DUB-GEM – Entwicklung einer UAV-basierten Gammaspektrometrie zur Erkundung und Überwachung von Uranbergbaualtlasten

Land / Region: Usbekistan, Kirgistan, Kasachstan, Tadschikistan / Zentralasien

Projektanfang: 01.04.2019

Projektende: 31.12.2022

Projektstand: 17.01.2022

Aktuelles:

04.11.2022 - "Drohnen helfen Zentralasien, mit alter Strahlung umzugehen." Über die Arbeiten in Zentralasien hat die Internationale Atomenergieorganisation (IAEA) ein Video veröffentlicht.

07.08. - 17.08.2022 - In Usbekistan hat eine zweite Messkampagne stattgefunden. Die BGR dankt allen Beteiligten für die außerordentlich gute Zusammenarbeit.

22.02.2022 - Die neue DUB-GEM Projekt-Homepage ist online.

14.01.2022 - Das DUB-GEM Konsortium ist auf der Konferenz EGU 2022 vertreten und präsentiert
die Projektergebnisse aus Zentralasien.

18.10.2021 - Die erste Messkampagne in Zentralasien wurde in den Ländern Kirgisistan und Kasachstan erfolgreich beendet. Die BGR dankt allen Beteiligten für die außerordentlich gute Zusammenarbeit.

Abb. 1: Messteam in Mailuu Suu, Kirgisistan am Untersuchungsstandort TP11 vom 05.10.2021 – Absetzbecken (Tailing Pond) des ehemaligen Uranbergbaus Quelle: IAEA

Motivation

An ehemaligen Uranbergbaustandorten in Kirgisistan, Tadschikistan, Usbekistan und Kasachstan drohen aufgrund von Georisiken, wie beispielsweise Hochwasser, Erdrutsche etc., unkontrollierte Einträge radioaktiver Kontaminationen in grenzüberschreitende Flüsse der Region. Im Projekt DUB-GEM (Development of a UAV-based Gamma spectrometry for the Exploration and Monitoring of Uranium Mining Legacies) wird eine auf einer Drohne installierte Erkundungstechnik (Gammaspektrometrie) entwickelt, die der schnellen Erfassung der radioaktiven Belastungssituation im Umfeld dieser Standorte dient. Das Forschungsvorhaben ist auf drei Jahre angelegt und wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit ca. 1 Mio. € im Rahmen des Förderschwerpunktes „CLIENT II – Internationale Partnerschaften für nachhaltige Innovationen” im Rahmenprogramm „FONA – Forschung für nachhaltige Entwicklung” gefördert.

Abb. 2: Erosionsrinne auf einer Uranbergbauhalde Quelle: BGR

Vor diesem Hintergrund gab es 2013 und 2018 in der UN-Generalkonferenz Beschlüsse auf internationaler Ebene zur dringenden Notwendigkeit von Sanierungsmaßnahmen dieser Standorte durch die internationale Gemeinschaft. Im Jahr 2016 wurde auf Initiative der EU bei der Europäischen Bank für Wiederaufbau und Entwicklung (EBRD) der sog. „Environmental Remediation Account for Central Asia (ERA)“ eingerichtet, der die Sanierung radioaktiv kontaminierter Standorte in den vier zentralasiatischen Staaten finanziert. Mit der Entwicklungsarbeit in DUB-GEM sollen die Grundlagen für einen zukünftigen, kommerziellen Einsatz einer drohnengestützten Gammaspektrometrie als effiziente Erkundungsmethode oberflächennaher Radionuklidkontaminationen geschaffen werden.

Die räumliche Erkundung ehemaliger Uranbergbaustandorte mit Hilfe von sogenannten Gammaspektrometern erfolgt in der Regel mit bodengestützten Messsystemen fußläufig oder per Fahrzeug. Insbesondere in schwierigem, gebirgigem Terrain ist die Erkundung oft mühsam und für den Bearbeiter körperlich und gesundheitlich belastend. Alternativ können luftgestützte, z. B. helikopterbasierte Systeme eingesetzt werden. Letztere sind effizient und weitgehend unabhängig vom Terrain, jedoch logistisch und finanziell sehr aufwendig, sodass ihr Einsatz eher die Ausnahme darstellt. Mit der Entwicklung einer drohnengestützten Erkundungsmethode im Projekt DUB-GEM bleiben die Vorteile luftgestützter Systeme – trotz eines im Vergleich deutlich geringeren Betriebsaufwandes – weitgehend erhalten.

Die Anwendung relativ kleiner Gammaspektrometer auf Drohnen zur Erkundung von Kontaminationen mit schwach radioaktivem Material ist bislang wenig untersucht. Neben gezielten Entwicklungsarbeiten zur Integration von Detektor und Drohnen sowie zur optimalen Flugstrategie ist im Projekt DUB-GEM auch die Entwicklung von zwei konkurrierenden Verarbeitungs- und Auswertestrategien für die Rohdaten geplant. Da sich die zu erwartende Messdistanz zwischen Untersuchungsfläche und Drohne im Übergangsbereich befindet, werden die Verarbeitungs- und Auswertungsstrategien aus den etablierten Erkundungsmethoden für boden- und luftgestützte Verfahren entwickelt.

Abb. 3: Austausch eines Detektors und Fotoaufnahmen des Systems Quelle: IAEA

Drohnen im Einsatz

Von den Ergebnissen der Entwicklungsarbeit erhoffen sich die Projektteilnehmer Aufschluss darüber, welche der entwickelten Erkundungsmethoden künftig bevorzugt zum Einsatz kommen sollte oder ob ggf. beide Methoden komplementär einzusetzen sind. Erkenntnisse zu Effizienzsteigerungen bei der Erkundung und zur Datenqualität im Vergleich zu etablierten Methoden sind ebenfalls zu erwarten.

Ausgehend von den zwei unterschiedlich begründeten Entwicklungsansätzen werden zunächst die eigentlichen Erkundungsstrategien spezifiziert. Anschließend werden die Anforderungen für die Dimensionierung, Entwicklung und Konstruktion der benötigten Drohne formuliert und schließlich alle notwendigen Komponenten auf die Drohne integriert. Mit Befliegungen auf geeigneten Flächen in Deutschland werden die Erkundungsstrategien erprobt und optimale Flugstrategien festgelegt. Mit dem fertigen Gesamtsystem werden im weiteren Projektverlauf ausgewählte Flächen in den Partnerländern beflogen. Die interpretierten Messdaten werden über bodengestützte Messungen validiert und die beiden entwickelten Auswertungsstrategien bezüglich ihrer Gesamt-Performance im Praxiseinsatz evaluiert.

Unterstützung bei der Sanierung

Abb. 4: Abraumhalde aus dem ehemaligen Uranbergbau in Mailuu Suu, Kirgisistan Quelle: BGR

Die in DUB-GEM zu entwickelnde Erkundungsmethode erlaubt die Abgrenzung und quantitative Charakterisierung von Risikoarealen. Das können erhöhte radioaktive Kontaminationen im Nahbereich der Bergbaustandorte sowie flächige radioaktive Kontaminationen in Flusstälern oder landwirtschaftlich genutzten Ebenen im Abstrom sein. Aus der Luft erfasste Risikoareale können darüber hinaus den Anlass für weitere bodenbasierte Messungen geben, die durch den Einsatz von Drohnen effizienter und besser planbar sind.

Das DUB-GEM-Konsortium

Die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) koordiniert das Projekt auf deutscher Seite. Die Firma Third Element Aviation GmbH aus Bielefeld wird die benötigte Drohne zur Aufnahme der Gammaspektrometer entwickeln, konstruieren und bereitstellen und damit das Produktportfolio im Heavy-Lift-Bereich bis 25 kg erweitern. Die Firma IAF-Radioökologie GmbH aus Radeberg ist für eine der zwei geplanten, parallelen Entwicklungslinien zur drohnengestützten Gammaspektrometrie verantwortlich und wird ihr radioökologisches Methodenspektrum um eine luftgestützte Erkundungsmethode erweitern. Für die zweite im Projekt DUB-GEM geplante Entwicklungslinie zeichnet die BGR verantwortlich. Nach jahrzehntelanger Erfahrung in der helikoptergestützten Gammaspektrometrie ist die Erweiterung der Methode auf eine Drohne für die BGR der wissenschaftlich naheliegende nächste Schritt.

Partner:

• IAF-Radioökologie GmbH, Wilhelm-Rönsch-Straße 9, 01454 Radeberg
• Third Element Aviation GmbH, Krackser Str. 12, 33659 Bielefeld
• Department of Radiation and Nuclear Safety,Tashkent, Usbekistan
• Ministry of Emergency Situations, Tailings Management Agency, Bishkek, Kirgistan
• Committee for Atomic and Energy Supervision and Control, Nursultan, Kasachstan
• Nuclear and Radiation Safety Agency of Tajikistan (NRSA), Dushanbe, Tadschikistan
  

Förderungsnummer:

01LZ1706A-D