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betway必威官网手机版Toshiba花费崭新探测型机器人

来源:http://www.abirdfarm.com 作者:betway必威官网手机版 时间:2019-12-26 09:19

(译 / 红猪)任务前的那晚,松崎健二(Kenji Matsuzaki)一直睡不着。

近日,有关日本福岛第一核电站2号机组安全壳内部测算出超高辐射值的新闻引发关注,公众再次对福岛核泄漏事故可能造成的危险产生担忧。那么,这种担忧是否必要?在核泄露事故发生近6年后,福岛核电站究竟还有多危险?

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2011年的地震和海啸在日本最大福岛核电站引发了毁灭性灾难,核辐射的清理工作需要几十年才能完成。然而人力有时而穷,这就需要无数机器人“献身”。

过去一年多里,松崎一直在和一支工程师团队开发一部小型机器人,它只有一片面包大,红白相间的机身上装了五只螺旋桨,顶部是透明的半圆,前后都有摄像机,全身上下还分布着好几只照明灯和传感器。这部机器人绰号“小翻车鱼”(Little Sunfish),设计意图是在水下的全黑环境中顶着强烈的辐射工作。经过三个月的测试、训练和调整,开发者认为它已经可以执行任务了:它将进入福岛第一核电站,找到堆芯熔毁后失踪的放射性燃料,并拍下照片。

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东芝公司近日宣布,其设计并开发了用于进入福岛灾后受损2号核反应堆调查的全新探测型机器人。东芝将在这次机器人任务中判断核废料淤积的物理条件,比如它们是否适合被抓取。28日,日本东芝能源系统公司展示了,用于确认在东京电力公司福岛第一核电站2号机组反应堆安全壳内,或能移动熔落核燃料的装置。

在探测任务进行的前一天晚上,松崎健二无法入眠。在过去一年多的时间里,他所在的工程师团队始终在开发一种小机器人——一小太阳鱼。这种机器人与面包圈大小相当,颜色红白相间,配备有五个螺旋桨、一个透明的圆顶、前置和后置摄像头以及大量传感器。小太阳鱼机器人被设计在强烈的核辐射、完全黑暗或水下环境中作业。经过三个月的测试、训练和微调,研究人员认为它已准备好完成自己的使命,即在福岛第一核电站三座堆芯融化的核反应堆中找到失踪放射性燃料,并拍摄照片。

betway必威官网手机版 3在东芝的研究所里,工程师们注视着一个池子(左图)。小翻车鱼(右图)这样的机器人在进入核反应堆之前,要在这样的池子里进行测试。图片来源:SPENCER LOWELL

“超高辐射”怎么回事

此次核废料解除工作对于核电站整体除役进程至关重要,2011受东日本海啸影响的福岛核电站熔断辐射泄露事故影响深远,受损核反应堆的除役工作需要花费十年才能完成。东芝作为参与除役进程的数家公司之一,开发了多款机器人参与评估调查工作。

2011年的地震和海啸袭击了日本东北部,并将福岛核设施及其周边地区变成放射性废墟,至今已经过去很多年了。在这段时间里,没有人能够确定三个堆芯熔毁的核反应堆里数百吨核燃料的具体去向。这些铀燃料由于过热而变成了岩浆状,并烧穿了钢质容器泄露出去。我们只知道这么多,在那之后发生了什么却一无所知。所有核燃料都从反应堆里流出来了吗,还是有些依然留在里面?它们是堆成一堆,摊在水坑里,还是飞溅到墙上?如果不知道这些问题的答案,几乎就不可能想出清理它们的计划。

2011年的地震和海啸重创了日本东北部,也将福岛电站震成了一片辐射废墟。当时有三座反应堆堆芯熔毁,几百吨核燃料下落不明,直到今天也没人能确定它们在哪。我们唯一知道的是,这些铀燃料因为温度过高化作了液体,熔穿了钢质容器,至于在那之后发生了什么,就要打一个大大的问号了。它们是全都流到反应堆外了,还是仍有一些在里面?它们是堆成了一摞,铺成了一摊,还是溅到了墙上?在知道这些问题的答案之前,要制定燃料清理方案几乎是不可能的。然而又不能不清理。现在,每天都有多达165吨的地下水渗入反应堆,并被辐射污染。而且此地随时可能再发生一次地震或其他灾难,届时反应堆将再度破裂,辐射物也将溅入空气或海洋,甚至将两者一并污染。

东京电力公司日前宣布,他们最新推算的福岛第一核电站2号机组安全壳内部最大辐射值高达每小时650希沃特。人暴露在这种环境中几十秒即可致死,就连东电公司调查用的机器人在进入安全壳后都故障连连。

据报道,该装置能够利用前端的2根“手指”,抓住体积小的物体。东电2月将利用这个装置,首次接触堆积在安全壳底部的小石块状和粘土状燃料碎片,摸索能否将其取出。

▲图1:在东芝的研究设施内,工程师们正看着水池这样的机器人在被部署到核反应堆中之前,首先要在这里进行测试?

人类无法进入福岛反应堆的核心去寻找失踪的燃料,否则就会因为吸收大剂量辐射而丧命。这项工作只能交给机器人来完成。问题是此前并没有机器人执行过这样的任务。很多试过的机器人都失败了:它们有的被碎片绊倒,有的被近一米厚的混凝土墙挡住了无线信号,还有的被辐射搞乱了微处理器和摄像元件。现在当务之急是造出一部有去有回的机器,不能像之前派去的那些一样变成反应堆里的一具具机器尸。任务落在了松崎健二的肩上,这个眼神害羞的41岁男人是东芝公司核技术分部的高级科学家。

2012年,东电公司曾在一次调查中测得2号机组内最大辐射值为每小时73希沃特,而这次测出值是那时的近9倍。不过经记者了解,这既不意味着核泄漏状况恶化导致放射性物质激增,也不是又有什么隐瞒事实被揭露,核电站周围的辐射监测值也没有显着变化,只能说东电通过机器人对2号机组安全壳内部核残渣的分布状况有新的了解。

该装置全长约30厘米、宽约10厘米,重约1千克。搭载摄像头、照明器材、辐射测量仪、温度计。它被安装在导管的前端,从安全壳的贯通部位插入其内部。其“手指”像夹子一样能开合,最重可提起约2千克的物体。2月的调查将确认燃料碎片的硬度等特性,但不会将其带出。

而处理这些核燃料已经成为当务之急,每天都有多达165吨的地下水渗入反应堆中,并受到辐射污染。而且有可能再次发生地震或其他灾难事件,导致反应堆再次破裂,促使辐射泄漏到空气、海洋中。人类无法进入福岛核反应堆的核心区去寻找丢失的燃料,因为我们无法忍受致命剂量辐射的威胁。为此,这项工作必须由机器人来完成。

betway必威官网手机版 4松崎健二,小翻车鱼计划首席科学家。图片来源:SPENCER LOWELL

2011年“3·11大地震”引发核泄漏事故后,福岛第一核电站1至3号机组全部堆芯熔化,即反应堆内压力容器中的核燃料棒失去冷却后,迅速升至极高温度而熔毁,并从压力容器底部泄漏到外面一层安全壳的底部。

这次最新公布的机器人旨在对受损严重的2号核反应堆进行调查,帮助评估该反应堆熔断核废料拆除工作所需的技术和设备。最新的机器人长度为30.48cm,会通过10.9米长的管道送入核反应堆的主容器壳中,机器人将会触底并使用钳状设备抓取核废料淤积物,除此之外该机器人还配备摄像头,照明设备,辐射剂量仪和温度计。

不过,此前从来没有机器人完成过这样的任务。许多机器人已经尝试过,但都以失败告终。它们有时候会被碎片绊倒,厚厚的混凝土墙也会影响它们的无线信号传输,辐射甚至污染了它们的微处理器和摄像头组件。最终,这项任务落在了松崎健二的身上。松崎健二现年41岁,是东芝旗下核技术部门的资深科学家。他正帮助建造一台有用的机器,它不会像其他机器人前辈那样成为探测核反应堆而牺牲的“尸体”。

肩负重任的小翻车鱼

花了两天工夫才把小翻车鱼及支持装备放进那座巨大的混凝土厂房,受损的反应堆就在里面。四支不同的团队轮流为小翻车鱼安装了控制面板、电缆卷轴和运行所需的其他设备。就算穿着全套防护连身服,每队工人也只能在厂房里逗留几分钟,他们就着便携式电灯,在一片密密麻麻的机械、管道和狭窄过道中工作着。当一支团队吸收了当天允许的最大辐射量时,就必须把工作移交给另一支团队。

betway必威官网手机版 5福岛第一核电站,工作人员正在测量水罐中的地下水遭受的辐射。图片来源:SPENCER LOWELL

松崎本人就曾两次突入厂房,为小翻车鱼做最后的调试。在夏日的热气中,裹在面罩和连身服内的他汗流浃背,每当身上的便携式检测仪发出“滴滴”声,他就感到一阵紧张——这说明又到了当天可允许的辐射量。

小翻车鱼计划到里面工作三天,既要绘出残骸分布,也要寻找遗失燃料的下落。松崎会在约457米外的一间控制室内监督这个过程。他的身边将有六名高层官员,有的来自他的东家东芝公司,还有的来自这座核电站的业主、公用事业巨头东京电力。无论成功失败,结果都会每天向全世界广播。

除了解除眼前的危险,清理福岛电站还有一个关键目的,那就是重塑日本能源产业的形象。日本在福岛灾难之后尽数关闭了国内的几十座核电站,而在那之前,它们为日本供应了大约27%的电力。为了填补这个缺口,日本不得不大量进口昂贵的化石燃料。到今天,虽然有少数几座核电站经过几年的安全升级之后获准重新运行,但福岛事故已经使核电业丧失了大量公众的支持。民调始终显示大部分民众反对核电站。有两位前首相、包括灾难当时正在执政的那一位,都已经改变了原先的支持立场,转而呼吁淘汰核电了。

这场灾难也沉重打击了全球核能产业:核能因为不像化石燃料那样释放二氧化碳,之前已经赢得了许多赞赏,就连一些环保人士都对它抱有好感。但在福岛熔毁之后,德国却宣布将逐步关闭核电站,直至完全淘汰,越南也取消了开建反应堆的计划。眼下整个产业备受责难,任谁提议新建反应堆都必须回答这个问题:你怎么保证这不会成为下一个福岛?

betway必威官网手机版 6福岛第一核电站内的冰墙控制室。图片来源:SPENCER LOWELL

在这样的形势下,松崎在任务开始前自然倍感压力。“我这几天老做恶梦,梦见我们失败了。”他向上司筑城明(Akira Tsuyuki)坦白。筑城回答:“我也是。”2017年7月18日深夜,离任务开始只有几个小时了,松崎却还睁眼躺着,他怀疑自己这支团队的技术够不够应付福岛。

起初,东电公司隐瞒堆芯熔化的事实,称反应堆“堆芯损伤”,直到事故发生两个月后才首次承认堆芯熔化;而如果按“堆芯损伤比例超过5%即为堆芯熔化”的公司内部手册标准,那么在2011年3月14日就应宣布堆芯熔化。

据分析,2号机组发生堆芯熔化之后,可能有大部分燃料碎片残留在反应堆压力容器内,也有部分穿透压力容器落入了安全壳底部。

仅仅是把小太阳鱼机器人及其支持装置送入巨大的混凝土建筑内就用了两天时间。四个独立的团队轮流设置控制面板、电缆卷筒和机器人需要的其他设备。即使是穿着全套防护服,每组工作人员也只能在建筑物内呆上几分钟,在便携式照明设备的帮助下,在机器、管道和人行道的“灌木丛”中穿梭。

清理福岛为什么这么难?

2011年3月11日的那场地震是日本有史以来最大的一场,这个9级怪物摧毁了日本东北海岸,它引发的一系列海啸冲进内陆,造成了近1.6万人死亡。海啸还切断了福岛第一核电站的电源,关闭了水泵,造成冷却水不再送入反应堆芯循环。在接下去的几天里,虽然东电的工程师们打着手电试图控制局面,但是电站的六座反应堆中,一号、二号和三号机组三座都熔毁了。破坏产生的气体发生爆炸,将一束束放射性微粒如碘、铯和钚抛进了大气。政府下令半径19公里内的人员一律撤退,最终造成了大约16.5万人流离失所。

照日本政府官员原来的估计,要打扫电站、清除周边地区污染、赔偿受害者损失,总共大约需要40年时光、500亿美元。然而到2016年12月,他们又将这笔开支上调了三倍多,变成了1880亿。据彭博社报道,时任日本经济产业大臣的世耕弘成(Hiroshige Seko)向记者表示:“我们从未经历过像福岛这样严重的灾难。以目前所知的有限知识,很难预测事情会怎么发展。”

福岛的清理项目在规模和复杂程度上要远远超过此前世界上最严重的那些核灾难。切尔诺贝利电站被实打实地掩盖了,苏联人用钢筋混凝土将它一裹了事。三里岛和福岛相比规模太小:熔毁的反应堆只有一座,也没有核燃料外逸。监督三里岛清理工程的美国人莱克·巴雷特(Lake Barrett)表示:“福岛的严重程度比三里岛高了几个量级。”2013年,他受聘成为了东电公司和日本政府的顾问。

东电公司的隐瞒行为引起日本国民和国际社会强烈谴责。调查东电隐瞒堆芯熔化等问题的第三方检证委员会去年6月发布报告称,时任东电社长清水正孝指示不要使用“堆芯熔化”一词,还推断清水正孝接到了日本首相官邸的指示。但时任首相菅直人和官房长官枝野幸男都强烈否认与此有关。

东电2018年1月向安全壳内放入同样的导管,拍摄了整个底部或为燃料碎片的堆积物。按计划,2019年度将敲定最初取出燃料碎片的机组和作业方法,2021年启动取出作业。

当一个团队达到每日最大辐射剂量时,就会被其他团队取代。松崎健二本人曾亲自进入里面做了两次尝试,对小太阳鱼机器人进行最后的调试。在夏天的高温条件下,面罩下和防护服内汗流不止。每当便携式显示器上显示,他已经达到每天能够忍受的最大辐射剂量时,他的神经都会随之跳动。

对机器人,福岛也是危险地区

福岛熔毁之后,近16.5万人被迫撤离电站周围以逃避核辐射。如今,虽然经过了广泛清扫,却仍有5万人不能回家。

betway必威官网手机版 7福岛地区示意图。图片来源:wired.com

在堆芯刚刚熔毁后的混乱几周里,反应堆内部辐射强烈,任何人都无法在里面工作。东电手忙脚乱地派遣机器人进去评估并阻止损坏。他们使用了iRobot公司的履带机器人、霍尼韦尔的无人机以及日本东北大学的一部救灾试验机。这些机器在布满碎石的反应堆内侦测辐射强度。还有一部经过了改装的遥控混凝土泵车,能用可伸缩喷口将水流射进反应堆,使几间过热的反应仓冷却并稳定下来。

接下来又过去了几个月,乃至几年,福岛成了各种机器人技术的交易市场和实验站,这些机器人越来越先进,都设计成可在危险环境中工作。遥控的前端装载机、反铲挖掘机和其他重型设备纷纷投入现场,将辐射残骸打碎并装上遥控的自卸卡车。一部四足行走机器人勘察了反应堆厂房。携带3D扫描仪的机器人也被派进去搜集图像,绘出辐射强度分布。还有水下机器人去勘察了存放废弃燃料棒的水池,并拍摄了照片。

但这些机器人还没有一个能突入反应堆的核心区域。

2013年8月,日本政府联合了几家公共事业公司和私人企业,开始共同为最棘手的环境开发专用机器人,三菱、日立和东芝都参与了。这个新成立的“国际核退研究所”(International Research Institute for Nuclear Decommissioning)开发了大约20台机器,都已经部署到了核电站中。其中包括一部蛇形机器,它通过一个狭窄的入口进入一号机组,然后弯曲成较为稳固的U形继续探索。还有一部“蝎子”机器,由履带驱动,高高翘起的尾巴上装着一部摄像机,它被派进了二号机组。日本政府还拨出1亿美元,在电站附近成立了一家先进的研发中心,机器人操作工在其中的一个巨型3D全息舞台用反应堆的数字模型操练,也用真实大小的模拟物品演习。

betway必威官网手机版 8离核电站不远,在政府投资1亿美元新建的研发中心内,一部机器人正在接受测试。图片来源:SPENCER LOWELL

虽然有政府的巨额投入,许多新型机器人还是无法在反应堆内完成任务。其中有一台是进去给蝎子开路的,却在辐射作用下关闭了摄像头。等蝎子自己进去时,又被掉到地上的残骸绊倒了。蛇形机器的第一版卡在了里面,第二版表现好些,但也没有找到熔化的燃料。“那里是一片未知环境,要设计出一个能够工作的机器人是很难的。”政府第一批求助的机器人学家、东京大学教授浅间一(Hajime Asama)说道,“在派机器人进去之前,我们不知道里面是什么情况,在派机器人进去之后,我们又没法再改装它们。”

松崎健二在东芝的核技术部门工作超过十年,因此2016年5月,当公司把他分进一支团队去开发机器人探索福岛三号机组时,他已经对这座核电站的基本结构相当熟悉了。电站有六座反应堆,全是沸水反应堆,这是20世纪60年代晚期到70年代早期的设计,包括美国在内的世界各地都有同类产品。它们将循环的水流注入温度极高的堆芯,再利用产生的蒸汽推动涡轮发电机发电。每座反应堆内都有三层容器,像俄罗斯套娃一般层层嵌套。其中最小的是一座钢质容器,长度约等于一片网球场,称为“反应堆压力容器”,这正是核裂变反应发生的地方,反应的燃料是烧制成瓷块的二氧化铀。压力容器的外面是内层安全壳,这是一座钢筋混凝土建筑,造型如同一只巨大电灯泡,它的功能是挡住任何意外泄漏的辐射。安全壳再外面就是反应堆厂房了,这是一个由钢筋混凝土铸成的长方形,对辐射只有最低限度的防护。

betway必威官网手机版 9核电站结构图:①反应堆厂房(reactor building):这是一座庞大的钢筋混凝土建筑,是阻止辐射逃逸到外部世界的最后一道防线。②内层安全壳(primary containment vessel):一间由钢筋混凝土建造的气密室。③反应堆压力容器(reactor pressure vessel):一座厚壁钢质容器,里面盛放着驱动核反应堆的铀燃料。④控制棒驱动机构:一种机械系统,使用几根细棒来加快或减慢核裂变反应的速度。它们的工作原理是吸收引发链式反应的游离中子。⑤底座:一块圆形的混凝土结构,用来盛放反应堆。工人可以从它内部进入控制棒驱动机构。图片来源:wired.com

穿上防护服的技术员可以在反应堆厂房内工作一小段时间,但是他们不能进入辐射强烈得多的安全壳,而那里可以找到至少一部分燃料。要建造一部能进入安全壳并在里面工作的机器人,就要克服几个特殊的困难。首先,进入安全壳的唯一途径是一道圆形维修门,它位于反应堆厂房地板上方约2.4米处,直径仅14厘米,因此机器人必须做得很小。其次,由于安全壳内已经泵满了冷却用水,这部机器人还要会游泳。第三,由于积水和厚墙会阻拦无线信号,这部会游泳的小机器人的动力必须足够强大才行,这样它才能拖着大概59米的电缆在水下移动。

工程师们在东芝公司的实验室和政府运营的港口和机场研究所(Port and Airport Research Institute)里的一个巨型模拟舱内开展了几个月的研究、实验和测试,目的就是在这部小小的机器人体内集成上述全部性能。松崎团队试验了几套螺旋桨、摄像机和传感器的组合,他们提高了螺旋桨马达的功率,开发了一种新型外皮使电缆能更顺畅的移动,他们还确保了整套装置能抵御强烈的辐射。

betway必威官网手机版 10位于楢叶远程技术开发中心(Naraha Remote Technology Development Center)的模拟设施。图片来源:SPENCER LOWELL

东电为何敢于瞒报堆芯熔化仍是个谜。日本媒体认为,这可能是日本政府为了避免引起更大恐慌。不过,这段隐瞒真相的历史使东电丧失了公众信任,以至于最近它发布安全壳内辐射水平的信息反而引发一些新担忧。

该机器人已有一系列能够评估探测二号核反应堆的工具,基于此前多次探测收集的数据分析,该机器人将帮助决定核废料拆除工作所必须的设备。一个潜在的问题是团队或发现核废料淤积可能不得不割断才能抓取,这将帮助官方决定清除工作将需要何种装置。

所有努力都是为了让小太阳鱼机器人花三天时间绘制核反应堆残骸中的地图,以寻找失踪核燃料的踪迹。松崎健二将在大约500米外的控制室监测其进展,旁边是来自其雇主——东芝和东京电力公司的六位高管。东京电力公司是这家核电站的所有者。松崎健二的成功将每天向全世界直播。

小翻车鱼,出战!

2017年7月18日午夜,松崎的闹钟在旅馆内响起,马上就是小翻车鱼计划第一次攻入反应堆的日子了。松崎和他的团队暂住在磐城,那是离事故地点最近的带有旅馆的城市,开车往北约一个小时就能到达电站。他们之所以在黑暗的夜色中开始一天,是因为这样才有充足的时间开到电站、穿上防护服、并在行动开始前再举行一轮会议。早起会为他们赢得大约八小时的时间,到了中午,反应堆厂房里就太热了,监测机器人的技术员是无法工作的。

大约凌晨4点30分,一队东芝的技术员穿上全套防护服冲进了反应堆厂房。他们快步走到安全壳的外墙前,沿着一道梯子爬到开口的位置,小翻车鱼和配件已经预先在那里安放好了。他们打开开口的阀门,然后将一根沉甸甸的导管推了进去,它的末端就是小翻车鱼。他们缓慢而小心地调整导管的角度,直到机器人滑进了下面的水里。

里面一片漆黑。在控制室的显示屏上,松崎和同事通过电缆操纵着小翻车鱼,他们能看见的只有小翻车鱼的灯光在前方的浑水中照出的一条狭长光带。技术员们坐在一张长桌子旁边,其中的一个正用一只游戏手柄似的控制器“驾驶”小翻车鱼。另一个负责收回或放出电缆,以确保它随时张紧,不会随着机器人的游动而纠缠打结。还有一个正竭力根据安全壳的三维软件模型推测机器人的位置。松崎监督着三人的工作,他尽量不去在意自己身后的那一排公司高管。

betway必威官网手机版 11小翻车鱼要会游泳(右图),要能爬进安全壳上的狭小开口(左上),还要攻克使更早的机器人“蝎子”(左下)受阻的难关。图片来源:SPENCER LOWELL

下水第一天,小翻车鱼大部分时间都在侦查。安全壳内的受损情况比预期还要严重。地板上到处是无法辨认的卵石大小的残骸,还有一件件损毁严重的设备。只是看不见燃料的影子。经过八小时的搜索,技术员将小翻车鱼拖回了水面。第二天他们给它放假一天,自己则讨论发现成果,并规划了接下去的几步行动。

第三天早晨,他们又派小翻车鱼潜进了水里。技术员们缓慢而小心地驾驶着它,但是那几只强大的螺旋桨时不时卷起沉积物、遮挡视线,他们只好停下来等水变清。经过几个小时的操纵,正午的死线悄悄逼近,松崎暗暗紧张了起来。就在这时,显示屏上忽然出现了惊人的图像。

“这是什么?”松崎问道。

大家一下子七嘴八舌地说起话来,人人都指着屏幕上的那样东西:朦胧间,只看见反应堆压力容器的底部戳出了几根钟乳石状的物件,正像蜡烛一般滴下液体——发现失踪燃料的下落了

他们控制着小翻车鱼在周边巡游了几圈,尽量多拍了几帧画面,然后将它拖出水面。当松崎宣布任务完成时,控制室里爆发出了一阵掌声。

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除了迫在眉睫的危险之外,清理福岛核电站仍然是修复日本能源产业形象的关键。在灾难发生后,日本关闭了数十座核电站,尽管这些核电站提供了该国27%的电力供应。为了弥补电力供应缺口,日本不得不大量增加昂贵化石燃料的进口。在经过几年的安全升级之后,有些核电站已经被允许重新启动,但福岛核危机却让该行业付出了巨大代价。民意调查一致表明,大多数公众反对核能发电。日本两名前首相也已经改变态度,从支持核电转向呼吁根除核电。

福岛的现状与下一步

福岛第一核电站是一处庞大的综合设施,总面积约有3.5平方千米,事到如今,它的许多部分其实已经比你想的要安全多了。这里的大多数区域已经消除了辐射,走进去时不必再穿上全套防护服。负责净化工作的5000多名工人砍倒了几百株曾为这里带来生气的樱花树,他们还铲掉了开阔土地上的绿草,铺上水泥,并对厂房一一擦洗。他们在海岸附近的海床上铺了一层黏土,用来封锁灾后渗入海泥的铯元素。他们还用一台巨大的特制燃料处理机从四号机组中移除了几百根用尽的铀燃料棒,这座反应堆也在事故中爆炸受损,只是没有熔毁。

betway必威官网手机版 13一号机组汽轮机房外观。图片来源:SPENCER LOWELL

不过,2017年12月我和东电的美国顾问莱克·巴雷特一起访问福岛电站时,我们还是必须先戴上手套、护目镜、手术口罩,并穿上三双袜子、在鞋子外面套上塑料靴,每个人还要配一部便携式辐射探测器,然后才能获准进入设施。

巴雷特今年72岁,他高大健壮,精力旺盛得令人吃惊。我是在东京郊外的成田机场第一次和他见面的,当时他刚从家乡佛罗里达飞行了20个钟头到达此地,却连一杯咖啡都不喝就径直和我钻进了一辆轿车,从成田开到福岛县的车程是两个小时,他一路上都在兴高采烈地说话。

巴雷特说,当他刚刚听到关于福岛灾难的新闻时,他“并没往心里去”,因为“媒体对核电站总有许多大惊小怪的报道”。但接着他就看见了一号机组爆炸的照片。“我心说:‘糟了!这下事情不妙了。’我知道他们的麻烦大了。”当日本人打来电话求助时,他一点也没犹豫。“我觉得责无旁贷,”他说,“日本是唯一在三里岛事故中帮过我们的国家,我们欠他们的人情。”

我和巴雷特爬上了一座小丘,这里曾经绿草如茵,现在却被混凝土包裹。站在丘顶,我们俯瞰着那三座笨重的厂房,再远处就是湛蓝的冬日天空和太平洋。橘色和白色相间的遥控吊车在厂房上弯腰劳作着,就像一群恭敬的金属长颈鹿。这些厂房就是反应堆的所在,是灾区棘手的核心地带,也是机器人必须攻破的辐射堡垒。

betway必威官网手机版 14一号、二号机组外观,它们是福岛第一核电站六座反应堆中的两座。图片来源:SPENCER LOWELL

三座厂房各自出了一道独特的难题。每一座的受损程度和受损类型都不相同,淹没地基的水的深度也不相同。当然了,每座厂房的中心都有一大堆熔化的燃料,它们很可能已经沿着不同的方向流到了不同的地方。

离这三座反应堆不到0.8公里的地方坐落着五号机组。海啸来袭时另外三座反应堆正好在关闭检修,五号机组就是其中的一座。由于它几乎没受损伤就逃过了一劫,内部结构也和受损的几座反应堆几乎相同,东电的工程师把它作为了演习场所来规划机器人任务。五号机组内分布着迷宫般复杂的机器、管道、电缆和狭窄走道。“由此可以看出,要操纵机器人在这样的环境中作业是多么困难。”巴雷特说。

betway必威官网手机版 15五号机组内部的管道。图片来源:SPENCER LOWELL

我们进入五号机组,沿着曲折的道路找到了安全壳。“小翻车鱼就是从这个地方进去的。”他指着安全壳上一个不起眼的圆形开口说道。

我们又进入安全壳,穿过一道狭窄的门户,来到了反应堆压力容器下方的一间仓室里。容器的下方分着一簇簇控制棒,我们必须伏低身子才能不撞到脑袋。巴雷特指着那些关键的区域和部件,一个个地为我介绍那些关于熔毁机组内部燃料情况的理论。“谁都不知道熔化的液体是垂直向下堆成了一堆,还是流到了侧面。”他说,“炽热熔化的燃料可能掉进了水里,造成蒸汽爆炸,现在已经飞得到处都是了。”

因为小翻车鱼的功劳,东电已经对三号机组的内部情况有了一些把握。小翻车鱼拍下的照片显示,反应堆压力容器底部的控制棒结构已经分解。熔化的燃料和熔化的金属混在一起,从它们制造的开口滴下,视频里看见的钟乳石状物体大概就是这样形成的。火山熔岩一般的混合物烧穿了反应堆压力容器下方的一块钢质格栅,也烧坏了一部用来插入控制棒的冰箱大小的机器,有一部分液体还滴到了安全壳的地板上。安全壳的墙壁上似乎也溅了几团燃料。

但未知的事情依然很多。说到底,“我们到底从小翻车鱼任务中了解了什么?”巴雷特自问自答说,“我们跨出的是一小步,不是一大步。我们是离答案越来越近了,但前面的路还很长很长。”眼下东电正继续努力在反应堆内部侦查。今年一月,一部探测机器人用一部连在长杆上的遥控摄像机,首次在二号机组内拍摄到了疑似的熔化燃料。他们或许会再执行一次翻车鱼任务,不过使用的不会是在三号机组内发现燃料的那一部机器人了——虽然小翻车鱼从反应堆里全身而退,但它毕竟吸收了高浓度的危险辐射。东电的工程师们把它锁进一只钢桶,和电站里的其他辐射废料一起埋进了地里。

 小翻车鱼的发现虽然有限而不精准,但它毕竟推进了事情的进展。工程师们正在考虑制作下一代机器人,让它们去执行所有任务中最复杂的一项:把熔化的燃料取出来。

第一道难关是如何让机器人接近目标。巴雷特指出:“那里面空间狭窄,还塞满了好几吨重的大型设备。要想进去,就得先把它们割成碎片并拖出来才行。”目前受到推崇的一个方案是造一根约6米长的巨大机械臂,让它沿着轨道开进反应堆厂房,然后伸进反应堆压力容器把燃料舀出来。另一个方案是送一部装有履带的机器人进去,它的体积相当于一只小冰箱,并自带切割和抓取工具,用来清理碎片。还有一部机器人负责将碎石装进容器,锁好,并放到传送带上运到外面。

无论哪种方案都需要几年的开发时间;无论哪种都有失败的可能。东电已经决定了要在2021年开始清除燃料碎片。那么整个福岛的清理需要多长时间呢?我带着这个问题请教了国际核退研究所的高级经理奥住直明(Naoaki Okuzumi)。“你问住我了。”他说,“这个谁也说不清楚。毕竟人类历史上还没有人有过这种经验。政府说要三、四十年,我觉得他们还是太乐观了。”  

betway必威官网手机版 16在福岛电站内部,每只蓝色柜子里都放了100只便携式辐射探测器。图片来源:SPENCER LOWELL

还能去日本旅游吗

这场灾难也对全球核工业造成了沉重打击。此前,全球核工业已经获得了许多环保人士的青睐,因为它是化石燃料的一种无碳替代品。但在灾难发生后,德国宣布将逐步淘汰核电,越南放弃了新建核反应堆的计划,整个行业都陷入了被动之中。现在提议建造核反应堆的人都必须回答这个问题:我们怎么知道它不会成为下一个福岛?

渴望回家的人们

一边是机器人在福岛第一核电站内的工作遥遥无期,另一边,曾经生活在电站附近的人们却希望回家了。中央政府已经清除了几个镇子的污染,并敦促居民返乡。然而去年十二月当我走访福岛时,还有大约337平方千米的土地禁止进入,包括距电站仅几英里之遥的大熊町(Okuma)的大部分地区。

高田义博(Yoshihiro Takada)曾是大熊町的居民,目前在负责重建的政府机关工作,他答应带我四下转转。高田几乎一辈子都住在大熊町,当海啸来袭时,他却不得不带着妻儿和父母逃离了家乡。一家人在105公里外的一个镇子重新定居。

我和高田在禁区外的一片停车场见了面。我们全身都穿着特卫强面料的防护服,戴上了面罩和手套,袜子穿了几层,鞋子外面还套了靴子,以保护自己不受铯粒子和锶粒子的攻击。只要吸进了含有这些同位素的一粒灰尘都可能带来危险。这也是辐射之所以恐怖的一个原因:它无形、无色、无味,却能在你浑然不知的情况下置你于死地。

betway必威官网手机版 17在福岛电站几英里外的大熊町,来访者必须穿上特卫强全身防护服,戴上面罩和手套,穿几层袜子,并在鞋子外面套一双靴子,才能在废弃的街道上行走。图片来源:SPENCER LOWELL

这里的电车站、理发店、餐厅和商店里没有一个人。居民区的那些朴实的矮房子和公寓楼都空落落的。当我们在主要街道的中间行走时,我唯一能听见的声音就是鸟鸣声,这些鸟还不知道它们选中筑巢的地方是辐射禁区。

“我记得这家店,他们的比萨好吃极了。”我们在镇里行走时,高田指着一家关闭的餐厅说道。有几家店的窗户被野猪打碎了,它们从山上来,到这个被人遗弃的小镇抢劫食物。几户住宅的车道上停着轿车,已经被疯长的野草盖住了一半。高田偶尔会来看看自家的房子。“老鼠在里面窜来窜去,到处都是鸟粪和垃圾。”他说。

betway必威官网手机版 18大熊町内的禁区分外荒凉。图片来源:SPENCER LOWELL

福岛周围地区大部分是风景优美的田园,其间点缀着一座座树木繁茂的山丘。但现在沿着几乎任何道路行驶,你都会在路边的田野里看到一排排巨石大小的黑色聚丙烯袋,里面装的全是被污染的泥土。这也是清理工程的一部分:凡是这一带的花园、学校和田野都要刮掉一层表层土。福岛县现在散布着大约2000万只袋子,它们中的许多都会转移到福岛第一电站外围做无限期储存。东电还在不断从反应堆里泵出带辐射的水,盛放它们的罐子也在不断增加。

betway必威官网手机版 19富岳町污染废料回收站里的辐射废料,它们将被埋葬200年之久。图片来源:SPENCER LOWELL

说到底,还没有一种技术能一举解决福岛的困境。我们只能断定这将是一个漫长的、令人沮丧的、待处理事务不断增长的过程,它甚至可能无法在松崎健二的有生之年结束。目前来说,科学家、工程师和他们的伙伴能做的不过是尽量控制辐射浓度,找到辐射源头,并试着将它捕获。不过,他们首先得造出能完成这些任务的机器人。(编辑:游识猷)

每当有关福岛第一核电站的新闻爆出,总会有人问:日本还能去吗?日本食品还能吃吗?实际上,目前除了福岛县内邻近第一核电站的部分区域,日本国内整体空气核辐射水平已大幅下降,包括东京在内的大部分地区已降至“3·11大地震”前水平。

不出所料,在这次探测任务的前几晚,松崎健二感受到了巨大压力。他向自己的老板Akira Tsuyuki坦承:“我做过关于失败的噩梦。”后者回答称“我也是”。2017年7月18日深夜,距离任务开始时间只剩下几个小时,松崎健二躺在那里,没有任何睡意,他想知道自己团队的技术是否能应对福岛核危机。

2011年核事故后,日本政府多次使用直升机等对福岛及周边县距离地表1米的空气核辐射水平进行调查。日本原子能规制委员会本月13日最新发布的数据显示,除了邻近第一核电站的福岛县东部地区外,关东和东北大部分地区的辐射值在每小时0.1微希沃特以下,东京以北的群马、茨城、枥木3县部分地区的空气辐射值为每小时0.1至0.5微希沃特。

▲图2:福岛第一核电站六个反应堆中的两个

日本政府发布的东京空气辐射值约为每小时0.05微希沃特,记者日前用核辐射检测仪在东京市内多地实测的结果与此相符。每小时0.05微希沃特换算成年辐射量不足0.5毫希沃特,这一辐射水平远远低于来自天然辐射的全球个人年均辐射值2.4毫希沃特,也低于日本放射性医学综合研究所公布的日本人年均辐射值1.5毫希沃特。

betway必威官网手机版Toshiba花费崭新探测型机器人考查探测福岛二号原子核裂变反应堆,人怕辐射太高而死。▲图3:一号核反应堆的外部建筑

对于食品和饮用水,日本政府规定前者放射性物质上限为每千克100贝克勒尔,后者为每千克10贝克勒尔。核事故发生后一段时间内,日本福岛及关东地区多地曾检测到食品和饮用水中放射性物质超标,福岛近海的海产品被禁止捕捞上市,中国也禁止进口福岛等日本10个都、县的食品。

2011年3月11日发生的大地震是日本有史以来最大的一次地震,震级达到里氏9.0级。它摧毁了日本东北部,引发一系列海啸,导致近16000人死亡。海啸还导致福岛第一核电站断电,促使反应堆核心中的循环冷却系统失效。在接下来的几天里,当东京电力公司的工程师们用手电重新恢复控制时,核电站六个反应堆中的三个堆芯已经融化。损毁造成气体爆炸,导致放射性粒子被释放到空气中。日本政府下令方圆20公里范围内的所有人撤离,最终有16.5万人流离失所。

但事故发生近6年了,日本大部分地区如今没有再检测出放射性物质超标的食品和饮用水,目前市场上可购食物的安全性基本没有问题。

政府官员最初估计,清理核电站、净化周围地区以及补偿受灾者需要大约40年时间,花费高达500亿美元。但在2016年12月份,花费数字增长了两倍多,达到了1880亿美元。据彭博社报道,当时日本经济产业省大臣世耕弘成在接受记者采访时说:“我们从未经历过像福岛这样大的灾难。凭借我们有限的知识,我们很难做出准确的预测。”

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与世界上最严重的核灾难相比,福岛核电站的清理工作要多得多,也复杂得多。切尔诺贝利发生事故的核反应堆实际上被混凝土和钢铁包裹起来了。相比之下,三里岛核事故规模也很小。只有一个反应堆熔化了,没有发生燃料泄漏事件。负责监督三英里岛清理工作的美国人莱克·巴雷特,从2013年开始担任东京电力公司和日本政府顾问,他承认:“福岛核电站的清理难度要大得多。”

报废工作何时结束

辐射隔离区

在核泄漏事故后续处理中,日本政府和东电公司的最大难题是如何取出福岛第一核电站1至3号机组堆芯熔化后的核残渣。东电原计划用约40年完成核电站报废工作,并于今年年内制定出核残渣取出方案。因为新发现2号机组内部辐射值远高于此前预期,东电将不得不投放更高性能的机器人调查,这势必影响报废计划。

核事故发生后,近16.5万人不得不从福岛核电站周围区域疏散,以避免遭到核辐射。如今,即使经过大量的清理工作,仍有5万人无法回家。在核反应堆熔毁后的最初数周内,由于辐射水平太高,任何人都无法在反应堆内工作,东京电力公司紧急部署机器人来评估和控制损坏。iRobot公司的Tractor-treaded机器人、Honeywell的无人机、东北大学的灾难响应机器人,都曾试图进入核反应堆中,以测量辐射强度。一辆遥控混凝土泵车被改造,使其可伸缩的喷口可以将水注入反应堆中,冷却并稳定过热的舱室。

今年1月底以来,东电公司在对2号机组安全壳内部的最新调查中已发现大量堆芯熔化形成的核残渣散布,很多人担心核残渣会不会继续熔融,这会不会加大核泄漏风险。据东电介绍,目前1至3号机组仍在持续注入冷却淡水。2号机组淡水注入量约为每小时5吨,机组内部水位、压力、温度等都处于正常监控下,其中温度控制在18摄氏度左右,处于正常冷却状态。

在随后的几个月和几年里,福岛成为机器人技术的试验场,这些技术的设计目的是在危险环境中使用。远程控制的前端装载机、传送带和其他重型设备被用于分解放射性碎片,并将其装载到遥控自卸卡车上。一个四足步行机器人调查了反应堆所在的建筑。使用3D扫描仪的机器人被派去采集图像和绘制辐射水平。游泳机器人检查了乏燃料棒储存的水池,并拍下照片。

不过,只要核电站还处在待报废阶段,尤其是核残渣取出之前,不能排除地震、海啸等自然灾害再次引发核事故的风险。去年11月22日,福岛县附近海域发生7级以上地震,在第一核电站附近引发小规模海啸,所幸核电站未受影响。谁也不知道未来福岛附近是否还会发生影响报废工作的强震,东电公司可谓与时间赛跑。

但这些机器人都无法进入反应堆最深处的区域。2013年8月份,日本政府牵头组建了由公共电力公司和私营公司参加的财团,其中包括三菱、日立和东芝,专门为最具挑战性的环境开发机器人。它被称为“国际核退役研究机构”(International Research Institute for?Nuclear Decommissioning),目前已经开发了大约20款被部署到辐射现场的机器人。

此外污水处理也特别棘手。一方面,东电公司需要不断向机组内部注入淡水进行冷却;另一方面,核电站西侧地势较高,每天有约200吨地下水自西向东流入反应堆所在建筑的地下,变成放射性污水,东电每天不得不抽取大量污水存储起来。为防止地下水继续流入、控制污水增加,东电在核电站1至4号机组周边地下建设一道“冻土挡水墙”,但耗资巨大的挡水墙一直未能完全冻结,长期效果也未可知。

他们的队伍中包括一个蛇形机器人,它能通过狭小的通道进入一号核反应堆,然后弯曲成更稳定的U型,在里面探索。然后是蝎子,这是个尾部安装了摄像头的机器人,它被送入二号核反应堆中。日本政府正提供1亿美元资金,支持在核电站附近建立最先进的研发中心。在这里,操作员可以在巨大的3D全息核反应堆数字模型或实物大小的模型中,测试以及训练机器人。

目前,福岛第一核电站院内用于保存污水的巨型储水罐已有近千个,每个可储存污水约1000吨。虽然污水中大部分放射性物质可清除,但还是存在难以清除的放射性氚。2015年9月,东电首次将少量经过净化的污水排入海中。该公司倾向于今后继续分批将净化后的污水排放入海,但这既需要当地渔民同意,也需要向全世界作出更合理的解释。福岛核事故导致的太平洋污染问题也需要沿岸国家开展更多追踪研究。

▲图4:在核电站附近的新研发中心,这个机器人正接受测试

但即使是在政府大规模投资的情况下,许多新机器人仍无法进入核反应堆内部。曾经有配备摄像头的机器人被派去为蝎子绘制路径,但却因为受到辐射而关机。蝎子本身也被掉落的碎片绊倒了。第一代蛇形机器人被卡住了,第二代表现更好,但却没有找到任何融化的核燃料。东京大学的教授Hajime Asama是日本政府求助的第一批机器人专家之一,他说:“在未知环境中设计机器人是非常困难的。在我们把机器人送进去之前,我们不知道里面的环境如何。而在派出机器人之后,我们再也无法改进它。”

松崎健二已经在东芝下属的核技术部门工作了10多年。到2016年5月被要求研发机器人去探索福岛核电站三号核反应堆内部的时候,他对核电站的基本架构已经很熟悉。所有六个核反应堆都是沸水反应堆,它们是在20世纪60年代末、70年代初设计的,在世界各地都有,包括美国。循环水通过沸水反应堆的热内核来产生电能,并将水转化为蒸汽以用于涡轮发电机。

每个核反应堆都有三个不同的容器包容,就像俄罗斯套娃那样的结构。其中,最小的容器是钢质舱室,大约与网球场的长度相当,它被称为反应堆压力容器。这也是核裂变反应发生的地方,燃料由被烤成陶瓷球团的二氧化铀所组成。这个舱室被封闭在主安全壳内,它是个混凝土和钢筋组成的结构,形状就像巨大的灯泡,可用来捕捉任何可能意外泄露的辐射。安全壳被安置在反应堆大楼内,后者是由混凝土和金属建成的长方体,只能提供很少的辐射防护。

身穿防护装置的技术人员可以在反应堆建筑内工作很短的时间,但是他们不能进入放射性更强的安全壳中,而安全壳很可能是他们可以找到至少一部分丢失核燃料的地方。要想制造能够进入安全壳内部、并保持机动性的机器人,存在几个独特的挑战。首先,安全壳只有在反应堆大楼地面2.4米高的地方才有5.5英寸的圆形维修通道,为此机器人的体型必须足够小巧才能进入。第二,由于安全壳里装满了用来冷却核反应堆的水,为此机器人必须能够游泳。第三,由于水和厚墙可能阻碍无线信号传播,为此小巧、会游泳的机器人需要足够强大,能够在水下拖动长达60多米的电缆。

小太阳鱼机器人在东芝实验室和政府运营的“港口与机场研究所”的巨大的模拟水池中进行了数月的研究、实验和测试,以平衡其上述所有功能。松崎健二及其团队尝试了不同的螺旋桨、摄像头以及传感器配置,提高螺旋桨发动机的功率,开发新型涂层,使电缆的移动更加顺畅,并确保所有设备能够承受极高的辐射。

▲图5:在Naraha远程技术开发中心的模拟设施

7月19日午夜,也就是小太阳鱼机器人第一次进入反应堆的日子,松崎健二的闹钟在他下榻的酒店房间内响起。他和其他团队成员住在磐城,那里是距离福岛核电站以南最宜居的城市,两地相隔约一小时车程。在漆黑的夜晚开始他们新的一天,这是让他们能有足够时间开车前往核电站、穿上防护装备,并在任务开始前举行最后一轮会议的唯一方法。这些事情要用去他们8个小时的时间。到中午时,反应堆大楼内的技术人员就会因为太热而无法监控机器人工作。

凌晨四点半左右,穿着全套防护装备的东芝技术人员冲进了反应堆大楼。他们快速来到安全壳的外墙处,爬上阶梯,直到小太阳鱼及其设备被预先放置的地方。他们把阀门打开,然后将其与沉重的导管相连,再把太阳鱼放在它的顶端,一直穿到另一头。慢慢地,小心翼翼地,他们把管子弯成斜角,直到机器人滑进下面的水里。

里面一片漆黑。控制室的监控器通过电缆线与太阳鱼的控制系统相连,在小太阳鱼携带的照明设备照耀下,松崎健二团队能看到一条狭长的带状区域穿透浑浊的海水。坐在长桌子前,一名技术人员正用类似视频游戏控制器的设备“操控”小太阳鱼。另一个人把它的电缆固定住,让它绷紧,这样在机器人四处游动时才不会被缠住。第三个人则利用安全壳的3D软件模型估计机器人的位置。松崎健二监督所有人的工作,甚至忘记那些监视他们的公司高管。

▲图6:太阳鱼机器人必须能够游泳,且能够通过密封容器的微小开口,同时能够克服其他机器人遇到的挑战

任务第一天,太阳鱼机器人的大部分时间都在侦察。安全壳内的损毁比预期的更严重,地板上满是卵石大小、无法辨认的碎片,残损的设备散落在各处。但是没有核燃料的痕迹,经过8个小时的搜寻,松崎健二团队把太阳鱼拉回了水面。第二天,他们休息了一天,并借机讨论他们的发现,以及制定下一步计划。

第三天早上,操控团队把太阳鱼重新放回水中。这个团队小心翼翼地驾驭着它,但是时间一长,机器人的强大螺旋桨就会搅起令人目眩的沉淀物,迫使他们只能等到水变清才能继续行动。经过几个小时的探索,随着正午的临近,松崎健二感到越来越紧张。接着,监视器上出现了一些令人吃惊的东西。松崎健二突然指着监视器问道:“那是什么?”

每个人都立即警惕起来,并指着他们屏幕上看到的东西:从反应堆压力容器底部流出像烛蜡一样的东西,看起来像是钟乳石。显然,他们发现了失踪核燃料的第一个迹象。在把机器人拉出来之前,他们在该区域附近操纵着太阳鱼,尽可能多地记录下更多信息。当松崎健二宣布任务完成时,控制室爆发出一片掌声。

▲图7:小太阳鱼机器人项目的首席科学家松崎健二

福岛第一核电站占地约348公顷,到目前为止,其大部分区域比你想象的要安全得多。核电站中大部分地区已经被净化到不再需要穿全身防护服的地步。负责清理这个地方的5000多名工人砍下了数百棵樱花树,曾经长满青草的开阔地带表面土层被清理走厚厚一层,许多建筑的清理已经完毕。他们还用粘土覆盖了附近海岸的海底,借以封住灾难后渗入泥中的铯。他们使用一种巨大的、专门建造的燃料处理机器,从4号反应堆中取出了数百个乏铀燃料棒。这个反应堆在爆炸中受损,但堆芯没有熔化。

不过,去年12月份,当记者与东京电力公司的美国顾问莱克·巴雷特共同前往那里时,他们不得不戴上手套、安全眼镜、医用口罩,穿上三双袜子,在鞋子外层套上塑料靴,并随身携带个人辐射探测器,然后才被允许进入该设施。现年72岁的巴雷特身材高大,身体健康,精力充沛。当巴雷特最初听到关于这场灾难的新闻报道时,他称自己并没有想太多,毕竟围绕这样的事情总是有很多炒作。?

可是随后,他看到了一号核反应堆爆炸的画面。他喊道:“天啊,我知道那是什么。”当寻求帮助的电话打来时,他没有任何犹豫。他说:“这对我个人来说,日本是唯一在三里岛事件中帮助过我们的国家,这是我们欠日本的。”

▲图8:在福岛核电站内,每座蓝塔都装有100个个人辐射探测器。

一座曾长满花草的小山顶现在被混凝土包裹着,巴雷特等人调查了三幢堆芯融化的反应堆大楼,它们的轮廓在冬季的天空和后面的太平洋中被勾勒出来。远程操作的、橙白相间的起重机就像虔诚的金属长颈鹿那样俯身在它们上方。这些反应堆大楼是事故区的绝对核心,机器人必须穿透它们的放射性区域。

每栋反应堆大楼都构成了一个独特的挑战,它们的辐射水平和类型都不相同,比如淹没它们地基的水的深度。当然,每栋大楼的中心都有许多融化的核燃料,它们正以不同的方式流向不同的地方。在距离这三座反应堆不到800米远的地方,还有另外三座反应堆,其中之一是在海啸袭来时被关闭进行定期维护的反应堆。由于它基本上毫发无损,且与受损的反应堆结构完全相同,为此东京电力公司的工程师使用它来制定机器人任务。里面是个令人困惑的机器、管道、电缆和人行道迷宫,巴雷特叹道:“你可以看到在这里运行机器人有多难!”

在通往安全壳的道路上前进时,巴雷特指着容器壁上的圆形开口称:“这就像太阳鱼进入的地方一样。”巴雷特进入安全壳,穿过狭窄的通道进入反应堆压力容器下面的一个舱室,控制棒组件就固定在反应堆容器的底部,人们必须蹲伏身体以免撞到头。巴雷特指出了关键区域和组件,帮助人们了解目前每个堆芯熔化的核反应堆的理论状态。他说:“没有人知道熔岩是否形成了整齐的垂直堆,或者在横向流动。炽热的熔融燃料可能落入水中,导致蒸汽爆炸,这将使它无处不在。”

至少在三号核反应堆是如此,多亏了太阳鱼的帮助,东京电力公司对有些事情已经相当确定。太阳鱼所拍摄的照片显示,反应堆容器底部的控制杆机构已经解体。熔化的燃料与熔化的金属混合,从它们留下的开口向下滴落,并形成了我们在视频中看到的“钟乳石”。这种类似熔岩的混合物在反应堆压力容器和用于插入控制棒的冰箱大小的机器上燃烧,其有些液体滴到安全壳的底部。安全壳的墙壁上似乎也有大量的燃料。

▲图9:每个反应堆都由三个容器组成,就像俄罗斯套娃那样的结构,里面是关键核设施。1.反应堆大楼:大型混凝土和钢筋结构,作为防止辐射泄漏到外界的最后一道防线。2.主安全壳:由钢筋和混凝土制成的密闭外壳。3.反应堆压力容器:装有铀燃料的厚钢容器,这些燃料为核反应堆提供动力。4.控制棒驱动:利用细棒加速或减缓核裂变反应的机械系统,燃料棒的工作原理是吸收引起连锁反应的杂散中子。5.基座:支撑反应堆的圆形混凝土结构。从内部,工人可以进入控制棒驱动系统中。

不过,这里这里仍然留下了很多未知的东西。巴雷特问道:“在太阳鱼任务结束的时候,我们从中学到了多少?这只是一小步,而不是一次飞跃。我们越来越近目标,但我们还有很长的路要走。”东京电力公司继续努力侦查反应堆内部情况。今年1月份,一个机器人探测器利用长杆上安装的遥控摄像头,第一次在二号核反应堆中发现了融化的核燃料。

也许太阳鱼机器人会接受另一项任务,尽管它不会是在三号核反应堆中发现燃料的机器人。尽管它毫发无损地完成了探测任务,但其本身可能吸收了危险水平的无线电活动。东京电力公司的工程师将其密封在一个钢桶中,并将其与核电站现场的其他放射性废料进行混合处理。由于太阳鱼的发现是有限的、不确定的,它只会帮助加强探索。工程师们已经开始思考如何构建下一代机器人,它们必须帮助完成最复杂的任务,即移除熔化的燃料。

这些下一代机器人面临的第一个挑战是,如何使机器人能够达到它们的目标。巴雷特表示:“这些狭窄的空间里装满了重达数吨的巨大设备。你必须把它们切成小块,然后把它们拉出来。”目前比较受欢迎的一个想法是建造长达6米的巨大机器人手臂,它将通过轨道进入反应堆大楼,然后进入反应堆压力容器,并把燃料收集起来。另一种方法是为冰箱大小的机器人安装拖拉机履带,并配备切割和抓取工具来清理碎片。第二个机器人会把碎屑装进容器、封好,然后放在传送带上送出来。

这两种方法都需要数年才能见效,或者两者都可能失败。东京电力公司已将2021年定为开始清除燃料碎片的目标年,那么整个福岛的清理工作需要多长时间?国际核退役研究机构高级经理Naoaki Okuzumi说:“这是个好问题,但没有人知道答案。在人类历史上,我们还从未有过这样的经历。政府认为需要30到40年,我认为这是乐观的估计。”

虽然福岛核电站内部的机器人工作还在继续,但曾经居住在核电站附近的人们正在等待回家。日本政府已经净化了几个城镇,并敦促居民返回。然而截至去年12月份,大约337平方公里的土地仍然是禁区,包括位于离核电站几公里远的山丘上的Okuma镇。当地政府负责重建工作的前居民高田义宏同意带记者四处参观。他的一生几乎都在Okuma度过,当灾难降临时,他不得不与妻子、孩子以及父母一起逃离。他们已经搬迁到100公里外的另一个城镇。

记者在隔离区外的停车场遇到了高田义宏,在那里他们穿上了全套的防护服,包括衣服、面罩、手套、袜子和靴子,以保护他们不受辐射影响。即使吸入了其中一种同位素灰尘,也可能是非常危险的。这也是核辐射如此可怕的原因之一:你无法感觉到它,看到它,或者闻到它。它可以在你不知情的情况下,悄悄地杀死你。

▲图10:距离福岛核电站几公里远的Okuma,游客们在被遗弃的街道上行走时,必须穿上全身防护服

▲图11:在Okuma,隔离区显得十分荒芜

▲图12:Tomioka的放射性废物,它将被埋葬200年

火车站、理发店、餐馆或商店里都没有人,住宅街道上朴素的房屋和公寓楼中也都是空的。走在空荡荡的大街上,人们听到的唯一的声音就是鸟的叫声,它们显然没有意识到自己选择在辐射区筑巢。高田义宏指着一家关门的餐馆说:“我记得这个地方,他们的披萨太好吃了!”几家商店的窗户已经被从山上下来的野猪撞碎,它们洗劫了这个荒芜的城镇以寻找食物。汽车停放在杂草丛生的车道上。高田义宏只是偶尔回自己家里检查一下,他说:“老鼠在里面到处跑,到处都是粪便和垃圾。”

福岛周围的地区大多是风景秀丽的农田,周围长满了茂密的树木。但是沿着任何道路行驶,你都会路过这样一片地方,摆满成排的、类似大卵石的黑色塑料袋子。袋子里装满了被污染的土壤,它们都是从污染区的花园、学校、庭院以及田地中清除掉的。大约有2000万个这样的塑料袋散落在福岛各地。其中许多最终将被转移到福岛第一核电站的外围进行无限期封存,同时还有越来越多的装有放射性水的储罐继续从反应堆中泵出。

最终,没有任何技术能简单地解决福岛发生的危机。唯一可以确定的是,这将是一个缓慢的、渐进的、令人沮丧的清理过程,甚至可能穷极松崎健二的一生都无法完成。目前,所有科学家、工程师以及他们的盟友能做的就是控制放射性物质,追踪其来源,并试图捕捉它。但首先,他们需要制造机器人来进行试探。

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