Drohnengestützte Gammaspektrometrie zur Erkundung von NORM (Naturally Occurring Radioactive Material)

Einleitung

Radioaktive Altlasten aus dem ehemaligen Uranbergbau in Zentralasien stellen auch heute noch ein akutes Gefährdungspotenzial für Mensch und Umwelt dar. Die Verbreitung bergbaubedingter Kontaminationen ist aufgrund verlorengegangener oder fehlender Aufzeichnungen sowie in der Vergangenheit aufgetretener Georisiken wie Rutschungen oder Hochwasserereignisse nicht oder nur unzureichend bekannt.

Uranbergbauhalde in Mailuu Suu, Kirgistan

Die zentralasiatischen Länder haben die internationale Gemeinschaft um Hilfe bei der Standortsanierung gebeten, was zu entsprechenden Resolutionen der UN und der IAEO geführt hat. Die Europäische Union hat daraufhin Mittel in die Planung der Sanierung einer Reihe von Standorten investiert. Die eigentliche Sanierung finanziert die Europäische Bank für Wiederaufbau und Entwicklung über einen von ihr verwalteten Sanierungsfonds - derzeit in den Ländern Kirgisistan und Usbekistan. Die internationale Koordination aller Aktivitäten erfolgt durch die bei der IAEO verankerte Coordination Group for Uranium Legacy Sites (CGULS), in der die BGR seit 2012 Mitglied ist.

Die Erkundung der Sanierungsstandorte ist eine Grundvoraussetzung für die Sanierungsplanung. Die Erkundung zu Fuß oder mit Fahrzeugen kann für den Erkunder ein radiologisches Risiko darstellen und ist aufgrund der überwiegend schwer zugänglichen Gebirgsregionen schwierig und teilweise unmöglich oder sogar lebensgefährlich. Eine Erkundung mit Drohnen kann hier Abhilfe schaffen.

Preugschat, B.: Entwicklung eines drohnengestützten Gammaspektrometriesystems im Rahmen des abgeschlossenen BMBF-Projektes DUB-GEM - Feldtests an zentralasiatischen Uranaltlasten

DUB-GEM Projektdrohne

Im Rahmen des im Jahr 2023 abgeschlossenen BMBF-Projektes DUB-GEM wurde ein Drohnen-Detektor-System entwickelt, mit dem Uranbergbaualtstandorte risikoarm aus der Luft erkundet werden können. Dazu wurde im Projekt eine Schwerlastdrohne mit einem maximalen Abfluggewicht von 25 kg entwickelt, an dem ein Gammaspektrometer (CeBr3, CsI und NaI) zur Detektion der ionisierenden Strahlung montiert wurde. Das System wurde in Deutschland erprobt bevor es in zwei Messkampagnen 2021 und 2022 in den Ländern Kirgisistan, Kasachstan und Usbekistan erfolgreich eingesetzt wurde. Zahlreiche Versuche zur Erkundung von Uran (U-238)- und Thorium (Th-232) belasteten Standorten wurden durchgeführt und mit unterschiedlichen Ansätzen und Strategien ausgewertet und evaluiert. Hierbei lagen die Schwerpunkte auf der Untersuchung der räumlichen Auflösung der Methode sowie bei der höhenabhängigen Bestimmung der spezifischen Aktivitäten am Boden. Die hierfür eingesetzten ma-thematischen Verfahren, die auf die für Drohnen typische Flughöhe von einigen zehn Metern zugeschnitten sind wurden bisher nur in begrenztem Umfang experimentell validiert.

Altfelder, S.: Ground Truthing drohnengestützter Gammaspektrometerdaten einer Armerzhalde in Yangiabad, Usbekistan mittels geostatistischer Skalierung

Die Akzeptanz drohnengestützter Gammaspektrometersysteme hängt von ihrer Fähigkeit ab, absolute spezifische Aktivitäten natürlicher Radionuklide im oberflächennahen Boden zu messen, die den Ergebnissen etablierter bodengestützter Systeme möglichst nahekommen.

Auf einer Uran-Armerzhalde in Yangiabad, Usbekistan, wurde ein sehr großer Datensatz, bestehend aus ca. 3000 Drohnengestützten und 19.000 bodengestützten Gamma-Messungen, gesammelt. Mit Hilfe der Geostatistik wurden die Daten beider Messtechniken verglichen, indem die bodengestützten Daten auf die geringere räumliche Auflösung der Drohnendaten hochskaliert („Upscaling“) wurden. Mit Hilfe des Upscalings zeigen wir, dass (1) die Drohnenmessungen eine gute Übereinstimmung mit den hochskalierten bodengestützten Messungen aufweisen und dass (2) die Drohnen-Untersuchungen eine gute Abgrenzung von Kontrasten in der relativ gleichmäßigen Verteilung der spezifischen U-238-Aktivität ermöglichen, die für ehemalige Uranabbau- und -aufbereitungsstandorte typisch ist.

Über den Meeting-Link beitreten:
https://bgr-bund.webex.com/bgr-bund/j.php?MTID=m15689d3eb8b1e365aa7ab71665f1e3bc; Meeting-Kennnummer (Zugriffscode): 2749 719 9470 Meeting Passwort: asA4TnRdP94