Stralingsbestendige cameratechnologie opent nieuwe deuren voor nucleaire ontmanteling en inspectie
Samenwerking tussen SCK CEN en MAGICS Technologies resulteert in geavanceerde mobiele stralingsbestendige camera met spectrometrie
In het kader van het ANUBIS-project bundelden het Belgisch nucleair onderzoekscentrum SCK CEN en technologiebedrijf MAGICS hun krachten om een belangrijke uitdaging in de nucleaire sector aan te pakken: hoe verzamel je betrouwbare gegevens op plaatsen die voor mensen onbereikbaar zijn? Hun oplossing is een geavanceerde camera die niet alleen bestand is tegen extreme stralingsomstandigheden, maar ook gammastralen kan detecteren en analyseren. Deze samenwerking uit de Belgische Kempen resulteerde in een innovatief hulpmiddel dat inspecties ondersteunt en een veiligere, efficiëntere ontmanteling van nucleaire installaties mogelijk maakt.
📸 Deze foto's zijn van MAGICS Technologies.
In nucleaire installaties zijn er zones waar mensen simpelweg niet kunnen of mogen komen. Denk aan gebieden met hoge stralingsniveaus, zoals reactorvaten, besmette pijpleidingen of hot cells, waar onbeschermde en directe menselijke tussenkomst uitgesloten is. Toch is net daar nauwkeurige monitoring cruciaal voor veiligheid, operationele controle of om ontmantelingen voor te bereiden. In omgevingen zoals hot cells moeten specialisten ook visuele inspecties uitvoeren of op afstand gebruikte splijtstof manipuleren. De vraag drong zich op: hoe kunnen we zien, meten en weten wat er gebeurt op plaatsen waar geen mens kan staan?
Die uitdaging bracht SCK CEN en technologiebedrijf MAGICS samen. Hun antwoord? MAGICS’ stralingsbestendige CMOS-beeldvormingstechnologie inzetten om camerasystemen te ontwikkelen die blijven functioneren in omgevingen met hoge stralingsniveaus. Het resultaat is een camera die radioactieve hotspots kan benaderen en zowel visuele beelden als ter plaatse gammaspectrometrie levert voor nauwkeurige stralingsdetectie. Bijzonder handig om radioactieve bronnen te lokaliseren en identificeren tijdens bijvoorbeeld ontmantelingsactiviteiten.
Dankzij deze technologie zullen operatoren in staat zijn om op afstand te monitoren, risico’s beter in te schatten en veiliger te werken. Hoewel een volledige bediening op afstand van de hele installatie nog niet beschikbaar is, kunnen de camera en CZT-sensor al dicht bij gebieden met hoge straling worden geplaatst, terwijl de bedieningsunit zich op een veilige afstand bevindt (tot ongeveer 20 meter bij dit eerste prototype). In de toekomst zou het systeem kunnen worden verkleind en geïntegreerd op een mobiel robotplatform. Ook kan het dan op afstand worden bediend via een netwerkverbinding. Deze mogelijkheden worden verder onderzocht in het huidige en toekomstige R&D-werk.
CZT en Compton: technologie in tandem
Het prototype van het camerasysteem dat SCK CEN en MAGICS ontwikkelden, is veel meer dan een robuuste visuele sensor. In de kern bevat het systeem een CZT-sensor: een halfgeleider die bijzonder geschikt is voor het detecteren van gammastraling. CZT-sensoren kunnen straling niet alleen waarnemen, maar ook spectraal analyseren. Ze detecteren gammastraling en analyseren de energiesignatuur ervan om te bepalen welke radioactieve materialen aanwezig zijn.
Een ander uniek aspect van het prototype is dat het in de toekomst kan evolueren naar een compacte Compton-camera. Het systeem maakt gebruik van het Compton-principe, dat via de beeldsensor zelf wordt toegepast. Wanneer gammastralen botsen met elektronen, veranderen hun richting en energie – dit staat bekend als het Compton-effect. Door meerdere van deze interacties vast te leggen, kan de camera de oorsprong van de straling reconstrueren, zelfs zonder direct zicht. Zo kunnen stralingsbronnen zichtbaar worden gemaakt in moeilijk bereikbare zones zoals schachten of tanks.
Door deze interacties te meten, kan het systeem niet alleen de locatie van de stralingsbron bepalen, maar ook het type radioactief materiaal identificeren. In combinatie met visuele en dieptebeelden maakt dit het mogelijk om stralingshotspots nauwkeurig te lokaliseren en te beoordelen, zelfs in afgesloten of afgeschermde omgevingen zoals leidingen of kleine ruimtes. De compacte CZT-kristallen zijn bijzonder geschikt voor omgevingen met hoge straling, omdat hun kleinere volume het risico op verzadiging of schade aan de detector vermindert bij sterke bronnen.
De mobiele opstelling van SCK CEN en MAGICS combineert dus visuele monitoring en stralingsbeeldvorming in één draagbaar toestel: een unieke 2-in-1 oplossing die van grote waarde is in nucleaire omgevingen waar veiligheid en precisie cruciaal zijn. De echte innovatie zit in hoe beide partijen alles samenbrachten: van het mechanisch en elektrisch ontwerp tot geavanceerd onderzoek in gammaspectrometrie, beeldverwerking en de software-algoritmes die alles aansturen.
“Een echte gamechanger”
“De stralingsdetectiecamera wordt een echte gamechanger,” zegt Mahmoud Abdelrahman, nucleair ingenieur bij SCK CEN. “Ze combineert visuele monitoring met gammaspectrometrie, waardoor we radioactieve stoffen ter plaatse kunnen identificeren. In tegenstelling tot bestaande systemen kan deze technologie dicht bij zones met hoge straling werken, wat zorgt voor veel nauwkeurigere detectie van hotspots. Dat is de echte doorbraak. Dankzij onze expertise in stralingsmodellering, Monte Carlo-simulaties en kalibratie is het systeem zowel precies als betrouwbaar – en dat opent nieuwe mogelijkheden voor onderzoek en interventie in extreme omgevingen.”
MAGICS ontwikkelde de kern van de elektronica en hardware van het prototype. Dit omvat de cameramodule met CMOS-beeldsensor en communicatiechip en de hardware om de gemotoriseerde stralingsbestendige lens aan te sturen. Ook werd een mobiele besturingseenheid ontwikkeld, zodat het hele camerasysteem draagbaar is. SCK CEN bepaalde de technische vereisten, integreerde het systeem in een nucleaire omgeving en ontwierp mechanische onderdelen zoals de camerabehuizing en het PAN/TILT-systeem. Zo past het systeem goed in bestaande installaties, bijvoorbeeld in hot cells. De beeldverwerking werd door SCK CEN ontwikkeld, omdat die specifiek is afgestemd op de toepassing binnen dit onderzoeksproject.
“Het was een intensief traject waarin we elkaars sterktes optimaal benutten,” aldus Jelle Van Rethy, productmanager bij MAGICS Technologies. “Hoewel het ontwikkelen van stralingsbestendige technologie volledig binnen onze kernexpertise valt, was het bouwen van een volledig camerasysteem eerder uitzonderlijk voor ons. Met SCK CEN hebben we éénmalig een prototype ontwikkeld, uitsluitend bedoeld voor onderzoeksdoeleinden. Dit systeem is geen eindproduct, maar een demonstrator die ons veel heeft geleerd over de praktische toepassingen van onze technologie. Die inzichten openen ook perspectieven naar andere sectoren waar robuuste en betrouwbare beeldvorming onder extreme omstandigheden nodig is.”
Klaar voor verder onderzoek
De volgende stap in het ANUBIS-onderzoek is het verder ontwikkelen van de karakterisatiefunctie in de mobiele camera. Op termijn wil SCK CEN het systeem robuuster en compacter maken, zodat het vanop afstand of via een robot ingezet kan worden in zones met hoge stralingsniveaus.
Recap ANUBIS-project & het relanceplan van België en Europa
Even terugspoelen naar 2021. Toen reikte de Europese Unie aan SCK CEN een financiering uit voor het ANUBIS-project, wat staat voor ‘Advancing NUclear dismantling in Belgium through Improving Sustainability’. Het hoofddoel van het project is om technologieën en competenties te ontwikkelen om hergebruik van materialen die vrijkomen bij nucleaire ontmanteling kostenefficiënt te maximaliseren. Dat omvat ook de bouw van een nieuwe onderzoeks-, ontwikkelings- en demonstratiefaciliteit met bijhorende installaties om de innovatie van ontmantelingsprojecten in België te ondersteunen.
Het project past niet alleen in het Belgisch-Europese plan voor economisch herstel na de COVID-19-pandemie, maar sluit ook naadloos aan bij de duurzame ontmanteling van de kerncentrales in Doel en Tihange. De samenwerking tussen SCK CEN en MAGICS is een concreet voorbeeld van hoe ANUBIS inzet op innovatie om de afbouw van nucleaire installaties slimmer, veiliger en duurzamer te maken.
