李忠東 編譯

日本開發(fā)新型水下機(jī)器人調(diào)查福島核事故

李忠東 編譯

留下嚴(yán)重后遺癥

6月1 5日，由日本東芝公司（Toshiba）和“國際反應(yīng)堆報廢研究開發(fā)機(jī)構(gòu)”（IRID）共同開發(fā)的一款新型水下機(jī)器人研制成功，在神奈川縣橫須賀市公開亮相。按照計劃，它接受操作員的培訓(xùn)后，將在福島第一核電站3號機(jī)組內(nèi)投入實際使用。2011年“3·11大地震”引發(fā)核泄漏事故后，福島第一核電站1至3號機(jī)組發(fā)生堆芯熔化，即反應(yīng)堆內(nèi)壓力容器中的核燃料棒失去冷卻后迅速升至極高溫度而熔毀，并從壓力容器的底部泄漏到外面一層安全殼的底部。1至3號機(jī)組目前仍然通過持續(xù)注水進(jìn)行冷卻，安全殼底部存有大量積水，其中3號機(jī)組安全殼的內(nèi)部水深達(dá)6米。堆芯熔化后的核殘渣存在于水下，有待調(diào)查。這款新型水下機(jī)器人正是以福島第一核電站為假想使用場景而研究開發(fā)的，希望通過水下調(diào)查了解安全殼的內(nèi)部狀況，為最終確定核殘渣取出方案收集必要的信息。

迄今為止，日本福島核事故遺留的核污水、報廢核反應(yīng)堆以及除污等問題都沒有得到有效解決。2016年日本國內(nèi)環(huán)保組織的獨立調(diào)查結(jié)果表明，盡管核事故過去5年多，福島核電站附近海底的放射性物質(zhì)濃度最高值卻是事故發(fā)生前的數(shù)百倍。面對這場21世紀(jì)的“海上切爾諾貝利”，日本政府及當(dāng)事企業(yè)東京電力公司先是低估嚴(yán)峻形勢，設(shè)計了一套完全不能有效控制局面的事故處理方案，致使核泄漏范圍不斷擴(kuò)大，程度加深，次生事故接連發(fā)生。由于福島核事故處理的巨大難度，該事故即使到2020年也仍然難以徹底結(jié)束。

多臺機(jī)器人失敗

多項調(diào)查顯示，福島第一核電站內(nèi)的損壞情況可能比預(yù)期的更糟糕，去污過程預(yù)計將持續(xù)數(shù)十年。東京電力公司曾接連投放機(jī)器人，調(diào)查取證輻射值和受損狀況，然而卻“損兵折將”，進(jìn)展并不順利，多臺機(jī)器人損毀在安全殼內(nèi)。電力公司認(rèn)為，機(jī)器人故障可能與超高輻射有關(guān)。

1月16日，東京電力公司曾向2號機(jī)組派遣了一個量身定做、配備攝影鏡頭的自走式“蝎形”機(jī)器人，但它沒能如期抵達(dá)壓力容器下方，“折”在半路上。當(dāng)時，這個裝有相機(jī)和輻射測量儀的機(jī)器人被障礙物卡住，一點也不能動彈。遠(yuǎn)程操控機(jī)器人的工作人員經(jīng)過分析得出兩個原因：一是熔化的燃料棒和因地震損毀的設(shè)備部件阻礙了機(jī)器人前進(jìn)；二是機(jī)器人抗輻射能力差。

調(diào)查人員原來預(yù)計“蝎形”機(jī)器人能抵抗73希沃特（輻射劑量的一種單位，以下簡稱Sv）的輻射，堅持工作10個小時。但反應(yīng)爐輻射量高達(dá)530Sv，它在兩小時內(nèi)承受的輻射量便達(dá)到上限，隨后陷入癱瘓。在此之前，東京電力公司曾在1號機(jī)組內(nèi)派送過一個未能收回的機(jī)器人。他們打算再次向2號機(jī)組安全殼的內(nèi)部投放一個水下機(jī)器人，以便摸清熔化的燃料棒的具體方位和2號機(jī)組結(jié)構(gòu)性受損狀況，然后決定采取何種除污方法。

希沃特是（Sv）是一個用來衡量輻射劑量對生物組織影響程度的單位，人們?nèi)粘Ｉ钪薪佑|到的輻射劑量都在0.05微Sv左右。接觸的環(huán)境只要維持在0.2微Sv以下都是正?？山邮艿?，如果超過20微Sv就屬于危險級別。1Sv的劑量足以造成暴露者輻射，出現(xiàn)惡心癥狀，暴露于5Sv下會使得半數(shù)人1個月內(nèi)死亡。10Sv劑量則會讓暴露者數(shù)周內(nèi)喪命。

福島第一核電站去污事宜負(fù)責(zé)人增田尚宏希望，有關(guān)機(jī)構(gòu)在研發(fā)機(jī)器人過程中投入更多的“創(chuàng)意”，使機(jī)器人終能“不辱使命”。他指出：“我們應(yīng)該打破陳規(guī)，這樣才能抵達(dá)事故現(xiàn)場的核心進(jìn)行調(diào)查取證，查明熔化的核燃料蔓延至何處?！?/p>

新型機(jī)器人的研發(fā)

東京電力公司2015年10月進(jìn)行的一項調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，3號機(jī)組的安全殼淹沒在6米深的冷卻水里。安全殼側(cè)面的穿越孔直徑僅有14 厘米，致使檢查安全殼內(nèi)部的機(jī)器人行動受到限制。這次由Toshiba與IRID聯(lián)合開發(fā)的新型螺旋槳驅(qū)動的水下機(jī)器人從實際出發(fā)，長度大約30厘米，直徑13厘米，可通過安全殼側(cè)面的穿越孔，利用前后方配備的攝像頭拍攝內(nèi)部情況。大量燃料已經(jīng)熔落的3號機(jī)組內(nèi)部狀況尚未被掌握，科研人員希望能夠通過該機(jī)器人準(zhǔn)確得到安全殼內(nèi)部損壞的完整影像，從而制定熔融燃料的回收計劃。

新型水下機(jī)器人重量約2公斤，為圓筒狀，通過后部和上部多個螺旋槳的驅(qū)動，可用線纜遠(yuǎn)距離操控。利用后部伸出的電纜供電和通信，每次前進(jìn)30米左右，續(xù)航時間為約10～20小時。它前后均配置相機(jī)和LED燈，可拍攝上下各90度范圍。

超強(qiáng)核輻射環(huán)境不但是人類的禁區(qū)，而且對普通的工程機(jī)器人也一樣。在這種惡劣危險的環(huán)境里，一般機(jī)器人的金屬材料外殼會被活化，橡膠等普通材料加速老化，控制傳輸?shù)碾娮釉O(shè)備失效，甚至攝像鏡頭的玻璃都會變成“墨鏡”。這款新型水下機(jī)器人不但小巧玲瓏，行動自如，而且可承受65°C高溫，具備抗200Sv的輻射能力。

新型水下機(jī)器人并非簡單地選擇耐輻射材料制造，而是更多地通過合理設(shè)計規(guī)劃機(jī)器人各功能區(qū)，科學(xué)分布設(shè)計電路。并且運(yùn)用傳感器主被動加固等綜合技術(shù)，達(dá)到總體耐輻射。為掌握高輻射環(huán)境下的現(xiàn)場情況，該套機(jī)器人擁有目前世界最高水平的耐輻射攝像機(jī)，可以在最高每小時100Sv核輻射的環(huán)境中工作，并向外界傳回200萬～500萬像素的高清圖像。另外，它能夠完成高輻射環(huán)境下的無線數(shù)據(jù)傳輸，幫助遠(yuǎn)程工作人員控制機(jī)器人，從事各種應(yīng)急處置工作，如采集核輻射計量、溫度、濕度等現(xiàn)場信息等。除了處理應(yīng)急事故，這款新型水下機(jī)器人在核電站日常維護(hù)、維修、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)勘測等領(lǐng)域都將發(fā)揮重要作用。