تصميم فائز في مسابقة "تحدي الروبوطيات" يساعد على تسريع عملية التحقق من الوقود المستهلك

من مجلة الوكالة الدولية للطاقة الذرية

في حين أنَّ الوقود النووي بعد استهلاكه لا يكفل إمكانية إحداث تفاعلات نووية متسلسلة يمكن استخدامها في توليد الكهرباء، فإنَّه يظلُّ محتوياً على مواد نووية يمكن استغلالها في صنع الأسلحة. 

تصميم المركبة الآلية السطحية الفائز أثناء خضوعه للاختبار الواقعي في محطة لوفييسا للقوى النووية في فنلندا.(الصورة من: الوكالة الدولية للطاقة الذرية)

في حين أنَّ الوقود النووي بعد استهلاكه لا يكفل إمكانية إحداث تفاعلات نووية متسلسلة يمكن استخدامها في توليد الكهرباء، فإنَّه يظلُّ محتوياً على مواد نووية يمكن استغلالها في صنع الأسلحة. ولهذا السبب يُعدُّ التحقُّق من الوقود المستهلك مكوِّناً محوريًّا في العمل الذي تضطلع به الوكالة في مجال الضمانات النووية.   

وعادة ما يُخزَّن الوقود المستهلك تحت الماء لغرض التبريد. ويمكن أن ينطوي التحقُّق من الوقود النووي المستهلك تحت الماء على عملية معقَّدة وتستغرق وقتاً طويلاً. وتتطلب هذه العملية من مفتشي الوكالة أن يتخذوا مواقع فوق أحواض الوقود النووي المستهلك ليلتقطوا صوراً لكلِّ مجمعة من مجمعات الوقود المستهلك، التي قد يصل عددها إلى المئات في المرة الواحدة. وقد حُدِّدت هذه العملية باعتبارها من المجالات التي يمكن أن تؤدي فيها الروبوطيات دوراً مفيداً، وفي عام ٢٠١٧، أطلقت الوكالة مسابقة لجمع الأفكار والتماس الحلول لزيادة الفعالية والكفاءة في عملية التحقُّق من الوقود المستهلك.

 وحين يضطلع مفتشو الضمانات النووية بأنشطة التفتيش في المرافق النووية حول العالم، كثيراً ما يستخدمون جهازاً بصريًّا صغيراً محمولاً باليد يسمَّى جهاز الرؤية المحسَّن باستخدام ظاهرة تشيرينكوف (جهاز الرؤية المحسَّن). ويُستخدم جهاز الرؤية المحسَّن في التحقُّق من وجود الوقود النووي المستهلك المخزَّن تحت الماء، حيث يوضع عادةً بهدف تبريده بعد تفريغه من قلب المفاعل. ويُكلَّف المفتِّشون بالتحقُّق من تطابق كمية الوقود المخزَّنة مع الكمية المعلن عنها من السلطات الوطنية، ومن عدم إزالة أي جزء من هذه الكمية ومن ثمَّ احتمالية تحريفه عن الاستخدامات السلمية.

وفي الوقت الراهن، يُضطر مفتشو الضمانات إلى الإمساك بجهاز الرؤية المحسَّن من أعلى قنطرة معلَّقة فوق حوض الوقود المستهلك وإمعان النظر من خلال عدسة في كلِّ مجمعة من مجمعات الوقود.  وطلبت الوكالة من المشاركين في مسابقة "تحدي الروبوطيات" تقديم تصاميم تنطوي على تركيب جهاز رؤية ظاهرة تشيرينكوف من الجيل التالي (جهاز الرؤية من الجيل التالي)، المزوَّد بالقدرة على التسجيل الرقمي، داخل منصة عائمة روبوطية صغيرة تتحرك بالدفع الذاتي على سطح حوض الوقود المستهلك. وعن طريق تثبيت جهاز الرؤية من الجيل التالي في وضع رأسي، يمكن للمركبة الآلية السطحية أن تتيح التقاط صور أوضح في فترة زمنية أقل.

unmanned-surface-vehicle-2-1140x640.jpg

خبراء الوكالة يستعرضون أداء تصميم المركبة الآلية السطحية الفائز.

(الصورة من: الوكالة الدولية للطاقة الذرية)

وقد اجتذبت مسابقة "تحدي الروبوطيات" أكثر من ٣٠٠ مشاركة. ومن بين ١٢ اقتراحاً وقع عليهم الاختيار لتقديم عرض إيضاحي، اختُبرت ٣ تصاميم في بيئة واقعية. وفي أوائل عام ٢٠١٩، أُعلن عن فوز مركبة آلية سطحية من تصميم فريق من المهندسين الهنغاريين بمسابقة "تحدي الروبوطيات" التي نظَّمتها الوكالة. وقد وقع الاختيار على التصميم الفائز بعد خضوعه لتقييم دقيق لجوانب التصميم والأداء من خبراء الوكالة. وقال ديميتري فينكر، أخصائي التبصُّر التكنولوجي في إدارة الضمانات بالوكالة: "في إطار المرحلة الأخيرة من مسابقة ’تحدي الروبوطيات‘ في تشرين الثاني/نوفمبر ٢٠١٨، خضعت التصاميم للاختبار الواقعي في حوض لخزن الوقود المستهلك في محطة للقوى النووية في فنلندا. وأتاح ذلك الفرصة أمام خبرائنا لاستعراض مزايا كلِّ تصميم وتقييم أيِّها يلائم الاحتياجات التشغيلية الخاصة بالضمانات ويراعي اعتبارات الأمان ويوفِّر أعلى جودة للصور لأغراض التحقُّق". وسوف تعمل الوكالة الآن بالتعاون مع دولها الأعضاء والجهات المشغِّلة للمرافق النووية ومصمِّمي المركبة الآلية السطحية من أجل إدخال اللمسات النهائية على التصميم وضمان امتثاله لجميع المتطلبات واللوائح المنطبقة. وفي غضون ذلك، سوف تطلب الوكالة من دولها الأعضاء أن تأذن باستخدام المركبة الآلية السطحية في الميدان.

وقال بيتر كوبياس، مالك شركة داتا ستارت الفائزة بالمسابقة ورئيسها التنفيذي: "إنَّ سعادتنا بالغة باختيار تصميمنا من بين هذه المجموعة من المشاركات القوية. ومن المثير للغاية أن يتمكن المرء من المساهمة في جهود منع الانتشار وأعمال التحقق المهمة التي تضطلع بها الوكالة الدولية للطاقة الذرية". وأضاف قائلاً: "كان المطلوب في مسابقة ’تحدي الروبوطيات‘ هو تقديم حلٍّ هندسي ابتكاري. وأنا سعيد بأنَّ تصميمنا الفريد من نوعه يلبي احتياجات المستخدمين".

 وبالإضافة إلى مسابقة "تحدي الروبوطيات"، تعقد الوكالة أيضاً مسابقات تكنولوجية أخرى للوقوف على التكنولوجيات الواعدة التي تنطوي على إمكانية مساعدتها في عملها ودعم تطوير هذه التكنولوجيات. وقال السيد فينكر: "في حالة المناقصات العمومية الرسمية لتوريد المعدات التقنية التي لها تطبيقات محتملة في أعمال الضمانات، عادةً ما لا يُطلب تقديم العطاءات إلا من عدد قليل من المؤسسات العالية التخصُّص. أمَّا مسابقات الوكالة التكنولوجية فتكون المشاركة فيها بتقديم الحلول العلمية مفتوحة أمام مئات من الجهات المعنية بالتكنولوجيا". وأحدث المسابقات التي تنظِّمها الوكالة، وهي مسابقة "تحدي الوكالة الدولية للطاقة الذرية لإعادة تشكيل الصور الملتقطة بالتصوير المقطعي وتحليلها"، تهدف إلى تحسين عملية التحقُّق من الوقود النووي المستهلك بالاستعانة بتقنيات معالجة البيانات المتقدِّمة لتحليل الصور الملتقطة بأجهزة الرؤية المحسَّنة، وربما أيضاً الصور الملتقطة بأجهزة الرؤية من الجيل التالي.

نُشر هذا المقال في عدد حزيران/يونيه ٢٠١٩ للمجلة بشأن التصرُّف في الوقود المستھلَك الناتج عن مفاعلات القوى النووية.

unmanned-surface-vehicle-2-1140x640.jpg

IAEA experts review the performance of the winning Unmanned Surface Vehicle design. (Photo: IAEA)

The Robotics Challenge attracted more than 300 submissions. Of the 12 proposals selected for demonstration, three designs were tested in a real-world setting. “For the final phase of the Robotics Challenge in November 2018, the designs underwent real-world testing in a spent fuel storage pool at a nuclear power plant in Finland,” said Dimitri Finker, Technology Foresight Specialist at the IAEA’s Department of Safeguards. “This gave our experts the chance to review the merits of each design and to evaluate which of them suited safeguards operational needs, had safety considerations built-in, and gave the best image quality for verification.”

The IAEA will now work with its Member States, nuclear facility operators, and the designers of the winning USV to finalize the design and ensure it is compliant with all applicable requirements and regulations. Pending this, the IAEA will seek authorisation from its Member States to use the USV in the field.

“We’re very happy that our design was chosen from among such a strong competition. To be able to contribute to nuclear non-proliferation efforts and the important verification work of the IAEA is very exciting,” said Peter Kopias, owner and Chief Executive Officer of Datastart, the winning company. “The Robotics Challenge required a creative engineering solution. I’m delighted our unique design met the needs of the users.” 

In addition to the Robotics Challenge, the IAEA also conducts other technology challenges to identify and support the development of promising technologies which have the potential to aid its work.

“Usually responses to official tenders for technical equipment with potential applications for safeguards work are only sought from a few highly specialised institutions. With the IAEA’s technology challenges, scientific solutions are sought from hundreds of technology stakeholders,” said Finker.

The latest challenge, the IAEA Tomography Reconstruction and Analysis Challenge, looks to improve the verification process of spent nuclear fuel with advanced data processing techniques. Online registration is now open, with a deadline of 6 May 2019 for the submission of entries.