在線客服
微信客服
咨詢電話
021-80392549
福島核電站的維修進展一直受到人們的關(guān)注，日前，國際原子能機構(gòu)調(diào)查團將于2月14日至18日訪問日本，驗證日本福島第一核電站核污染水排海的安全性。
調(diào)查團包括來自國際原子能機構(gòu)各部門和實驗室的工作人員，以及分別來自中、美、俄、英、法等11個國家的11名具有不同技術(shù)能力的、獨立的、國際公認的專家。
與這個消息同時發(fā)酵的還有福島核電站處理進展，在2月8日，東京電力公司稱，為了取出融化在福島第一核電站1號機組核反應(yīng)堆的核燃料碎片，已再次選擇投入機器人對容器內(nèi)部進行作業(yè)。這是自2017年3月以來，日本時隔5年再次對1號機進行調(diào)查。
雖然此前在今年的1月12日，這項調(diào)查計劃曾因投入使用的機器人發(fā)生故障而停止，但東京電力公司稱，今后將陸續(xù)投入6臺安裝不同裝置的機器人收集必要的信息。
福島核電站機器人作業(yè)依然是一個大的難題，雖然與有可比數(shù)據(jù)的2011年11月相比，輻射量減少了70%以上。但東京電力公司仍然表示，根據(jù)5年前通過機器人對福島第一核電站1號機組反應(yīng)堆安全殼內(nèi)實施調(diào)查結(jié)果判斷，沉積在安全殼底部的高活度核污水和作業(yè)用腳手架的西韋特值仍然遠高預(yù)期。
▍福島核電站機器人清理進展
人類一直在嘗試讓機器人進入核輻射區(qū)域進行工作，一方面是切諾爾貝利、福島核電站的嚴重事故，都給人類帶來過慘痛的代價。另一方面則是煤炭采掘量不足、新能源汽車的大規(guī)模充電用電、可能出現(xiàn)的“新周期”等等，使得電力需求火爆、供應(yīng)緊張的態(tài)勢蔓延全球，最終的解決本次能源問題的路徑，必然是大幅度增加電量的供給。
因此，發(fā)電規(guī)模大、穩(wěn)定性強的核能再次進入人們的視線。
在核電站里，一個反應(yīng)堆一小時的發(fā)電量約100萬度，這也使得發(fā)展核電在人類尚未找到更好替代能源之前，將是解決能源問題的重要選項。
核電站的機器人已經(jīng)大致發(fā)展分為日常作業(yè)以及緊急搶險兩大類，類型包括水中和陸地作業(yè)機器人，而這些機器人在日本由于福島核電站事故，得到了進一步的重視和使用。
與蘇聯(lián)時期的切爾諾貝利核泄露事故時機器人和人工智能技術(shù)十分落后不同，在當時，機器人嘗試進入反應(yīng)堆幾秒鐘便癱瘓，因此只是簡單地將燒毀的反應(yīng)堆埋入混凝土當中，而沒有采取進一步的清理和隔離措施。
到了現(xiàn)代，日本發(fā)生福島核電站泄露事故以后，日本堅持選擇派出機器人進行現(xiàn)場的勘察與執(zhí)行相關(guān)任務(wù)，不過在2011年，這個由千葉工業(yè)大學(xué)、國際救助系統(tǒng)學(xué)院和日本東北大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的產(chǎn)品Quince 1很快被廢墟里的殘骸纏住，與外界失去聯(lián)系并“擱淺。但日本堅持采取機器人進入核廢墟，而不是完全封閉，與此對應(yīng)的行為還有核污水排放。
雖然日本沒有放棄對這類搶險機器人的研制，但進展一直不大。2011年后的幾年，由日立-通用核能公司（Hitachi-GE Nuclear Energy）和國際核退研究所（International Research Institute for Nuclear Decommissioning）開發(fā)的勘測機器人曾被寄予厚望，但依然在輻射超標的現(xiàn)場工作不過半個小時，日方解釋稱這是由于部分區(qū)域的核輻射超出預(yù)期導(dǎo)致。這一度引發(fā)國際社會對于日本不作為的指責，許多學(xué)者認為放任泄露不如采取切爾諾貝利核泄露事故中蓋石頭房子的方法。
但好消息是在2017年11月，核電站的水下機器人進入獲得了突破性進展。一款配備有輻射硬化材料和傳感器的水下機器人Manbo最終繞過了大量核廢墟，抵擋住了超高核輻射，成功抵達嚴重受損的三號反應(yīng)堆，發(fā)回了熔毀鈾燃料棒的視頻，并準確定位了福島核電站反應(yīng)堆的熔毀鈾燃料。
Manbo的尺寸只有鞋盒大小，能夠使用微小的螺旋槳在水中盤旋滑翔，類似于一架空中無人駕駛機。它是用輻射加固材料制造，能夠利用傳感器避開核電站反應(yīng)堆建筑中的危險熱點，其首次亮相于日本橫須賀的一場展示。
除了Manbo之外，日本工程師們也發(fā)現(xiàn)了履帶型機器人的結(jié)構(gòu)局限性，后續(xù)還建造了一個名叫“蛇”的機器人，用以穿過廢墟檢查其他兩個嚴重受損的反應(yīng)堆。“蛇”的形態(tài)可以穿過反應(yīng)堆內(nèi)部的殘骸，而它身上攜帶的介子成像設(shè)備可以穿透大多數(shù)阻擋物體。目前，這套介子成像裝置已經(jīng)向工作人員傳輸了一些模糊的反應(yīng)堆內(nèi)部圖像。
同時，日本政府還專門在核電站附近建造了一個造價高達幾億美元的研究中心，幫助科學(xué)家和工程師們開發(fā)新一代的防輻射機器人，以進入受損反應(yīng)堆建筑的深處展開清理工作。
工程師們在附近的楢葉町技術(shù)開發(fā)中心研發(fā)新一代抗輻射機器人，該研發(fā)中心擁有一個機庫大小的倉庫，專門用以容納福島核電站的等比例模型。值得一提的是，研發(fā)中心還擁有一套虛擬現(xiàn)實和虛擬仿真裝備，用以模擬受損反應(yīng)堆建筑的內(nèi)部情況，包括定位已知殘骸和燃料的位置。
▍問題為何遲遲難以解決？
之所以大力發(fā)展應(yīng)急和日常使用的核工業(yè)機器人，是因為日本政府一直在計劃重啟多個退役多年的核電站——日本國境內(nèi)大部分核電站在災(zāi)難發(fā)生后關(guān)閉至今。
日本政府官員們希望通過機器人展開清理工作，來幫助核電站事業(yè)重新獲得公眾的認可，從而重新啟動一系列其他未受損的核電站，其中包括廢棄近10年的全球最大核電站柏崎刈羽，此舉一度引發(fā)外界對日本核電安全的擔憂。
相較直接排入大海，想要讓機器人來從事核燃料的回收和清理工作并非易事。日本研究人員從上世紀80年代就開始從事?lián)岆U救災(zāi)機器人方面的研發(fā)工作，但進展一直并不順利。一般而言，機器人進入到輻射等受災(zāi)區(qū)域后，大致都有幾項重要的任務(wù)需要完成。
首先，是對于現(xiàn)場情況的感知和傳遞，例如機器人需要在現(xiàn)場采集比如濕度、溫度、核輻射的劑量率等各類信息，然后傳輸給幾公里外的操作人員，讓人們能夠?qū)崟r看到現(xiàn)場情形。其次，它們還需要采集現(xiàn)場“樣本”，帶出受災(zāi)區(qū)，交給操作人員。最后，機器人最好還具備一些救援操作能力，如開關(guān)閥門的處理，搬開大石頭，更難的操作也有包括直接清理核電站屋頂?shù)取?/span>
一直以來，日本對于核輻射機器人的最終任務(wù)是在福島第一核電站尋找和回收約600噸的熾熱核燃料及殘骸。
一開始，科學(xué)家認為配備相應(yīng)的防輻射攝像頭、放射量測定器和其他工具后，機器人便可進入人類無法進入的任何環(huán)境，如果足夠強大和靈活，甚至可以攜帶樣本供科學(xué)家檢測，但現(xiàn)實卻因為環(huán)境的波動變量很大，導(dǎo)致了一次次機器人嘗試的失敗。
毫無疑問，機器人的故障與大劑量核輻射脫不開干系。其核心原因是核輻射會導(dǎo)致機器電路板上的半導(dǎo)體出現(xiàn)功能紊亂，造成機器的“趴窩”。
核輻射越大，對于電路板的破壞也會越大，機器壞的越快，機器人在高輻射環(huán)境中“四肢”和金屬外殼材料會快速老化，“大腦”芯片被損毀導(dǎo)致控制傳輸?shù)碾娮釉O(shè)備失靈、“眼睛”攝像機也會黑屏，甚至最終變成“玻璃渣”。
例如在工程師們把前面提到的Quince 1機器人解救出來之后，發(fā)現(xiàn)它的監(jiān)控屏幕已經(jīng)變成黑色，其內(nèi)部電子部件遭到了核輻射的嚴重破壞。事后的報道表明，當時機器人周圍核輻射達到了每小時70西韋特的驚人水平，而一個西韋特的輻射量就足以引起人體的輻射病變。這種正常環(huán)境下無法預(yù)料的核輻射情況，對機器人綜合技術(shù)提出了更高的要求。
根據(jù)日本政府的計劃，福島第一核電站的報廢分為核污染水處理、核燃料取出、核電站整體拆除“廢爐”三個階段，2021年前后開始用10-15年時間取出全部核燃料，最終到2041-2051年才能徹底完成，耗時長達25-35年。但這一計劃一度隨著機器人進入情況的不理想進一步推遲，而近期則在國際輿論的關(guān)注下再次得到推進。
▍關(guān)于未來
就機器人技術(shù)而言，在設(shè)計和制造中，高耐輻射技術(shù)是技術(shù)核心之一，但機器人不是簡單地由抗輻射材料制成，而是更多地通過對機器人各種功能區(qū)域的合理規(guī)劃、電路的分布式設(shè)計以及傳感器的主動和被動加固來實現(xiàn)整體抗輻射，正如一些專家所提到的，達到整體耐輻射更是一項綜合技術(shù)。
當然，這項技術(shù)隨著材料學(xué)的進步也在不斷實現(xiàn)突破，目前德國EMSM系列、美國SASIN系列機器人都能夠在真實的高輻射環(huán)境應(yīng)用，且可遠距離操控，而中國在2017年，由中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所與中廣核核電運營有限公司聯(lián)合研發(fā)的核電機器人團隊也正式亮相，并開始在廣東大亞灣服役。該核電機器人團隊有五個成員，包括陸地巡檢機器人、水下多功能智能機器人、水下巡檢機器人、異物打撈機器人及小型水下觀測機器人。
與日本德國等國家的核能源產(chǎn)業(yè)一度陷入全面停滯不同，我國核能源建設(shè)一直在安全有序進行。根據(jù)國家能源局公布的數(shù)據(jù)，截至2021年1月，中國大陸共有49臺商運核電機組，16臺在建、擬建核電站，數(shù)量上看位居世界前列，但發(fā)電量僅占到整體用電量的5%左右。企業(yè)主體主要包括了中國廣核、中核集團、國家電力投資集團和華能集團，涉及的主要公司包括中國核電、中國核建、中國廣核、中廣核電力等。
雖然目前全世界市場上提供的包括攝像系統(tǒng)、成像系統(tǒng)、多振動傳感器等零部件絕大多數(shù)設(shè)計上并沒有抗輻照功能，反言之，抗輻照的零部件基本上沒有市場。但在不遠的將來，我們有可能會看到核電政策的持續(xù)松動。而這些松動的跡象，也必然會以安全、環(huán)保、潛在風(fēng)險可控為重要的出發(fā)點，那時候，全世界與核電運維和搶險息息相關(guān)的核電機器人市場，必然將迎來一波快速發(fā)展浪潮。
