日本開發新型水下機器人調查福島核事故

李忠東 編譯

日本開發新型水下機器人調查福島核事故

李忠東 編譯

留下嚴重后遺癥

6月1 5日，由日本東芝公司（Toshiba）和“國際反應堆報廢研究開發機構”（IRID）共同開發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后，將在福島第一核電站3號機組內投入實際使用。2011年“3·11大地震”引發核泄漏事故后，福島第一核電站1至3號機組發生堆芯熔化，即反應堆內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號機組安全殼的內部水深達6米。堆芯熔化后的核殘渣存在于水下，有待調查。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的，希望通過水下調查了解安全殼的內部狀況，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、報廢核反應堆以及除污等問題都沒有得到有效解決。2016年日本國內環保組織的獨立調查結果表明，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濃度最高值卻是事故發生前的數百倍。面對這場21世紀的“海上切爾諾貝利”，日本政府及當事企業東京電力公司先是低估嚴峻形勢，設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束。

多臺機器人失敗

多項調查顯示，福島第一核電站內的損壞情況可能比預期的更糟糕，去污過程預計將持續數十年。東京電力公司曾接連投放機器人，調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。電力公司認為，機器人故障可能與超高輻射有關。

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備部件阻礙了機器人前進；二是機器人抗輻射能力差。

調查人員原來預計“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。但反應爐輻射量高達530Sv，它在兩小時內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號機組結構性受損狀況，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，人們日常生活中接觸到的輻射劑量都在0.05微Sv左右。接觸的環境只要維持在0.2微Sv以下都是正常可接受的，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，出現惡心癥狀，暴露于5Sv下會使得半數人1個月內死亡。10Sv劑量則會讓暴露者數周內喪命。

福島第一核電站去污事宜負責人增田尚宏希望，有關機構在研發機器人過程中投入更多的“創意”，使機器人終能“不辱使命”。他指出：“我們應該打破陳規，這樣才能抵達事故現場的核心進行調查取證，查明熔化的核燃料蔓延至何處。”

新型機器人的研發

東京電力公司2015年10月進行的一項調查中發現，3號機組的安全殼淹沒在6米深的冷卻水里。安全殼側面的穿越孔直徑僅有14 厘米，致使檢查安全殼內部的機器人行動受到限制。這次由Toshiba與IRID聯合開發的新型螺旋槳驅動的水下機器人從實際出發，長度大約30厘米，直徑13厘米，可通過安全殼側面的穿越孔，利用前后方配備的攝像頭拍攝內部情況。大量燃料已經熔落的3號機組內部狀況尚未被掌握，科研人員希望能夠通過該機器人準確得到安全殼內部損壞的完整影像，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。

超強核輻射環境不但是人類的禁區，而且對普通的工程機器人也一樣。在這種惡劣危險的環境里，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，控制傳輸的電子設備失效，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計規劃機器人各功能區，科學分布設計電路。并且運用傳感器主被動加固等綜合技術，達到總體耐輻射。為掌握高輻射環境下的現場情況，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境下的無線數據傳輸，幫助遠程工作人員控制機器人，從事各種應急處置工作，如采集核輻射計量、溫度、濕度等現場信息等。除了處理應急事故，這款新型水下機器人在核電站日常維護、維修、數據收集、數據勘測等領域都將發揮重要作用。