核电机器人:撑起抗核辐射的“保护伞”

来源:中国军网作者:张乃千责任编辑:陈婕
2017-04-01 16:27

由日本Tmsuk株式会社与日本防灾机器人开发委员会共同研制的T-53 Enryu机器人加入福岛第一核电站的救援战斗。

虽然核电机器人相比其他类别机器人进行了传感器、控制电路板、操作对象等重点核防护,但由于机器人的辐射敏感部件在核环境下将很快被损坏,将会直接影响机器人的正常工作,甚至宣告机器人的“生命终结”。近年来针对电子器件、光纤、信号通讯系统、绝缘材料、滑润剂、粘合剂等部件和材料进行了详尽细致的抗辐射研究,但现有的研究也只停留在通过简单的材料选择、辐射硬化、高温退火等方法达到部件耐辐射的目的,并不能实现核电机器人在核辐射面前的“牢不可摧”。

相比于在核辐射面前只能被动防御的人类,未来抗辐射能力得到显著提升的核电机器人将成为人类应对核灾难的“主力先锋”。虽然在福岛核事故中“出师未捷”,但正是这些核电机器人拍摄到的图像使人们更切实地了解到核电站内部的真实状况,在福岛核电站危险区域的监测以及瓦砾的清除工作中,核电机器人也发挥了不可替代的重要作用。随着核电技术的进一步发展,向着小型化、智能化和实用化方向发展的核电机器人应用也将更加广泛。

自核工业诞生之日起,世界各国对核电机器人的研究就从未止步。早在上个世纪40年代,美国阿贡实验室就研制出一台可操作放射性物质的机械手。自上个世纪80年代以来,美、法、德、日等国纷纷加大了核电机器人的开发力度,切尔诺贝利事故发生后就有来自多国的核防护检测机器人和抗核辐射操作机器人参与救援工作。目前,美国的核防护机器人不仅用于民用目的,还应用到军事战场,甚至曾一度在伊拉克和阿富汗战场上“服役”,无论是可执行的动作种类、行动的灵活性、电池的工作寿命还是传送信号,核电机器人都已经取得了长足长进。

号称“机器人王国”的日本,于1977年开发出第一台可用于核电站巡检的双足机器人,主要可承担电站阀门检查和开关、放射性污水处理等强化操作。目前,日本共研发出单轨式巡查机器人、地面移动式操作机器人、巡检机器人、作业机械手和水中游泳式巡检机器人等5大类核电机器人。日本东芝公司研发的可四脚走路的抗辐射机器人能在粗糙的表面和建筑物残骸中行走,机身上装有6个摄像头和1个放射剂量测定器,可在高辐射环境下实现远程无线控制,在辐射剂量为100毫希沃特的环境中可工作大约一年的时间。

未来,核电机器人的一大发力方向依旧是提升抗辐射水平。此次福岛事故中,东京电力公司使用的机器人就是由特别硬的材料和最迷你化的电子线路做成的,在常规剂量下可承受几个小时的核辐射。韩国技术人员主要通过对辐射硬化工艺步骤、硬化策略以及材料选择等方面开展研究,进一步提高了核电机器人的抗核辐射水平。此外,研究人员还发现了化学双层电容器和烧蚀性橡胶都具有极好的抗辐射性,可作为核电机器人的“防核软甲”。在电子电路方面,耐辐射型光纤是发展的一个新方向,通过调整晶体管的相关特性参数和高温退火电子技术也可达到免受核辐射影响的目的。可以想象,未来拥有了这些技术的核电机器人势必成为人类面对核辐射甚至是核灾难的“守护者”。

(作者单位:国防科技大学)

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