李忠東 編譯

日本開發(fā)新型水下機器人調(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)機構(gòu)”（IRID）共同開發(fā)的一款新型水下機器人研制成功，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號機組目前仍然通過持續(xù)注水進行冷卻，安全殼底部存有大量積水，其中3號機組安全殼的內(nèi)部水深達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器人，調(diào)查取證輻射值和受損狀況，然而卻“損兵折將”，進展并不順利，多臺機器人損毀在安全殼內(nèi)。電力公司認為，機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號機組派遣了一個量身定做、配備攝影鏡頭的自走式“蝎形”機器人，但它沒能如期抵達壓力容器下方，“折”在半路上。當(dāng)時，這個裝有相機和輻射測量儀的機器人被障礙物卡住，一點也不能動彈。遠程操控機器人的工作人員經(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)備部件阻礙了機器人前進；二是機器人抗輻射能力差。

調(diào)查人員原來預(yù)計“蝎形”機器人能抵抗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530Sv，它在兩小時內(nèi)承受的輻射量便達到上限，隨后陷入癱瘓。在此之前，東京電力公司曾在1號機組內(nèi)派送過一個未能收回的機器人。他們打算再次向2號機組安全殼的內(nèi)部投放一個水下機器人，以便摸清熔化的燃料棒的具體方位和2號機組結(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責(zé)人增田尚宏希望，有關(guān)機構(gòu)在研發(fā)機器人過程中投入更多的“創(chuàng)意”，使機器人終能“不辱使命”。他指出：“我們應(yīng)該打破陳規(guī)，這樣才能抵達事故現(xiàn)場的核心進行調(diào)查取證，查明熔化的核燃料蔓延至何處?！?/p>

新型機器人的研發(fā)

東京電力公司2015年10月進行的一項調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，3號機組的安全殼淹沒在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號機組內(nèi)部狀況尚未被掌握，科研人員希望能夠通過該機器人準(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，可用線纜遠距離操控。利用后部伸出的電纜供電和通信，每次前進30米左右，續(xù)航時間為約10～20小時。它前后均配置相機和LED燈，可拍攝上下各90度范圍。

超強核輻射環(huán)境不但是人類的禁區(qū)，而且對普通的工程機器人也一樣。在這種惡劣危險的環(huán)境里，一般機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)劃機器人各功能區(qū)，科學(xué)分布設(shè)計電路。并且運用傳感器主被動加固等綜合技術(shù)，達到總體耐輻射。為掌握高輻射環(huán)境下的現(xiàn)場情況，該套機器人擁有目前世界最高水平的耐輻射攝像機，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，幫助遠程工作人員控制機器人，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，這款新型水下機器人在核電站日常維護、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。