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福岛核泄漏8年:机器人研发缓慢 清理干净需几十年

2019-03-12     来源:网易科技报道

(原标题:For Fukushima's nuclear disaster, robots offer a sliver of hope)

网易科技讯 3月12日消息,据国外媒体报道,2011年3月11日福岛第一核电站发生严重泄露事故。这场最严重的核灾难已经过去了八年时间。现在新开发的机器人得以进入现场,探究这场灾难的严重程度。但要想真正清理完这片地区还任重而道远。日前科技媒体记者造访了福岛第一核电站,看到现场工作人员正在试图通过新开发的机器人展开清理工作,也看到专家们正在努力开发新技术,研发测试新的机器人。

以下是翻译内容:

我的鼻子忽然很痒。这让我本能地伸出手去挠,但被身上的整套装备挡住了。我的手指被三副手套包裹着,一副是布做的,两副是乳胶做的,它碰到的是罩住整张脸的透明塑料面罩。

我的手笨拙地握着笔记本和笔。我穿着白色的杜邦特卫强工作服,全身包裹得严严实实,头上戴着一顶亮黄色的安全帽。除此之外,我还穿了两层袜子和笨重的橡胶靴。穿着这套装备想要四处走动并不容易,让人感觉像是身处一部关于僵尸灾难的惊悚片。

图示:装备齐全的人在3号反应堆也只能停留10分钟

此刻的我身处福岛第一核电站3号反应堆的顶部。这里就是世界上最严重核灾难的发生地。

2011年3月11日,在距离日本海岸130公里的地方发生9.0级地震,3号反应堆是受损的三座反应堆之一。(幸运的是福岛第一核电站的4、5和6号反应堆当时没有运行。)地震的强度是如此之高,使地球轴线移动了近10厘米,并将日本海岸移动了2.4米。地震发生时该地区4座核电站中有11个反应堆正在运行。地震发生后全部自动关闭。当时所有核电站报告没有发生重大损失。

一个小时后,海啸抵达日本海岸。

两股15米高的海浪直冲福岛第一核电站,其冲过海岸防波堤,导致为核电站海水冷却系统供电的柴油发电机无法工作。反应堆内部的温度飙升至2760摄氏度。

图示:进入福岛第一核电站反应堆需要穿上厚重的连体服以及橡胶靴

铀燃料棒在高温的侵蚀下熔化,铀水烧穿了地板,留下由燃料棒、混凝土、钢铁和碎片组成的放射性混合物。熔融燃料最终沉入三个反应堆的主安全壳中。

现在距离地震发生已经整整八年。经过这么长时间的努力后,日本能源巨头东京电力公司才刚刚触及到问题的表面。3号反应堆顶部的碎石已经清理干净,我可以在这里待上10分钟。

我抬头凝视着巨大桶形建筑的拱状天花板,试图把所有东西纳入眼中。现场的辐射水平仍然太高,让我无法忍受。口罩两侧紫色滤光片发出的嘈杂啪啪声掩盖了我急促的呼吸和脚步声。

在建筑的另一端,有一个巨大的橙色框架平台,这是所谓的铀燃料处理机器。它有四条巨大的金属腿,向下逐渐变细,就像一只四足爬行动物。框架中央的细钢缆吊着一个铬合金机器人,这个红色塑料包裹得机器人配备了机械手,可以切割瓦砾并抓取铀燃料棒。机器人最终将把放射性残骸从建筑中央一个12米深的水池中拉出来。

这只是东京电力公司用来清理核电站废墟的众多机器人之一。这就是为什么我来到日本的原因,观察机器人是如何在最极端的情况下工作的。

日本政府估计,这将耗资757亿美元,需要40年的时间才能完全清除该设施。日本原子能机构甚至在附近建立了一个研究中心,模拟核电站内部的情况,让来自全国各地的专家尝试通过新的机器人设计来清理废墟。

人们希望,这个研究设施以及距其一小时车程外的机器人试验场能够清理福岛第一核电站,重振福岛县昔日的繁荣。这项工作将花费很长时间,东京电力公司和政府机构正在培养下一代机器人专家以完成这项工作。

东京电力公司高级顾问莱克·巴雷特(Lake Barrett)表示:“这相当于把人送上月球。”巴雷特曾在美国能源部民用放射性废物管理办公室担任代理主任。“除非出现技术加速,否则可能需要60年左右的时间。”

一切都是相对的

我们在在登上3号核反应堆顶部的电梯时,听到了经典动画《宇宙战舰大和号》(Space Battleship Yamato)中的主题曲,这首上世纪70年代的歌有种典型的日本味道。

当音乐响起时,勾起了我们童年的回忆。在如此致命的环境中,这只是一时的遐想。

两年前,东京电力公司在3号机组的反应堆和燃料池上方建造了一个圆顶建筑,这样工程师们就可以把重型设备运进来。

在我脚下大约18米处,辐射正以每小时1西弗的速度释放出来。单次剂量达到1西弗就足以引起恶心、呕吐和出血等放射性疾病。一剂每小时5西弗的剂量将在一个月内杀死大约一半接触辐射的人,而一小时10西弗的剂量将使接触到的人在几周内死亡。

而问题在于,三个被毁的反应堆中3号反应堆的辐射最少。

1号反应堆的辐射剂量为每小时4.1至9.7西弗。据报道,两年前2号反应堆最深处的读数是530西弗,辐射高得“难以想象”。2号反应堆其他地方的读数通常接近每小时70西弗,仍然是福岛第一核电站辐射最高的区域。

反应堆恶劣的环境让初期进入的大多数机器人陷入了困境:高辐射干扰了机器人大脑中的半导体元件。自动机器人要么自动关闭,要么会在意想不到的地方被变形的障碍物卡住。

机器人还必须足够灵活,以避免干扰到易挥发的熔化燃料棒,本质上这是在玩世界上最致命的“操作”游戏。

研究公司ABI Research分析师莱恩·惠顿(Rian Whitton)表示:“福岛事件是一个令人羞愧的时刻。”“这显示了目前机器人技术的局限性。”

“蝎子”(Scorpion)是一个61厘米长的机器人,它可以卷起装有相机的尾部以获得更好的观察视角。2016年12月,工人们在2号反应堆的通风管上挖了一个洞,让“蝎子”进入其中。东京电力公司希望这台装有两个摄像头和传感器的机器人能够深入反应堆内部,测量辐射水平和温度。

然而,“蝎子”在执行了两个小时的任务后就被熔化的金属块卡住了,原计划要让“蝎子”至少工作10个小时的任务。要知道,日本东芝花了两年半的时间来开发这款机器人,具体金额不详。

图示:经过改进的机器人进入反应堆探测情况

“虽然“蝎子”任务失败了,但我们从机器人那里获得的数据是有益的,”的八木天线,东京电力公司核电通信部门总经理Hideki Yagi表示。他指出工程师已经添加管道导航以及其他设计元素来帮助新机器能够在更大范围内活动。

尽管如此,相比于那些结构更简单,功能更具针对性的替代机器人,这次失败突显出拥有多个零部件的机器人的内在弱点。“他们想在不了解完整解决方案的情况下开发出复杂的技术,”一位行业专家表示。

巴雷特将“蝎子”失败的部分原因归咎于东京电力公司对东芝和日立等老牌日本制造商的依赖。他说,东京电力公司需要更多采纳硅谷的实验性思维。

他说:“那个在身上打洞的长发孩子在哪里?”“你必须有一两个这样的人。”

失败后的成功

“蝎子”任务失败的7个月后,也就是2017年7月,东芝公司向3号反应堆进水的通风管中部署了一个小型潜水机器人,其有30厘米长,12厘米宽,绰号“太阳鱼”(Sunfish)。在进入反应堆内部的第二天,Sunfish记录到反应堆内铀燃料棒融化的第一个迹象。

2018年1月,东芝公司带着一台新机器回到了辐射严重的2号反应堆,这台机器上有一个可以平移和倾斜的摄像头,另一个连接在伸缩导管的顶端,可以提供全局图像。一旦这台机器进入通风管的核心位置,工作人员就会远程控制摄像头再降低2.3米,以便采集图像。

东芝专家中原孝之(Takayuki Nakahara)表示:“所有这些设计都必须针对特定的问题。”

这台机器人不仅在2号反应堆的超强辐射中幸存下来,还向东京电力公司提供信息,其传回的图象显示通风管下面的地板上有泥浆和卵石,据分析是熔化的燃料碎片,这给清理工作增添了新的困难。

图示:东电工作人员穿过一个设计用来处理反应堆排出废水的设施

今年2月份,东京电力公司将同款机器人的改进版送至反应堆底部,机器人第一次能够接触到卵石。该公司表示,这款机器人可以用类似手的装置抓取较小的卵石,还可以拍摄更多照片,获得辐射和温度读数,且不会干扰周围环境。但东电也指出,该机器人无法抓取更大的块状物,并正在重新测试该机器人。

侦察任务

在距离2号反应堆350米一栋大楼的控制室里,回荡着嘈杂的对话声。裸露的天花板管道、办公椅和电脑设备架占据了原本稀疏的空间。近20多名男子的平静面容难掩紧张情绪。所有人都穿着不同颜色的连体衣,上面标有公司所属机构的编号,就像准备打仗的军官一样。

控制室内有两个特殊设计的椅子,扶手末端装着操纵杆。东京电力公司的一名操作员坐在其中一张椅子上,控制着一台特制的Brokk 400D机器人。这台蓝色的大机器人看起来像一台有两个履带的微型挖掘机。操作员聚精会神地盯着四台显示器,上面实时显示2号反应堆内部的情况。

坐在另一个椅子上的一名操作人员正在控制一台iRobot的Packbot机器人,这种机器人主要用于战区,负责清除爆炸装置,并探测生物、化学和放射性威胁。

图示:笔者戴着特殊的3D眼镜,引导一个虚拟机器人通过一个被污染核电厂的模型

但这些机器人都经过了相应改进。Brokk 400D机器人没有配备通常的斗爪,而是使用传感器来寻找伽马射线辐射点。Packbot机器人自带一个摄像头,可以给操作者提供更多观察视角。这两个机器人都配备了内衬铅的通讯箱。光纤线路将这个盒子连接到反应堆旁边的一个特殊房间,工作人员再用Wi-Fi将信息传输到控制室。

这只是第二次执行这样的任务,而且完全是为了侦察。这两个机器人在2号反应堆的顶部寻找辐射点。东电希望机器人传回的信息最终能帮助它从反应堆顶部移除大块铀燃料和残骸。

测试用实验室

我站在一片明亮的白色空间里,面对迷宫般的管道。附近有一个很大的金属物体。我伸手抓住,本能地想扔掉它。

物体在空中不动了。

此刻,我身处奈良遥控技术发展中心,距离福岛第一核电站大约半小时的车程。我戴着特殊的3D眼镜,盯着第一核电站的虚拟投影。我使用一种特殊的单手控制器来导航,它看起来就像是电钻和《星际迷航》中激光发射器的结合体,让我可以四处移动并抓取物体。

2016年,日本原子能研究开发机构(JAEA)全面开放该设施,为企业、学生和研究人员提供开发远程控制机器人所需的工具,期望新机器能够应对第一核电站的独特挑战。“我们有近三年的经验来支持这样的用户,”该中心首席研究员川端康明(Kuniaki Kawabata)说。

图示:东京电力公司的工作人员在5号反应堆。2011年海啸袭击时,这座反应堆没有运行,避免了其他反应堆那种灾难性的熔毁

在机器人所采集数据的帮助下,该中心对福岛反应堆进行了相当准确的模拟。然而与其他虚拟现实体验有所不同的是,这种虚拟旅行并不是为了好玩。目前日本和全世界的核辐射研究学者、工程师和东京电力公司的员工都利用其来了解什么样的机器人能通过反应堆,而哪些不能,从而对福岛核电站实施进一步清理。

例如,虚拟现实体验能够让使用者带着一个虚拟机器人穿过设施,看看它能否走下楼梯或穿过狭小的空间。甚至还有物体检测警告,如果你的机器人无法通过障碍物,会发出嗡嗡声。

该中心还有一个全尺寸的模拟测试大楼,这是一个可以容纳两架747飞机的巨大建筑,其主要用于测试新开发的机器人。

图示:福岛第一核电站附近的建筑残骸

这里还有一个八分之一安全壳冷却塔的全尺寸复制品。原有安全壳冷却塔内储存了来自通风管的大部分污染水,研究人员正在测试遥控机器人是否能够修补安全壳内部的泄漏。

中心的其他设施还包括一个用于测试水下机器人的大水池,以及可以移动和调整的楼梯,以重现机器人可能遇到的一系列挑战——机器人往往难以完成上下楼梯的基本任务。此外还有一个障碍课程,供训练操作员如何在狭窄的道路上控制机器人。

我看了一个操作员正在使用Xbox one控制器,这让我怀疑我多年来玩《光环》射击游戏的经验是否足以胜任这份工作。

川端康明告诉我,其目标是确保未来的工程师和操作员能够接手未来几十年的任务。

他表示:“我们必须进行教育,并把一些技能从当前这一代人传授给下一代。”“我们必须(吸引)好学生,让他们来从事这项工作。”

图示:一名东电工作人员站在反应堆冷却塔旁边

机器人试验场(Robot Test Field)也是如此,该试验场位距离南相马市樽叶县以北一小时车程,今年某个时候将设立包括模拟桥梁、隧道以及其他障碍物。2020年,该地区将主办世界机器人峰会(World Robot Summit),其中许多机器人将聚焦于灾害应对和基础设施支持。福岛县政府希望来自世界各地的公司能来这里测试他们的自动化机器人。

鬼城

当你驱车行驶在从奈良前往福岛第一核电站的陆前滨高速公路上时,你可以看到福岛地区正在慢慢恢复生机,福冈当地有家超市正在营业,警察局门口有人进进出出。

然而走近工厂,你会发现所有企业和住宅都是大门紧锁。灾难发生后,曾经繁荣的社区都被迫疏散。

现在这里变成了鬼城。

在福冈,我看到一一幢两层楼的拱廊外面装饰着巨大的“索尼克”画像。时间和海啸摧毁了这座建筑,二楼的半面墙已经袒露在外。

再往前走,有一家丰田花冠汽车修理店,玻璃幕墙已经成了碎片。在高速公路对面,数百个袋子里装满了不知道如何处理的放射性尘埃,这一切都清楚地提醒着我们日本仍然面临的问题。

这是海啸袭击后的景象。从那时起,这里的建筑几乎再没有人打扰。附近的一家零售店里,穿着整齐的人体模特静静矗立在橱窗下。

这可能都会改变。日本政府现在允许人们白天回来参观。在我们停留期间,当地报纸刊登了一篇报道,称原居民将被允许在5月份搬回疏散区。

“对于我们曾经住在这里的福岛人来说,我们在试着像以前一样生活,”经营奈良J Village酒店和综合体育馆的小野俊介(Shunsuke Ono)说。“对于福岛以外的人来说,总觉得福岛不正常。”但小野俊介觉得住在这个地区没有危险。

东京电力国际事务办公室执行总经理Masaaki Hanaoka说,并非所有人都这么认为。“他们关心的是医疗、商业和商业等服务,以及社区恢复和辐射水平的降低,”他告诉我。

自然的力量

当爆炸掀翻1号和3号反应堆的顶部时,放射性物质污染了第一核电站周围的土壤。该工厂曾经像公园一样的优美环境已经几乎完全被薄膜覆盖了,以防止雨水渗入受污染的土壤并流进海洋。

东京电力公司夸口说,在350万平米的厂区里,只要穿上一件标准的连体衣,戴上一次性面罩,就可以抵达96%的区域。

当我们走在这里的时候,我注意到一排盛开的樱花树。

“这就是自然的力量,”我的翻译如是指出。(晗冰)



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