DE102012108179A1

DE102012108179A1 - Radioaktivitätsmessverfahren und Radioaktivitätsmessdrohne

Info

Publication number: DE102012108179A1
Application number: DE201210108179
Authority: DE
Inventors: Georg Fehrenbacher
Original assignee: GSI Helmholtzzentrum fuer Schwerionenforschung GmbH
Current assignee: GSI Helmholtzzentrum fuer Schwerionenforschung GmbH
Priority date: 2012-09-04
Filing date: 2012-09-04
Publication date: 2013-12-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (13) zur Überprüfung eines Gebiets (24) auf Kontamination (23) und eine hierzu geeignete Vorrichtung. Die Überprüfung des Gebiets (24) erfolgt luftgestützt und unbemannt mit einer hierzu geeigneten unbemannten Flugvorrichtung (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung eines Gebiets auf Kontamination, insbesondere auf radioaktive Kontamination. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Flugvorrichtung zur Messung von Kontaminationen, insbesondere von radioaktiven Kontaminationen.
Es kann sich aus unterschiedlichsten Gründen als erforderlich erweisen, ein bestimmtes Gebiet auf das Vorhandensein von Kontaminationen zu überprüfen. Die Art und Weise, wie die Messungen im Detail durchgeführt werden, hängt dabei stark von der Größe des zu messenden Gebiets sowie der Art der Kontamination ab.
So ist es beispielsweise grundsätzlich möglich, dass sehr eng begrenzte Gebiete beispielsweise unter Verwendung eines Handgeräts von einer Person vermessen werden. Bei bestimmten Kontaminationen – insbesondere wenn diese einen gewissen Pegel überschreiten – ist jedoch eine Messung durch Personen nicht sinnvoll oder nicht möglich. Ein Beispiel hierfür sind Messungen auf Radioaktivität in stark strahlenden Bereichen, wie beispielsweise innerhalb von ”heißen Gebieten” innerhalb einer kerntechnischen Anlage bzw. nach einem unkontrollierten Austritt von größeren Mengen an Radioaktivität. Um in derartigen Gebieten noch Messungen durchführen zu können, wurden bereits ferngesteuerte Roboter vorgeschlagen, die mit geeigneten Messgeräten bestückt sind.
Für die Überprüfung großräumiger Gebiete wurden bereits luftgestützte und satellitengestützte Messsysteme verwendet. Durch eine sich in entsprechender Höhe befindliche Beobachtungsplattform können zu einem bestimmten Zeitpunkt große Gebiete gleichzeitig vermessen werden. Durch die Verwendung von Flugzeugen oder Helikoptern ist es darüber hinaus auch möglich, Gebiete, die größer als das Beobachtungsfeld zu einem gewissen Zeitpunkt sind, durch Abfliegen des zu untersuchenden Gebiets zu vermessen.
Ein Beispiel unter der großen Bandbreite von in der Praxis zu vermessenden Kontaminationsarten ist die Kontamination von Gebieten mit radioaktiven Strahlungsquellen. Hierbei kommen zum Beispiel die routinemäßige Untersuchung von kerntechnischen Anlagen (sowie deren Umgebung) sowie die Untersuchung von Gebieten nach Unglücksfällen in Betracht. In ersterem Fall werden dabei üblicherweise fest installierte Messgeräte und/oder Handgeräte verwendet, die von Bedienpersonal an die zu messenden Orte geführt werden. In letzterem Falle, wo es um die Vermessung großräumiger Gebiete in möglichst kurzer Zeit geht, wurde bereits die Verwendung von Flugzeugen oder Helikoptern vorgeschlagen. Ein derartiges Messverfahren ist beispielsweise in der Zeitschrift "Strahlenschutzpraxis" 3/2011, Seiten 10–12, "Aeroradiometrie in der Schweiz" oder in der gleichen Ausgabe 3/2011 von "Strahlenschutzpraxis" auf den Seiten 29–32 beschrieben.
In den genannten Artikeln wird zum Teil auch die Verwendung der dort vorgeschlagenen Messverfahren zum Aufspüren von radioaktiven Materialien (beispielsweise radioaktives Material, welches verloren gegangen ist oder welches gestohlen wurde) vorgeschlagen.
Während einerseits die Installation von ortsfesten Messgeräten bzw. die Verwendung von handgeführten Messgeräten für die punktuelle Überwachung von sehr kleinen Gebieten bzw. die kontinuierliche Überwachung von Anlagen besonders geeignet ist und hier das zu bevorzugende Messverfahren darstellt und andererseits die erwähnte Luftüberwachung mit Flugzeugen und Helikoptern das zu bevorzugende Messverfahren bei sehr großräumigen Gebieten darstellt, erweisen sich die bislang bekannten Messverfahren als problematisch bis ungeeignet, wenn es sich um Flächen mit der Ausdehnung im Bereich von Betriebsgeländen oder dergleichen (typischer Größenbereich 1 bis 10 ha) handelt. In diesem Größenbereich ist die Verwendung von Flugzeugen, aber auch von Helikoptern nicht geeignet, da diese in einer vergleichsweise großen Höhe fliegen müssen. Dies beruht nicht nur auf rechtlichen Rahmenbedingungen (üblicherweise ist die Mindestflughöhe für zivile Luftfahrzeuge 500 ft (entspricht etwa 150 m), die für eine konkrete Messaufgabe durch das Erteilen von Ausnahmegenehmigungen umgangen werden könnten. Solche wurden augenscheinlich bei den in den genannten Artikeln beschriebenen Messkampagnen erteilt, da hier von Flughöhen bis herab zu 50 m (etwa 150 ft) die Rede ist. Probleme entstehen aber auch aus technischen Gründen, da beispielsweise Helikopter im Schwebeflug (”Hovering”) eine sehr starke Luftströmung nach unten erzeugen. Würde der Helikopter ausreichend tief fliegen, um auch vergleichsweise kleinräumige Strukturen auflösen zu können, würde dies in der Regel zu einem Aufwirbeln von Staub führen. Dadurch würde einerseits das zu vermessende Gebiet verändert werden, andererseits könnte es insbesondere zu einem Verschleppen von Radioaktivität (oder anderweitigen Kontaminationen) in andere, insbesondere in bislang nicht kontaminierte Bereiche kommen. Dies ist jedoch in höchstem Maße unerwünscht.
Das Fehlen von effizienten Messmöglichkeiten für Gebiete im Hektarbereich (Betriebsgelände und dergleichen) erweist sich als zunehmend problematisch, da inzwischen in zunehmendem Maße kerntechnische Anlagen am Ende ihrer Lebensdauer angekommen sind und rückgebaut und entsorgt werden müssen. Gerade im Rahmen eines derartigen Rückbaus ist es jedoch oftmals erforderlich, dass in regelmäßigen Abständen (wobei die Abstände im Bereich von einigen wenigen Tagen oder auch nur Stunden liegen. sollten) die Gebiete auf eventuell vorhandene Kontaminationen überprüft werden müssen. Hierbei ist insbesondere ein Erkennen von sogenannten ”Hot Spots” von Interesse, also von kleinen Gebieten innerhalb des zu untersuchenden Gebiets, in denen eine erhöhte Kontamination vorhanden ist.
Bislang wurde für derartige ”mittlere Größenbereiche” noch kein gleichzeitig hinreichend genaues, insbesondere kein hinreichend genau ortsauflösendes Messverfahren mit gleichzeitig ausreichender Wirtschaftlichkeit vorgeschlagen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Überprüfung eines Gebiets auf Kontamination vorzuschlagen, welches gegenüber bislang bekannten Verfahren zur Überprüfung eines Gebiets auf Kontamination verbessert ist. Weiterhin besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Flugvorrichtung zur Messung von Kontaminationen vorzuschlagen, welche gegenüber bislang bekannten Flugvorrichtungen zur Messung von Kontaminationen verbessert ist.
Die Erfindung löst die Aufgabe.
Es wird vorgeschlagen, ein Verfahren zur Überprüfung eines Gebiets auf Kontaminationen derart durchzuführen, dass die Überprüfung des Gebiets luftgestützt und unbemannt erfolgt. Durch die luftgestützte Untersuchung des Gebiets ist es einerseits möglich, besonders effektiv Gebiete im Bereich von mehreren Hektar zu untersuchen, insbesondere im Bereich zwischen 0,1 ha, 0,2 ha, 0,3 ha, 0,4 ha, 0,5 ha, 0,75 ha, 1 ha, 1,25 ha, 1,5 ha, 1,75 ha oder 2 ha bis 1 ha, 2 ha, 5 ha, 10 ha, 20 ha, 30 ha, 40 ha, 50 ha, 75 ha, 100 ha, 250 ha, 500 ha, 750 ha oder 1000 ha. Insbesondere ist es durch die luftgestützte Messung möglich, dass auch vergleichsweise unwegsames Terrain vorteilhaft untersucht werden kann. Durch die Verwendung eines unbemannten Verfahrens ist es nicht nur möglich, dass eine Exposition von Personen (wie insbesondere eines Piloten) vermieden werden kann (bzw. dass gegebenenfalls erforderliche Personenschutzmaßnahmen entfallen oder zumindest stark verringert werden können), sondern es ist gleichzeitig möglich, dass die zur Durchführung des Verfahrens verwendete Flugvorrichtung deutlich leichter sein kann. Insbesondere kann die verwendete Flugvorrichtung eine Nutzlast und/oder ein zulässiges Gesamtgewicht von weniger als (oder gleich) 1 kg, 2 kg, 3 kg, 4 kg, 5 kg, 6 kg, 7 kg, 8 kg, 9 kg, 10 kg, 15 kg, 20 kg, 25 kg, 30 kg, 40 kg, 50 kg, 60 kg, 70 kg, 80 kg, 90 kg, 100 kg, 125 kg, 150 kg, 175 kg, 200 kg, 225 kg, 250 kg, 275 kg, 300 kg, 350 kg oder 400 kg aufweisen. Denn insbesondere ist es nicht mehr erforderlich, dass die Flugvorrichtung eine Nutzlast aufweisen muss, die so groß ist, dass neben der erforderlichen Messapparatur zusätzlich eine oder mehrere Personentransportiert werden können. Dies kann dann wieder dazu führen, dass eine eventuelle Luftströmung nach unten in der Regel stark gemindert werden kann, so dass deutlich geringere Flughöhen realisiert werden können, ohne dass es zu der vorab beschriebenen Aufwirbelung von Staub kommt (bzw. kann das Aufwirbeln von Staub oder dergleichen zumindest verringert werden). Auch rechtlich ist es in der Regel so, dass ausreichend kleine, ausreichend leichte Flugvorrichtungen und/oder Flugvorrichtungen mit ausreichend geriger Leistung, geringeren oder sogar im Wesentlichen keinen Anforderungen für deren Zulassung genügen müssen. Entsprechendes gilt gegebenenfalls zusätzlich oder alternativ für die Lizenzierung/Zulassung des Bedienpersonals. In Deutschland beträgt beispielsweise die Gewichtsgrenze, oberhalb derer deutlich höhere rechtliche Anforderungen an ein Flugobjekt und an dessen Bedienpersonals zu erfüllen sind, 25 Kilo Gesamtgewicht. Eine Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens scheiterte bislang in der Regel einerseits an der nur ungenügenden Auswahl geeigneter Flugvorrichtungen sowie andererseits am Vorhandensein geeigneter Detektoren, die einerseits hinreichend genau (insbesondere auch ortsauflösend) sind, andererseits aber auch entsprechend leicht sind und/oder einen ausreichend geringen Energieverbrauch aufweisen. Aufgrund der mangelnden Verfügbarkeit derartiger Vorrichtungen setzte sich daher das Vorurteil durch, dass ein derartiges Verfahren nicht möglich sei. Im Übrigen kann sowohl eine einzelne Art der Kontamination, als auch eine Mehrzahl unterschiedlicher Arten von Kontaminationen vermessen werden.
Insbesondere ist es möglich, dass mit dem vorgeschlagenen Verfahren zumindest eine Überprüfung auf radioaktive Kontamination erfolgt. Gerade in diesem Bereich herrschte bislang das Vorurteil vor, dass ausreichend leichte, hinreichend ortsauflösende und ausreichend energieverbrauchsarme Detektoren nicht verfügbar wären. Dies hängt insbesondere damit zusammen, dass die üblicherweise verwendeten Detektormaterialien bislang sehr schwer waren und darüber hinaus zur Richtungswirkung oftmals Bleimäntel und dergleichen verwendet wurden. Dies machte die Verwendung kleiner und unbemannter Flugobjekte bislang weitgehend unmöglich, zumindest jedoch problematisch. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, dass zusätzlich oder alternativ auch anderweitige Kontaminationen gemessen werden. Insbesondere ist in diesem Zusammenhang an bakterielle Kontaminationen, Kontaminationen mit einer oder mehreren speziellen Substanzen (insbesondere chemischer Art) und dergleichen zu denken. Im Übrigen ist der Begriff ”Kontamination” vergleichsweise breit aufzufassen. Insbesondere ist auch eine Suche nach gestohlenen, verloren gegangenen oder sich auf einem nicht erlaubten Transport befindlichen radioaktiven Substanzen als von diesem Begriff umfasst, anzusehen. In letzterem Fall wird fachsprachlich üblicherweise von ”radioaktiven Quellen” gesprochen, da diese in ein Behältnis eingeschlossen sind und sich die radioaktive(n) Substanz(en) dementsprechend nicht unkontrolliert ausbreitet/ausbreiten. Demgegenüber spricht man im Zusammenhang mit Radioaktivität fachsprachlich üblicherweise nur dann von einer ”Kontamination”, wenn es sich um eine unkontrollierte (und damit nicht. in ein Behältnis eingeschlossene) Ausbreitung von radioaktiven Substanzen handelt.
Insbesondere wird vorgeschlagen, das Verfahren derart durchzuführen, dass zumindest zeitweise eine niedrige Messhöhe und/oder eine niedrige Flughöhe von vorzugsweise weniger als 50 m, 40 m, 30 m, 25 m, 20 m, 15 m, 10 m, 9 m, 8 m, 7 m, 6 m, 5 m, 4 m, 3 m, 2 m oder 1 m verwendet wird. Mit derartigen Flughöhen ist es möglich, eine sehr hohe Ortsauflösung zu erzielen, so dass eine besonders genaue Lokalisierung von Kontaminationen (beispielsweise von so genannten ”Hot Spots”) möglich ist. Dementsprechend genau können erforderlichenfalls Gegenmaßnahmen und/oder Sanierungsmaßnahmen eingeleitet werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, das Verfahren derart durchzuführen, dass das zu überprüfende Gebiet durch eine Vielzahl von Messungen erfasst wird, und insbesondere durch Abfliegen eines geometrischen Musters, bevorzugt durch zeilenweises Abfliegen, erfasst wird. Auf diese Weise ist es möglich, eine in der Regel besonders effiziente, ortsaufgelöste Messung zu erzielen. Insbesondere ist es möglich, anhand der gewonnenen Messwerte beispielsweise eine Karte in. Bezug auf die Verteilung der Kontaminationen erstellen zu können. Eine derartige Karte kann sich beispielsweise für das Einleiten von Gegenmaßnahmen oder dergleichen als besonders hilfreich erweisen. Als sinnvoll erweist es sich insbesondere (aber nicht nur) in diesem Zusammenhang, wenn die verwendete Messvorrichtung auf die jeweils durchzuführende Messkampagne angepasst ist (insbesondere in Bezug auf deren Empfindlichkeit). Beispielsweise ist es im Falle von nachzuweisender Radioaktivität sinnvoll, beim Vorliegen von hohen Aktivitäten (und ggf. hohen Dosisleistungen) kleine und empfindliche Detektoren zu verwenden, wohingegen zum Aufspüren von radioaktiven Quellen üblicherweise vergleichsweise schwere, empfindliche Detektoren vorteilhafterweise Anwendung finden. Es kann sich als sinnvoll erweisen, wenn die Detektorvorrichtung während einer Messkampagne ausgetauscht wird, so dass in einem ersten Teil einer Messkampagne beispielsweise ein ”grober Überblick” realisiert wird und anschließend in einem zweiten Teil der Messkampagne mit einem anderen Detektor eine genauere Vermessung von ”Verdachtsbereichen” erfolgt. Es ist dabei sinnvoll, wenn die zur Durchführung des Verfahrens verwendete Vorrichtung einen möglichst leicht auszutauschenden Detektor aufweist (beispielsweise unter Verwendung von Schnellverbindungselementen oder dergleichen). Entsprechendes gilt sinngemäß auch für gegebenenfalls vorzusehende elektrische oder sonstige Verbindungen.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Verfahren derart durchgeführt wird, dass die Steuerung der Messvorrichtung zumindest zeitweise ferngesteuert und/oder zumindest zeitweise vorprogrammiert und/oder zumindest zeitweise autonom erfolgt. Zusätzlich oder alternativ wird vorgeschlagen, dass das Verfahren derart durchgeführt wird, dass die Messwerte zumindest teilweise und/oder zumindest zeitweise zwischengespeichert werden und/oder zumindest teilweise und/oder zumindest zeitweise übertragen, insbesondere drahtlos übertragen werden. Eine zumindest zeitweise ferngesteuerte Verfahrensführung kann sich insbesondere dann als vorteilhaft erweisen, wenn auf unerwartete Ereignisse reagiert werden muss und/oder aus anderen Gründen eine ausreichende Flexibilität gewahrt werden muss. Darüber hinaus kann durch eine Fernsteuerung die zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Vorrichtung gegebenenfalls einfacher ausgeführt werden. Durch ein zumindest zeitweises Vorprogrammieren kann ein hoher Automatisierungsgrad realisiert werden. Dank heute verfügbarer schneller Prozessoren und/oder kostengünstiger und mit großen Speichervermögen versehener Speicher, kann auch eine derartige Vorprogrammierung vergleichsweise einfach und kostengünstig erfolgen, Eine zumindest zeitweise autonome Verfahrensführung bietet sich insbesondere dann an, wenn beispielsweise einerseits ein hoher Automatisierungsgrad erzielt werden soll, andererseits aber zum Teil flexibel auf Ereignisse eingegangen werden muss. Besonders vorteilhaft kann sich eine zumindest zeitweise autonome Verfahrensführung herausstellen, wenn beispielsweise in bestimmten Gebieten eine Fernsteuerung nicht möglich ist, oder nur problematisch durchgeführt werden kann (beispielsweise geschlossene Gebäude oder dergleichen). Eine autonome Verfahrensdurchführung kann insbesondere auch eine Verfahrensdurchführung umfassen, bei der in Bereichen, in denen bestimmte Rahmenbedingungen vorliegen (beispielsweise bei denen im Falle von Radioaktivität in einem ”ersten Durchgang” eine höhere Dosis vermessen wird) automatisiert eine genauere Messung in dem betreffenden Bereich durchgeführt wird (beispielsweise durch längeres Verbleiben in diesem Bereich um damit eine bessere Statistik gewinnen zu können). Eine Zwischenspeicherung von Daten kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn eine besonders große Datenmenge gewonnen wird, die nicht oder nur problematisch online übertragen werden kann (beispielsweise wenn bei einer Funkübertragung ein sehr breiter Frequenzbereich erforderlich wäre und/oder wenn Hindernisse die Ausbreitung von beispielsweise Funkwellen behindern). Zur Speicherung von insbesondere Messdaten bieten sich grundsätzlich beliebige Speichersysteme an, insbesondere digitale Speicher. Eine zumindest teilweise und/oder zumindest zeitweise unmittelbare Übertragung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Daten möglichst schnell vorliegen müssen und gegebenenfalls auch die Gefahr eines Verlusts der Messvorrichtung besteht. Die Übertragung erfolgt dabei sinnvollerweise drahtlos (beispielsweise elektromagnetisches Spektrum, Infrarotspektrum oder dergleichen). Gegebenenfalls ist aber auch an eine drahtgebundene Übertragung zu denken. Unter einer Zwischenspeicherung von Messwerten ist dabei nicht nur an eine Speicherung eines Messwerts zu denken (beispielsweise in einem elektronischen Speicher), sondern auch an eine Probenentnahme und Zwischenspeicherung in einer entsprechenden Vorrichtung (beispielsweise Probenbehälter).
Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn bei dem Messverfahren die Position des Messorts erfasst wird und insbesondere die Position des Messorts gemeinsam mit den zugehörigen Messwerten erfasst und/oder übertragen und/oder zwischengespeichert wird und/oder wenn die Messwerte zumindest zeitweise zeitaufgelöst erfasst werden. Bei einer derartigen Verfahrensdurchführung ist es auf besonders einfache Weise möglich, dass beispielsweise eine Karte mit der Kontaminationsverteilung erstellt werden kann. Gegebenenfalls kann eine derartige Karte auch mit besonders hoher Auflösung erzeugt werden bzw. die zu deren Herstellung erforderlichen Verfahren können besonders einfach ausfallen.
Weiterhin wird vorgeschlagen, das Verfahren derart durchzuführen, dass die Messwerte zumindest teilweise mit einer niedrigen Geschwindigkeit, insbesondere mit einer niedrigen transversalen Geschwindigkeit erfasst werden und/oder wenn bei dem Verfahren die Messwerte zumindest teilweise bei im Wesentlichen konstanter Höhe erfasst werden. Hierdurch (insbesondere durch Verwendung einer niedrigen Geschwindigkeit) kann die Messgenauigkeit in der Regel deutlich erhöht werden (wobei man im Falle von Radioaktivitätsmessungen üblicherweise eher von einer Messempfindlichkeit, einer Nachweisgrenze bzw. einer Nachweiswahrscheinlichkeit sprechen sollte). Dies gilt insbesondere bei Messungen, die bedingt durch die. Messvorrichtung und/oder aufgrund des zu messenden physikalischen Werts eine gewisse Zeit benötigen. Eine Messung bei im Wesentlichen konstanter Höhe (insbesondere über Grund) bietet sich insbesondere an, um die Auflösung beizubehalten zu können und/oder gegebenenfalls erforderliche Korrekturrechnungen vermeiden zu können. Möglich ist es aber auch, zumindest zeitweise bzw. zumindest bereichsweise eine variierende Höhe (insbesondere eine variierende Höhe über Grund) zu verwenden. Insbesondere in einem derartigen Fall bietet es sich an, wenn geeignete Algorithmen verwendet werden, mit denen der Einfluss einer variierenden Höhe auf die Messergebnisse kompensiert werden kann (”herausgerechnet werden kann”). Ein derartiges Kompensieren ist gegebenenfalls auch bei einer konstanten Flughöhe sinnvoll, beispielsweise um topographische Geländeeffekte kompensieren zu können.
Weiterhin wird eine unbemannte Flugvorrichtung vorgeschlagen, die zumindest eine Messvorrichtung zur vorzugsweise zeitaufgelösten Messung von Kontaminationen, insbesondere von radioaktiven Kontaminationen aufweist. Mit einer derartigen Vorrichtung kann das vorab beschriebene Verfahren besonders vorteilhaft durchgeführt werden. Insbesondere können sich die bereits vorab beschriebenen Eigenschaften und Vorteile zumindest in analoger Weise ergeben. Weiterhin ist es möglich, die unbemannte Flugvorrichtung im Sinne der vorherigen Beschreibung zumindest analog weiterzubilden.
Insbesondere wird vorgeschlagen, dass die unbemannte Flugvorrichtung als langsam fliegende Flugvorrichtung ausgebildet ist und insbesondere als Flugvorrichtung mit der Fähigkeit zumindest zeitweise im Wesentlichen stillstehen zu können, ausgebildet ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um ballonartige Flugvorrichtungen, luftschiffartige Flugvorrichtungen, helikopterartige Flugvorrichtungen und/oder Flugvorrichtungen mit ausgeprägten Langsamflugeigenschaften handeln. Insbesondere bieten sich in jüngster Zeit erhältlich gewordene, unter dem Begriff ”Mikrokopter” bekannt gewordene Flugvorrichtungen (und deren Abwandlungen), an. Aufgrund der Weiterentwicklung der Detektortechnologie (insbesondere zur Detektion von radioaktiver Kontamination) können derartige Vorrichtungen auch moderne Detektoren tragen und/oder mit Energie versorgen. Beispielsweise bildet sich ein LaBr₃-Detektor mit einer Größe von 1,5 × 1,5 Inch² an. Aufgrund der langsamen Fluggeschwindigkeit kann eine ausreichend genaue Ortsauflösung auch bei niedrigen Flughöhen realisiert werden. Als Fluggeschwindigkeit sollte vorteilhafterweise eine Geschwindigkeit von weniger als (oder gleich) 0,5 m/s, 0,75 m/s, 1 m/s, 1,5 m/s, 2 m/s, 2,5 m/s, 3 m/s, 4 m/s oder 5 m/s gewählt werden.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die vorgeschlagene Flugvorrichtung derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass sie zumindest zeitweise das vorab beschriebene Verfahren durchführt. Dies kann beispielsweise unter Verwendung von programmgesteuerten Vorrichtungen (zum Beispiel Einplatinencomputer) realisiert werden. Es können sich dann die bereits vorab beschriebenen Vorteile und Eigenschaften zumindest in analoger Weise ergeben.
Weiterhin wird vorgeschlagen, die unbemannte Flugvorrichtung mit zumindest einer Positionserfassungsvorrichtung auszubilden, vorzugsweise mit zumindest zwei oder einer Mehrzahl von Positionserfassungsvorrichtungen, insbesondere mit zumindest einer Satellitennavigationsvorrichtung, zumindest einer Trägheitsnavigationssystemvorrichtung zumindest einer Peilvorrichtung und/oder zumindest einer Funkpeilvorrichtung. Durch derartige Verfahren (insbesondere auch durch eine Kombination derartiger Verfahren) können in der Regel besonders genaue Positionsmesswerte auf vergleichsweise einfache Weise ermittelt werden. Auch können derartige Systeme vergleichsweise leicht und/oder vergleichsweise sparsam im Energieverbrauch sein, was sich für die vorliegend vorgeschlagene Flugvorrichtung als besonders vorteilhaft erweisen kann.
Weiterhin wird vorgeschlagen das vorab beschriebene Verfahren und/oder die vorab beschriebene unbemannte Flugvorrichtung zur Durchführung einer Messung im Rahmen eines Freigabeverfahrens für ein Gelände im rechtlichen Sinne zu nutzen. Hierunter kann beispielsweise die Freigabe eines Geländes im atomrechtlichen Sinne, zum Beispiel nach Abbau einer radioaktiven Anlage verstanden werden. Es ist dabei möglich, dass die Messung den wesentlichen, überwiegenden oder gar ausschließlichen Teil des Freigabeverfahrens darstellt. Ebenso ist es aber auch möglich, dass die Messung lediglich ”unterstützenden Charakter” hat, und noch beispielsweise weitere und/oder anderweitige Messungen durchgeführt werden, um eine gewisse ”Redundanz” zu erzielen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1: ein denkbares Ausführungsbeispiel für einen Mikrokopter mit einem Detektor in einer schematischen, perspektivischen Ansicht;
2: ein Ausführungsbeispiel für einen Radioaktivitätsdetektor in einer schematischen Querschnittsansicht;
3: ein Verfahren zur Vermessung eines Gebiets auf radioaktive Kontamination;
4: Simulationsrechnungen für ein Messergebnis, welches unter Verwendung eines Mikrokopters erzielt wurde
5: ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Radioaktivitätsdetektor in einer schematischen Querschnittansicht.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Strahlungsmessdrohne 1 in einer schematischen, perspektivischen Ansicht dargestellt. Die Strahlungsmessdrohne 1 besteht aus einem Mikrokopter 2, der vorliegend über sechs Luftschrauben 3 verfügt, die den nötigen Auftrieb bereitstellen. Die Energieversorgung des Mikrokopters 2 erfolgt über zwei Hochleistungsakkumulatoren 4, die beispielsweise auf der Lithiumionen- oder der Lithium-Polymer-Technologie beruhen. Weiterhin ist in 1 die Steuerelektronik 5 des Mikrokopters 2 zu erkennen. Die Steuerelektronik 5 übernimmt die Lageregelung des Mikrokopters 2 und sorgt dafür, dass der Mikrokopter 2 einen vorab programmierten Flugweg abfliegt. Im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Wegführung des Mikrokopters 2 unter Zuhilfenahme von Positionsdaten, die über einen in die Steuerelektronik 5 eingebauten GPS-Empfänger (vorliegend nicht näher dargestellt) empfangen werden. Es ist jedoch beim vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel möglich, den vorab einprogrammierten Flugweg durch Fernsteuersignale (als Funkfernsteuerung ausgebildet) abzuändern, soweit dies erforderlich ist. Hierzu ist in der Steuerelektronik 5 ein entsprechender Empfänger (vorliegend nicht weiter dargestellt) vorgesehen.
Im Nutzlastbereich 6 des Mikrokopters 2 ist ein Radioaktivitätsdetektor 7 eingehängt. (Der Aufbau des Radioaktivitätsdetektors 7 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 2 näher erläutert.) Der Radioaktivitätsdetektor 7 wird ebenfalls von den Hochleistungsakkumulatoren 4 mit Energie versorgt. Der Radioaktivitätsdetektor 7 besteht dabei nicht nur aus dem Detektorkristall 8, sondern weist auch elektronische Ansteuerkomponenten 12 auf und insbesondere einen elektronischen Speicher zur Speicherung der gewonnenen Messdaten. Die Messdaten werden im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel zusammen mit Positionswerten gespeichert. Hierzu ist der Radioaktivitätsdetektor 7 ebenfalls mit einem GPS-Empfänger versehen (auch wenn es möglich ist, die GPS-Daten der Steuerelektronik 5 zu nutzen).
Der Aufbau des Radioaktivitätsdetektors 7 ist in 2 näher dargestellt. Der Radioaktivitätsdetektor 7 weist den eigentlichen Detektorkristall 8 auf. Dieser ist im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem LaBr₃-Kristall mit einer zylindrischen Form ausgebildet. Die Höhe des Zylinders beträgt 1,5''. Auch der Durchmesser des Detektorkristalls 8 beträgt vorliegend 1,5'' (1'' = 2,54 cm). Hieraus ergibt sich ein Gewicht des Detektorkristalls 8 von ca. 250 g.
Der Detektorkristall 8 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel vollständig von einer zylindrischen Aluminiumdose 9 mit einer Wandstärke von 1 mm umhüllt (abgesehen von vorliegend nicht näher dargestellten Durchführungsöffnungen für elektrische Leitungen). Die Schwächungswirkung der Aluminiumdose 9 in Bezug auf üblicherweise nachzuweisende radioaktive Strahlung ist in der Regel derart gering, dass diese Bauausführung keinen Nachteil darstellt. Im Gegenteil ist es dadurch sogar in der Regel möglich, dass unerwünschte Hintergrundsignale unterdrückt werden können. Dadurch kann die Messsignalgüte zum Teil deutlich erhöht werden.
Der Vollständigkeit halber sollte darauf hingewiesen werden, dass es sich durchaus auch als sinnvoll erweisen kann, wenn anstelle des oben beschriebenen Radioaktivitätsdetektors 7 ”klassische” Geiger-Müller-Zähler verwendet werden. Diese weisen in der Regel ein vergleichsweise geringes Gewicht auf. Zwar weisen diese andererseits üblicherweise eine im Verhältnis schlechtere Empfindlichkeit auf. Diese schlechtere Empfindlichkeit kann jedoch gegebenenfalls durch eine längere Messdauer (die aufgrund des niedrigeren Gewichts des Geiger-Müller-Zählers gegebenenfalls realisiert werden kann) kompensiert werden.
Schließlich ist in 2 noch schematisch die Messelektronik 12 des Radioaktivitätsdetektors 7 eingezeichnet. Diese weist insbesondere elektrische Speichereinheiten für die gewonnenen Messwerte auf. Die Messwerte werden gemeinsam mit GPS-Daten gespeichert, die durch einen ebenfalls in die Messelektronik 12 integrierten GPS-Empfänger gewonnen werden. Weiterhin weist die Messelektronik 12 geeignete Verstärkungs- und Verarbeitungsbausteine auf, die die vom Detektorkristall 8 gewonnenen Messwerte verstärken und in ein geeignetes Datenformat umwandeln.
In 3 ist ein Verfahren zur Vermessung eines Gebiets auf Kontamination als Flussdiagramm 13 dargestellt.
In einem ersten Schritt (Schritt 14) wird der Mikrokopter mit den Flugdaten programmiert.
Anschließend fliegt der Mikrokopter die erste (bzw. die nächste) Position an (Schritt 15) und nimmt dort den entsprechenden Messwert auf (Schritt 16).
Der Messwert wird gemeinsam mit der Position gespeichert (Schritt 17).
Nun wird überprüft, ob der Mikrokopter bereits sämtliche Positionen gemäß Flugplan (Programmierung unter Schritt 14) abgeflogen hat, oder ob noch Positionen ausstehen (Überprüfungsschritt 18). Sind noch Positionen anzufliegen, so zweigt das Verfahren in der Schleife 19 ab und eine weitere Position wird angeflogen (Schritt 15) usw.
Wurden jedoch bereits sämtliche Positionen angeflogen, so kehrt der Mikrokopter an seinen Ausgangspunkt zurück und schaltet sich ab (Schritt 20).
Nun können in einem weiteren Schritt 21 die gewonnenen Messwerte ausgelesen und bearbeitet werden. Insbesondere können die Messwerte in Form einer Karte aufbereitet und dargestellt werden.
In 4 ist ein mögliches Ergebnis einer derartigen Messung dargestellt. Hierbei handelt es sich um Ergebnisse einer Simulationsrechnung. In 4 ist ein Feld von vorliegend 50 m × 50 m dargestellt (Skalierung jeweils –25 m bis 25 m). Die einzelnen gewonnenen Messwerte sind als Punkte 22 mit unterschiedlicher Graufärbung (Dithering) dargestellt. Zu erkennen ist ein Cluster 23 aus mehreren Punkten mit einer abweichenden Graufärbung. Dies entspricht einer zu identifizierenden radioaktiven Quelle.
In 5 ist schließlich noch ein zweites Ausführungsbeispiel für einen Radioaktivitätsdetektor 10 dargestellt. Auch hier ist der eigentliche Detektor, der vorliegend als geschichteter Detektor 11 ausgeführt ist, in einer geschlossenen Aluminiumdose 9 eingeschlossen. Der geschichtete Detektor 11 besteht aus einer Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Stäben 24, die aus einem Plastikszintillationsmaterial gefertigt sind. Diese Ausbildung aus einer Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Stäben 24 führt zu einer zumindest im Zusammenhang mit manchen Messungen erwünschten Richtcharakteristik des Radioaktivitätsdetektors 10. Dies gilt insbesondere dann, wenn für jeden einzelnen Stab 24 ein einzelner Messwertaufnahmesensor (vorliegend nicht dargestellt) verwendet wird. Der vorliegend dargestellte Radioaktivitätsdetektor 10 weist eine Richtcharakteristik nach unten auf.
Sollte diese Richtcharakteristik im Rahmen eines ”Messflugs” (zeitweise) unerwünscht sein, so ist es auch möglich, dass der Radioaktivitätsdetektor 10 in eine horizontale Lage gedreht wird, um so die Richtcharakteristik ”zu unterdrücken”. Hierzu ist der Radioaktivitätsdetektor 10 an einer Drehachse 25 drehbar aufgehängt (vorliegend durch einen Doppelpfeil angedeutet). Der Radioaktivitätsdetektor 10 kann dabei von einem Servomotor 27 beispielsweise über einen Riemen 26 gedreht werden. Die Drehung kann beispielsweise durch die Steuerelektronik 5 des Microcopters 2 gesteuert werden (alternativ oder zusätzlich ist auch eine eigene Elektronik möglich).
Die vorliegend gewählten Parameter betragen 2 m Flughöhe, wobei eine Fluggeschwindigkeit von 1 m/s gewählt wurde. Die Flugzeit betrug 2500 s. Diese ist bei derzeit verfügbaren Mikrokoptern (und insbesondere auch Hochleistungsakkus) ohne Probleme in einem Flugdurchgang (oder aber auch in vergleichsweise wenigen Flugdurchgängen) realisierbar. Als mittlere Zählrate aufgrund von Umgebungsstrahlung in der gewählten Flughöhe von 2 m wurde eine Zählrate von 40 s^–1 angenommen. Die Aktivität der dargestellten radioaktiven Quelle (ersichtlich durch den Cluster 23) betrug etwa 1 MBq. Bei der radioaktiven Quelle handelte es sich um eine Kobalt 60-Quelle.
Bezugszeichenliste

1: Strahlungsmessdrohne
2: Mikrokopter
3: Luftschraube
4: Hochleistungsakku
5: Steuerelektronik
6: Nutzlastbereich
7: Radioaktivitätsdetektor (erstes Ausführungsbeispiel)
8: Detektorkristall
9: Aluminiumdose
10: Radioaktivitätsdetektor (zweites Ausführungsbeispiel)
11: geschichteter Detektor
12: Messelektronik
13: Flussdiagramm
14: Programmierung Flugplan
15: Anfliegen Position
16: Aufnehmen Messwert
17: Speicherung Messwert
18: Überprüfung Flugverlauf
19: Schleife (Rücksprung)
20: Rückflug Drohne
21: Auslesen Messwert
22: Punkt (Messung)
23: Cluster
24: Stäbe
25: Drehachse
26: Riemen
27: Servomotor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Zeitschrift ”Strahlenschutzpraxis” 3/2011, Seiten 10–12, ”Aeroradiometrie in der Schweiz” oder in der gleichen Ausgabe 3/2011 von ”Strahlenschutzpraxis” auf den Seiten 29–32 [0005]

Claims

Verfahren (13) zur Überprüfung eines Gebiets (24) auf Kontamination (23), dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung des Gebiets (24) luftgestützt und unbemannt erfolgt.
Verfahren (13) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Überprüfung auf radioaktive Kontamination (23) erfolgt.
Verfahren (13) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zeitweise eine niedrige Messhöhe und/oder eine niedrige Flughöhe von vorzugsweise weniger als 50 m, 40 m, 30 m, 25 m, 20 m, 15 m, 10 m, 9 m, 8 m, 7 m, 6 m, 5 m, 4 m, 3 m, 2 m oder 1 m verwendet wird.
Verfahren (13) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zu überprüfende Gebiet (24) durch eine Vielzahl von Messungen (22) erfasst wird, und insbesondere durch Abfliegen eines geometrischen Musters, bevorzugt durch zeilenweises Abfliegen, erfasst wird.
Verfahren (13) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Messvorrichtung (1) zumindest zeitweise ferngesteuert und/oder zumindest zeitweise vorprogrammiert (14) und/oder zumindest zeitweise autonom erfolgt und/oder dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte zumindest teilweise und/oder zumindest zeitweise zwischengespeichert werden (17) und/oder zumindest teilweise und/oder zumindest zeitweise übertragen, insbesondere drahtlos übertragen werden.
Verfahren (13) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Messorts erfasst wird und insbesondere gemeinsam mit den zugehörigen Messwerten (22) erfasst und/oder übertragen und/oder zwischengespeichert wird und/oder dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte (22) zumindest zeitweise zeitaufgelöst erfasst werden.
Verfahren (13) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte (22) zumindest teilweise mit einer niedrigen Geschwindigkeit, insbesondere eine niedrigen transversalen Geschwindigkeit und/oder zumindest teilweise bei im Wesentlicher konstanter Höhe erfasst werden.
Unbemannte Flugvorrichtung (1), aufweisend zumindest eine Messvorrichtung (7, 10) zur vorzugsweise zeitaufgelösten Messung von Kontaminationen (23), insbesondere von radioaktiven Kontaminationen (23).
Unbemannte Flugvorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie als langsam fliegende Flugvorrichtung (1), insbesondere als Flugvorrichtung (1) mit der Fähigkeit zumindest zeitweise im Wesentlichen stillstehen zu können ausgebildet ist.
Unbemannte Flugvorrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, die derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass sie zumindest zeitweise ein Verfahren (13) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchführt.
Unbemannte Flugvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch zumindest eine Positionserfassungsvorrichtung, vorzugsweise durch zumindest zwei oder eine Mehrzahl von Positionserfassungsvorrichtungen, insbesondere durch zumindest eine Satellitennavigationssystemvorrichtung, durch zumindest eine Trägheitsnavigationssystemvorrichtung, durch zumindest eine Peilvorrichtung und/oder durch zumindest eine Funkpeilvorrichtung.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder einer unbemannten Flugvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11 zur Durchführung einer Messung im Rahmen eines Freigabeverfahrens für ein Gelände im rechtlichen Sinne.