İnsanlar Giremediğinde: Fukushima Daiichi Recovery Misyonu
11 Mart 2011'de, büyük miktarda 9.0 deprem ve tsunami Fukushima Daiichi Nükleer Güç Santrali'ni vurdu, önceki nükleer yıkımları ölçeklendirmeye ve en yüksek miktarda radyoaktif madde, kontrasefe serbest bıraktı ve karmaşık bir molten yakıt tozunun arkasına bıraktı ve daha önce hiç bir nükleer enerji santralini yok etmeye çalışan 30 yüksek enerjili odaya ve yüksek çözünürlükte geri çekilmeye yol açtı.
Dekommisyon planının her büyük aşaması - erimiş yakıtı bulmak ve karakterize etmek, radyasyon sıcak noktaları, örnekleme suyu ve sedisyonları, yapılarla kesmek ve yeniden beslenmek için - ticari olmayan endüstriyel ortamlar için gerekli olan koşullar için inşa edilmiş - bu çabadaki çalışmaların robotik, radyasyon sertleşmesi, otonom navigasyon ve uzaktan manipülasyonu.
Fukushima Neden Sıradan Robotları Yok Ediyor
reaktör binalarının içindeki ve kapsam gemilerinin standart elektronik olmasına izin verilir. Radyasyon dozları ilk olarak 1, 2 ve 3, saatte 500 Sievert'i geçebilir. Bu seviyede, korumalı yarı iletken bileşenler, bir robotun eşiyle karşılaşacağını tahmin etmek zorlaşır ve iletim sistemleri desteklenmektedir.Demokrat yüzeyler için Uluslararası Araştırma Enstitüsü (RIDD)
Fiziksel erişim eşit derecede cezalıdır. Giriş limanları daralır, genellikle sadece 20 ila 30 santimetre çapında. Merdivenler ve koridorlar düşmüş kirli metaller tarafından engellenir ve betonlar çöktü. İçten çok şey, hem radyoaktif hem de çamurlu su ile kaplıdır, çünkü altta yatan boşlukları azaltan ve betonu azaltan birleştirici parçalara katar.
Erken Misyonlardan Dersler
Fukushima Daiichi'ye gönderilen ilk robotlar mevcut platformların yerini araştırmışlardı ve görevleri o kadar da beklendi. 2011'de, Chiba Institute of Technology tarafından geliştirilen ve reaktör binalarının zeminlerini incelemeyi başardılar ve bu görevler iç hasarların ilk bakışlarını sağladılar ve ayrıca sert gerçekleri açığa çıkardılar. Robotlar kablolarda da sert gerçeklikler nedeniyle boğuldular.
Daha sonra robotlara doğrudan birincil kaynaklanmış gemilere göndermeye çalışır, 2'ye yaygın olarak bildirilen yüksek profilli başarısızlıklar dizisi üretti. 2015 yılında, uzaktan kumandalı bir robot, sıkı bir geçişte 1 tezgahladı ve daha sonra tasarımları şekillendiren verileri elde etti. 2017'de, iletişim frekansının kalın betona kadar nasıl engellendiğini ve bu tür kimyasalların doğrudan radyasyona maruz kalmadığını öğrendi.
Robotik Filonun Kompozisyonu
Fukushima'daki mevcut robot filosu farklı, farklı ortamlar ve görevler için uzmanlarla ilgilidir. kategoriler bu makinelerin nasıl birlikte çalıştığını netleştirmeye yardımcı olur. TEPCO, 50'den fazla robot platformun merkezileştirilmiş envanterini korur, her biri belirli görev profillerine tayin eder.
Aerial Drones
Küçük depremler ve hexacopters radyasyon dedektörleri ve kameralar ile donatılmış havalimanları reaktör binalarında havalimanları gerçekleştirecek.Bu alanlardan gelen dozlar sabit izleme ekipmanlarına hızlı bir şekilde zarar verecekti. Drones haritası, yüzeysel borular ve yüksek borular üzerinde sıcak noktalara ve yüksek borular, ve aşağıda hareket eden bir durumsal farkındalık sağlayacaktır. Bazı modeller köpüklü robotlar için donatılmıştır.
Ground Crawlers
Takip edilen ve bacaklı araçlar görüntüleme sistemleri, manipülatörü kolları ve radyasyon sensörleri taşıyabilirler, dar açılışlar ile sıkıştırılabilir ve ıslak veya eşitsiz yüzeyler üzerinde çalışır. Bazılar, manipülasyon sırasında stabilite için kendini kanıtlamıştır.Bu makineler genellikle kullanılan radyasyon-solaklık kontrol ve manipülasyon görevleridir.
Su altında Uzaktan Kontrollü Araçlar
Matbaalar, yüksek çözünürlüklü kameralarla donatılmış ve kalınlık ölçümleri reaktör baskı gemilerinin altındaki su ve sedit örnekleri, korozyon veya yapısal hasar için metal bileşenleri inceler ve harita altmış toz robotu, Toshiba tarafından geliştirilen, torus odasının sıkı alanlarına bakmak için balık benzeri bir yüzme hareketi kullanıyor, geleneksel iterlerin radyoaktif ve görünürlüğü toplayabilirler.
Kameralar ve Boreskoslar
Uzun, esnek problar, Fukushima'da kullanılan loskoplar ile birlikte, 360 derece görüşe sahip bir robotu tamamen yüksek doz alanlara girmek zorunda kalmadan iç görsel incelemeler sağlar.Genellikle kalan fission ürünleriyle ilgili koşulları değerlendirmek için kullanılan ilk araç.
Manipulator ve Robotları Kesme
Ağır beton robot kolları, şarj edici veya sabit köprüler ile monte edilmiş, kalkanlama, asansör tozu ve yakıt malzemelerini almak için geliştirilmektedir. Prototipler çelik plakaların sualtının kesmesini ve simülasyonlu yakıtların en yüksek seviyesini temsil eder.Bu sistemler, ünite için 22 metre uzunluğundaki teleoskopik kolu 2 için bir karşıtlık sistemi kullanır.
Makineler Bu Bir Fark Yarattı
Birkaç amaçlı robotlar, reaktörün altındaki yapısal hasarların izlerini ele geçirdi ve daha önce uzaktan sensörle başlatılan koşullarda ilk doğrudan göz atarak, ünite 3.'nin sualtı çalışması için yolu açtı.Manbo, ankete göre 10 Sv / üzerinde doz oranlarının bulunduğunu belirtti ve altı saat boyunca yapılan yapısal hasarların sayısını doğruladı.
Sakura taramacı, TEPCO ve IRID tarafından ortaklaşa geliştirildi, 2017 yılında Unit 2'ye girdi ve pedestal zeminin ilk ayrıntılı fotoğraflarını gönderdi. Görüntüler, kotanın pompalanmasının basınç gemisini onayladığı ve beton bazda yerleşmediğini açıkladı. Sakura kamera ağır bir şekilde korundu ve radyasyonun elektroniklerini yükseltmeden önce kritik verileri yakalamaya yetecek kadar uzun süre çalışmasına izin verdi.
Rosemary yılan şekilli robot, Hitachi-GE Nükleer Enerji tarafından mühendisi, 15 metre su geçirmez ortaklarla ulaşılabilecek bir yerdi ve şüpheli yakıt kalıntılarının santimetresinde bir kamera teslim edebilirdi. 1 numaralı birimdeki görevi, uzun süre boyunca, articize edilmiş bir prototipe erişmek için çok tehlikeli veya kısıtlayıcı bir tıkırdı. Rosemary segmentleri bağımsız olarak motorize edildi ve bir kamerayı eğimli bir kamera yerini koruma altına alma fırsatına izin verdi.
Daha yakın zamanda TEPCO, bir robot kolu ve 3D oğlumar ile donatılmış bir alt sınıflı ROV, ünitenin sualtı pedestalını haritalamak için bir alt düzeye çıktı.The machine made detailed three-dimensional models of the machine, allows mühendisler to plan yakıt enkaz retrieval ekipman with sensitive that would been impossible using different steps alone.This successlar erimiş çekirdeklerin fiziksel kaldırılmasına doğru adımlar attı.
Teknolojik Gelişmeler Fukushima tarafından ısındı
Havalimanlığı projesi, bitki sınırının ötesine geçen inovasyonu yönlendirdi. Radyasyonun toparlanmış elektronikler, bir zamanlar askeri ve uzay uygulamaları hizmet eden bir niş alan hızlı ilerleme gördü. Yeni insulating material, custom silikon kaplamalar ve radyasyon-tolerant yarı iletkenler, metal-oksit-konducuz sensörlerin yüzlerce dozda çalışmasını sağladıktan sonra güvenilir bir şekilde test etti.
Özerk navigasyon Fukushima ortamının talepleri tarafından dönüştürüldü. Robotlar sık sık operatörleriyle iletişimlerini kaybediyor çünkü reaktör kalkanı ve mesafe kablosuz sinyalleri.Inboard eşzamanlı yerelleştirme ve haritalama (SLAM) algoritmaları, sabit ölçüm birimleri ve LiDAR ile birleşen robotun hareket ettiği gibi, SLAM’ın yolunuzu hatırlatan ve otomatik olarak geri çekilmek zorunda kaldığı gibi çevresini ayrıntılı bir şekilde değiştirmiş olması gerekir.
Dijital ikiz teknoloji, bir robotun bir reaktöre girmeden önce, mühendisler önceden tarama yapan her şeyi kullanarak ayrıntılı bir simülasyon ortamı yaratırlar.Sabalama manevraları, kumar radyasyonunun en yoğun olacağını tahmin ediyorlar ve bu da, bir robotun yüksek doz bölgelerinde harcaması ve her türlü maliyetle başarısızlık riskini azaltır. Simülasyon, otonom navigasyon ve radyasyona dayalı donanımın birleşimi, olası görevlerde en yoğun düşünülemez hale getirecek şekilde bir görev yapmış olabilir.
Robotik Kontrol ve Teleoperatif Zorluklar
Fukushima'daki robotlar eşsiz insan-robot etkileşimi kısıtlamaları içerir. Kontrol odası ve reaktör binaları arasındaki mesafe 500 metreyi aşabilir, sinyal yayılım gecikmeleri, video beslemesi için 50 milisaniyeler için gecikme gecikmeler sağlar ve operatörler sanal kolun arkadan doğru bir şekilde komuta etmesine izin verir.
Bir başka meydan okuma, kameraların buhar, toz veya su damlacıkları tarafından gizlenmiş durumda durumsal farkındalığını sürdürüyor. Fukushima robotları genellikle farklı ⁇ hassasiyetleri ile birçok kameraları taşıyabilir, ki bu eldivenleri kırmaksızın veya kırılganlık parçalarına taşımaya zorlanır.
Nükleer Robotik
Fukushima decommissioning yalnızca Japon bir çaba değildir. IRID 2013 yılında büyük Japon nükleer operatör ve üreticilerin katılımı ile kuruldu, ancak çalışmaları ABD Enerji Bakanlığı, Birleşik Krallık Nükleer Dekommisyon Otoritesi ve Avrupa araştırma laboratuvarları için işbirliğiyle tamamlandı. ABD DOE, Hanford ve Satafield temiz iş siteleri için daha yüksek oranda gelişmiştir.
Bu değişim Fukushima'da hem de ABD'de, uzaktan Kontrol Teknolojisi Geliştirme için tasarlanmış olan, uluslararası ekiplerin Daiichi'de dağıtımdan önce simüle edilmesi için test edilen tam donanımlı bir onarım sistemi gibi, nükleer sitelerde kullanılması ve ABD'de Japonya Atom Enerji Ajansı, Naraha Center'ı küresel nükleer güvenlik topluluğuna güçlendiren ortak bir bilgi birikimini işletmektedir.
Debris Retrieval'ı Yakıt Etme Yolu
Test edilen çabanın nihai hedefi, ürpertici yakıtı yeniden değerlendirmektir. TEPCO, 2024 veya 2025 yılları arasında üniteden küçük miktarda yakıt tozunun geri alınmasına yönelik olarak, operasyon IRID rehberliği altında özel olarak inşa edilmiş bir robot kolu kullanır.Bu, su geçirmez birleştiriciliği korumak için 22 metre uzunluğundaki teleskobu manipülatörün her biri tarafından şarj edilmesi için mühürlenmiş bir şekilde kapatılır.
İlk retrieval miktarları küçük olacak, belki de sadece birkaç gram olacak, ancak toplanan veriler sert, doku, radyoaktif kompozisyon ve kritik risk ölçülecektir. Bu parametreler aşağıdaki on yıl boyunca çalışacak olan tam ölçekli kaldırma sistemleri hakkında bilgi sahibi olacaktır.
TEPCO zaten bir scoop ve seramik karışımından yapılan taklitli bir komparat kullanarak kuru bir şekilde çalışır. Bu testler küçük parçalar bile hasar veren tuzaklar oluşturabilir. Sonuç olarak, retrieval kollar, bir scoop, bir rake ve bir vakum nozulları dahil olmak üzere çeşitli çöp türlerini ele geçirebilecektir.
Güvenlik İzleme ve Tehlike Azaltımı
Robotik ayrıca site stabil olan sürekli izleme ve tehlike azaltma görevleri de destekliyor. A Özerk dronelar her yıl 100.000 tonluk bir su işlemesini sağlıyor, filtre ve örneklemeyi sağlamak için robot mekanizmalarına güveniyor, insan girişinin yüksek maruz kalma riskiyle bölgelere ihtiyacı azaltır. Sistem, sürekli olarak küçük bir kartuşları taşımak için kullanıyor, her yıl 100.000 ton daha fazla işlem yapıyor.
Robotlar ve drone tarafından on yıldan fazla toplanan binlerce anket noktası, radyasyon alanlarının birincil kaynaklar olarak nasıl gelişeceğini tahmin eden makine öğrenme modellerine beklenebilir. Bu tahmin edici kapasite, doz oranlarının en düşük olduğu dönemler için kayıt yaptırmaya ve manuel işlemler sırasındaki en uygun şekilde azaltılabilmesi için planlamaya olanak sağlar. modeller, yeni yüklü izleme mesajları ile tahmini doz oranlarının kıyasla doğrulanmış doz oranlarının,% 15'i elde etmesine olanak sağlar.
Ekonomik ve Endüstri Etkisi
Fukushima için robotik yatırımlar Japonya'da ve uluslararası olarak büyüyen bir nükleer sanayiyi tohumladı. Mitsubishi Heavy Industries, Toshiba ve Hitachi, tüm bu tür robotik bölümlere sahip, Daiichi'de elde edilen teknolojilerle ilgili olarak, altyapı denetimi ve bakım için kullanılan teknolojilerle ilgili olarak, iki kullanım teknolojileri geliştirdi.
Fukushima decommissioning için genel maliyetler yaklaşık 8 trilyon yen. Robotun kurtardığı her saat boyunca, bir robotun maruz kaldığı ve insansız girişlerin maliyetinin %30'dan fazla olduğu tahmin edilmektedir.Bu, üretim ve koruyucu ekipman, ancak üretilen uzun vadeli tasarrufların maliyetinin yalnızca el yapımına kıyasla gerekli olan yüksek ilk gelişmenin maliyetinin düşük olduğu tahmin edilmektedir.
Test ve Simülasyon Olanaklar
Robotik gelişim için kritik bir olasılık, tam ölçekli test tesislerinin yaratılması olmuştur. Naraha Center for Distance Control Technology Development, 2017'de açılan, sabit binalarla taşınmak için 15 metre uzunluğundaki bir araçla aynı arayüzler halindeki sabit bir araçla aynı şekilde yapılan bir kontrol odasıdır.
Başka bir tesis, Yokohama'daki Uzak Teknoloji Geliştirme Merkezi, mühendislerden alınan gerçek radyoaktif örnekler üzerinde araçları test edebilecekleri yüksek birbay laboratuvarına ev sahipliği yapmaktadır. Bu örnekler küçüktir -tip olarak 10 gramdan daha az - ancak araç tasarımı için gerekli olan maddi özelliklerin doğrudan ölçümüne izin verirler.
Robotların Yeni Nesili
Bir operatörün enkazın tutulmasına izin veren, kırılgan malzemeleri düşürmek veya ezilmesi riskini azaltmak, Spot platformunun değiştirilmiş versiyonları gibi, radyasyon dedektörleri ve kameraları taşıyanken bir operatörün merdivenler ve engellerin silinmesine izin veren, kırılgan malzemeleri azaltmak ve küçük ayak izi izlemek için çok daha dar olan alanlara erişmelerine izin vermek için deneyen robotlar.
Yapay zeka, sensör verilerini yorumlamada daha büyük bir rol oynayacaktır. Hasarlı beton ve çelik milyonlarca görüntü üzerinde eğitilmiş bir drone, otomatik olarak endişe alanları, çatlaklar veya beklenmedik korozyon gibi, insan incelemesi için. Özerk bir görev planlama sistemleri sonunda birden fazla robotu aynı anda koordine edecek: bir kablo ve altmersible monitörler sualtı damla bölgesini kesinti bölgesine sahip bir drone, tüm koreograflar olarak kontrol odasından uzaktaki veriler üzerinde eğitilir. AI sistemleri, önceki görevlerden robot başarısızlıklarını tahmin etmek için eğitilmiştir.
Robotik arayüzlerin standartlaştırılması bir öncelik haline geldi. TEPCO ve IRID şimdi dünya çapındaki modüler tasarımlar için silah, sensörler ve hareketlilik üsleri, yeni bir göreve uyacak şekilde hızla değiş tokuş edilebilir, hasar görmüş bir robotun onarım için yerinde olmasını sağlamak için zaman harcıyor.Bu felsefe aynaları uzay robotlarında trendleri ve muhtemelen dünya çapındaki programları için standart bir tırma arayüzü haline gelecektir.
Future Nükleer Kaza Cevaplama Modeli
Fukushima'daki çalışma, bir nükleer güç programı ile her ulus tarafından inceleniyor.Başarılı ve başarısız olan robotlar 2011 yılından önce mevcut olmayan bir küresel kaynak oluşturmak için bir araya geliyor.IAEA dahil olmak üzere uluslararası kuruluşlar, Fukushima'nın uzaktan dekommissioning teknolojisine kılavuzluk dersleri dahil ediyor.
Yıkılmış bir reaktörün içinde aranmış bir girişim olarak başlayan şey, bir disipline, multi-decade mühendislik kampanyasına olgunlaşmıştır. Robotik, iç devletin tam cehaletinden, üç boyutlu haritalara kadar, tam olarak gerekli olan bir yere kadar ilerlemeyi mümkün kılar.
Fukushima decommissioning'deki robotların rolü, son yakıt enkazı parçası kaldırılır ve son yapı ortadan kalkar. Proje süresi uzun, ancak her robot misyonu daha net bir anlayış ve daha güvenli koşullar getirir.Buradaki yenilikler, dünyanın nükleer tesislerini aşacak, güvenlik ve daha öngörülebilir hale getirme niyetimizi taşıyacaktır.