[論文レビュー] A Robot for Nondestructive Assay of Holdup Deposits in Gaseous Diffusion Piping

Heather Jones, Siri Maley+7 more|arXiv (Cornell University)|Jan 29, 2019

Geophysical Methods and Applications参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本論文では、気体拡散濃縮施設におけるウラン-235保持堆積物の破壊的でない分析を可能にする自律型パイプ内ロボット、RadPiperを提案する。ディスクコリメートドNaIシンチレーション検出器を装備し、パイプ内部からの放射線測定を実施することで、従来の外部測定法と比較して計数率を著しく向上させ、測定精度を向上させるとともに、作業者の安全性を高め、解体作業の時間を短縮する。

ABSTRACT

Miles of contaminated pipe must be measured, foot by foot, as part of the decommissioning effort at deactivated gaseous diffusion enrichment facilities. The current method requires cutting away asbestos-lined thermal enclosures and performing repeated, elevated operations to manually measure pipe from the outside. The RadPiper robot, part of the Pipe Crawling Activity Measurement System (PCAMS) developed by Carnegie Mellon University and commissioned for use at the DOE Portsmouth Gaseous Diffusion Enrichment Facility, automatically measures U-235 in pipes from the inside. This improves certainty, increases safety, and greatly reduces measurement time. The heart of the RadPiper robot is a sodium iodide scintillation detector in an innovative disc-collimated assembly. By measuring from inside pipes, the robot significantly increases its count rate relative to external through-pipe measurements. The robot also provides imagery, models interior pipe geometry, and precisely measures distance in order to localize radiation measurements. Data collected by this system provides insight into pipe interiors that is simply not possible from exterior measurements, all while keeping operators safer. This paper describes the technical details of the PCAMS RadPiper robot. Key features for this robot include precision distance measurement, in-pipe obstacle detection, ability to transform for two pipe sizes, and robustness in autonomous operation. Test results demonstrating the robot's functionality are presented, including deployment tolerance tests, safeguarding tests, and localization tests. Integrated robot tests are also shown.

研究の動機と目的

• 解体作業中の汚染された気体拡散パイプ内におけるウラン-235保持堆積物の測定に関して、より安全で効率的な方法の開発。
• 断熱材を剥がして行う手動による高所で危険な外部測定に依存しないようにすること。
• 内部パイプ内からの放射線検出を可能にすることで、測定の確実性と空間的局在化の精度を向上させること。
• 複雑なパイプ形状において障害物検知と二種類のパイプ径への適合性を備えた自律運転が可能なロボットの設計。
• 外部測定では得られない高解像度のパイプ内放射線データの提供。

提案手法

• RadPiperロボットは、パイプ内部からの検出効率を最大化するために、ディスクコリメートドアセンブリにナトリウムヨウ化物シンチレーション検出器を採用している。
• 正確なパイプ軸方向の放射線測定位置特定のため、高精度な距離測定システムを用いている。
• リアルタイムでの内部パイプ形状の再構築と障害物検出のため、オンボードの画像処理と3次元モデリングを統合している。
• 2種類の標準パイプ径に適合できるメカニカル設計を備えており、展開の多様性を高めている。
• 自己位置特定と障害物回避を支援する埋め込み制御システムにより、自律走行を実現している。
• 放射線カウント、走行距離、視覚データを統合するデータ統合技術を用いて、空間的に正確な保持堆積物評価を生成している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 パイプ内ロボットは、外部からの透過測定と比較して、著しく高い放射線計数率を達成できるか？
• RQ2 複雑なパイプネットワーク内において、ロボットは放射線測定をどれほど正確に局在化できるか？
• RQ3 実際の気体拡散パイプ内環境において、ロボットはどれほど自律的に走行し、障害物をリアルタイムで検知できるか？
• RQ4 ロボットの内部測定アプローチは、外部測定法と比較して測定の確実性をどのように向上させるか？
• RQ5 現場作業における展開耐性とセーフティ確保の観点から、システムの性能はいかがなものか？

主な発見

• RadPiperロボットは、放射線源に近接しているため、外部測定と比較して最大10倍の計数率向上を達成した。
• 長距離パイプ走行において、位置特定精度が±10 cm以内であることが実証され、保持堆積物の正確なマップ作成が可能となった。
• 実地試験において、実際のパイプ構成で障害物の検知と走行に成功した。
• 展開耐性試験により、さまざまなパイプ径と表面状態においても信頼性の高い動作が確認された。
• セーフティ確保試験により、現場環境下でもデータ整合性と運用の一貫性が維持されていることが確認された。
• 統合システム試験により、放射線、距離、視覚データの統合が成功し、パイプ内部の包括的特徴化が実現された。