据美媒9月10日报道,周二,一台长臂机器人进入日本福岛核电站受损的反应堆,开始了一项为期两周、风险极高的任务,首次从底部回收少量熔化的燃料碎片。
这台机器人进入2号反应堆的旅程是接下来工作的关键初步步骤——这是一个艰巨的、长达数十年的过程,旨在拆除核电站并处理2011年大地震和海啸中受损的三个反应堆内的大量高放射性熔化燃料。专家们希望这台机器人能帮助他们更多地了解堆芯和燃料碎片的状况。
以下是关于机器人如何工作、其任务、意义以及反应堆清理最具挑战性阶段即将来临的说明。
什么是燃料碎片?
2011年3月发生的9.0级地震和海啸导致福岛第一核电站的冷却系统失效,反应堆堆芯中的核燃料熔化。熔化的燃料从堆芯滴落,并与反应堆内部的材料(如锆、不锈钢、电缆、破损的格栅以及支撑结构和初级安全壳底部周围的混凝土)混合。
反应堆熔毁导致这种高放射性的熔岩状物质四处飞溅,极大地增加了清理工作的复杂性。此外,每个反应堆中碎片的状况也各不相同。
负责管理该核电站的东京电力公司表示,估计三个反应堆中仍留有约880吨熔化的燃料碎片,但一些专家表示,实际数量可能更大。
机器人的任务是什么?
工作人员将使用五根1.5米长的管道依次连接,以操控机器人通过2号反应堆初级安全壳的入口点。机器人本身可以在安全壳内延伸约6米。进入安全壳后,由于熔化碎片发出的致命高辐射,机器人将由工厂内另一座建筑中的操作员远程操控。
机器人的前端装有钳子、灯和摄像头,将被电缆降至一堆熔化的燃料碎片上。然后,它将剪下一小块碎片——不到3克,以尽量减少辐射危险。
之后,机器人将退回到进入反应堆的地方,整个往返行程将耗时约两周。
任务耗时如此之长,是因为机器人必须进行极其精确的操控,以避免撞到障碍物或被卡在通道中。之前已有机器人发生过这种情况。
此外,东京电力公司还限制每日操作时间为两小时,以最大限度地降低反应堆建筑内工作人员受到的辐射风险。将有八个六人小组轮流进行,每组允许停留的时间最长约为15分钟。
官员们希望了解什么?
曾在1979年美国三里岛核电站灾难后领导清理工作的核管理委员会成员莱克·巴雷特表示,对熔化燃料碎片进行采样是“重要的第一步”,他现在是东京电力公司福岛核电站退役工作的有偿顾问。
尽管熔化燃料碎片已被冷却并保持稳定,但反应堆的老化仍构成潜在的安全风险,专家表示,必须尽快将熔化的燃料移除并转移到更安全的地方进行长期储存。
日本原子能机构表示,了解熔化燃料碎片对于确定如何最好地移除、储存和处理这些碎片至关重要。
专家预计,样本还将提供更多关于13年前熔毁事件如何发生的线索,其中一些至今仍是个谜。
熔化燃料样本将被保存在安全的容器中,并送往多个实验室进行详细分析。如果辐射水平超过设定限值,机器人将把样本带回反应堆。
巴雷特在一次采访中说:“这只是一个开始,前方还有很长的路要走,目标是移除高放射性物质,将其放入工程容器中,然后进行储存。”
对于此次任务,机器人的小钳子只能触及碎片的上表面。随着经验的积累和新功能的开发,未来工作的步伐有望加快。
接下来是什么?
巴雷特表示,东京电力公司必须“深入探测超过一米厚的碎片堆,你必须下去看看里面有什么”。他指出,在三里岛,表面的碎片与深处的材料大不相同。他说,必须从不同位置收集多个样本并进行分析,以更好地了解熔化的碎片并开发必要的设备,如用于未来更大规模移除的更强大的机器人。
与收集少量样本进行分析相比,开发和操作能够切割大块熔化碎片并将其放入容器中安全储存的机器人将是一个更艰巨的挑战。
另外两个受损的反应堆——1号和3号机组状况更糟,处理起来需要更长时间。东京电力公司计划在今年晚些时候在1号机组部署一组小型无人机进行探测,并正在为3号机组开发更小的“微型”无人机,该机组内充满了更多的水。
此外,1号和2号机组的顶层未封闭的冷却池中仍遗留着数百根乏燃料棒。如果再次发生大地震,这将构成潜在的安全风险。3号机组的乏燃料棒已全部移除。
核电站退役工作何时能完成?
熔化燃料的移除工作最初计划于2021年底开始,但因技术问题而推迟,凸显了这一过程的难度。日本政府表示,预计工作将需要30至40年,而一些专家则表示可能需要长达100年的时间。
另一些人则主张像1986年切尔诺贝利爆炸后那样,将整个核电站掩埋起来,以降低辐射水平和工厂工人的风险。
但巴雷特表示,在海边的福岛核电站行不通,“你处于高地震区,你处于高水位区,这些(反应堆)建筑中有许多未知因素,我认为你不能只是将其掩埋然后等待。”