核電機器人：撐起抗核輻射的“保護傘”
資料圖：2011年4月12日，日本福島，核電站隔離區內的荒涼景象。
日本福島核事故發生至今已6年之久，但放射性物質造成的核洩漏問題一直未得到有效處理。日前，日本東京電力公司公佈了向福島第一核電站2號機組反應堆安全殼內投入的自動行走機器人等拍攝到的圖像結果，確認從位於反應堆正下方的格子形作業用腳手架下冒出熱氣。在此之前，東京電力公司派出最新型小型自走式“蠍形”機器人充當“敢死隊”，深入反應堆內部搜尋檢視600噸核燃料和核碎片的狀況，
核輻射是原子核從一種結構或能量狀態轉變為另一種結構或能量狀態的過程中，所釋放出來的微觀粒子流。
放射性物質以波或微粒形式發射出的一種能量就叫核輻射，核爆炸和核事故都會帶來強烈的核輻射。核輻射主要包括α、β和γ三種射線，這些放射性物質在衰變時會釋放離子輻射，將對人體內部的化學環境造成嚴重傷害，還會打斷人體組織的各種原子和分子間的化學鍵。目前，常見的核輻射對人體影響主要包括急性和慢性輻射病，例如直接對暴露在外的皮膚產生放射性損傷，
因此，人類早就認識到，在核工業應用和救援領域，人員操作存在極高的安全風險和條件制約，採用機器人進行核設施檢修、放射性廢物處理以及應急回應成為核能發展應用的共識。其實，早在切爾諾貝利核事故發生後，核電機器人就被用於核事故處理與救援。
事實上，無論核電機器人相比人類再怎樣進行了專業抗核輻射處理，在高濃度核輻射面前也只能“損兵折將”。參與處理切爾諾貝利核事故的絕大多數核電機器人，均在不足20分鐘時間內就失去了作業能力，更何況是在每小時輻射量650希沃特的強輻射環境下，設計可承受1000希沃特輻射的機器人強撐2個小時已屬不易，而人類在這種環境下只要10秒鐘就會死亡。
由日本Tmsuk株式會社與日本防災機器人開發委員會共同研製的T-53 Enryu機器人加入福島第一核電站的救援戰鬥。
雖然核電機器人相比其他類別機器人進行了感測器、控制電路板、操作物件等重點核防護，但由於機器人的輻射敏感部件在核環境下將很快被損壞，將會直接影響機器人的正常工作，甚至宣告機器人的“生命終結”。近年來針對電子器件、光纖、信號通訊系統、絕緣材料、滑潤劑、粘合劑等部件和材料進行了詳盡細緻的抗輻射研究，但現有的研究也只停留在通過簡單的材料選擇、輻射硬化、高溫退火等方法達到部件耐輻射的目的，並不能實現核電機器人在核輻射面前的“牢不可摧”。
相比於在核輻射面前只能被動防禦的人類，未來抗輻射能力得到顯著提升的核電機器人將成為人類應對核災難的“主力先鋒”。雖然在福島核事故中“出師未捷”，但正是這些核電機器人拍攝到的圖像使人們更切實地瞭解到核電站內部的真實狀況，在福島核電站危險區域的監測以及瓦礫的清除工作中，核電機器人也發揮了不可替代的重要作用。隨著核電技術的進一步發展，向著小型化、智慧化和實用化方向發展的核電機器人應用也將更加廣泛。
自核工業誕生之日起，世界各國對核電機器人的研究就從未止步。早在上個世紀40年代，美國阿貢實驗室就研製出一台可操作放射性物質的機械手。自上個世紀80年代以來，美、法、德、日等國紛紛加大了核電機器人的開發力度，切爾諾貝利事故發生後就有來自多國的核防護檢測機器人和抗核輻射操作機器人參與救援工作。目前，美國的核防護機器人不僅用於民用目的，還應用到軍事戰場，甚至曾一度在伊拉克和阿富汗戰場上“服役”，無論是可執行的動作種類、行動的靈活性、電池的工作壽命還是傳送信號，核電機器人都已經取得了長足長進。
號稱“機器人王國”的日本，于1977年開發出第一台可用於核電站巡檢的雙足機器人，主要可承擔電站閥門檢查和開關、放射性汙水處理等強化操作。目前，日本共研發出單軌式巡查機器人、地面移動式操作機器人、巡檢機器人、作業機械手和水中游泳式巡檢機器人等5大類核電機器人。日本東芝公司研發的可四腳走路的抗輻射機器人能在粗糙的表面和建築物殘骸中行走，機身上裝有6個攝像頭和1個放射劑量測定器，可在高輻射環境下實現遠端無線控制，在輻射劑量為100毫希沃特的環境中可工作大約一年的時間。
未來，核電機器人的一大發力方向依舊是提升抗輻射水準。此次福島事故中，東京電力公司使用的機器人就是由特別硬的材料和最迷你化的電子線路做成的，在常規劑量下可承受幾個小時的核輻射。韓國技術人員主要通過對輻射硬化工藝步驟、硬化策略以及材料選擇等方面開展研究，進一步提高了核電機器人的抗核輻射水準。此外，研究人員還發現了化學雙層電容器和燒蝕性橡膠都具有極好的抗輻射性，可作為核電機器人的“防核軟甲”。在電子電路方面，耐輻射型光纖是發展的一個新方向，通過調整電晶體的相關特性參數和高溫退火電子技術也可達到免受核輻射影響的目的。可以想像，未來擁有了這些技術的核電機器人勢必成為人類面對核輻射甚至是核災難的“守護者”。
（作者單位：國防科技大學）
設計可承受1000希沃特輻射的機器人強撐2個小時已屬不易，而人類在這種環境下只要10秒鐘就會死亡。由日本Tmsuk株式會社與日本防災機器人開發委員會共同研製的T-53 Enryu機器人加入福島第一核電站的救援戰鬥。
雖然核電機器人相比其他類別機器人進行了感測器、控制電路板、操作物件等重點核防護，但由於機器人的輻射敏感部件在核環境下將很快被損壞，將會直接影響機器人的正常工作，甚至宣告機器人的“生命終結”。近年來針對電子器件、光纖、信號通訊系統、絕緣材料、滑潤劑、粘合劑等部件和材料進行了詳盡細緻的抗輻射研究，但現有的研究也只停留在通過簡單的材料選擇、輻射硬化、高溫退火等方法達到部件耐輻射的目的，並不能實現核電機器人在核輻射面前的“牢不可摧”。
相比於在核輻射面前只能被動防禦的人類，未來抗輻射能力得到顯著提升的核電機器人將成為人類應對核災難的“主力先鋒”。雖然在福島核事故中“出師未捷”，但正是這些核電機器人拍攝到的圖像使人們更切實地瞭解到核電站內部的真實狀況，在福島核電站危險區域的監測以及瓦礫的清除工作中，核電機器人也發揮了不可替代的重要作用。隨著核電技術的進一步發展，向著小型化、智慧化和實用化方向發展的核電機器人應用也將更加廣泛。
自核工業誕生之日起，世界各國對核電機器人的研究就從未止步。早在上個世紀40年代，美國阿貢實驗室就研製出一台可操作放射性物質的機械手。自上個世紀80年代以來，美、法、德、日等國紛紛加大了核電機器人的開發力度，切爾諾貝利事故發生後就有來自多國的核防護檢測機器人和抗核輻射操作機器人參與救援工作。目前，美國的核防護機器人不僅用於民用目的，還應用到軍事戰場，甚至曾一度在伊拉克和阿富汗戰場上“服役”，無論是可執行的動作種類、行動的靈活性、電池的工作壽命還是傳送信號，核電機器人都已經取得了長足長進。
號稱“機器人王國”的日本，于1977年開發出第一台可用於核電站巡檢的雙足機器人，主要可承擔電站閥門檢查和開關、放射性汙水處理等強化操作。目前，日本共研發出單軌式巡查機器人、地面移動式操作機器人、巡檢機器人、作業機械手和水中游泳式巡檢機器人等5大類核電機器人。日本東芝公司研發的可四腳走路的抗輻射機器人能在粗糙的表面和建築物殘骸中行走，機身上裝有6個攝像頭和1個放射劑量測定器，可在高輻射環境下實現遠端無線控制，在輻射劑量為100毫希沃特的環境中可工作大約一年的時間。
未來，核電機器人的一大發力方向依舊是提升抗輻射水準。此次福島事故中，東京電力公司使用的機器人就是由特別硬的材料和最迷你化的電子線路做成的，在常規劑量下可承受幾個小時的核輻射。韓國技術人員主要通過對輻射硬化工藝步驟、硬化策略以及材料選擇等方面開展研究，進一步提高了核電機器人的抗核輻射水準。此外，研究人員還發現了化學雙層電容器和燒蝕性橡膠都具有極好的抗輻射性，可作為核電機器人的“防核軟甲”。在電子電路方面，耐輻射型光纖是發展的一個新方向，通過調整電晶體的相關特性參數和高溫退火電子技術也可達到免受核輻射影響的目的。可以想像，未來擁有了這些技術的核電機器人勢必成為人類面對核輻射甚至是核災難的“守護者”。
（作者單位：國防科技大學）