Strahlung: Was Drohnen und Roboter gesehen haben, wo Menschen nicht hinkönnen

Strahlung – vor allem durchdringende Gammastrahlung – erzeugt in Halbleitern Ladung, ähnlich wie sie lebende Zellen schädigt. Der Schaden hat zwei Formen: allmähliche Degradation, während sich die akkumulierte Dosis aufbaut (Gesamtionisationsdosis), und plötzliche Bit-Kipper oder Fehlfunktionen, wenn ein Teilchen einschlägt (Single-Event-Effekte). Drohnen setzen auf handelsübliche Elektronik, um klein und leicht zu bleiben, und diese Bauteile sind strahlungsempfindlich.

Der größte Standort ist der Rückbau des Kernkraftwerks Fukushima Daiichi von TEPCO. Nach dem Unfall von 2011 waren die ersten Maschinen in den Reaktorgebäuden ferngesteuerte Bodenroboter. Seitdem wurden die Sicherheitsbehälter Schritt für Schritt mit Kettenrobotern, Teleskopsonden und Unterwasserfahrzeugen erkundet, wobei Ablagerungen sichtbar wurden, die als Brennstofftrümmer gelten. In jüngerer Zeit sind kleine Drohnen im Inneren eines Sicherheitsbehälters geflogen (im Februar 2024 bildeten zwei kleine Drohnen den Bereich außerhalb des Pedestals in Block 1 ab). Im November 2024 wurde aus Block 2 versuchsweise eine sehr kleine Menge Brennstofftrümmer entnommen.

Sie begegnen ihr auch bei Inspektionen laufender und stillgelegter kerntechnischer Anlagen, an Beschleunigern und Forschungseinrichtungen, bei der Durchstrahlungsprüfung, bei der Rohrschweißnähte mit Strahlenquellen abgebildet werden, sowie in Rohrleitungen, Lagertanks und Prozessanlagen der Öl- und Gasförderung – und in manchen Bergwerken –, wo sich natürlich vorkommendes radioaktives Material (NORM) als Ablagerung ansammelt. Im Freien werden unbemannte Hubschrauber und andere unbemannte Luftfahrzeuge seit langem eingesetzt, um nach dem Unfall Ortsdosisleistungen großflächig zu messen (so vermaß die JAEA 2016 das Gebiet im Umkreis von 5 km um das Kraftwerk per unbemanntem Hubschrauber).

• Mit einer Dosisabschätzung beginnen: Schätzen Sie aus Dosisleistung und Verweildauer die akkumulierte Dosis ab, die die Elektronik übersteht. Meist fällt die Kamera zuerst aus.
• „Einweg“ als Option akzeptieren: Ein kontaminiertes Fluggerät darf womöglich nie wieder hinaus. Legen Sie Bergung, Dekontamination, Lagerung und Entsorgung von Anfang an fest.
• Den Zugang durch kleine Öffnungen planen: In Sicherheitsbehälter gelangt man durch vorhandene Durchführungen oder kleine Löcher. Proben Sie Gerätegröße, Schutzkäfig und Kabelführung an einem Modell, bevor es ernst wird.
• GNSS-Ausfall, Dunkelheit und Verbindungsverlust zusammen behandeln: Gebäude schirmen Satelliten und Funk ab und sind stockdunkel. Legen Sie Beleuchtung, Relais, Fesselkabel und das Verhalten bei Verbindungsverlust fest.
• Dosis und Zeit zusammen mit den Bildern protokollieren: So können Sie später unterscheiden, ob schlechtere Bilder eine Veränderung am Objekt oder eine Degradation des Sensors zeigen.

In Japan werden kerntechnische Anlagen von der Nuclear Regulation Authority nach dem Reactor Regulation Act reguliert, und die Exposition von Beschäftigten wird nach der Ordinance on Prevention of Ionizing Radiation Hazards und zugehörigen Regeln gesteuert. Der Grenzwert für strahlenexponierte Beschäftigte beträgt 100 mSv über fünf Jahre und 50 mSv in einem einzelnen Jahr. Drohnen verringern die Exposition von Menschen, aber die Exposition von Piloten und Bergungspersonal gehört weiterhin in den Plan. Ausrüstung, die in einen Kontrollbereich gebracht wird, wird vor dem Verlassen auf Kontamination geprüft.

Flüge über und um kerntechnische Anlagen sind häufig eingeschränkt, weil diese als kritische Einrichtungen ausgewiesen sind, und Außenflüge fallen zudem unter die luftfahrtrechtlichen Flugregeln. Verwandt: ohne GNSS, Dunkelheit, enge Räume, Vorschriften weltweit.

• Lange Einsätze unter hoher Dosis: Kameras und Platinen verlieren mit jeder aufgenommenen Dosiseinheit Lebensdauer. Fluggeräte, die stundenlang verweilen, bleiben schwierig.
• Schwere Objekte im Flug handhaben: Aufgaben wie das Bergen von Trümmern liegen außerhalb der Reichweite fliegender Maschinen. Drohnen bleiben Werkzeuge zum „Schauen und Messen“.
• Kontaminierte Fluggeräte beseitigen: Ein Fluggerät, das nicht geborgen werden kann, wird zum Hindernis für den nächsten Einsatz.
• Dosis genau der Position zuordnen: In dunklen Gebäuden ohne Satellitenempfang ist die Lagegenauigkeit der Dosiskarte selbst eine Herausforderung.

Kleine strahlungstolerante Kameras und Platinen sind erschwinglich geworden, und jeder Einflug in ein Gebäude aktualisiert eine Dosiskarte und ein 3D-Modell. Am Tag, bevor Arbeiter hineingehen, misst eine Drohne stets „die heutige Dosis“ und markiert den Weg. Die Bergung der Trümmer erledigen aber weiterhin schwere Arme und Bodenroboter; Flugmaschinen arbeiten als Augen von Menschen und Robotern. Der Rückbau dauert Jahrzehnte, und diese gesammelte Aufzeichnung wird zum wertvollsten Gut. Das ist der Ausblick der Redaktion.