独家机器人能拯救福岛核电站吗？

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bscom

2020-09-23 05:01:22

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“据报道，核电公司正使用机器人以更安全、更快速、更高性价比的方案解决世界各地的核退役问题，据预测，从现在到2030年，该产业总值3700亿美元。”——《金融时报》

一个大问题

人类的生物系统进入福岛核电站一号反应堆的安全壳附近不到一小时就被杀死了。

OK，人类是无法接近了，那么机器人这样的电子系统呢？

研究表明，没有任何一种机器人足够强大和坚硬，在没有混凝土覆盖的情况下，可以在一号反应堆内待很长时间。

尽管大家好像一直忙于研发人形、移动、轮式驱动、蛇形或飞行灾难机器人，让它们具备处理福岛核电站那样核泄漏事故，事实上，没有人可以在γ射线下存活很长时间，何况还有更糟糕的中子，就像在一号反应堆那样的核杀伤区。

当机器人遭遇总剂量（TID）辐射时，它的内部会发生什么变化？基本上就像机器人在核辐射的海洋里洗了个澡一样。试想一下，如果人类被严重晒伤的情况，就是那样！

机器人的核心零部件例如微处理器、微控制器、驱动器和晶体管在TID之下会变得很糟糕，有可能导致操作失败，就像无法正确执行指令一样。

那么问题来了：有机器人能经过加固或者某种形式的硬化之后，可以经受住福岛核电站的考验吗？

机遇与挑战

弄清楚是什么让机器人在其轨道上停下来，是范德堡大学的Arthur Wituski和他的小伙伴一天到晚都在做的事情。考虑到派去调查一号反应堆的蛇形机器人最近彻底失败后（2015年4月10日），他们最近的研究看起来都跟钱有关。

由美国国防威胁降低局资助、Witulski等人研究的课题是：用于核减灾机器人的辐照效应研究的综合方案。

由东京电力公司送入反应器的机器人持续工作三个小时、在完成不到三分之一的10小时计划任务之后，过早地停止在反应堆内。

东京电力公司放弃收回该机器人，并切断了机器人的电缆，让它留在原地。由于无法对机器人进行“验尸”，我们无法知道它为什么会失败。

4月16日，第二台同样的机器人被送入反应堆，而它很好地完成了指定的任务。通过检查该机器人，我们可能会发现机器人在全剂量辐射下机器人能持续多长时间。

然而，《日本时报》报道：“在完成其探索之旅后，机器人具有极强的放射性，技术人员计划将其放在屏蔽柜中。他们没有计划重新使用它。”

如果在未来四十年的退役中，日本当局希望机器人能在清理福岛灾区上提供很大的帮助，那么这个机器人的故障肯定会引起巨大的关注。

全球有数以千计的核反应堆，任何一个都有可能遭遇跟日本福岛核电站同样的悲剧，那么在使用机器人协助处理核事故方面，全世界都有同样的担忧。

寻找解决方案的挑战

早在二月份，就有一篇新闻报道，由日立GE核能公司研发的2英尺长（60厘米）的机器人被寄予厚望。

据《日本时报》：以前的计算机仿真表明“1号反应堆的所有燃料棒可能都熔化并汇集在安全壳的底部。”日立GE机器人将会是首次确认这一仿真。

今年二月，日立GE工程师Yoshitomo Takahashi曾希望“根据我们从这一区域收集的数据多少，我相信（机器人）会为未来的退役带来一个清晰的视野。”

Wituski确信东京电力公司和它的合作伙伴也深知γ射线的破坏潜力，因此停止了该机器人。这是他们必须承担的风险。到目前为止，不管是东京电力公司还是日立都没有就辐射引起机器人的电子器件退化发表任何公开声明，甚至他们认为机器人什么会失败。

机器人传感器有多强？

在一号反应堆地下室所测得的电力辐射量已超过每小时500万微西弗的惊人高点！相比之下，美国成年人每年平均所受到的辐射值为3600微西弗（远低于政府规定的安全值）；200万微西弗单剂量意味着严重的辐射中|毒（有时是致命的）。

而机器人的电子器件在一号反应堆地下室环境中所遭受的辐射，是足以杀死人的三倍还多。

大部分的辐射是γ射线（类似于X射线），它们可以穿透大多数材料。需要铅或几英尺的混凝土才能阻止他们。

如果机器人的有效性受到铅或混凝土的限制，它还能有多灵活？

Wituski和他在范德堡大学的工程师同事一起研究了γ射线对机器人传感器的影响；机器人在充满粉尘、烟雾、水蒸气等环境中进行工作时，传感器非常关键，并对它周围的环境具有它自身的感觉。

总之，如果机器人在1号反应堆地下室没有很好的感应能力，它不可能在那里做任何工作。

在他们的研究论文，测距传感器在γ辐射环境中的降解，他们示出了传感器的辐射降解不仅发生在运行故障，而且在测距传感器进行传递函数时也会有变化（红外，使用飞行时间声纳，和使用三角测量激光测距仪）。

在接受电话采访时，Witulski描述γ射线的高能粒子沉积能量投入到集成电路的氧化物，反过来，降低然后停止机器人的传感功能。

显然，在任何核泄漏的灾难环境中，机器人想正常工作，都会发现它的传感器系统不可能在那样的条件下幸存。

授权译自Robotics Business Review