию инженерных сооружений. Экономия достигается за счет повышения безопасности труда, снижения потерь при повреждениях труб и других сооружений, оперативного выявления проблем, снижения частоты выездов ремонтных бригад.
Использование беспилотных летательных комплексов для мониторинга капитального строительства позволит на 60-70% снизить затраты на строительный контроль, на 30% сократить нарушения требований к выполнению работ и в 2 раза повысить оперативность контроля.
При использовании беспилотных летательных комплексов при контроле рекультивационных работ эффективность (затраченное время и ресурсы) составляет более 300% по сравнению с традиционными способами обследования.
Материалы и методы
В последние годы обширное распространение получило использование беспилотных летательных аппаратов, известных как дроны. Дроны обеспечивают эффективный, безопасный и точный мониторинг радиационной ситуации в местах, которые могут быть опасными или недоступными для человека. Эти устройства оснащены детекторами радиации, способными регистрировать уровни радиоактивности и передавать полученные данные на землю операторам.
Применение дронов для контроля радиационной обстановки открывает широкие перспективы в таких областях, как ядерная энергетика, медицина, промышленность и экология. Их способность собирать и передавать данные делает дроны ценным инструментом в усилиях по обеспечению безопасности в радиационно опасных зонах. Непрерывный мониторинг и контроль за радиационной обстановкой необходимы для минимизации рисков. В этом контексте беспилотные летательные аппараты представляют собой одно из самых инновационных решений, позволяющих эффективно собирать данные в опасных зонах, где присутствие человека крайне нежелательно или опасно [1].
1. Принцип работы
Данас Ридикас, начальник Секции физики МАГАТЭ, подчеркивает: «Передовые разработки позволят значительно увеличить продолжительность полетов дронов и одновременно обеспечить точное определение мощности дозы и спектра гамма-излучения в одном измерении. Камеры высокого разрешения добавят к этому комплексу возможности 3D аэрофотограмметрии, создавая полную модель радиологических карт и данных по идентификации радионуклидов».
нения радиоактивных отходов в префектуре Фукусима. Этот документ предназначен для информирования общественности и ученых о результатах и выводах проекта.
Технологии, методологии и программы обучения, разработанные МАГАТЭ, доступны по запросу для государств-членов и уже нашли применение в ряде стран.
Работа дронов осуществляется следующим образом: аппараты оснащены детекторами излучения, камерами и GPS-приемниками. Во время полета, все измерения радиации и связанные данные синхронизируются с точными координатами и передаются в реальном времени на наземную станцию, а также сохраняются в бортовой системе. После завершения миссии данные могут быть извлечены для детального анализа, позволяя создать точное представление радиационной обстановки на основе совмещения фотографических и географических данных с радиометрическими измерениями. Полученные результаты предоставляются решающим органам для дальнейшего анализа и принятия мер [4].
7*4© юц,' «Й» ¡ВИ41 ЛИВ
_Ч I • . а-' и- «'-
Рис.2. Принцип работы дронов
Рис.1. Пример созданной модели радиологической карты
Интегрированная 3D-аэрофотограмметрическая модель, совмещенная с радиологической картой, была разработана с использованием данных, полученных во время двух последовательных полетов одного беспилотного летательного аппарата (БПЛА). Эта работа проводилась под эгидой МАГАТЭ и префектуры Фукусима.
Мирослав Пинак, руководитель Секции радиационной безопасности и дозиметрического контроля в МАГАТЭ, подчеркивает, что технологии на базе дронов играют ключевую роль в совершенствовании методов радиационного контроля. Они предоставляют значительные преимущества для экологического картирования и улучшения стратегий долгосрочного мониторинга загрязненных районов. Собранные с помощью этих систем данные могут быть использованы для оценки радиационных рисков и разработки стратегий по санации, дезактивации и управлению ядерными отходами в Японии.
МАГАТЭ планирует публикацию технического документа, который будет включать информацию о калибровке измерительных приборов, валидации методологии, измерениях мощности дозы и составлении карт радиационной обстановки в районах временного хра-
Рис.3. Работа дрона
В сфере радиационного мониторинга выделяют дистанционный радиационный контроль, а также автоматизированный, который осуществляется при помощи автоматизированных беспилотных комплексов.
Дистанционный радиационный контроль осуществляется в следующих направлениях:
• В рекультивационных работах;
• В хвостохранилищах, за счет методов измерения приповерхностного радиационного фона (альфа, гамма, бета излучение) с применением БПЛА и ИИ с целью выявления аномалий в режиме реального времени;
• Автоматизированной передаче результатов измерений ответственным лицам.
I I
О
ГО А Л1
I ГО
гп
о
ю о ю 4
CS
о
CS
о ш m
X
<
m О X X
Автоматизированный беспилотный комплекс позволяет отображать радиоактивность и присутствующие изотопы в режиме реального времени. Данное решение ускоряет и повышает эффективность обнаружения радиации и принятия решений.
Преимущества применения БПЛА в качестве платформы для гамма-спектрометрического анализа:
- способность выполнять полеты на высоте менее 5 м с огибанием рельефа на скорости порядка 3,5 км/ч;
- автоматизированные процедуры взлета, съемки и посадки;
- возможность детализации выявленных аномалий методом зависания над ними или приземления для набора спектров;
- способность осуществлять съемку вертикальных поверхностей за счет использования гиростабилизированного подвеса спектрометра.
Комплекс состоит из легкого гамма-спектрометра, установленного на БПЛА, и использует специально разработанное программное обеспечение с поддержкой технологии ИИ с целью объединения данных об интенсивности излучения для создания тепловых карт с уровнем излучения и идентификации присутствующих изотопов (рис.4)
радиационному фону в виде тепловой карты с привязкой к Ml
Рис. 4. Пример работы БПЛА в области радиационного мониторинга
Если же говорить об использовании БПЛА за контролем строительства, то система на базе БПЛА, позволяет осуществлять:
- Визуальный осмотр труднодоступных мест и зон повышенного риска;
- Инвентаризацию зданий, сооружений, материалов и оборудования в краткие сроки;
- Запись и визуализацию хода выполнения работ, фиксацию прогресса участка в соответствии с программой проекта;
- Инспекцию рабочих мест и контроль ТБ и ОТ в режиме реального времени.
Использование БПЛА для выполнения обследования экономит время, бюджет и снижает риски для здоровья и безопасности, связанные с обследованием и доступом к сложным или труднодоступным местам. Далее на рисунке 5 изображен пример использование технологий БПЛА в строительстве.
- From tO то IS %
- From!5to20%
. WkMI .
Nmwnt
Рис.5. Пример использования БПЛА в строительстве
2. Пример работы
Недавно разработанная технология, применяющая беспилотные летательные аппараты (БПЛА), предназначена для дистанционного
анализа радиационных загрязнений на территориях, где ранее проводилась добыча и переработка урана в странах Центральной Азии, включая Казахстан, Кыргызстан, Таджикистан и Узбекистан. Эти БПЛА, оснащенные высокоточными гамма-спектрометрами, были созданы совместными усилиями немецкого консорциума и Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ).
В частности, Ферганская долина, соединяющая территории Кыргызстана, Таджикистана и Узбекистана, население которой составляет приблизительно 14 миллионов человек и является одним из наиболее плодородных регионов Центральной Азии, подвержена риску загрязнения радионуклидами и тяжелыми металлами из остаточных хвостохранилищ и отвалов. Река Сырдарья, протекающая через долину, имеет важное значение для региона.
Эта инновационная технология значительно упростит и усилит безопасность процессов мониторинга радиации на урановых объектах, ранее исследуемых специалистами вручную с использованием переносных гамма-спектрометров. Большинство из этих участков находятся в горных и сейсмически активных зонах, где традиционные методы мониторинга оказываются затруднительными и малоэффективными.
Проект под кодовым названием DUB-GEM ("Разработка гамма-спектрометрии на базе БПЛА для исследования и мониторинга объектов уранового наследия"), начатый в апреле 2019 года, финансируется Федеральным министерством образования и научных исследований Германии и координируется Федеральным институтом геонаук и природных ресурсов Германии (BGR). Партнерство включает в себя специалистов из различных стран, в том числе Third Element Aviation из Германии и IAF-Radioökologie GmbH, которые обеспечивают техническую и методологическую поддержку проекта.
На первоначальном этапе данный проект уже демонстрировала свою эффективность на территории бывшего уранового производства в Роннебурге, Германия, где проводились испытания новой системы. В ходе этих испытаний были собраны детальные данные о загрязнении, что подтверждает потенциал технологии для применения в Центральной Азии. В ближайшем будущем ожидается проведение практических обучений для экспертов МАГАТЭ в регионе, чтобы максимально расширить возможности использования новой системы.
Усовершенствованная технология радиационного наблюдения, представленная в виде беспилотного летательного аппарата с интегрированным гамма-спектрометром, открывает новые возможности для анализа урановых объектов без необходимости преодолевать сложности труднодоступной местности. Свен Альтфельдер, эксперт МАГАТЭ по безопасности радиоэкологических процессов, подчеркивает: "Применение БПЛА для мониторинга позволяет экспертам оперативно собирать необходимые данные, минимизируя при этом риски для здоровья и безопасности."
Мальте Ибс-фон Сехт, координатор проекта от BGR, добавляет, что гамма-спектрометрия на базе БПЛА обладает значительными преимуществами по сравнению с традиционными воздушными методами, такими как вертолетная гамма-спектрометрия, включая снижение эксплуатационных расходов и увеличение скорости картографирования.
Азамат Мамбетов, государственный секретарь Министерства по чрезвычайным ситуациям Кыргызстана, отмечает, что данные, полученные с помощью БПЛА, будут использованы для информирования местного населения о безопасности реабилитированных районов и демонстрации результатов экологической реабилитации урановых объектов.
В рамках международного сотрудничества, начатого в 2017 году, МАГАТЭ вместе с Европейской комиссией, Европейским банком реконструкции и развития, Экономическим советом Содружества Независимых Государств, а также правительствами Кыргызстана, Таджикистана и Узбекистана разработали Стратегический генеральный план по экологической реабилитации уранового наследия
в Центральной Азии. В предстоящем обновлении плана особое внимание будет уделено семи ключевым объектам:
• Майлуу-Суу, Мин-Куш и Шекафтар в Кыргызстане,
• Дегмай и Истиклол в Таджикистане,
• Чаркесар и Янгиабад в Узбекистане [2,3].
Меморандум о сотрудничестве в рамках проекта общественного
мониторинга был подписан руководителями ведущих научных и промышленных организаций: Владимиром Ивановым, директором Физико-технического института Уральского федерального университета, Ильей Ярмошенко, директором Института прикладной экологии Уральского отделения Российской академии наук, и Алексеем Шеметовым, первым заместителем генерального директора Уранового холдинга «АРМЗ», Горнорудного дивизиона Госкорпорации «Росатом».
В рамках данного проекта была сформирована группа магистрантов с направления «Технологии радиационной и ядерной безопасности» Физико-технического института УрФУ. Исследования будут проводиться под руководством ученых из Института прикладной экологии УрО РАН, включая краткосрочные экспедиции, полевые измерения, отбор проб, а также лабораторные и камеральные работы. Илья Ярмошенко акцентировал важность этого проекта в определении уровней естественных радионуклидов в различных компонентах окружающей среды, включая грунт, воду, растительность и воздух, и объективной оценке полученных данных.
На основе анализа данных будут подготовлены технические отчеты и информационные материалы, которые будут доступны для ознакомления местным жителям, желающим участвовать в исследованиях. Владимир Иванов подчеркнул, что результаты позволят предоставить независимую оценку радиоэкологических условий в Забайкальском крае, Республике Бурятия и Курганской области [5].
Алексей Шеметов обратил внимание на значимость общественного восприятия урановой добычи, уточнив, что для снятия общественных опасений активно привлекаются независимые эксперты и ученые. Он также упомянул о успешно проведенных экологических экспедициях и независимых исследованиях на урановых месторождениях, подчеркивая стремление предприятия к полной открытости и вовлечению общественности в процессы обеспечения экологической безопасности и радиационной грамотности.
Максим Васянович, директор АНО «ЭнЭКО», настаивает на необходимости тщательной подготовки к экспедициям, важности научного подхода и избегании популистских методов в экологических исследованиях, что является основой для развития экологической ответственности.
На конференции «Биосферная совместимость атомной энергетики» Алексей Шеметов обсудил будущее уранодобычи в России, включая разработку новых месторождений и стратегии обеспечения прозрачности и безопасности деятельности в атомной промышленности [6].
Заключение
Применение беспилотных летательных аппаратов в радиационном мониторинге и контроле урановых месторождений демонстрирует значительные технологические и экономические преимущества. Инновации в данной области способствовали повышению эффективности мониторинга и безопасности радиационных объектов. Разработки БПЛА с гамма-спектрометрией обеспечивают критически важное снижение рисков для персонала, улучшение качества и доступности данных о радиационном загрязнении. Международное сотрудничество и поддержка МАГАТЭ ускорили технологическое развитие и расширили применение этих систем в глобальном масштабе. Дальнейшие исследования и инновации будут способствовать реализации новых проектов для обеспечения экологической безопасности и поддержания устойчивого развития в регионах с урановым наследием.
Литература
1. Применение беспилотников для контроля за радиационной обстановкой. .[Электронный ресурс] Режим доступа: https://dron-ai.ru/primenenie-
bespilotnikov/primenenie_bespilotnikov_dlja_kontrolja_za_radiatsionno j_obstanovkoj/ .- (дата обращения 18.04.2024).
2. Немецкий консорциум и МАГАТЭ внедряют новую технологию дистанционного мониторинга бывших урановых объектов Центральной Азии с помощью БПЛА .[Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.atomic-energy.ru/news/2021/07/01/115155 .(дата обращения 18.04.2024).
3. Для радиологического мониторинга в чрезвычайных ситуациях теперь доступна новая технология с использованием дронов .[Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.iaea.org/ru/newscenter/news/dlya-radiologicheskogo-monitoringa-v-chrezvychaynyh-situaciyah-teper-dostupna-novaya-tehnologiya-s-ispolzovaniem-dronov .- (дата обращения 18.04.2024).
4. МАГАТЭ совершенствует беспилотную технологию для мониторинга загрязненных радиацией территорий .[Электронный ресурс] Режим доступа: https://russiandrone.ru/news/magate_sovershenstvuet_bespilotnuyu_tekh nologiyu_dlya_monitoringa_zagryaznennykh_radiatsiey_territor/ .(дата обращения 18.04.2024).
5. На всех российских месторождениях будет реализован проект общественного контроля безопасности добычи урана для окружающей среды .[Электронный ресурс] Режим доступа: https://www.rosatom.ru/journalist/news/na-vsekh-rossiyskikh-mestorozhdeniyakh-budet-realizovan-proekt-obshchestvennogo-kontrolya-bezopasnos/ .- (дата обращения 18.04.2024).
6. Российский беспилотник отследит радиоактивное и химическое загрязнение .[Электронный ресурс] Режим доступа: https://nplus1.ru/news/2021/08/10/radiologicalmonitoring .- (дата обращения 18.04.2024).
Radiation safety assessment and monitoring of uranium deposits using drones Abakumov A.A.
Institute of Digital Technologies and Professional Development
In recent years, the use of unmanned aerial vehicles (UAVs) for radiation safety monitoring and control of uranium deposits has increased significantly. The use of UAVs with gamma-ray spectrometers allows accurate and safe assessment of radiation levels in fields inaccessible to humans, which minimizes risks to the health and safety of personnel. The main advantages of this approach include fast and accurate mapping of radiation pollution, reduced operating costs and the ability to respond promptly to emergencies. International cooperation and exchange of experience play an important role in the development and implementation of this technology, especially in the context of improving environmental safety in regions with uranium heritage, such as Central Asia. Keywords: radiation, radiation safety, deposits, drones, modern technologies. References
1. The use of drones to monitor the radiation situation. .[Electronic resource] Access mode: https://dron-ai.ru/primenenie-
bespilotnikov/primenenie_bespilotnikov_dlja_kontrolja_za_radiatsionnoj_obstanovkoj / .- (accessed 04/18/2024).
2. A German consortium and the IAEA are introducing a new technology for remote monitoring of former uranium facilities in Central Asia using UAVs.[Electronic resource] Access mode: https://www.atomic-energy.ru/news/2021/07/01/115155 .- (accessed 04/18/2024).
3. A new technology using drones is now available for radiological monitoring in emergency situations.[Electronic resource] Access mode: https://www.iaea.org/ru/newscenter/news/dlya-radiologicheskogo-monitoringa-v-chrezvychaynyh-situaciyah-teper-dostupna-novaya-tehnologiya-s-ispolzovaniem-dronov .- (accessed 04/18/2024).
4. The IAEA is improving unmanned technology for monitoring radiation-contaminated areas.[Electronic resource] Access mode: https://russiandrone.ru/news/magate_sovershenstvuet_bespilotnuyu_tekhnologiyu_dlya _monitoringa_zagiyaznennykh_radiatsiey_territor / .- (accessed 04/18/2024).
5. A project of public control of the safety of uranium mining for the environment will be implemented at all Russian deposits.[Electronic resource] Access mode: https://www.rosatom.ru/journalist/news/na-vsekh-rossiyskikh-mestorozhdeniyakh-budet-realizovan-proekt-obshchestvennogo-kontrolya-bezopasnos / .- (accessed 04/18/2024).
6. A Russian drone will track radioactive and chemical contamination.[Electronic resource] Access mode: https://nplus1.ru/news/2021/08/10/radiologicalmonitoring .- (accessed
04/18/2024).
I I О го А J=
I ГО
m
о
го о го •рь
