在核工業應用領域,由于設備本身或其運行環境具有放射性,人員操作存在安全風險或操作受限等情況,采用機器人進行設備檢修、放射性廢物處理、應急響應等工作,一方面可降低用于人工防護設備的成本及管理成本,另一方面也可降低工作人員受輻照劑量和勞動強度。隨著核電站裝機容量的不斷擴大,出于核電產業較快發展和核安全的需要,核電機器人的需求與日俱增。
解放高輻射環境下的人類
早開展研制核電機器人的可算是美國。上世紀40年代,美國阿貢實驗室研制出一臺可操作放射性物質的機械手。到1977年,日本早稻田大學也開發出臺可用于核電站巡檢的雙足機器人,可完成檢查和開關電站閥門、處理放射性污水等增強操作。
隨著美國三里島、蘇聯切爾諾貝利核事故的相繼發生,美、法、德、日等國紛紛加大核電站機器人的開發力度,進一步提升核電站機器人在可執行的動作種類、行動的靈活性、電池的工作和傳送信號方面的性能。
目前,核電機器人大致可分為觀察型和作業型。類“觀察型”,指攜帶攝像頭、溫度和壓力傳感器以及輻射強度檢測儀等進入后傳回現場數據(在應急情況下尤其必要)。第二類“作業型”,工作內容包括切割、搬運放射物質、關閥門、噴水等。實際應用上,核電機器人主要包括關鍵核設施維護機器人、核事故處理與救援機器人和小型爬壁式監測機器人。
關鍵核設施維護機器人主要是對關鍵核設施的維護、退役及放射性廢物處理。對關鍵設施進行維護,是核工業機器人早的應用目標。核事故處理與救援機器人,即利用輪式、履帶式移動機器人,攜帶操作設備,進入事故現場,開展事故處理與救援相關工作,主要用于發生嚴重核電事故的情況。小型爬壁式監測機器人主要用于核電站安全性的全面監測,即利用小型、智能、爬壁式機器人,攜帶多種先進傳感器,對核電站內的核輻射強度、氫氣濃度、煙霧濃度、關鍵設備及管道的破損情況進行監測,以及時發現問題。
核電機器人雖能在某種程度上解放高輻射環境下的人類,但是有一個很大的缺點,即并非式通用,而只適用于在特定環境下完成特定任務。由于可完成任務種類單一,這類機器人在嚴重事故發生時其作用有限,往往所需數量較多,而非一個。