Een robot die een job overbodig maakt? Graag!

Hoe robots mensen kunnen vervangen in een job met een hoog stralingsrisico
 

Mensen die in de buurt van een kerncentrale wonen, kennen het wel. Iedere eerste donderdag van de maand gaat het testalarm af. Niets om je zorgen over te maken. Jij bent er volledig aan gewend. En je tante vindt het ook prima. Volgens haar is het de meest betrouwbare herinnering om haar maandelijkse huur te betalen. En hoewel het voor haar misschien een feilloos systeem was, zal ze toch stilaan een andere oplossing moeten zoeken. Meer en meer kerncentrales worden gesloten. Een kerncentrale stilleggen is niet echt moeilijk. Je duwt op enkele knoppen en het mechanisme stopt. Maar wat dan?

De kerncentrale ligt stil. Wat nu?

Eens een kerncentrale is stilgelegd, moet het echte werk eigenlijk nog beginnen. Het zal nog jaren duren voordat de site gebruikt kan worden voor andere doeleinden. Na het stilleggen van de kerncentrale wordt eerst de hoogradioactieve splijtstof – bijvoorbeeld uranium – uit de reactor gehaald. Dit is echter niet het enige deel van de kerncentrale dat radioactief is. Er zijn een heleboel ruimten, buizen en materialen die doorheen de jaren ook radioactief geworden zijn. We weten helaas niet zomaar welke gebieden gecontamineerd zijn. Een belangrijke stap in de ontmanteling van een kerncentrale is dan ook lokalisatie van radioactieve bronnen. Na die lokalisatie kunnen we een plan opmaken voor de verdere ontmanteling van de kerncentrale.

Lokalisatie van deze radioactieve bronnen gebeurt traditioneel door menselijke operatoren die de faciliteit betreden en handmatig metingen uitvoeren. Een groot nadeel hierbij is dat de operatoren blootgesteld worden aan straling. Natuurlijk krijgen ze wel beschermende kledij, maar ook die houdt niet alles tegen. Om de gezondheid van de operatoren te waarborgen is een strikte tijdslimiet noodzakelijk. Dit zorgt echter voor minder nauwkeurige of onvolledige metingen. Dat op zich is al niet ideaal, maar zeg nu zelf: Het zou toch gewoon beter zijn als we mensen niet meer moeten blootstellen aan die straling? Misschien is het in dit geval net goed dat een job overgenomen wordt door een robot?

Welke soorten straling zijn er?

We spreken hierboven over straling, maar wat is dat nu precies? Om straling te kunnen begrijpen, moeten we eerst weten dat alles in de wereld is opgebouwd uit kleine bouwsteentjes. We noemen die bouwsteentjes atomen. Atomen bestaan uit een kern met daarrond kleine deeltjes die we elektronen noemen. De meeste atoomkernen zijn stabiel. Sommige atoomkernen zijn echter instabiel. Dat wil zeggen dat de kern van het atoom niet in de originele samenstelling kan blijven bestaan. Als gevolg daarvan zenden ze deeltjes uit. Die deeltjes noemen we straling.

De drie typische soorten straling zijn α-straling, β-straling en γ-straling. α-straling en β-straling kunnen veel schade verrichten als ze in ons lichaam terechtkomen, maar kunnen gemakkelijk tegengehouden worden door beschermende kledij. γ-straling kan veel moeilijker tegengehouden worden, maar richt minder schade aan in ons lichaam. Grote hoeveelheden γ-straling kunnen wel aanzienlijke schade verrichten. Ons onderzoek richt zich daarom op een toestel dat door een robot gedragen kan worden om zo de positie van een γ-bron te bepalen.

Hoe detecteren we γ-straling?

γ-straling kunnen we detecteren aan de hand van een Compton camera. Dit toestel kan Compton scattering events detecteren. Dat is een fenomeen waarbij een γ-straal tegen een elektron van een atoom botst. De Compton camera verzamelt een heleboel data over hoe die botsing gebeurt. Die data sturen we dan door naar een computer.  

Waar bevindt die bron zich nu precies?

De data op de computer wordt verwerkt via allerlei wiskundige formules, waardoor we voor elk Compton scattering event een kegel kunnen tekenen – de wiskundige figuur, niet degene die je omvergooit met een bowlingbal. Mooi. Maar wat zijn we met zo’n kegel? Zo’n kegel heeft de belangrijke eigenschap dat de positie van de bron zich érgens op de kegel bevindt. Als we nu voor meerdere Compton scattering events zo’n kegel tekenen, dan weten we dat de positie die we zoeken gelegen is op élk van die kegels. De bron bevindt zich dus op het punt waar alle kegels snijden. De figuur hiernaast geeft een theoretisch voorbeeld. Zowel de groene, gele, rode als blauwe kegel snijden in exact één punt.

Het geval waarbij alle kegels mooi in exact één punt snijden, is natuurlijk maar een theoretisch voorbeeld. In de praktijk zit er heel wat ruis op de data en zijn heus niet alle kegels bruikbaar. Gelukkig zijn er in de praktijk ook geen vier kegels, maar eerder een paar duizend.

En werkt dat nu eigenlijk ook echt in ’t echt?

Wel, ja. En ook nee. Het onderzoek naar dit topic staat nog in zijn kinderschoenen waardoor er nog gebruikgemaakt wordt van een vereenvoudigde opstelling zonder mogelijke stoorzenders in de buurt. In dat geval: Ja, de combinatie van de huidige technologie en de ontwikkelde algoritmes is in staat om een bron te lokaliseren met een nauwkeurigheid die zeker kan concurreren met de huidige state-of-the-art. Maar kan je op dit moment al een robotje met een Compton camera in een kerncentrale naar binnen sturen en verwachten dat alle bronnen perfect gelokaliseerd worden? Absoluut niet. Net daarom is het zo belangrijk dat we dit onderzoek al onder de aandacht brengen. Wie weet ben jij als lezer wel net op zoek naar een nieuwe uitdaging of misschien kan je kleindochter niet beslissen in welke sector ze wil werken. Ook al is de ontmanteling van kerncentrales een traag proces, we doen er goed aan ons niet te laten vangen aan het eeuwenoude ‘We hebben nog tijd!’