阿波羅新聞網 新聞 > 科教 > 正文

福島核災8年:機械人研發緩慢 清理乾淨需幾十年

3月12日消息,據國外媒體報道,2011年3月11日福島第一核電站發生嚴重泄露事故。這場最嚴重的核災難已經過去了八年時間。現在新開發的機械人得以進入現場,探究這場災難的嚴重程度。但要想真正清理完這片地區還任重而道遠。日前科技媒體記者造訪了福島第一核電站,看到現場工作人員正在試圖通過新開發的機械人展開清理工作,也看到專家們正在努力開發新技術,研發測試新的機械人。

以下是翻譯內容:

我的鼻子忽然很癢。這讓我本能地伸出手去撓,但被身上的整套裝備擋住了。我的手指被三副手套包裹着,一副是布做的,兩副是乳膠做的,它碰到的是罩住整張臉的透明塑料面罩。

我的手笨拙地握着筆記本和筆。我穿着白色的杜邦特衛強工作服,全身包裹得嚴嚴實實,頭上戴着一頂亮黃色的安全帽。除此之外,我還穿了兩層襪子和笨重的橡膠靴。穿着這套裝備想要四處走動並不容易,讓人感覺像是身處一部關於殭屍災難的驚悚片。

圖示:裝備齊全的人在3號反應堆也只能停留10分鐘

此刻的我身處福島第一核電站3號反應堆的頂部。這裡就是世界上最嚴重核災難的發生地。

2011年3月11日,在距離日本海岸130公里的地方發生9.0級地震,3號反應堆是受損的三座反應堆之一。(幸運的是福島第一核電站的4、5和6號反應堆當時沒有運行。)地震的強度是如此之高,使地球軸線移動了近10厘米,並將日本海岸移動了2.4米。地震發生時該地區4座核電站中有11個反應堆正在運行。地震發生後全部自動關閉。當時所有核電站報告沒有發生重大損失。

一個小時後,海嘯抵達日本海岸。

兩股15米高的海浪直衝福島第一核電站,其衝過海岸防波堤,導致為核電站海水冷卻系統供電的柴油發電機無法工作。反應堆內部的溫度飆升至2760攝氏度。

圖示:進入福島第一核電站反應堆需要穿上厚重的連體服以及橡膠靴

鈾燃料棒在高溫的侵蝕下熔化,鈾水燒穿了地板,留下由燃料棒、混凝土、鋼鐵和碎片組成的放射性混合物。熔融燃料最終沉入三個反應堆的主安全殼中。

現在距離地震發生已經整整八年。經過這麼長時間的努力後,日本能源巨頭東京電力公司才剛剛觸及到問題的表面。3號反應堆頂部的碎石已經清理乾淨,我可以在這裡待上10分鐘。

我抬頭凝視着巨大桶形建築的拱狀天花板,試圖把所有東西納入眼中。現場的輻射水平仍然太高,讓我無法忍受。口罩兩側紫色濾光片發出的嘈雜啪啪聲掩蓋了我急促的呼吸和腳步聲。

在建築的另一端,有一個巨大的橙色框架平台,這是所謂的鈾燃料處理機器。它有四條巨大的金屬腿,向下逐漸變細,就像一隻四足爬行動物。框架中央的細鋼纜吊著一個鉻合金機械人,這個紅色塑料包裹得機械人配備了機械手,可以切割瓦礫並抓取鈾燃料棒。機械人最終將把放射性殘骸從建築中央一個12米深的水池中拉出來。

這只是東京電力公司用來清理核電站廢墟的眾多機械人之一。這就是為什麼我來到日本的原因,觀察機械人是如何在最極端的情況下工作的。

日本政府估計,這將耗資757億美元,需要40年的時間才能完全清除該設施。日本原子能機構甚至在附近建立了一個研究中心,模擬核電站內部的情況,讓來自全國各地的專家嘗試通過新的機械人設計來清理廢墟。

人們希望,這個研究設施以及距其一小時車程外的機械人試驗場能夠清理福島第一核電站,重振福島縣昔日的繁榮。這項工作將花費很長時間,東京電力公司和政府機構正在培養下一代機械人專家以完成這項工作。

東京電力公司高級顧問萊克·巴雷特(Lake Barrett)表示:“這相當於把人送上月球。”巴雷特曾在美國能源部民用放射性廢物管理辦公室擔任代理主任。“除非出現技術加速,否則可能需要60年左右的時間。”

一切都是相對的

我們在在登上3號核反應堆頂部的電梯時,聽到了經典動畫《宇宙戰艦大和號》(Space Battleship Yamato)中的主題曲,這首上世紀70年代的歌有種典型的日本味道。

當音樂響起時,勾起了我們童年的回憶。在如此致命的環境中,這只是一時的遐想。

兩年前,東京電力公司在3號機組的反應堆和燃料池上方建造了一個圓頂建築,這樣工程師們就可以把重型設備運進來。

在我腳下大約18米處,輻射正以每小時1西弗的速度釋放出來。單次劑量達到1西弗就足以引起噁心、嘔吐和出血等放射性疾病。一劑每小時5西弗的劑量將在一個月內殺死大約一半接觸輻射的人,而一小時10西弗的劑量將使接觸到的人在幾周內死亡。

而問題在於,三個被毀的反應堆中3號反應堆的輻射最少。

1號反應堆的輻射劑量為每小時4.1至9.7西弗。據報道,兩年前2號反應堆最深處的讀數是530西弗,輻射高得“難以想像”。2號反應堆其他地方的讀數通常接近每小時70西弗,仍然是福島第一核電站輻射最高的區域。

反應堆惡劣的環境讓初期進入的大多數機械人陷入了困境:高輻射干擾了機械人大腦中的半導體元件。自動機械人要麼自動關閉,要麼會在意想不到的地方被變形的障礙物卡住。

機械人還必須足夠靈活,以避免干擾到易揮發的熔化燃料棒,本質上這是在玩世界上最致命的“操作”遊戲。

研究公司ABI Research分析師萊恩·惠頓(Rian Whitton)表示:“福島事件是一個令人羞愧的時刻。”“這顯示了目前機械人技術的局限性。”

“蠍子”(Scorpion)是一個61厘米長的機械人,它可以捲起裝有相機的尾部以獲得更好的觀察視角。2016年12月,工人們在2號反應堆的通風管上挖了一個洞,讓“蠍子”進入其中。東京電力公司希望這台裝有兩個攝像頭和傳感器的機械人能夠深入反應堆內部,測量輻射水平和溫度。

然而,“蠍子”在執行了兩個小時的任務後就被熔化的金屬塊卡住了,原計劃要讓“蠍子”至少工作10個小時的任務。要知道,日本東芝花了兩年半的時間來開發這款機械人,具體金額不詳。

圖示:經過改進的機械人進入反應堆探測情況

“雖然“蠍子”任務失敗了,但我們從機械人那裡獲得的數據是有益的,”的八木天線,東京電力公司核電通信部門總經理Hideki Yagi表示。他指出工程師已經添加管道導航以及其他設計元素來幫助新機器能夠在更大範圍內活動。

儘管如此,相比於那些結構更簡單,功能更具針對性的替代機械人,這次失敗突顯出擁有多個零部件的機械人的內在弱點。“他們想在不了解完整解決方案的情況下開發出複雜的技術,”一位行業專家表示。

巴雷特將“蠍子”失敗的部分原因歸咎於東京電力公司對東芝和日立等老牌日本製造商的依賴。他說,東京電力公司需要更多採納硅谷的實驗性思維。

他說:“那個在身上打洞的長髮孩子在哪裡?”“你必須有一兩個這樣的人。”

失敗後的成功

“蠍子”任務失敗的7個月後,也就是2017年7月,東芝公司向3號反應堆進水的通風管中部署了一個小型潛水機械人,其有30厘米長,12厘米寬,綽號“太陽魚”(Sunfish)。在進入反應堆內部的第二天,Sunfish記錄到反應堆內鈾燃料棒融化的第一個跡象。

2018年1月,東芝公司帶着一台新機器回到了輻射嚴重的2號反應堆,這台機器上有一個可以平移和傾斜的攝像頭,另一個連接在伸縮導管的頂端,可以提供全局圖像。一旦這台機器進入通風管的核心位置,工作人員就會遠程控制攝像頭再降低2.3米,以便採集圖像。

東芝專家中原孝之(Takayuki Nakahara)表示:“所有這些設計都必須針對特定的問題。”

這台機械人不僅在2號反應堆的超強輻射中倖存下來,還向東京電力公司提供信息,其傳回的圖象顯示通風管下面的地板上有泥漿和卵石,據分析是熔化的燃料碎片,這給清理工作增添了新的困難。

圖示:東電工作人員穿過一個設計用來處理反應堆排出廢水的設施

今年2月份,東京電力公司將同款機械人的改進版送至反應堆底部,機械人第一次能夠接觸到卵石。該公司表示,這款機械人可以用類似手的裝置抓取較小的卵石,還可以拍攝更多照片,獲得輻射和溫度讀數,且不會干擾周圍環境。但東電也指出,該機械人無法抓取更大的塊狀物,並正在重新測試該機械人。

偵察任務

在距離2號反應堆350米一棟大樓的控制室里,回蕩着嘈雜的對話聲。裸露的天花板管道、辦公椅和電腦設備架佔據了原本稀疏的空間。近20多名男子的平靜面容難掩緊張情緒。所有人都穿着不同顏色的連體衣,上面標有公司所屬機構的編號,就像準備打仗的軍官一樣。

控制室內有兩個特殊設計的椅子,扶手末端裝着操縱桿。東京電力公司的一名操作員坐在其中一張椅子上,控制着一台特製的Brokk400D機械人。這台藍色的大機械人看起來像一台有兩個履帶的微型挖掘機。操作員聚精會神地盯着四台顯示器,上面實時顯示2號反應堆內部的情況。

坐在另一個椅子上的一名操作人員正在控制一台iRobot的Packbot機械人,這種機械人主要用於戰區,負責清除爆炸裝置,並探測生物、化學和放射性威脅。

圖示:筆者戴着特殊的3D眼鏡,引導一個虛擬機械人通過一個被污染核電廠的模型

但這些機械人都經過了相應改進。Brokk400D機械人沒有配備通常的斗爪,而是使用傳感器來尋找伽馬射線輻射點。Packbot機械人自帶一個攝像頭,可以給操作者提供更多觀察視角。這兩個機械人都配備了內襯鉛的通訊箱。光纖線路將這個盒子連接到反應堆旁邊的一個特殊房間,工作人員再用Wi-Fi將信息傳輸到控制室。

這只是第二次執行這樣的任務,而且完全是為了偵察。這兩個機械人在2號反應堆的頂部尋找輻射點。東電希望機械人傳回的信息最終能幫助它從反應堆頂部移除大塊鈾燃料和殘骸。

測試用實驗室

我站在一片明亮的白色空間里,面對迷宮般的管道。附近有一個很大的金屬物體。我伸手抓住,本能地想扔掉它。

物體在空中不動了。

此刻,我身處奈良遙控技術發展中心,距離福島第一核電站大約半小時的車程。我戴着特殊的3D眼鏡,盯着第一核電站的虛擬投影。我使用一種特殊的單手控制器來導航,它看起來就像是電鑽和《星際迷航》中激光發射器的結合體,讓我可以四處移動並抓取物體。

2016年,日本原子能研究開發機構(JAEA)全面開放該設施,為企業、學生和研究人員提供開發遠程控制機械人所需的工具,期望新機器能夠應對第一核電站的獨特挑戰。“我們有近三年的經驗來支持這樣的用戶,”該中心首席研究員川端康明(Kuniaki Kawabata)說。

圖示:東京電力公司的工作人員在5號反應堆。2011年海嘯襲擊時,這座反應堆沒有運行,避免了其他反應堆那種災難性的熔毀

在機械人所採集數據的幫助下,該中心對福島反應堆進行了相當準確的模擬。然而與其他虛擬現實體驗有所不同的是,這種虛擬旅行並不是為了好玩。目前日本和全世界的核輻射研究學者、工程師和東京電力公司的員工都利用其來了解什麼樣的機械人能通過反應堆,而哪些不能,從而對福島核電站實施進一步清理。

例如,虛擬現實體驗能夠讓使用者帶着一個虛擬機械人穿過設施,看看它能否走下樓梯或穿過狹小的空間。甚至還有物體檢測警告,如果你的機械人無法通過障礙物,會發出嗡嗡聲。

該中心還有一個全尺寸的模擬測試大樓,這是一個可以容納兩架747飛機的巨大建築,其主要用於測試新開發的機械人。

圖示:福島第一核電站附近的建築殘骸

這裡還有一個八分之一安全殼冷卻塔的全尺寸複製品。原有安全殼冷卻塔內儲存了來自通風管的大部分污染水,研究人員正在測試遙控機械人是否能夠修補安全殼內部的泄漏。

中心的其他設施還包括一個用於測試水下機械人的大水池,以及可以移動和調整的樓梯,以重現機械人可能遇到的一系列挑戰——機械人往往難以完成上下樓梯的基本任務。此外還有一個障礙課程,供訓練操作員如何在狹窄的道路上控制機械人。

我看了一個操作員正在使用Xbox one控制器,這讓我懷疑我多年來玩《光環》射擊遊戲的經驗是否足以勝任這份工作。

川端康明告訴我,其目標是確保未來的工程師和操作員能夠接手未來幾十年的任務。

他表示:“我們必須進行教育,並把一些技能從當前這一代人傳授給下一代。”“我們必須(吸引)好學生,讓他們來從事這項工作。”

圖示:一名東電工作人員站在反應堆冷卻塔旁邊

機械人試驗場(Robot Test Field)也是如此,該試驗場位距離南相馬市樽葉縣以北一小時車程,今年某個時候將設立包括模擬橋樑、隧道以及其他障礙物。2020年,該地區將主辦世界機械人峰會(World Robot Summit),其中許多機械人將聚焦於災害應對和基礎設施支持。福島縣政府希望來自世界各地的公司能來這裡測試他們的自動化機械人。

鬼城

當你驅車行駛在從奈良前往福島第一核電站的陸前濱高速公路上時,你可以看到福島地區正在慢慢恢復生機,福岡當地有家超市正在營業,警察局門口有人進進出出。

然而走近工廠,你會發現所有企業和住宅都是大門緊鎖。災難發生後,曾經繁榮的社區都被迫疏散。

現在這裡變成了鬼城。

在福岡,我看到一一幢兩層樓的拱廊外面裝飾着巨大的“索尼克”畫像。時間和海嘯摧毀了這座建築,二樓的半面牆已經袒露在外。

再往前走,有一家豐田花冠汽車修理店,玻璃幕牆已經成了碎片。在高速公路對面,數百個袋子里裝滿了不知道如何處理的放射性塵埃,這一切都清楚地提醒着我們日本仍然面臨的問題。

這是海嘯襲擊後的景象。從那時起,這裡的建築幾乎再沒有人打擾。附近的一家零售店裡,穿着整齊的人體模特靜靜矗立在櫥窗下。

這可能都會改變。日本政府現在允許人們白天回來參觀。在我們停留期間,當地報紙刊登了一篇報道,稱原居民將被允許在5月份搬回疏散區。

“對於我們曾經住在這裡的福島人來說,我們在試着像以前一樣生活,”經營奈良J Village酒店和綜合體育館的小野俊介(Shunsuke Ono)說。“對於福島以外的人來說,總覺得福島不正常。”但小野俊介覺得住在這個地區沒有危險。

東京電力國際事務辦公室執行總經理Masaaki Hanaoka說,並非所有人都這麼認為。“他們關心的是醫療、商業和商業等服務,以及社區恢復和輻射水平的降低,”他告訴我。

自然的力量

當爆炸掀翻1號和3號反應堆的頂部時,放射性物質污染了第一核電站周圍的土壤。該工廠曾經像公園一樣的優美環境已經幾乎完全被薄膜覆蓋了,以防止雨水滲入受污染的土壤併流進海洋。

東京電力公司誇口說,在350萬平米的廠區里,只要穿上一件標準的連體衣,戴上一次性面罩,就可以抵達96%的區域。

當我們走在這裡的時候,我注意到一排盛開的櫻花樹。

“這就是自然的力量,”我的翻譯如是指出。

阿波羅網責任編輯:夏雨荷 來源:網易科技 轉載請註明作者、出處並保持完整。

科教熱門

相關新聞

➕ 更多同類相關新聞