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CACTUS Project: Novel methods for the monitoring of CASTOR casks using muons

Barnes, Sarah und Alameddine, Jean-Marco und Pérez Prada, Maximilian und Bueno Rodriguez, Angel und Sattler, Felix (2026) CACTUS Project: Novel methods for the monitoring of CASTOR casks using muons. In: Proceedings 4. Fachworkshop Zwischenlagerung, Seiten 90-98. Fachworkshop Zwischenlagerung 2025, 2025-11-25 - 2025-11-26, Berlin, Deutschland. doi: 10.69152/BGZFachworkshop/proceedings/2025.

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2MB

Offizielle URL: https://bgz.de/wp-content/uploads/2026/04/proceedings_fachworkshop_2025_voe.pdf

Kurzfassung

A significant fraction of the spent nuclear fuel used in nuclear power and research plants around the world is stored in dry storage casks. Since these casks are equipped with heavy shielding, monitoring of the condition of the spent nuclear fuel is often based on indirect methods, such as temperature or radiation checks. Due to their high penetration power and natural occurrence, the use of natural cosmic-ray muons presents a suitable way to directly image the fuel inside such storage casks. As a result, applying muon tomography to the monitoring of nuclear fuel casks has become an active field of research over the recent years. While these studies have shown promising results, the complex and heavily shielded cask geometry has only allowed up to now the reconstruction of only entire or partial fuel. The necessary goal of reconstructing single fuel rods has not been achieved so far.

This work presents the first clear demonstration of the feasibility for single fuel rod resolution within a nuclear storage cask. The study is based on a simplified, but realistic cask model of the CASTOR V/19 storage cask, the most common nuclear storage cask in Germany. The cask is imported to the GEANT4 simulation toolkit using the B2G4 workflow for three different scenarios: an empty cask without any fuel rod, a cask randomly filled with fuel rods at 90% capacity, and a cask filled with fuel rods at 100% capacity. The presented work utilizes a gradient descent-based implementation of the MLEM algorithm allowing a sparse and scalable, but high-resolution reconstruction of the different cask scenarios. In order to achieve single rod resolution, the resulting tomographic maps are denoised in the final step of the analysis by a residual U-Net deep learning architecture with an incorporated attention mechanism. When overlaid with a ground truth model denoting fuel rod positions a clear correspondence is shown, indicating that single fuel rods can be successfully identified.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/226078/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:CACTUS Project: Novel methods for the monitoring of CASTOR casks using muons
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Barnes, SarahSarah.Barnes (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Alameddine, Jean-Marcojean-marco.alameddine (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9534-9189223600111
Pérez Prada, Maximilianm.perezprada (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2831-463XNICHT SPEZIFIZIERT
Bueno Rodriguez, Angelangel.bueno (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sattler, FelixFelix.Sattler (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-8869-282X223600114
Datum:April 2026
Erschienen in:Proceedings 4. Fachworkshop Zwischenlagerung
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.69152/BGZFachworkshop/proceedings/2025
Seitenbereich:Seiten 90-98
Status:veröffentlicht
Stichwörter:cosmic rays; muon tomography; nuclear storage; dry storage cask; CASTOR
Veranstaltungstitel:Fachworkshop Zwischenlagerung 2025
Veranstaltungsort:Berlin, Deutschland
Veranstaltungsart:Workshop
Veranstaltungsbeginn:25 November 2025
Veranstaltungsende:26 November 2025
Veranstalter :BGZ
HGF - Forschungsbereich:keine Zuordnung
HGF - Programm:keine Zuordnung
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:keine Zuordnung
DLR - Forschungsgebiet:keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):keine Zuordnung
Standort: Bremerhaven
Institute & Einrichtungen:Institut für den Schutz maritimer Infrastrukturen > Maritime Sicherheitstechnologien
Hinterlegt von: Pérez Prada, Dr. Maximilian
Hinterlegt am:13 Aug 2026 17:19
Letzte Änderung:13 Aug 2026 17:19

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