Une paire de robots autonomes développés par le Robotics Institute de l'Université Carnegie Mellon traversera bientôt des kilomètres de tuyaux dans l'ancienne usine d'enrichissement d'uranium du département américain de l'Énergie à Piketon, Ohio, pour identifier les gisements d'uranium sur les parois des canalisations.

Le robot CMU a démontré qu'il peut mesurer les niveaux de rayonnement avec plus de précision depuis l'intérieur du tuyau qu'avec des techniques externes. En plus des économies de coûts de main-d'œuvre, son utilisation réduit considérablement les risques pour les travailleurs qui, autrement, doivent effectuer des mesures externes à la main, vêtus d'un équipement de protection et utilisant des ascenseurs ou des échafaudages pour atteindre les tuyaux surélevés.

Les responsables du DOE estiment que les robots pourraient économiser des dizaines de millions de dollars en complétant la caractérisation des gisements d'uranium à l'usine de diffusion gazeuse de Portsmouth à Piketon, et économiser peut-être 50 millions de dollars dans une usine d'enrichissement d'uranium similaire à Paducah, Kentucky.

"Cela va transformer la façon dont les mesures des gisements d'uranium sont désormais effectuées, " prédit William "Red" Whittaker, professeur de robotique et directeur du Field Robotics Center.

Heather Jones, le scientifique principal du projet présentera mercredi deux articles techniques sur le robot lors de la conférence sur la gestion des déchets à Phoenix, Arizona. CMU fera également la démonstration d'un prototype du robot lors de la conférence.

CMU construit deux des robots, appelé RadPiper, et livrera les unités prototypes de production au tentaculaire 3 du DOE, Site de 778 acres de Portsmouth en mai. RadPiper utilise un nouveau capteur de rayonnement « collimaté sur disque » inventé à la CMU. L'équipe CMU, dirigé par Whittaker, a commencé le projet l'année dernière. L'équipe a travaillé en étroite collaboration avec le DOE et Fluor-BWXT Portsmouth, l'entreprise de démantèlement, pour construire un prototype selon un calendrier serré et le tester à Portsmouth l'automne dernier.

Fermé depuis 2000, l'usine a commencé ses opérations en 1954 et a produit de l'uranium enrichi, y compris l'uranium de qualité militaire. Avec 10,6 millions de pieds carrés d'espace au sol, c'est la plus grande installation sous toit du DOE, avec trois grands bâtiments contenant des équipements de processus d'enrichissement qui couvrent la taille de 158 terrains de football. Les bâtiments de traitement contiennent plus de 75 milles de tuyaux de traitement.

Trouver les gisements d'uranium, nécessaire avant que le DOE ne décontamine, désaffecte et démolit l'installation, est une tâche herculéenne. Dans le premier bâtiment de processus, Au cours des trois dernières années, les équipes humaines ont effectué plus de 1,4 million de mesures de la tuyauterie et des composants de processus manuellement et sont sur le point de déclarer le bâtiment "froid et sombre".

"Avec plus de 15 miles de tuyauterie à caractériser dans le prochain bâtiment de process, il est nécessaire de rechercher une méthode plus intelligente, " dit Rodrigo V. Rimando, Jr., directeur du développement technologique pour le Bureau de la gestion environnementale du DOE. "Nous anticipons une économie de main-d'œuvre de l'ordre d'un rapport de huit pour un pour la tuyauterie réalisée par RadPiper." Même avec RadPiper, les gisements nucléaires doivent être identifiés manuellement dans certains composants.

RadPiper fonctionnera initialement dans des tuyaux mesurant 30 pouces et 42 pouces de diamètre et caractérisera les niveaux de rayonnement dans chaque segment de tuyau d'un pied de long. Les segments contenant des quantités potentiellement dangereuses d'uranium-235, l'isotope fissile de l'uranium utilisé dans les réacteurs nucléaires et les armes, seront enlevés et décontaminés. La grande majorité de la tuyauterie de l'usine restera en place et sera démolie en toute sécurité avec le reste de l'installation.

Le robot sans attache se déplace à travers le tuyau à un rythme régulier au sommet d'une paire de pistes flexibles. Bien que le tuyau soit en sections droites, le robot autonome est équipé d'un lidar et d'une caméra fisheye pour détecter les obstacles devant, comme les vannes fermées, dit Jones. Après avoir terminé une série de tuyaux, le robot retourne automatiquement à son point de lancement. Integrated data analysis and report generation frees nuclear analysts from time-consuming calculations and makes reports available the same day.

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, Caroline du 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, " il ajouta.