Table of Contents

" ازدياد إبداع التدخل الآلي في البيئات النووية "

فالمفاعلات النووية تمثل بعض أكثر البيئات هندسة على الكوكب، ففي داخل سفينة مفاعل، يمكن أن تصل مستويات الإشعاع إلى مئات من المحارم في الساعة - جرعة من شأنها أن تثبت أنها قاتلة لأي إنسان في غضون ثوان، والجمع بين الإشعاع المؤين الشديد، وارتفاع درجات الحرارة، وارتفاع الضغط، وحصر الجيولوجيا، وكيمياء المياه العدوانية الكيميائية، يخلق مسرحا تشغيليا غير مقبول بالنسبة لصناعة البشر.

وقد ظهرت الأجهزة كإجابة نهائية، إذ أن النظم الآلية المتقدمة تؤدي الآن مجموعة واسعة من المهام داخل مفاعلات التشغيل، ومجمعات الوقود المستهلك، وأجهزة التبريد، ومباني الاحتواء - وهي مهام كانت تتطلب من طاقم كبير، ومجمعات معقدة، ودخول بشري مطول، وزمن هبوط كبير، ولا يقتصر إدماج الروبوتات في تدفقات العمل المتعلقة بصيانة المفاعلات على تواتر مكمل للقدرات البشرية؛ بل يحوّل أساسا ما يمكن تحقيقه من حيث الجودة

وتوفر هذه المادة دراسة شاملة عن كيفية نشر الروبوتات في مهام التفتيش والإصلاح في المفاعلات، وهي تغطي المنابر التكنولوجية الرئيسية، والتطبيقات المحددة التي تدعمها، والسائقين في مجالي السلامة والاقتصاد، والاتجاهات الناشئة التي ستحدد الجيل القادم من نظم الصيانة النووية، وتعتمد المناقشة على عمليات النشر في العالم الحقيقي، والأطر التنظيمية، والأدب التقنية لتقديم نظرة ذات حجية لهذا المجال السريع التطور.

لماذا الروبوتات غير قابلة للاستعمال للصيانة

وتخضع الصناعة النووية لبعض معايير السلامة والجودة الأكثر صرامة في أي قطاع صناعي، ويجب تفتيش مكونات المفاعل على فترات منتظمة تحددها الهيئات التنظيمية مثل لجنة الرقابة النووية التابعة للولايات المتحدة والوكالة الدولية للطاقة الذرية والسلطات الوطنية المعنية بالسلامة النووية، وتشمل هذه التفتيش سفن الضغط، ومولدات البخار المبردة، وآليات التحكم بالأشعة، والمفاعلات الداخلية.

القضاء على التعرض للأشعة البشرية

أما الحجة الوحيدة الأكثر قوة للنشر الآلي فهي الحد من التعرض للإشعاع المهني، فمبدأ " ALARA " - بقدر ما يمكن تحقيقه بصورة معقولة - ينظم جميع برامج سلامة العمال النوويين، كما أن الروبوتات تدعم الرابطة مباشرة بإزالة الأفراد من المناطق ذات الجرعات العالية، وحتى في النباتات التي لديها برامج شاملة لحماية الإشعاع، فإن الجرعات التراكمية للعمالة تراكمية تتراكم على مدى سنوات من العمل، وذلك بالاستعاضة عن التخفيضات البشرية في عمليات التفتيش والتصليح والتصليح.

وتُبنى أجهزة آلية للتسامح مع الإشعاع، وتستخدم أجهزة إلكترونية مجهزة بالإشعاع، وترميم مختص للدروع، وتصميمات مكونية نموذجية تسمح باستبدال الأجزاء المتدهورة بسهولة، وفي حين لا يوجد نظام إلكتروني محصن تماماً من الضرر الإشعاعي عبر الزمن، فإن المكونات الحديثة المحتوية على الإشعاع يمكن أن تعمل لمدة تتراوح بين مئات وآلاف الساعات داخل سفن احتواء المفاعلات قبل أن تتطلب الصيانة، وهذا القابل للاستمرار يمكن من توسيع البعثات التي يكون من المستحيل أن تكون محدودة في العمل في مجالاً في العمل.

الوصول إلى الجيولوجيا غير الميسرة

وتحتوي المفاعلات النووية على هياكل داخلية معقدة ذات ثغرات ضيقة، ومساحات ملتوية مغمورة، وممرات مقطعية معيقة جزئيا، ولا يمكن للبشر أن يدخلوا إلى العديد من هذه المناطق دون أن يقطعوا شوطا كبيرا أو أن يخلقوا موانئ دخول مؤقتة، وعلى النقيض من ذلك، يمكن تصميم الأجهزة بصمة صغيرة، أو أطراف مفصولة، أو أجسام شبيهة بالأفعى، أو قدرات السباحة التي تسمح لهم بالاحتراق البحرية.

وعلى سبيل المثال، فإن الفجوة العتيقة بين سفينة ضغط المفاعل والدرع البيولوجي المحيط به لا تتسع إلا بضع مئات من المليمترات - وهي ضيقة جدا بالنسبة لشخص يدخل ولكنها مناسبة تماما لآلي مجهز بالكاميرات ومجهز بالأجهزة الاستشعار فوق الصوتية، وأذرع المتلاعب، وبالمثل، فإن وجود أنبوب المولدات البخارية التي تعمل من بعد والتي لا تتجاوز مساحتها 15 إلى 25 ميليميتر في مقياس.

تحسين اتساق التفتيش ونوعية البيانات

ومفتشو البشر، مهما كان تدريبهم جيدا، يخضعون للإجهاد والاهتمام والتفاوت في التكنولوجيا، وعلى النقيض من ذلك، ينفذون إجراءات التفتيش بدقة متكررة، وينتج الزحف الآلي الذي يتبع مسارا مبرمجا على نحو مستمر وبواسطة ثابتة من جانب أجهزة الاستشعار عن الأنابيب بيانات ذات جودة موحدة عبر كل مرور، وهذا الاتساق حاسم في كشف التغيرات الخفية على مر الزمن، والبطء في التقدم التدريجي في عملية الضبط.

وعلاوة على ذلك، يمكن للآليات أن تحمل أجهزة متعددة للتفتيش في آن واحد، إذ يمكن للنشر الآلي أن يجمع بين الكاميرات البصرية، وقياسات السميكة فوق الصوتية، والصفوف الحالية للدرن، وأجهزة الاستشعار لمسح الليزر، ومجسات رسم الخرائط الإشعاعية، التي يتم تنسيقها لإنتاج مجموعة بيانات مسجَّلة من عدة بارامترات، مما يتيح للمهندسين تكوين صورة أكثر اكتمالاً بكثير عن حالة التفتيش المكوِّن.

تخفيض مدة انقطاع النباتات

أنشطة التفتيش والتصليح التي تتم عادة خلال فترات التجاوز المقررة، والتي هي من بين أكثر الفترات تكلفة في دورة تشغيل المنشآت النووية، وكل يوم إضافي من مراحل التشغيل يترجم إلى خسارة في الإيرادات، وزيادة تكاليف الطاقة البديلة، وضغوط الجدول الزمني على أطقم الصيانة، ويمكن للروبوتات أن تقلل بشكل كبير من مدة التجاوز عن طريق إتاحة تغطية سريعة للتفتيش، وعمليات موازية، وعمليات إصلاح عن بعد تتجنب الحاجة إلى توسيع نطاق عمليات التكديس، والتشذيب، وضبط اليدوي.

ويمكن لبعض النظم الآلية المتقدمة أن تقوم بعمليات تفتيش بينما لا يزال المفاعل في السلطة أو خلال عملية خفض الطاقة، مما يزيد من الضغط على المسار الحرج، فعلى سبيل المثال، يمكن لذراع آلي مثبت على رأس سفينة الضغط المفاعلية أن يقوم بعمليات تفتيش معدنية أثناء انقطاع الوقود بينما تعمل أفرقة أخرى في نفس الوقت في المناطق المتاخمة، دون قيود على التعرض للإشعاع تحد من دخول البشر.

منابر آلية نشرت في بيئات المفاعلات

فالآليات المنشورة في البيئات النووية شديدة التخصص، ويجب أن تنجو من الإشعاع والحرارة والرطوبة وأحياناً تحت سطح الماء، مع الحفاظ على التحلل والدقة في الاستشعار والاتصال الموثوق به مع المشغلين البشريين، وتصف الفروع التالية فئات البرامج الرئيسية وتطبيقاتها المحددة.

الأسلحة الآلية

إن الأسلحة الآلية - التي كثيرا ما تسمى المناولة المشغلة عن بُعد - هي من أكثر التكنولوجيات روبوتية نضجا في الصناعة النووية، وتتراوح هذه الأسلحة بين وحدات صغيرة خفيفة الوزن وزنها بضعة كيلوغرامات إلى نظم واسعة النطاق للمناولة في الأسطول قادرة على رفع عدة أطنان، وهي مثبتة على أساس ثابت، أو على قواعد متنقلة، أو على نظم جبنة توفر متسعا.

المناورة النووية الحديثة تتضمن تعليقات القوة، مما يسمح للمشغل بأن يشعر بالمقاومة التي واجهها المنفذ النهائي للروبات، وهذه القدرة الهشّة ضرورية لمهام مثل تشديد الفول، وتسويق الموصلات، والتعامل الدقيق مع العناصر التي لا تكفي فيها التغذية المرتدة البصرية وحدها، كما أن العديد من المناشير يُظهر واجهات بين أدوات التغيير السريع، مما يتيح لذراع واحد التحول بين الحزن، والتقطيع، والربط، والتشغيل، وأدوات الفرز، والتشغيل، والتفتيش.

ومن أكثر التطبيقات المطلوبة للأسلحة الآلية إصلاح نولزات وحاملات وحاملات مفاعلات الضغط، وتعاني هذه المكونات الحرجة من ضغط حراري وميكانيكي كبير على حياة تشغيل المفاعل، ويجب معالجة أي عيب على وجه السرعة، ويمكن أن تؤدي الأسلحة الآلية المجهزة بمواد للحام الدقيق عملية تصليح داخل السفينة الخاضعة للمراقبة عن بعد، وذلك بعد طرق مبرمجة سلفا، ومثبتة على نحو آخر.

الطائرات ذاتية التشغيل ومشغلة عن بعد

وقد وجدت مركبات جوية غير مأهولة منزلا طبيعيا في مباني الاحتواء النووي، وهذه الطائرات الآلية عادة ما تكون صغيرة من أربعة مكيفات أو مروحيات مجهزة بكاميرات عالية الاستبانة، ومجسات التصوير الحراري، وأجهزة الكشف عن الإشعاع، ويمكنها أن تطير عبر الأماكن المفتوحة لمبنى المفاعلات لتفتيش الأنابيب، وخطوط الكابلات، وأجهزة التهوية، والعناصر الهيكلية في المرتفعات والمواقع.

فالطائرات بلا طيار التي تعمل بالطائرات بدون طيار تمثل تحديات فريدة في البيئات النووية، ويجب أن تعمل في أماكن محصورة ذات توافر محدود للنظام العالمي لتحديد المواقع، ورطوبة عالية، وتيار جوي محتمل من نظم التهوية، ويجب أن تكون أيضاً متحملة للإشعاع، حيث تحتفظ مباني الاحتواء بإشعاعات متبقية كبيرة حتى بعد إغلاق المفاعلات، وتدمج الطائرات الآلية المتقدمة الآن نظماً لمنع العقبات، والملاحة، وممركات الجوية المستقلة التي تسمح لها بالعمل في بيئة آمنة في هذه المشغلات.

وقد شمل أحد النشرات البارزة تفتيش الصخور - وهو هيكل كبير على شكل دونات يحيط بقاع المفاعل في مفاعلات المياه المغلية، حيث أن الطور في الداخل بيئة صعبة: الظلام والرطبة، مع وجود أسطح فولاذية محفورة ونقاط دخول محدودة، وقد استطاعت طائرة بدون طيار مزودة بأجهزة مجهزة بمصفوفات متطورة، ونظام تثبيت أن تبث الصورة الهندسية الكاملة في شكل شريط فيديو مصور.

أجهزة التزود بالمياه تحت الماء لنظم التبريد

وهناك العديد من المكونات الحيوية للمفاعلات تحت الماء، إذ أن مجمعات الوقود العنيفة، ومجاري المفاعلات أثناء إعادة الإمداد بالوقود، وتحتاج جميع العناصر الداخلية الدنيا لمفاعلات المياه المضغطة إلى تفتيش بينما تغرق في عدة أمتار من المياه، وتوفر المياه الحماية الإشعاعية الطبيعية، ولكنها تحد أيضا من الرؤية البشرية وتعقد إمكانية الوصول إليها وتخلق بيئة ملحة للمعدات.

أما المركبات التي تعمل عن بعد والمصممة للتفتيش النووي تحت الماء فهي مجهزة عادة بمحركات للمناورة، وكاميرات مع إضاءة تحت الماء، ونظم السونار للملاحة في المياه الدوارة، ويمكن نشرها من حافة المجمع أو من جسر إعادة الوقود، ويمكنها القيام بعمليات تفتيش على هياكل الرف الوقود، وأدلة الأنابيب الدوارة، وأسوار السفن المفاعلة.

وعلى سبيل المثال، يقوم مكتب خدمات المراقبة الداخلية بتفتيش مفاعلات السفن الداخلية - البرميل الأساسي واللوحات السابقة والفولاذ - بصورة روتينية أثناء عمليات إعادة الوقود، ويحمل هؤلاء الآليون مترجمات فوق الصوتية تمسح السطح من أجل الشقوق أو فقدان الجدار، بينما تقدم الكاميرات وثائق بصرية متزامنة، وترسل البيانات إلى مهندسين في الطابق المصنع يمكنهم تقييم الظروف في الوقت الحقيقي واتخاذ قرارات بشأن أي عملية إصلاح مطلوبة.

مركبات متحركة ومركبة متعقبة

وبالنسبة لعمليات التفتيش على السطح الأفقي، والداخليات الداخلية، ومجاري المفاعلات، توفر الزحامات المتنقلة منصة ثابتة وشفوية، وتستخدم هذه المركبات مسارات أو عجلات لطوابق بناء المفاعلات المتناثرة، ومبالغ الاحتواء، وداخل الأنابيب ذات قطر كبير، وهي عادة ما تُستخدم في نقل الطاقة والبيانات، رغم أن النسخ التي تعمل بالبطارية تستخدم بشكل متزايد في البعثات الأقصر.

ويمكن أن يحمل الرعاة مجموعة واسعة من الحمولات، وتشمل التشكيلة النموذجية كاميرا لعموم القطران، وجهاز كشف الإشعاع، وجهاز مسح للليزر لرسم الخرائط بواسطة ثلاثية الأبعاد، وذراع للمناورة لجمع العينات أو التدخل الخفيف، وترمي بعض الزحف إلى تسلّق الجدران العمودية باستخدام المسارات المغنطيسية أو الخياطة المكنسة، وإتاحة إمكانية الوصول إلى خزانات التخزين، وقذائف تبادل الحرارة، وأجهزة الاحتواء.

ومن أكثر التطبيقات الزحفية صعوبة تفتيش أرضية المفاعل - وهي المنطقة الواقعة تحت وعاء المفاعل مباشرة في مفاعل مائي مكثف، وتغرق هذه التجويفية بالماء أثناء إعادة الإمداد ولا تزال متاحة إلا بالوسائل النائية، ويمكن تخفيض الزحف المزود بالأجهزة المغناطيسية إلى التجويف، وضبط الأرض في نمط مبرمج، وإجراء عمليات تفتيش مرئية وفوقية للمبنى.

التكنولوجيات المتقدمة التي تحول عمليات التفتيش الآلي

ويجري باستمرار توسيع قدرات الروبوتات النووية للتفتيش النووي من خلال التقدم في أجهزة الاستشعار، والاستخبارات الاصطناعية، وعلم المواد، والاتصالات، وهذه التطورات تتيح للآليات أداء مهام كانت تعتبر غير قابلة للثقة سابقا، وتقديم بيانات أكثر ثراء وأكثر قابلية للفعل من أي وقت مضى.

حمولات متعددة أجهزة الاستشعار وبث البيانات

ويحمل آليون التفتيش الحديثون مجموعة من أجهزة الاستشعار التكميلية التي توفر معا نظرة شاملة لحالة المكونات، ويمكن لإحدى التصاريح الآلية أن تجمع الصور البصرية، وبيانات السميكة فوق الصوتية، والإشارات الحالية للكشف عن الشق، والجهاز اللازري لقياسات قياسات قياس الأرض، ومقياس قياس غاما لرسم خرائط التلوث، وقد تم تسجيل البيانات الناتجة عن ذلك من الناحية المكانية، مما يعني أن كل نقطة قياس مرتبطة بنظام محدد من ثلاثة أديان.

ومن ثم تجمع خوارزميات دمج هذه البيانات المتفرقة في تقييمات موحدة للظروف، فعلى سبيل المثال، قد تكون الصورة المرئية التي تظهر عدم استعمار سطح الأنبوب مرتبطة بقراءة سميكة فوق الصوت تبين فقدان الجدار المحلي، وكلتاهما مغلوطة على نموذج الأنابيب 3D، وهذا الرأي المتكامل يسمح للمهندسين بتشخيص السبب الجذري للتدهور وبإصلاحات الخطة بقدر أكبر بكثير من الثقة.

الملاحة والتخطيط للمسارات المستقلة

فالآليات النووية المبكرة تتطلب رقابة يدوية دائمة، وكثيرا ما تكون محدودة الوضوح وتأخيرات الوقت التي تجعل التشغيل مضللا ومعرضا للأخطاء، وتشتمل النظم الحديثة على مستويات متزايدة من الاستقلال الذاتي، وتستخدم الليزر المتحركة والسونار والكاميرات، وتقوم الروبوتات ببناء خرائط آنية لبيئة تلك الأجهزة، وتخطط للمسارات المثلى للتغطية التفتيشية، ويمكنها اكتشاف العقبات وتفادي الاصطدامات، وإعادة تتبع خطواتها عند الاقتضاء.

فعلى سبيل المثال، يمكن برمجة طائرة بدون طيار مستقلة تفتش مبنى لاحتواء المفاعلات لتسير طريق محدد سلفا يغطي جميع السطحات المستهدفة، وهي تستخدم خلال الرحلة نظام كشف العقبات للحفاظ على التطهير من الأنابيب والمعدات، وتعديل مسارها حسب الحاجة، وإذا فقدت وصلة بياناتها مع المشغل، فإنها تستطيع العودة بصورة مستقلة إلى نقطة الإطلاق والأراضي، وهذا المستوى من الاستقلال الذاتي يقلل من الحمولة المعرفية في وقت واحد.

الاستخبارات الفنية للكشف عن الأضرار

إن حجم البيانات التي تنتج عن عمليات التفتيش الروبوتية هائل، إذ أن الزحف الوحيد الذي ينشر صفيفة فوق الصوتية على مراحل يمكن أن ينتج بيانات عن طريق التضاريس على مدى بضع ساعات من المسح، ويستغرق تحليل هذه البيانات من حيث المؤشرات الوقت ويخضع لخطأ بشري، ويجري الآن تدريب نماذج التعلم الماكنة على الكشف تلقائيا عن الشقوق والتآكل والخسائر في الجدران، وغير ذلك من أشكال الشذوذ في البيانات التفتيشية.

كما يمكن للشبكات العصبية الثورية التي تم تدريبها على آلاف الصور المسمومة بالأشعة فوق الصوتية أن تحدد مؤشرات الشق التي لها حساسية وخصوصية تضاهي أو تتجاوز محلليات الإنسان المتمرسين، وبالمثل، يمكن لنماذج التفتيش البصري التي تم تدريبها على صور المفاعلات أن تكشف عن وجود شذوذات سطحية مثل الحفر والإحباط والتفكك، ولا تحل نماذج التفتيش الآلى محلل البشري بل تضاعفه، مما يتيح لفريق صغير من المتخصصين في إنتاج المواد.

مواد مقاومـة للتشعـب الإشعاعي وأجهزة التهوية

ويجب أن تنجو الأجهزة الإلكترونية داخل آلية نووية من جرعات من شأنها تدمير مكونات تقليدية من حيث درجة المستهلك في غضون دقائق، وأصبحت أجهزة معالجة صغيرة مستهلكة للأشعة، وذاكرة، ومجسات للتصوير متاحة الآن، مما يمكن أن يتقبل الجرعات التراكمية لمئات الكيماويات، وتُختلق هذه المكونات باستخدام عمليات تصنيع متخصصة تجعلها مقاومة للضرر المؤين الذي يسبب فشلا في الدوائر.

وبالإضافة إلى الأجهزة الإلكترونية، يجب أن يقاوم الهيكل الميكانيكي للروبوت أيضاً آثار الإشعاع ودرجات الحرارة، كما يتم اختيار البوليمرات المستخدمة في الفقمات والكابلات والمسارات من أجل استقرارها الإشعاعي، ويتم اختيار اللوبيكات من أجل تدني مستوى المسافات ومقاومتها للتحليل الإشعاعي، وتستخدم نظم التبريد القائمة على السلوك السلبي أو التداول السائلي في المناطق ذات الحرارة العالية، وتتحقق من هذه المواد وخيارات التصميمية من خلال اختبارات المعجلة للتحلل الآلي.

دور الروبوت في مهام محددة لتفتيش المفاعلات وإصلاحها

عمليات التفتيش على المفاعلات

وعاء ضغط المفاعل هو خط الاحتواء الرئيسي للوقود النووي والمبرد، ولا يمكن التفاوض على سلامته، فالتفتيش الآلي على الطائرة RPV هو شرط عادي خلال كل مخارج الوقود، فتدخل الروبوتات إلى السفينة عبر الرأس المفتوح وتبحر السطح الداخلي باستخدام أسلحة المتلاعبين أو الزحف التي تلحق بالجدار.

ويحمل هؤلاء الآليون صفائف من المتحولين فوق الصوتيين الذين يمسحون جدار السفن من أجل الشقوق واللوحات وفتح الجدران، كما يفتشون القاع الجليدية، التي هي أكثر المواقع احتمالا للعيوب، وتجهز البيانات على الفور، وتقارن بنتائج التفتيش السابقة لكشف أي تغيرات، وإذا وجدت عيب، فإن الروبوت الثانوي الذي لديه أداة إصلاح - مثل الرأس المتناثر، يمكن أن ينشر.

تفتيش وإصلاح مولدات الطهي

وتحتوي المولدات الكهربائية للثدي في مفاعلات المياه المضغطة على آلاف الأنابيب الصغيرة التي تنقل الحرارة من المبرد الأولي إلى المبرد الثانوي، وهذه الأنابيب قابلة للتنقية والشق والحفر والضغط، ويجري التفتيش الآلي لأنواع مولدات البخار باستخدام أجهزة اختبار تعمل عن بعد وتدرج في كل أنبوب من الجانب الثانوي.

ويحمل المسبارات أجهزة استشعار حديثة متطورة تكشف عن عيوب في الجدار الأنبوبي، ويمكن أن يقوم نفس النظام الآلي بعد ذلك بإصلاحات، مثل اقامة قسم متدهور أو ربط أنبوب بلغ نهاية حياته في الخدمة، وتمثل القدرة على تفتيش وإصلاح جميع الأنابيب في مولد البخار أثناء فترة انقطاع واحدة، دون دخول البشر إلى صندوق المياه أو إلى مستودع الأنابيب تقدما كبيرا في كل من هذه الأجهزة.

التخييم والتفتيش على الحاويات

العديد من المئات من المترات التي تحمل مفاعلات التبريد تخترق مبنى الاحتواء هذه الأنابيب تخضع للتدوير الحراري، والهزاء، وآثار كيمياء المياه، وكسر الإجهاد، ويمكن للزحف الآلي المصممة للتفتيش الداخلي أن تسافر عبر شبكة الأنابيب، وتتفاوض على النحلات والتزحلقات، لإجراء قياسات سميكة الجدار وكشف الشقوق.

بالنسبة للأنابيب الصغيرة جداً بالنسبة للزحام، أو لعمليات التفتيش السطحي الخارجية، يمكن للآليات الصغيرة ذات الأسلحة المشعّة أن تصل إلى الزقاقات الأنبوبية وعلى طول الرفوف، وتحتوي هذه الروبوتات على كاميرات ومجسات اختبار غير متلفة لتفتيش اللحام، والدعم، والعزل، وإذا وجدت عيب، يمكن نشر جهاز آلي للإصلاح لتطبيق ملفوفة مركبة، أو تركيب جهاز آلي.

عمليات التفتيش على الصمامات الوقودية

وتحتفظ مجمعات الوقود المستهلك بالآلاف من مجمعات الوقود المستعملة تحت عدة أمتار من المياه، ويجب أن تخضع الجدران والخطوط للتفتيش الدوري للتسرب والتآكل، كما أن الحاويات تحت الماء مناسبة لهذه المهمة، ويمكنها أن تبحر في محيط المجمع، وتفتش الحاويات الخاطفة، وتتحقق من حالة بوابات المجمعات ونظام التبريد في شكل حطام.

ويتمثل أحد التحديات الخاصة في مجمعات الوقود المستهلك في وجود حقول عالية الجرعات من مجمعات الوقود المخزنة، ويجب أن تكون المركبات المزودة بالوقود المستخدمة في هذه البيئة شديدة الوطأة في الإشعاع، حيث أنها قد تعمل في حدود أمتار عناصر الوقود، وأن يكفل الحرق والتخطيط الدقيق للطرق أن يكمل الآلي تفتيشه دون فشل عنصري.

سائقو المراكز الاقتصادية والتنظيمية من أجل التبني

وتستند حالة الأعمال المتعلقة بالآليات الآلية للتفتيش النووي إلى ثلاث دعائم هي: السلامة، التكلفة، الامتثال التنظيمي، وكل من هذه العوامل أصبح أكثر قسوة مع عصر الأسطول النووي العالمي ومع تقدم تصميمات جديدة للمفاعلات.

الولايات التنظيمية للتغطية التفتيشية

وتتطلب أجهزة التنظيم النووية في جميع أنحاء العالم تفتيشا دوريا للمكونات الحساسة للسلامة، وتختلف الاحتياجات المحددة حسب البلد ونوع المفاعل، ولكن كل ذلك يتطلب تفتيش بعض الحامضات والسطحات والمكونات على فترات محددة، وتوفر الأجهزة وسيلة لتلبية هذه المتطلبات - وتجاوزها - عن طريق تحقيق تغطية 100 في المائة للمناطق المستهدفة، مقابل عمليات التفتيش الموقعية التي كثيرا ما تكون ممكنة باستخدام الأساليب اليدوية.

وفي بعض الولايات القضائية، أيد المنظمون صراحة استخدام الروبوتات كوسيلة للحد من الجرعة العاملة مع الحفاظ على جودة التفتيش، فعلى سبيل المثال، تشجع المبادئ التوجيهية للشركة الوطنية لإعادة التأهيل على استخدام النظم المنتشرة عن بعد، وبما أن التوقعات التنظيمية المتعلقة بتواتر التفتيش وتغطيته لا تزال مشدّدة، فإن الروبوتات ستصبح أداة أساسية متزايدة للامتثال.

خفض التكاليف من خلال خفض الوقت والأجر

وقد قدرت تكلفة يوم واحد من انقطاع المفاعلات في أي مكان من 000 500 إلى مليون دولار حسب حجم الوحدة وسعر الكهرباء بالجملة، ويمكن للروبوتات أن تضغط على جداول التفتيش والإصلاح عن طريق التمكين من العمليات الموازية، والحد من وقت التجهيز، وإزالة الحاجة إلى تدابير حماية الإشعاع التي تبطئ العمل البشري.

وعلاوة على ذلك، فإن خفض جرعة العمال، يساعد الروبوتات المرافق النووية على البقاء في حدود الجرعة المؤسسية الخاصة بها، ويتجنب التكاليف المرتبطة بالعرض المفرط - بما في ذلك المراقبة الطبية، والتحقيق التنظيمي، والغرامات المحتملة، وعلى المدى الطويل، يمكن أن تكون الوفورات المتراكمة من النشر الآلي كبيرة، ولا سيما بالنسبة للنباتات التي لا تزال لديها سنوات عديدة من الحياة التشغيلية.

توسيع عمر المفاعلات العمرية

العديد من المفاعلات النووية في العالم تعمل بعد فترة تصميمها الأصلية التي تبلغ 30 إلى 40 سنة، وتجديد الترخيص إلى 60 أو حتى 80 سنة يتطلب من مشغلي النباتات أن يثبتوا أن المكونات الحيوية لا تزال صالحة للخدمة، فالآليات توفر القدرة على التفتيش ونوعية البيانات اللازمة لدعم عمليات تقييم مدى القدرة على العمل على المدى الطويل.

فعلى سبيل المثال، يشكل قذف سفينة ضغط المفاعل - بسبب إشعال النيوترونات على مدى عقود - عاملاً رئيسياً في الحد من الحياة، ويمكن أن تقيس نظم التفتيش الآلي الممتلكات المادية مباشرة باستخدام تقنيات متفرقة متخصصة تقيِّم مدى قسوة الكسور، وتوفر هذه القياسات الأدلة اللازمة للتحقق من النماذج ودعم استمرار التشغيل الآمن، وبدون إمكانية الحصول على هذه البيانات يتطلب إزالة العينات المادية، وهي عملية تدميرية غير عملية.

الاتجاهات والتحديات التقنية في المستقبل

نحو الاستقلالية الكبرى مع منظمة العفو الدولية

أما الحدود التالية للآليات النووية فهي الاستقلال الذاتي الكامل - قدرة الآليين على تخطيط طرق التفتيش الخاصة بهم، والتكيف مع الظروف غير المتوقعة، بل والقيام بإصلاحات طفيفة دون مدخلات بشرية في الوقت الحقيقي، وتقترب من تحقيق التقدم في مجال التنفيذ، ولا سيما في مجال التعلُّم والتبصر الحاسوبي، ويمكن للآلي المستقل تماما أن يدخل مبنى للمفاعلات، ويبحر إلى منطقة مستهدفة، ويجري تفتيشا شاملا، ويحلل البيانات الخاصة بالمشغلين.

غير أن الصناعة النووية متحفظة في جوهرها، وسيتطلب الاستقلال الذاتي الكامل عملية تحقق واسعة النطاق وقبولاً تنظيمياً، ويحتمل أن ينطوي المسار إلى الأمام على زيادات تدريجية في الاستقلال الذاتي، مع توفير الإشراف البشري عن طريق وصلة بيانات آمنة، وفي المهام الحاسمة، يحتفظ المشغل البشري دائماً بالقدرة على تجاوز قرارات الروبوت.

أمن الفضاء الإلكتروني للنظم الآلية

ومع زيادة ارتباط الآليين وأكثر استقلالا، يصبحون أيضا أهدافا محتملة للهجمات الإلكترونية، إذ يمكن أن يتسبب فاعل خبيث يكتسب السيطرة على آلي التفتيش في إلحاق ضرر مادي بالمفاعل، أو يعطل جمع البيانات، أو يستخرج معلومات حساسة، ويستلزم حماية النظم الآلية تشفيرا قويا وتوثيقا وكشفا عن التطفل - وجميعها منتشرة في البيئات التي قد تكون فيها وصلات البيانات محدودة ومتقطعة.

ويعالج مشغلو النباتات بشكل متزايد النظم الآلية كجزء من برامجهم المتعلقة بالأمن السيبراني، مع إخضاعها لنفس الشروط التي تنطبق على نظم المراقبة وغيرها من الأصول الرقمية، وهذا الاتجاه لن يتزايد إلا مع زيادة شيوع وصلات البيانات اللاسلكية وتجهيز البيانات القائمة على السحب في التطبيقات النووية.

الموثوقية في ظروف معادية للغاية

مهما كانت تصميمات المفاعلات النووية جيدة، فإن الآلات التي تعمل داخل المفاعلات النووية ستفشل في نهاية المطاف، ويتمثل التحدي في جعلها قوية بما يكفي لإكمال مهمتها باحتمال كبير من النجاح، وتصميمها بحيث لا يعرض الفشل المفاعل أو المصنع للخطر، والنظم الرادعة، وآليات السلامة الفشلية، واستراتيجيات الإنعاش كلها جزء من مجموعة الأدوات الهندسية.

ومن مجالات البحث النشط الإلكترونيات التي يمكن أن تُشفى عندما تتضرر دائرة من الإشعاع وإعادة تشكيلها لتتجاوز المكون الفاشل، ويتمثل مجال آخر في تطوير الروبوتات التي يمكن أن تتسامح مع تدهور النظام الجزئي والعودة إلى موقع آمن يمكن استرجاعه فيه، والهدف ليس إنسانا آليا مثاليا بل هو أمر موثوق به بما فيه الكفاية لتوفير بيانات جديرة بالثقة ومأمونة بما يكفي للعمل في سياق نووي.

خاتمة

وقد أصبحت الأجهزة الآلية أداة لا غنى عنها لتفتيش وإصلاح المفاعلات النووية، إذ إن إزالة البشر من بيئات عالية الإشعاع، وتوفير إمكانية الوصول إلى الأماكن المحصورة والمغمورة، وتقديم بيانات تفتيش متسقة وشديدة الجودة، وتقويض الجداول الزمنية، والنظم الآلية تسهم مباشرة في عمليات نووية أكثر أمانا وأكثر اقتصادا، ويعكس تنوع المنابر - من التلاعب بالأسلحة والطائرات الآلية إلى مركبات تحت الماء والزحفيات المغناطيسية -

وسيؤدي استمرار التقدم في أجهزة الاستشعار والاستخبارات الاصطناعية والملاحة المستقلة والمواد المحتوية على الإشعاع إلى زيادة توسيع قدرات هذه النظم، حيث أن تصميمات الأسطول النووي وتطور المفاعلات الجديدة بما فيها المفاعلات النموذجية الصغيرة ونظم الجيل الرابع المتقدمة، إلى زيادة الخدمات، علما بأن أفضل وسيلة لحماية الناس من أخطار الإشعاع هي إرسال آلات في مكانها - وتزداد هذه الآلات.

وللمزيد من القراءة بشأن المعايير التنظيمية للتفتيش الآلي في البيئات النووية، تحتفظ اللجنة التنظيمية النووية U.S. Nuclear Regulatory Commission] بوثائق توجيهية شاملة.() كما تحتفظ الوكالة الدولية للطاقة الذرية ] بمكتبة من التقارير التقنية عن تكنولوجيات التفتيش عن بعد.() ومنابر التعاون في مجال الصناعة مثل محطات البحوث النووية()