Aktuální vydání

celé číslo

07

2024

Elektrické, hydraulické a pneumatické pohony; polohovací mechanismy

Kamerové systémy a zpracování obrazu

celé číslo

Projekt RaDron pomáhá zachytit radioaktivitu

ÚJV v Řeži se zabývá také zajištěním radiační bezpečnosti. Zasahuje při incidentech, jako jsou nehody při převozu radioaktivního materiálu, požáry na radiologických odděleních nemocnic, monitorování radiační situace atd. Specializovaný tým se může spolehnout i na drony z FEL ČVUT osazené detektory částic Timepix3 od české firmy Advacam.

 

Výsledky výzkumného projektu RaDron představují slibné rozšíření metod pro zajištění radiační bezpečnosti. Pokročilý autonomní dron z dílny Fakulty elektrotechnické ČVUT osazený detektory částic od pražské společnosti Advacam umožní účinně detekovat zdroje radioaktivity, včetně pohyblivých. Nová metoda lokalizace může v budoucnu usnadnit práci specializovanému týmu ÚJV Řež, který nálezy zdrojů ionizujícího záření řeší.

Nová technologie může najít uplatnění v širokém spektru aktivit souvisejících s běžnou radiační situací i s mimořádnými událostmi. Kromě monitorování změn radiační situace nebo tvorby radiačních map nabídne pomoc např. při požárech radiologických zařízení, pátrání po odcizených zdrojích radiace, nehodách při převozu radioaktivního materiálu nebo skenování rozsáhlých oblastí.

 

Detektory částic Timepix3

Základní komponentou jsou unikátní detektory částic od firmy Advacam, které umožňují zjistit nejen přítomnost radiace, ale i směr, odkud přichází. To významně urychluje vyhledávání zdrojů záření. Senzory detekují rentgenové záření, záření gama, elektrony, ionty, a dokonce i neutrony. Vrstva senzoru je polovodič, Si, GaAs nebo CdTe, ve kterém dopadající záření vytváří elektronovou díru nebo mrak. Náboj se poté shromažďuje na pixelové elektrody a prostřednictvím nárazových vazeb se vede do vrstvy elektroniky CMOS. Pixelová elektronika nejprve zesílí signál a poté porovná amplitudu signálu s předem nastavenou úrovní diskriminace (energetický práh). Unikátní je to, že elektronika je přímo spojena s jednotlivými pixely, není třeba žádná nepřímá konverze jako u jiných detektorů. Čip může fungovat jako tzv. Comptonova kamera, která dokáže určit směr, odkud částice na senzor dopadají. V tomto případě to znamená, že není třeba systematicky pročesávat celý prostor a dron může zamířit rovnou k cíli.

Detektory byly původně vyvinuté k detekci částic pro ústav CERN. Zajímavé uplatnění nacházejí, ve verzi Medipix, v medicíně jako velmi přesná zobrazovací metoda pracující v reálném čase, která dokáže např. přesně a spolehlivě rozlišit rakovinnou tkáň od zdravé.

 

Dron s umělou inteligencí

Dron s palubní umělou inteligencí využívá kombinaci malého rozměru a velké mobility, takže zdroj záření vyhledá velmi rychle i v obtížně přístupných terénech. „Detekční technika je schopná zachytit a identifikovat jednotlivé částice záření v reálném čase. Díky tomu může RaDron najít zdroj záření výrazně efektivněji, než je to možné dnes, a to při nesrovnatelně nižších pořizovacích nákladech. Navíc jsme v rámci projektu prokázali, že možnost nasazení týmu spolupracujících dronů umožňuje přesně lokalizovat i pohybující se zdroj záření, což bylo dosud velmi obtížné a ve spoustě případů v podstatě nemožné,“ představuje výhody nového řešení doc. Martin Saska, vedoucí skupiny Multirobotických systémů působící na katedře kybernetiky Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze.

 

Vyhledávání zdrojů radiace

Mezi kompetence ÚJV Řež patří i řešení záchytů neznámých zdrojů radiace. „Detekce zdrojů radioaktivního záření může být někdy velmi problematická, přitom rychlost jejich dohledání a zajištění je pro ochranu zdraví obyvatel a životního prostředí klíčová. Následná identifikace radionuklidů, charakterizace a případná likvidace už se odehrává v bezpečném prostředí našich laboratoří,“ potvrzuje přínosy projektu Karel Prchal, vedoucí oddělení pro nakládání s radioaktivními odpady ÚJV Řež.

Cílem projektu RaDron bylo ověřit novou metodu, jak co nejrychleji objevit stojící nebo i pohybující se zdroje radiace. Během tří let výzkumu, financovaného Technologickou agenturou ČR, bylo experimentálně prokázáno, že detektor připojený k autonomnímu dronu zvládne na ploše 1 000 m2 do 2 min spolehlivě lokalizovat vzorek radioaktivního cesia 137.

Důležitým partnerem projektu byl také český metrologický institut ČMI, který poskytl zdroj ionizujícího záření pro všechny zkoušky. Zároveň prováděl nezbytné matematické simulace pro optimalizaci detektoru.

 

Výsledky projektu

Prototyp zařízení vyvinutý ve spolupráci s českými firmami v rámci projektu TA ČR Trend, podprogram 1 „technologičtí lídři“, je už hotový a připravený pro použití u koncového zákazníka. Akademici z FEL ČVUT jsou schopni na zakázku přizpůsobit software dronu (autonomní vyhledávání a identifikaci zdroje jedním dronem nebo skupinou dronů), firmy Advacam a Fly4Future zase připraví konkrétní komunikaci dronu s detektorem ionizujícího záření Timepix3 podle požadavků koncového uživatele systému. Detektory firmy Advacam, vyvinuté ve spolupráci s výzkumným střediskem CERN, používá i evropská agentura ESA a americká NASA (viz článek Petr V. Liška: Detektory radiace pro použití na Měsíci. Automa, 2021, 8-9, str. 20–22, https://automa.cz/Aton/FileRepository/pdf_articles/13648.pdf). Nabízený dron je ve variantě pro let ve venkovním prostředí s GPS nebo ve variantě pro použití uvnitř budov a blízko překážek, kde signál GPS není dostupný a dron pro svou navigaci využívá unikátní software vyvinutý vědci z Fakulty elektrotechnické ČVUT.

[Tisková zpráva FEL ČVUT, říjen 2023.]

 (Bk)

 

Obr. 1. Dron osazený detektory Timepix3 při ukázce pro novináře nedaleko Řeže