[局部放電檢測系統(tǒng)]迷你機器人為核電站查“健康” 排查氚泄漏問題

日本福島核事故的爆發(fā)在引發(fā)了有關(guān)核安全的熱議，同時，不少國家也針對本國核電站展開了安全排查。今年6月，美聯(lián)社公布了一份有關(guān)美國核電站的報告顯示，美國現(xiàn)在服役的舊核電站運行設(shè)備磨損嚴(yán)重。該份研究顯示，美國3/4的核電站都有放射性物質(zhì)氚泄漏的情況，這主要存在于將冷水通過管道運到反應(yīng)堆進(jìn)行冷卻的這一過程中，氚會通過埋在地下的被腐蝕的管道進(jìn)入地下水。

對此，麻省理工學(xué)院d’Arbeloff實驗室zui近傳來捷報，該實驗室主任哈里·阿薩達(dá)表示：“新發(fā)明的雞蛋大小的機器人能很好解決這一難題。”阿薩達(dá)表示，美國現(xiàn)有104座核反應(yīng)堆，其中52座的服役年限已經(jīng)達(dá)到30年甚至更長，我們必須保證這些核電站的安全運營。

氚泄漏污染水源

根據(jù)美國政府問責(zé)局的報告顯示，在怎樣防止地下管道泄漏上，美國核電業(yè)的能力有限。氚的泄漏將嚴(yán)重污染水源。氚又稱“超重氫”，是具有放射性的氫同位素。氚的壽命比較短，而且相比其他放射性污染物，它通過空氣進(jìn)入人體是比較困難的。因此，氚對人類的主要威脅存在于飲用水中。

美國原子能監(jiān)管委員會記錄顯示，在被監(jiān)測的65座核電站中，至少有48座出現(xiàn)氚泄漏。其中，有至少37座核電站所泄漏氚的濃度超過聯(lián)邦飲用水標(biāo)準(zhǔn)——有些甚至為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)百倍。據(jù)有關(guān)媒體報道，早在今年2月，美國核管理委員會曾宣布，美國東北部的佛蒙特州揚基核電站發(fā)生氚泄漏事件。報道稱，由于地下管道老化，周圍地下水源被污染。

阿薩達(dá)認(rèn)為，現(xiàn)有安全檢測器的主要挑戰(zhàn)在于如何正確檢測核反應(yīng)堆地下管道的腐蝕問題。目前，核電站檢測主要采用間接方式檢測地下管道：通過產(chǎn)生電壓梯度來判斷區(qū)域的管道是否腐蝕，同時，使用超聲波來測量管道裂縫的長度。*的直接檢測途徑就是通過掘土用眼睛目測管道情況，這既耗時又費力。

小機器人省時又省力

現(xiàn)在，阿薩達(dá)和其同事正在研究一種直接的檢測機器。該機器人只有雞蛋大小，它能潛入核反應(yīng)堆，進(jìn)入地下管道，zui終核實管道是否有腐蝕跡象。這種機器人裝有攝像頭，它能承受核反應(yīng)堆超高放射的環(huán)境，同時能將圖像進(jìn)行實時傳輸。

在2011年電器與電子工程師協(xié)會舉辦的機器人和自動化會議中，阿薩達(dá)和其研究團(tuán)隊將該機器人的原型和具體設(shè)計進(jìn)行了演示。

乍一看，阿薩達(dá)的機器人檢測器就像一個小型金屬炮彈。其表面沒有螺旋槳、沒有方向舵也沒有任何明顯的機械裝置用以在地下環(huán)境中產(chǎn)生驅(qū)動力。阿薩達(dá)表示，上述“附件”在普通的自動水下裝置設(shè)備中很常見，但是，這有悖于他本人的設(shè)計初衷，因為加上這些東西，機器人體積將更龐大。阿薩達(dá)表示：“一個配置有外部螺旋槳或者方向舵的機器人很容易潛入反應(yīng)堆的復(fù)雜環(huán)境中，同時也可以進(jìn)入管道網(wǎng)絡(luò)和連接部分。但是傳統(tǒng)裝置有導(dǎo)致核電站停運的風(fēng)險，因此，我們有必要保證所設(shè)計的機器人能做到自動防故障。”

阿薩達(dá)和他的學(xué)生木桑德決心將機器人設(shè)計成光滑的球體，通過設(shè)計一個推進(jìn)系統(tǒng)來保證推動力形成一股強大力量。研究團(tuán)隊還設(shè)計了一種特別的閥門，通過對水壓進(jìn)行稍微改變，并植入Y型閥門來改變水流。這樣，機器人就能迅速檢查各個方向的管線系統(tǒng)。機器人可以按照被控制的方向前行，研究人員可以通過特定閥門封鎖管道中的任何部分，高壓水推力促使閥門打開一個窗口，當(dāng)水釋放時，推動機器人前行。

機器人在管道系統(tǒng)中運行時，其攝像頭能拍攝到管道內(nèi)部的圖像。阿薩達(dá)原計劃是在機器人完成檢測后，再綜合檢索、查看圖片。但是，現(xiàn)在通過安裝無線水下信號系統(tǒng)，圖片通過激光將實時傳輸?shù)骄嚯x100米外的操作室。

未來應(yīng)用前景廣闊

目前，該研究團(tuán)隊正準(zhǔn)備對攝像頭進(jìn)行進(jìn)一步完善，使其能自由擺動、傾斜。研究生羅斯特將之形容為倉鼠球。倉鼠通過滾動自身而改變球的中心位置，球從而得以轉(zhuǎn)動。為達(dá)到相同效果，研究團(tuán)隊在機器人體內(nèi)安裝了兩個軸的平衡環(huán)，使其能改變機器人的重心。通過這一裝置，在機器人靜止時，安置在機器人以外的攝像頭也能擺動。

阿薩達(dá)認(rèn)為，這種機器人短期內(nèi)工作效率高，且可廢置。在反復(fù)曝露于高輻射環(huán)境下導(dǎo)致系統(tǒng)損壞前，機器人能完成多次檢測任務(wù)。

喬治亞理工學(xué)院機器人和智能系統(tǒng)中心研究主任亨里克·斯坦森表示：“該系統(tǒng)簡單易行，很適合在復(fù)雜環(huán)境下工作，雖然斯坦森沒有參加此項研發(fā)工作，但是他預(yù)計阿薩達(dá)的此項研究將有廣泛應(yīng)用前景，這不僅對于檢測核電站有重要意義，同時也可應(yīng)用于檢測密閉空間，如下水管道等。該機器人成本不高且能降低人工作業(yè)的風(fēng)險，并且這是迷你型自動系統(tǒng)，將受到青睞。”
 

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