六年半後,抗輻射機器人 Manbo 終於抵達福島核事故反應堆核心

2021-02-11 核電那些事

在人類的核能利用歷史上,曾發生過三場嚴重的核事故。兩場分別發生在兩極爭霸時期的美國和蘇聯,第三次則是六年前發生的日本福島核事故。雖然事故已經過去了六年半,但是政府的善後工作仍然處在初始階段。

由於地震和海嘯的破壞,核電站的三個反應堆因過熱發生堆芯熔毀,大量核燃料向外洩露,至今仍然下落不明。

幸運的是,新一代抗輻射機器人Manbo能夠避開反應堆中的危險熱點,最終它抵達了嚴重受損的三號反應堆底部,向科研人員發回了熔毀鈾燃料的視頻。這是科研人員在核電站事故發生後首次定位熔毀燃料。紐約時報駐日本記者Ko Sasaki現場探訪了福島核電站的一個反應堆,並撰寫了這篇報導。

東京電力公司發言人廣瀨大輔先生(Daisuke Hirose)在福島核電站5號反應堆內。東京電力公司通過水下機器人Manbo在被事故摧毀的3號反應堆中發現了熔化的鈾燃料。


在日本的福島第一核電站,四名工程師在一排監控器前彎下腰,其中一個人拿著一個看起來像是一個遊戲控制器的裝置。他們花了一個月的時間來訓練一個小型機器人做未來他們將要做的事情——抵達被核輻射汙染的福島核電站的中心。

2011年的福島核事故是自 1986 年車諾比核電站事故以來最嚴重的核事故,因地震和海嘯的破壞,核電站的三個反應堆因過熱發生堆芯熔毀。雖然事故發生至今已經超過六年,但裡面的輻射水平屢破紀錄,不止生人勿近,就連機器人也承受不住,多次嘗試都以失敗告終,或被碎片阻擋前路,或因遭受過度輻射而導致電路故障。但可喜的是,近日日本的研究人員開發出了新版的機器人Mini-Manbo,有一個可愛的暱稱「小太陽魚」(little sunfish),是用輻射加固材料製造的,能夠利用傳感器避開核電站反應堆建築中的危險熱點,最終抵達了嚴重受損的三號反應堆,發回了熔毀鈾燃料棒的視頻。

Manbo的尺寸只有鞋盒大小,能夠使用微小的螺旋槳在水中盤旋滑翔,類似於一架空中無人駕駛機。

經過工作人員長達三天的謹慎操作,Manbo終於到達了嚴重受損的三號反應堆內部。在那裡,Manbo傳回了一個關於反應堆底部的大洞的視頻。從視頻中可以看到,在反應堆底部的水泥地板上,有一團看起來像是凝固巖漿的東西——這就是關於福島核電站的熔毀鈾燃料的第一張照片。

Manbo是一款配備有輻射硬化材料和傳感器的水下機器人,首次亮相於日本橫須賀的一場展示。

Manbo是一款配備有輻射硬化材料和傳感器的水下機器人。之前的核電站機器人都失敗了,而它成功地繞過了大量廢墟,抵擋了超高核輻射,並準確定位了福島核電站反應堆的熔毀鈾燃料。

今年七月份在三號反應堆的發現,以及今年在定位核電站其他兩個廢棄反應堆的燃料位置上所取得的類似的成功,都標誌著這場車諾比事故後最嚴重的核災難的轉折點,這也正是日本政府官員一直以來希望看到的。

2011年3月11日,一場地震和隨之而來的海嘯摧毀了日本福島核電站的重要冷卻系統,當時正在運行的反應堆中核燃料的下落,是這場罕見災難中最持久的謎團之一。事故發生時,由於燃料溫度過高,六個反應堆中有三個熔毀了,鈾燃料棒像蠟一樣熔化成了液體,滴落到反應堆容器的底部,燃料所釋放出的熱量足以穿透鋼牆,甚至是穿透反應堆底部的混凝土地板。沒有人確切地知道,在那些絕望的核電站工作人員們向反應堆建築中注入冷水以冷卻它們之前,這些熔融燃料已經滲透到了內部的哪個區域。核燃料的輻射水平是如此之高,而它們的下落至今不明,這一切都令人非常不安。

當日本政府官員們對災難處理的善後工作終於有了信心後,他們開始定位這些失蹤的鈾燃料。這一艱巨的任務需要由機器人來承擔,然而普通機器人根本無法勝任,因為它們往往還沒有靠近核心區域就已因為遭受過度核輻射而報廢。於是,日本科學家和工程師們研發製造了像Manbo這樣的新型防輻射機器人。團隊還研發了一種類似大型X光機的成像設備,這種機器能夠通過一種叫做「Munos」的罕見空間粒子來觀察反應堆的內部結構。

目前,日本的政府官員和運行核電站的公用事業公司都希望通過已經找到熔融核燃料的事實,來扭轉公共輿論中對核電站的恐懼和厭惡情緒。在這場一度幾乎危及東京的核輻射洩漏事故發生六年半後,日本官員們希望能向媒體和仍然沉浸在恐慌之中的大眾證明,核電站已經從災難後的危機模式中脫離出來了,政府和公司已經開始採取安全有效的清理措施。

直到今天,我們才知道當年熔融的核燃料到底在哪裡,也才知道它們現在是什麼樣子的。

核電站運營商、東京電力公司核電部門的總經理木本貴宏先生(Takahiro Kimoto)說。

既然我們現在已經能夠定位並觀察燃料,我們就可以進一步計劃回收它們了。

東京電力公司更喜歡將核電站描述為一個大型「工業清理」現場。目前,每天大約有7000人在這裡工作,他們的任務包括建造新的儲水罐、將放射性碎片轉移到一個新的處理地點,以及在反應堆建築上架設巨大的腳手架,這些建築曾一度在事故中因氫氣爆炸而分崩離析。

如今,訪客們進入福島核電站參觀比一年前要輕鬆很多,不過他們還是得換上特殊的防護服。除了最危險的區域之外,工作人員和遊客都可以自由地在核電站內部行走。東京電力公司的一名引導人員解釋說,這是因為汙染核心區域已經拆除一切建築,並被徹底隔離開來,所有受核汙染的土壤都被密封了。

福島核電站一號反應堆,其頂部在2011年3月11日的事故中被摧毀。

在記者最近的一次採訪中,儘管個人在核電站的行動範圍仍然受到嚴格限制,每個人都被要求隨身佩戴核輻射測量表,但是工廠裡的氛圍明顯比以往更加輕鬆自在了。在休息區域,工作人員們甚至可以在一個大型自助餐廳中享用從便利店裡買來的便當和零食。

在工廠的入口處,一個牌子上寫著:

我們已經完成了事故殘骸的清理工作,一切基本上都在掌控之中。

負責拆除核電站的東京電力公司發言人廣瀨大輔先生說。

今年9月,日本首相辦公室將2021年——也就是災難的10周年紀念日——確定為核事故清理工作進入下一重要階段的目標日期,屆時工作人員們將從三個被摧毀的反應堆中的某一個著手,提取其中熔毀的鈾燃料,儘管目前他們還沒有確定到時候要從哪一個反應堆開始。

日本政府承認,徹底清理核島福電站至少需要三十到四十年,並耗費數百億美元的巨額資金。為此,日本政府還專門在核電站附近建造了一個造價高達幾億美元的研究中心,幫助科學家和工程師們開發新一代的防輻射機器人,以進入受損反應堆建築的深處展開清理工作。

在1986年發生在前蘇聯車諾比的核電站事故中,處理人員只是簡單地將燒毀的反應堆埋入混凝土當中,而沒有採取進一步的清理和隔離措施。與此不同的是,日本政府已向公眾承諾要拆除福島核電站,並對周圍的廣大鄉村地區進行全面淨化——在事故發生前,這裡曾一度是16萬居民的家園。背井離鄉的難民們中有不少人已經被允許返回故土,因為核電站周圍的農村和城鎮已經被清理乾淨了。但日本政府官員們不得不承認,如果不對核電站進行進一步的處理,他們將很難讓公眾相信,這場事故在真正意義上結束了。

政府官員們還希望通過展開清理工作來幫助核電站事業重新獲得公眾的認可,從而重新啟動一系列其他未受損的核電站——日本國境內大部分核電站在災難發生後關閉至今。

在處理福島核電站事故的過程中,東京電力公司和日本政府一直謹慎行事,以避免引發二次災難。「他們的工作非常有條有理——有些人可能會說,這太慢了——他們小心翼翼地避免任何失誤或令人不快的意外。」憂思科學家聯盟(Union of Concerned Scientists)的核安全項目主管戴維·洛赫鮑姆這樣評價,「他們希望重獲公眾的信任。他們已經認識到,信任的恢復比損失的速度要慢得多。」

東京電力公司的發言人廣瀨大輔先生引導我進入了未損壞的5號反應堆的建築內部,該反應堆的結構與其他三個被嚴重摧毀的反應堆是一樣的。

廣瀨先生指著一個狹窄的入口坡道告訴我,那裡有兩個機器人,其中一個看起來像一隻蠍子。這個不幸的蠍子機器人在今年二月份被廢墟裡的殘骸纏住了。在工程師們把它解救出來之前,它的監控屏幕已經變成黑色了,因為其內部電子部件遭到了核輻射的嚴重破壞。事後的報導表明,當時機器人周圍核輻射達到了每小時70西韋特的驚人水平,而一個西韋特的輻射量就足以引起人體的輻射病變。

楢葉町遠程技術開發中心,工程師們正在測試一款新研發的清理機器人。

廣瀨先生引領我來到了反應堆下一個被稱作「基座」的地方。反應堆的底部看起來像一堆巨大螺栓的集合——事實上它是反應控制杆的接入點,能夠加速或減緩一個正常運營反應堆內部的核反應。基座看起來像一個閃閃發光的金屬格柵,整個建築物的混凝土地板在下面清晰可見。

加熱到一定程度的核燃料會從這裡掉下來,在這個格柵裡熔化。

廣瀨先生向我介紹道。我們蹲下來以避免不小心撞到頭頂的各種建築。反應堆底部周圍的整個區域都是黑暗的,充斥著各種複雜的管道和機械。

廣瀨大輔正在進入未受損的五號反應堆的底部

廣瀨說,為了避免被廢墟阻擋或者被碎片糾纏,Manbo機器人花了3天時間抵達事故中嚴重受損的3號反應堆單元的底部。

除了Manbo之外,工程師們還建造了一個名叫「蛇」的機器人,用以檢查其他兩個嚴重受損的反應堆,「蛇」可以穿過反應堆內部的殘骸,而它身上攜帶的介子成像設備可以穿透大多數阻擋物體。目前,這套介子成像裝置已經向工作人員傳輸了一些模糊的反應堆內部圖像。

總而言之,福島核電站受損反應堆的殘餘核燃料清理工作將呈現出前所未有的技術挑戰和安全風險。

目前,工程師們正在附近的楢葉町技術開發中心研發新一代抗輻射機器人。該研發中心擁有一個機庫大小的倉庫,專門用以容納福島核電站的等比例模型。研發中心還擁有一套虛擬實境裝備,用以模擬受損反應堆建築的內部情況,包括定位已知殘骸和燃料的位置。

楢葉町技術開發中心正在進行的其他研究項目

我已經當了30年的機器人工程師,但從來沒有遇到過像這樣困難的任務。

楢葉町技術開發中心的研究發展主管川妻真司(Shinji Kawatsuma)先生這樣說。

對於我們研發中心的工程師而言,這是一項艱難而神聖的使命。

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