“人怕辐射太高而死 清理日本福岛核危机要靠机器人”

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年的地震和海啸在日本最大的福岛核电站造成毁灭性的灾害，核辐射的清扫工作需要几十年。 但是，人类有时很穷，这需要无数机器人“献身”。

在执行探测任务的前一天晚上，松崎健二( kenji matsuzaki )睡不着。 过去一年多来，他所属的工程师团队一直在开发小机器人——小太阳鱼( little sunfish )。 这个机器人相当于甜甜圈的大小，红色和白色之间装有五个螺旋桨，透明的圆顶，前置摄像头和后置摄像头，以及大量的传感器。 小太阳鱼机器人设计在强核辐射、完全黑暗或水下环境中工作。 经过三个月的测试、训练和微调，研究人员认为在福岛核电站三个堆芯熔化的反应堆中发现了失踪的放射性燃料，并准备拍照。

年的地震和海啸袭击了日本东北部，使福岛核设施及其周边地区成为放射性废墟，至今已有多年。 在此期间，没有人能弄清三个堆芯熔融破坏的反应堆数百吨核燃料的具体下落。 这些铀燃料过热变成岩浆状，烧钢制容器泄漏。 我们只知道这些，但不知道之后发生了什么。 所有核燃料是从核反应堆流出的，还是一部分还留着？ 它们是堆起来，铺在水坑里还是溅在墙上？ 如果不知道这些问题的答案，想出清理它们的计划几乎是不可能的。

图1 :在东芝的研究设施内，工程师们正在看池塘(左图)。 类似太阳鱼(右)的机器人在部署到核反应堆之前，要先在这里进行测试吗？

解决这些核燃料已成为当务之急，每天有165吨地下水渗透到原子炉中，被放射能污染。 另外，地震和其他灾害再次发生，核反应堆再次破裂，有可能促进空气体、向海洋的放射能泄漏。 人类无法进入福岛核反应堆的中心寻找失去的燃料。 因为我们无法忍受致命辐射量的威胁。 因此，这项事业必须由机器人完成。

但是，至今为止还没有机器人完成了这样的任务。 多个机器人进行了尝试，但都以失败告终。 有时会被碎片绊倒，厚厚的混凝土墙会影响无线电信号的传输，辐射会污染微解决方案和摄像机组件。 最终，这个任务落在了松崎健二身上。 松崎健二现年41岁，是东芝( toshiba )核技术部门的资深科学家。 他像其他机器人前辈一样，帮助建造探测核反应堆，使之不会成为牺牲的“尸体”的有用机器。

光把小太阳鱼机器人及其支撑装置送到巨大的混凝土建筑物(这里有受损的核反应堆)就花了两天时间。 4个独立团队将依次安装控制面板、电缆卷筒和机器人所需的其他设备。 即使穿着全套防护服，各组员工也只能在建筑物内停留几分钟，在便携式照明设备的帮助下，穿梭于机械、管道和人行道的“灌木丛”中。

一个团队达到每天的最大辐射量后，就会被其他团队取代。 松崎健二本人亲自进去尝试了两次，对小太阳鱼机器人进行了最后的调试。 在夏天的高温条件下，口罩下和防护服内的汗都是不停的。 据便携式显示屏显示，每当他达到每天能承受的最大辐射量时，神经就会跳动。

所有的努力都是为了寻找失踪核燃料的痕迹，让小太阳鱼机器人花三天时间绘制核反应堆残骸的地图。 松崎健二在约500米外的控制室监测进展，旁边有来自雇主东芝和东京电力企业( tepco )的6名高管。 东京电力企业是这个核电站的所有人。 松崎健二的成功(或失败)每天向全世界直播。

除了紧迫的危险之外，福岛核电站的清洁仍然是修复日本能源产业形象的关键。 灾害发生后，日本关闭了数十座核电站，这些核电站提供了该国27%的电力供应。 为了弥补电力供应不足，日本不得不大幅增加高价化石燃料的进口。 经过几年的安全升级，一些核电站被允许重启，但福岛核危机为这一领域付出了沉重的代价。 民意调查显示，许多公众反对核能发电。 日本前首相2人(包括灾害发生时就任的首相)也改变了态度，呼吁从核电站支援中根除核电站。

这场灾害也给世界核工业带来了沉重的打击。 迄今为止，世界核工业是化石燃料的无碳替代品，因此受到许多环保人士的欢迎。 但是，灾害发生后，德国宣布逐步取消核电站，越南放弃了新建核反应堆的计划，整个领域陷入被动。 现在所有提议建造核反应堆的人都有必要回答这个问题。 你怎么知道不会是下一个福岛？

果然，在这次探测任务的几个晚上前，松崎健二感到了很大的压力。 他向上司akira tsuyuki坦白说:“我做了关于失败的噩梦。” 后者回答说“我也是”。 年7月18日深夜，离任务开始时间还有几个小时，松崎健二躺在那里没有睡意。 他想知道自己团队的技术是否能应对福岛核电站危机。

图2 :福岛核电站6个反应堆中的2个

图3:1号反应堆的外部建筑

年3月11日发生的大地震是日本历史上最大的地震，震级达到了9.0级。 破坏日本东北部，引发一连串海啸，造成近16000人死亡。 海啸导致了福岛第一核电站的停电，加剧了核反应堆核心的循环冷却系统的故障。 在接下来的几天里，当东京电力企业的工程师们用手电筒重新开始控制时，核电站6个反应堆中的3个(分别为1号、2号和3号反应堆)的堆芯已经熔化。 会导致气体爆炸，碘、铯、钚等放射性粒子会释放到空气体中。 日本政府命令20公里圈内的所有人避难，最终造成16.5万人流离失所。

政府官员最初估计，清理核电站、净化周边地区、补偿灾民需要约40年，消费将达到500亿美元。 但是，去年12月，消费者人数增加了两倍以上，达到1880亿美元。 据布隆伯格新闻报道，当时，日本经济产业大臣世耕弘成( hiroshige seko )在接受记者采访时表示，“没有经历过像福岛那样大的灾害。 根据我们有限的知识，我们不能做太准确的预测。 ”。

与世界上最严重的核灾害相比，福岛核电站的清扫工作要多得多、复杂得多。 切尔诺贝利发生事故的原子炉实际上被混凝土和钢铁复盖着。 相比之下，三哩岛( three mile island )核事故的规模也很小。 只有一个原子炉熔化了，没有发生燃料泄漏。 监督3英里岛清洁业者的美国人莱克·巴雷特从2009年开始担任东京电力企业和日本政府的顾问，承认“福岛核电站的清洁相当困难”。

辐射隔离区

核电站事故后，约有16.5万人不得不从福岛核电站周边避难，以免受到核辐射。 现在，即使经过大量的清扫业者，也有5万人不能回家。 核反应堆发生堆芯熔毁后的最初几周，由于放射线水平过高，没有人能够在核反应堆内工作，东京电力紧急配备了机器人来判断并控制损伤。 irobot企业的tractor-treaded机器人、honeywell的无人机和东北大学的抗灾机器人曾试图进入核反应堆测量辐射强度。 一辆远程混凝土泵车经过改造，可伸缩喷口向反应堆注入水，可以冷却过热区使之稳定。

在接下来的几个月和几年中，福岛成为了机器人技术的试验场，这些技术的设计目的是在危险环境中采用。 遥控的前装载机、输送机和其他重型机械用于分解放射性碎片，装载在遥控自卸车上。 四足步行机器人调查了原子炉所在的建筑物。 使用3d扫描仪的机器人将被派去收集图像和绘制辐射水平。 游泳机器人检查了储存有用过的燃料棒的池子，并拍了照片。

但是，这些机器人无法进入核反应堆最深的区域。 年8月，日本政府成立了公共电力企业和民间企业参加的财团。 其中包括三菱、日立和东芝，面向最具挑战性的环境开发机器人。 被称为国际核退役研究机构( internationalresearchinstitutefor )？ nuclear decommissioning )目前正在开发导入到约20种放射线现场的机器人。

他们的队伍包括蛇形机器人，可以通过狭窄的通道进入1号反应堆，弯曲成更稳定的u形在里面探索。 是蝎子。 这是一个在尾部安装了摄像头的机器人，将被送到2号反应堆。 日本政府提供了1亿美元的资金，支持在核电站附近建设最先进的研究开发中心。 在这里，操作员可以用巨大的3d全息核反应堆数字模型和实物大小的模型测试和训练机器人。

图4 :在核电站附近的新研发中心，该机器人正在接受测试

但是，即使在政府大规模投资的情况下，多个新机器人也不能进入原子炉内部。 搭载照相机的机器人被派去为蝎子画线路，但受到放射线的照射而切断了电源。 蝎子本身也被掉落的碎片绊倒了。 第一代蛇形机器人卡住了，第二代表更好，但是没有找到熔化的核燃料。 东京大学的教授hajime asama是日本政府求助的最早的机器人专家之一，他说:“在未知的环境中设计机器人非常困难。 我们在发送机器人之前，不知道里面的环境怎么样。 派遣机器人后，我们无法改善它。 ”。

松崎健二先生在东芝旗下的原子能技术部门工作了10年以上。 年5月被要求开发探索福岛第三核电站反应堆内部的机器人时，他熟悉了核电站的基本框架。 6个核反应堆都是沸水型核反应堆，设计于20世纪60年代末、70年代初，在包括美国在内的世界各地都有。 循环水通过沸水反应堆的热核产生电能，将水转换成蒸汽，用于涡轮发电机。

每个核反应堆包含三个不同的容器，构造像俄罗斯的人偶。 其中，最小的容器是钢制区，相当于网球场的长度，被称为核反应堆压力容器。 这也是发生裂变反应的地方，燃料由被陶瓷颗粒烧毁的二氧化铀组成。 该区被困在主要的安全壳中，由混凝土和钢筋组成，形状像一个巨大的灯泡，用于捕捉可能意外泄漏的射线。 安全壳安装在反应堆大楼内，后者是混凝土和金属制成的长方体，只能提供少量的辐射防护。

穿着防护装置的技术人员可以在原子炉建筑物内短时间工作，但无法进入放射性更高的安全壳，安全壳很可能找到核燃料丢失的至少一部分。 为了制造能够进入安全壳内部并保持机动性的机器人，存在着一些独特的挑战。 首先，安全壳只有在核反应堆大楼地上2.4米的高度有5.5英寸的圆形维护通道，为此需要机器人的小型化。 第二，由于安全壳中充满了冷却核反应堆的水，所以机器人需要能够游泳。 第三，由于水和厚厚的墙壁可能阻碍无线信号的传递，因此小型且能够游泳的机器人需要强大到能够在水中拖动60米以上的电缆。

小太阳鱼机器人是东芝实验室和政府运营的“港口和机场研究所”的巨大模拟水池，为了平衡所有这些功能进行了数月的研究、实验和测试。 松崎健二及其团队尝试配置不同的螺旋桨、相机、传感器，开发了提高螺旋桨发动机功率，使电缆移动更顺畅，所有设备都能承受极高辐射的新涂层。

图为naraha远程技术开发中心的模拟设施

7月19日凌晨0点，也就是小太阳鱼机器人第一次进入核反应堆的那天，松崎健二的闹钟在住的酒店房间里响了。 他和其他的队员住在磐城( iwaki )。 那里是距离福岛核电站南面最适合居住的城市，两个地方相距约1个小时。 在漆黑的夜晚开始他们新的一天，这是他们有足够的时间开车去核电站，穿着防护装备，在任务开始之前召开最后一次会议的唯一方法。 这些事件需要他们八个小时。 中午，核反应堆大楼内的技术人员将因炎热而无法监控机器人的工作。

凌晨4点半左右，穿着全套防护设备的东芝技术人员冲进了原子炉大楼。 他们迅速来到安全壳的外壁，爬楼梯到预先放置有小太阳鱼及其设备的地方。 他们打开阀门，连接到沉重的管子上，把太阳鱼放在上面，通到另一端。 慢慢地、小心地，他们斜着管子，直到机器人滑进下面的水里。

里面漆黑一团的控制室监视器通过电缆与太阳鱼的控制系统相连，在小太阳鱼搬运的照明设备的照射下，松崎健二队可以看到穿透浑浊海水的细长带状区域。 坐在长桌前，一个技术人员用类似视频游戏控制器的设备“操纵”着小太阳鱼。 另一个身体固定电缆使其紧张，以免机器人在四处游动时被缠住。 第三个个体利用安全壳的3d软件模型推测机器人的位置。 松崎健二甚至忘记了监督全员的工作，监视企业的高管。

图6 :太阳鱼机器人能够游泳，能够密闭容器的微小开口，能够克服其他机器人面临的挑战

任务第一天，太阳鱼机器人的大部分时间都在侦察。 安全壳内的破损比预想的要严重，地板被玉石大小无法辨认的碎片覆盖，损伤的设备散落在各处。 但是没有核燃料的痕迹，经过8个小时的搜索，松崎健二队把太阳鱼拉回了水面。 第二天，他们休息了一天，以他们的发现为契机进行讨论，制定下一步的计划。

第三天早上，操纵队把太阳鱼放回了水里。 这个小组小心地控制着它，但是随着时间的推移，机器人强大的螺旋桨会搅拌令人头晕的沉淀物，直到水变干净为止，才能继续行动。 经过几个小时的探索，随着正午的临近，松崎健二越来越紧张。 然后，监视器上出现了一点吃惊的东西。 松崎健二突然指着屏幕说:“那是什么？ ”我问。

所有人立刻警惕起来，指着他们画面上看到的东西:从反应堆压力容器的底部流出蜡烛一样的东西，看起来像钟乳石。 很明显，他们发现了失踪核燃料的最初征兆。 在拉出机器人之前，他们在这个地区附近操纵太阳鱼，记录尽可能多的新闻。 松崎健二宣布完成任务后，控制室响起了掌声。

图7 :小太阳鱼机器人项目首席科学家松崎健二

福岛第一核电站占地约348公顷，到目前为止，其中大部分地区比你想象的安全得多。 核电站的大部分地区已经被净化到不需要穿全身防护服的程度。 负责打扫这个地方的5000多名工人砍倒了数百棵樱花树，清除了过去长满青草的广阔地带的表面土层，完成了多栋建筑物的打扫。 他们还用粘土覆盖了附近海岸的海底，封住了灾后渗入泥土中的铯。 他们采用了巨大、专业建设的燃料解决设备，从4号机组中取出了数百根铀燃料棒。 这个原子炉虽然在爆炸中受损了，但是炉心没有熔融。

但是，去年12月，记者和东京电力企业的美国顾问瑞克·巴雷特( lake barrett )一起去那里时，戴着手套、安全眼镜、医用口罩，戴着三双袜子，鞋外携带塑料靴子，携带个人放射线检测器， 现年72岁的巴雷特个子很高，身体健康，精力充沛。 巴雷特最初听到关于这场灾害的信息报道时说他没有想太多。 毕竟，围绕这样的事件有很多炒作。 ？

但是，随后他看到了1号反应堆爆炸的画面。 他喊道:“哦，我知道那是什么。” 当有人打来求救电话时，他毫不犹豫。 “这对我个人来说，日本是唯一在三里岛的事情上帮助过我们的国家，这是我们欠日本的。”

图8 :在福岛核电站，每个青塔都设有100个单独的辐射探测器。

曾经被花草覆盖的小山顶现在被混凝土覆盖着，巴雷特等人调查了三幢堆芯熔化的核反应堆大楼，其轮廓被描绘在后面的太平洋上，仿佛冬天的天空空。 遥控的橙色白相间的起重机像虔诚的金属麒一样跪拜在它们身上。 这些反应堆大楼是事故区的绝对核心，机器人必须穿过那些放射性区域。

各反应堆大楼构成了独特的挑战，辐射水平和类型各不相同。 例如，淹没基础的水的深度。 当然，各大楼的中心有多个溶解的核燃料，分别以不同的方法流向不同的地方。 在距离这三个核反应堆不到800米的地方，有三个在海啸袭击时关闭并进行定期维护的核反应堆。 基本上没有任何损伤，和损伤的原子炉的结构完全一样，所以东京电力企业的工程师用它来制作机器人任务。 里面有困惑的机器、管道、电缆、人行道的迷宫，巴雷特感叹道:“我知道在这里开机器人有多难。”

在通往安全壳的路上，巴雷特指着容器壁的圆形开口说:“就像太阳鱼进来的地方。” 巴雷特进入安全壳，通过狭窄的通道进入反应堆压力容器下的舱室，控制棒组件固定在反应堆容器的底部，必须挺身而出，以免击中头部。 巴雷特指出了重要的领域和组件，有助于理解目前各堆芯熔融的核反应堆的理论状态。 “没有人知道熔岩是否形成了整齐垂直的山，或者是不是横向流动。 热的熔融燃料落入水中，蒸汽有可能爆炸，无处不在。 ”。

至少在3号机组是这样，但多亏了太阳鱼，东京电力企业对一些事件变得相当明确了。 太阳鱼拍摄的照片显示，核反应堆容器底部的杠杆机构被拆除。 熔化的燃料与熔化的金属混合，从剩下的开口往下滴，形成了我们在视频中看到的“钟乳石”。 这种类似熔岩的混合物在用于插入核反应堆压力容器和控制棒的冰箱大小的机器中燃烧，一些液体滴落到安全壳的底部。 安全壳的墙上好像也有大量的燃料。

图9 :每个核反应堆由三个容器组成，结构像俄罗斯人形，里面是重要的核设施。 1 .核反应堆大楼:大型混凝土和钢筋结构，将成为防止辐射泄漏到外部的最后一道防线。 2 .主安全壳:由钢筋和混凝土制成的密闭壳。 .核反应堆压力容器:是装有铀燃料的厚钢容器，这些燃料为核反应堆提供动力。 4 .控制棒驱动:是利用细杆加速或减缓裂变反应的机械系统，燃料棒的工作原理是吸收发生链式反应的悬浮中子。 5 .基础:支撑核反应堆的圆形混凝土结构。 从内部开始，工人可以进入控制棒驱动系统。

但是，这里还留有很多未知的东西。 巴雷特说:“太阳鱼任务结束时，我们学习了多少？ 这只是一步，不是一次飞跃。 我们越来越接近目标，但还有很长的路要走。 ”。 东京电力继续努力调查核反应堆的内部情况。 今年1月，一个机器人探测器通过安装在长棍上的遥控照相机，首次在2号机组的核反应堆中发现了熔化的核燃料。

太阳鱼机器人可能会接受另一个任务，但不是在3号反应堆发现燃料的机器人。 它无损地完成了探测任务，但本身可能吸收了危险级别的无线电活动。 东京电力的工程师将其密封在圆筒罐中，与核电站现场的其他放射性废弃物混合后解决。 太阳鱼的发现有限，不明确，因此只能有助于加强探索。 工程师们开始思考如何建造新一代机器人。 他们必须帮助清除最多复杂的任务，也就是熔融的燃料。

这些新一代机器人面临的第一个挑战是机器人如何实现目标。 巴雷特说:“这些狭窄的空之间塞满了几吨重的巨大设备。 必须切成小块抽出来。 ”。 现在受欢迎的想法是通过轨道进入原子炉大楼，进入原子炉压力容器，建设一个6米长的巨大机械臂来收集燃料。 另一种方法是在冰箱大小的机器人上安装拖拉机履带，并配备切割和把持工具来清洁碎片。 第二个机器人将碎屑放入容器中封好，放在传送带上传送。

这两种方法都需要几年才能生效。 或者两者都有可能失败。 东京电力把2021年定为开始清除燃料碎片的目标年，但福岛整体的清扫工作需要多长时间？ 核退役研究机构的高级经理naoaki okuzumi说:“这是个好问题，但谁也不知道答案。 在人类历史上，我们还没有这样的经验。 政府认为需要30到40年，我认为这是一个乐观的估计。 ”。

福岛核电站内的机器人行业还在继续，但是曾经住在核电站附近的人们正在等待着回家。 日本政府已经净化了几个城镇，敦促居民返回。 但截至去年12月，约337平方公里的土地依然是禁区，包括距离核电站数公里的小山上的okuma町。 当地政府负责重建工作的原居民高田义宏( yoshihiro takada )同意带记者到处参观。 他的一生几乎都是在okuma度过的，灾难来临的时候，他不得不和妻子、孩子、父母一起逃走。 他们已经搬到了100公里外的另一个城市。

记者在隔离区外的停车场遇到了高田义宏。 于是他们为了保护他们免受辐射的侵害，穿着衣服、口罩、手套、袜子、靴子等防护服。 吸入任何一种同位素的灰尘，都可能非常危险。 这也是害怕核辐射的理由之一。 感觉不到，看不到，或者闻不到。 那会在你不知道的情况下悄悄地杀了你。

10 :在距离福岛核电站数公里的okuma，游客们在被抛弃的街道上行走时，必须穿着全身防护服

图11 :在okuma上，隔离区看起来很荒凉

图12:tomioka的放射性废弃物，将埋葬200年

没有车站，没有理发店，没有餐厅，没有商店，没有人。 住宅区朴素的房子和公寓也是空。 空走在闲逛的街道上，人们听到的唯一声音就是鸟鸣，他们显然没有意识到自己选择在辐射区筑巢。 高田义宏指着关门的餐厅说:“我还记得这个地方。 披萨非常好吃。” 几个商店的窗户被从山上下来的野猪撞得粉碎，他们洗劫了这个荒芜的小镇寻找食物。 车停在杂草丛生的车道上。 高田义宏只是偶尔回家检查一下，他说:“老鼠在里面乱跑，到处都是屎和垃圾。”

福岛周边地区大多是风景优美的田地，周围长满了茂密的树木。 但是，沿着哪条路行驶，都会经过这样的地方，排列着大卵石般的黑色塑料袋。 袋子里装满了被污染的土壤，它们已经从污染区的院子、学校、院子、田地里被清除了。 这样的塑料袋散布在福岛各地约2000万个。 其中，最终被转移到福岛核电站( fukushima daiichi )周边无限期封存，装有更多放射性水的储罐将继续从核反应堆中拉出。

结果，没有什么技术能够简单地处理福岛发生的危机。 唯一明显的是，这是一个缓慢渐进、忧郁的打扫过程，贫穷的松崎健二的一生也有可能结束不了。 现在，所有科学家、工程师和他们的盟友所能做的就是控制放射性物质，跟踪其来源，并试图捕捉它们。 首先，他们需要制造机器人进行探索。 (小的)

来源：安莎通讯社