Aus dem Rückbau kerntechnischer Anlagen resultieren große Materialströme radioaktiver Reststoffe. In diesen Stoffströmen ist die Radioaktivität oft auf kleine aktivierte oder kontaminierte Teile, sogenannte „Hot Spots“ beschränkt. Die Detektion dieser radioaktiven Hot Spots und deren Separation vom Rest des Stoffstroms ermöglicht eine volumenoptimierte Verpackung der Reststoffe und Abfälle. Die aussortierten Materialien mit einem höheren Aktivitätsinventar werden endlagergerecht konditioniert und abgeschirmt verpackt. Das übrige Material wird einer Entscheidungsmessung zur Freigabe zugeführt. Hiernach wird dieses ggf. freigegeben oder zu reduzierten Kosten konditioniert.

Ziel von VIRERO ist die Erforschung und Erprobung von Verfahren zur automatisierten räumlichen und radiologischen Charakterisierung radioaktiver Reststoffe aller Aktivitätsklassen und deren Kopplung mit einer robotergestützten Sortierung. Die Sortierung bedingt oft eine vorbereitende Zerlegung. Zerlegung und Sortierung geschieht im Projekt fernhantiert basierend auf einer VR-gestützten Steuerung von mehreren Industrierobotern. Aus der Kombination der räumlichen und radiologischen Charakterisierung des Messguts resultiert eine Rekonstruktion der räumlichen Aktivitätsverteilung. Anhand dieser werden die Reststoffe dann unter Zuhilfenahme eines digitalen Zwillings, fernhantiert und teilautomatisiert sortiert.

Für die Projektdurchführung kooperieren die AiNT GmbH, die Framatome GmbH und der FAPS (Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik) der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Framatome und FAPS errichten für die robotergestützte Zerlegung und Sortierung einen Versuchsstand, an welchem die robotergestützte Handhabung mithilfe eines digitalen Zwillings und Virtual Reality (VR) sowie Augmented Reality (AR) entwickelt wird. AiNT entwickelt Messverfahren zur automatisierten Aktivitätsbestimmung individueller Teile unter Berücksichtigung fortgeschrittener Algorithmen der Aktivitätsrekonstruktion. Das Projekt wird vom BMBF unter der Förderrichtline „FORKA – Forschung für den Rückbau kerntechnischer Anlagen“ gefördert und ist dem Forschungscluster „Abfallbehandlung, Abfalldeklaration, Zwischenlagerung“ zugeordnet.

Das Projekt VIRERO umfasst die Zerlegung, Charakterisierung und Sortierung von Reststoffen. Framatome und FAPS errichten einen Versuchsstand zur Validierung der robotergestützten Zerlegung und Sortierung. AiNT entwickelt Messverfahren zur automatisierten Aktivitätsbestimmung individueller Teile unter Berücksichtigung fortgeschrittener Algorithmen der Aktivitätsrekonstruktion für die radiologisch Charakterisierung. Zur Aktivitätsbestimmung werden in Abhängigkeit der Strahlungsintensität vier verschiedene Detektoren (HPGe-Detektor, zwei Szintillationsdetektoren, Geiger-Müller-Detektor) und ein Laserscanner eingesetzt. Anhand des Laserscanners wird ein präzises 3D-Modell der Reststoffe erstellt und die von den Reststoffen emittierte ionisierende Strahlung wird mit den Strahlungsdetektoren kollimiert vermessen. Die 3D-Modelle und radiologischen Messdaten werden miteinander kombiniert und für die Rekonstruktion der räumlichen Aktivitätsverteilung verwendet. Unter Einsatz einer innovativen Kombination aus automatischer räumlicher Geometrieerkennung und radiologischen Verfahren zur Aktivitätsrekonstruktion werden nachfolgend Abfälle jeglicher Aktivitätsklassen mittels moderner Industrieroboter fernhantiert sortiert. Die modulare Konstruktion der Anlage garantiert ein flexibles und mobiles Sortiersystem für den Betrieb oder den Rückbau kerntechnischer Anlagen.

Sollen radioaktive Reststoffe, z.B. aus dem Rückbau kerntechnischer Anlagen, in den Wertstoffkreislauf zurückgeführt werden, ist deren radiologische Unbedenklichkeit nach der Strahlenschutzverordnung (StrlSchV) nachzuweisen. Im Anwendungsfall liegen diese Reststoffe unter anderem in Gitterboxen oder Bigbags vor, welche ganzheitlich radiologisch vermessen werden. Liegen Hot Spots in Form von kontaminierten oder aktivierten Reststoffen vor, negieren diese Hot Spots eine Freimessung des gesamten Bigbags. Mit einer Nachkonditionierung radioaktiver Abfälle ist ein hoher zeitlicher und personeller Aufwand verbunden. Innerhalb von VIRERO werden Hot Spots mittels einer automatisierten Aktivitätsrekonstruktion zuverlässiger identifiziert und lokalisiert. Durch die nutzerfreundliche fernhantierte Handhabung der Roboter verringert sich zudem der Personalaufwand und die Strahlenexposition des Betriebspersonals. Gleichzeitig erhöht sich durch die Aktivitätsseparation die Menge des freigebbaren Materials.

Für eine endlagergerechte Konditionierung radioaktiver Abfälle ist das Unterschreiten nuklidspezifischer Aktivitätsgrenzwerte messtechnisch zu belegen. Einzelne Abfallteile innerhalb eines Fasses können punktuell über abfallproduktspezifischen Grenz- oder Garantiewerten liegen und so eine Verpackung negieren. Bis dato werden diese Fässer zum Zweck der Nachkonditionierung innerhalb von Heißen Zellen geöffnet und mittels mechanischer Fernmanipulatoren sortiert. Hierbei werden die gefundenen Hot Spots aussortiert und das bereinigte Fass wird der geplanten Konditionierung und später der Endlagerung zugeführt. Nach der Separation von Hot Spots kann das übrige Material beispielsweise ohne Abschirmung kostenreduziert verpackt werden und kann in einer niedrigen Abfallproduktgruppe qualifiziert werden. VIRERO ermöglicht eine Volumenoptimierung des radioaktiven Abfalls mit deutlich geringerem Personal- und Kostenaufwand sowie eine Reduktion der Strahlenexposition des Betriebspersonals. Dies gelingt durch eine nuklidspezifische automatisierte Aktivitätsrekonstruktion des Fassinhalts und eine fernhantierte, robotergestützte und weitgehend automatisierte Sortierung.