Конструирование и производство роботов (дистанционно-управляемых агрегатов) в городе Чернобыль

Всем хорошо известны документальные кадры изучения поверхности Луны и Марса с помощью роботов. Великим достижением и захватывающим зрелищем мы считаем работу робота, который сверлит лунную поверхность, отбирает образцы грунта обладающие особенными свойствами. Человек специально придумал машины, способные заменить его и выполнить работу в условиях, где функционирование биологических объектов невозможно. Почти подобные, неблагоприятные условия сформировались в отдельных помещениях объекта Укрытия, которые расположены под разрушенным ядерным реактором. Эти помещения заполнены уникальным веществом, высоко радиоактивным, лавообразным расплавом активной зоны реактора РБМК 4-го блока ЧАЭС. Подобного материала больше нет нигде планете Земля – по этому исследование этих помещений и добыча уникальных минералов, задача очень похожа на изучение поверхности Луны. Особое сходство прослеживается, если сравнить роботов, которые были сконструированы для изучения поверхности Луны или Марса и роботов которые работали в недрах радиоактивных лабиринтов чернобыльского Саркофага.

Ниже на фото робот недавно запущенный NASA на Марс и робот (ДУА), который побывал в самых опасных местах чернобыльского саркофага и отобрал пробы уникальных лавообразных топливосодержащих материалов (названых ЛТСМ).

1. Робот Curiosity («Любопытство») который сейчас летит на Марс (30.11.2011),
2. Робот ДУА ТР-3 (4), который исследовал и выбуривал пробы в помещениях под разрушенным реактором Чернобыльской АЭС

Цель создания дистанционно управляемых агрегатов для Саркофага ЧАЭС

Всем известно, что сегодня на промплощадке ЧАЭС осуществляется строительство уникального объекта, который накроет существующий Саркофаг 4-го блока ЧАЭС. Новое укрытие в виде Арки должно исключить выход в окружающую среду радиоактивной пыли, которая поступает сейчас, а также будет интенсивно образовываться при разборке (демонтаже) нестабильных конструкций в будущем. Разбор ненадежных строительных опор, перекрытий Саркофага будет начат в течении ближайших 10-20 лет после строительства Арки.
Вся эта работа – сооружение Арки, разборка дряхлеющего Саркофага, это только начало огромного объема работ по преобразованию Саркофага в экологически-безопасную систему. Самым важным этапом этой работы является извлечение, переработка и захоронение высокорадиоактивных элементов разрушенного ядерного реактора, расплавов ядерного топлива и других радиоактивных отходов. Это очень опасная и очень сложная работа. Большинство работ необходимо будет проводить в условиях высокого радиационного фона, высокой концентрации радиоактивной пыли в воздухе и воде. Человеку в таких условиях будет находиться крайне затруднительно.
Понимая всю сложность таких работ внутри Саркофага, ученые и инженеры Института проблем безопасности АЭС НАН Украины вот уже двадцать лет конструируют роботы, которые возьмут на свои плечи самые радиационно-опасные работы. Работач в городе Чернобыль, ученые убеждены, что в радиационно-опасных помещениях Саркофага необходимо использовать дистанционно управляемые агрегаты (ДУА) и применять дистанционные технологий обращения с радиоактивными материалами.

Хронология создания роботов для ЧАЭС

Идея создания специальных робототехнических средств для исследований Саркофага появилась еще в период острой фазы аварии, когда роботов использовали для дезактивации кровли Чернобыльской АЭС. Но в большинстве, роботы созданные для дезактивации были неспособны проводить работу внутри помещений Саркофага.

Для этих целей необходимы были роботы, которые бы учитывали габариты помещений Саркофага, их частичную захламленность завалами конструкций, высокую влажность и запыленность.
Именно для таких условий в 1990 году был начата работа по конструированию дистанционно управляемых агрегатов – ДУА. ИПБ АЭС начал работу над созданием роботов в сотрудничестве с ИАЭ им. И.В. Курчатова.
В результате такой работы уже в 1992 году были созданы два робота ДУА ТР-3 и ДУА ТР-4. ДУА ТР-3 был первым роботом, системы и оборудование которого испытывали в реальных условиях высоких радиационных полей Саркофага. Это был робот разведчик. С его помощью обследовались (проводилась видеоразведка) помещения Саркофага.
ДУА ТР-4 – это буровой агрегат, который применялся для отбора проб в самых опасных местах разрушенного реактора. Робот работал внутри Саркофага на протяжении двух лет (с 1992 по 1993 годы). С помощью ТР-4 были получены образцы топливных масс, которые находятся под разрушенным реактором. Выбуривая керны в высокоактивной лаве, робот дал возможность ученым узнать свойства уникального вещества и его химический состав. ДУА ТР-4 давал возможность проводить бурения бетона на глубину до 40 см, а рыхлых масс до 60 см, при этом частота вращения бурового инструмента составляла около 200 оборотов в минуту.
Фото — ДУА ТР-4 в помещении под реактором блока №4 ЧАЭС (301/5) при отборе проб.

Видео — ДУА ТР-4 внутри помещений разрушенного блока ЧАЭС

Благодаря работе робота, было установлено, что в Саркофаге образовалось несколько видов лавообразных материалов. Так, например, одно вещество получило название «черная керамика». Застывший поток этого материала был изучен с помощью робота.

Со временем было решено использовать роботов для выполнения практических задач внутри Саркофага. Ученые установили, что определенные скопления радиоактивных материалов являются источниками радиоактивной пыли, которая может поступать за пределы Саркофага. В связи с этим было решено покрыть эти скопления специальным химическим раствором, который получил название «Экор». При застывании раствора на поверхности топливо-содержащих материалов образуется синтетическая пленка, которая препятствует появлению пыли. Для выполнения этой работы был создан робот – ДУА ТР-7.

Фото – внешний вид робота ДУА ТР-7, ходовые испытания робота и скопление ТСМ покрытое пылеподавляющим составом «Экор». Разработка робота была выполнена в 2001 году.

Одним из конструкционных элементов, который зачастую встречается в помещения и конструкциях Саркофага, являются трубы. Для обращения с ними при проведении разборки Саркофага был создан робот ДУА ТР-12. Это робот-погрузчик позволявший выполнить погрузку и транспортировку труб. Робот оборудован специальными захватами, позволяющими работать с трубами разного диаметра. ДУА ТР-12 был разработан в 1995 году.

Ученые, которые исследуют Саркофаг, уделяют большое внимание изучению качества и свойств воздуха.

Постоянно изучается содержание радионуклидов в воздухе внутри Саркофага, изучается его радионуклидный состав, размер радиоактивных частиц и т.д. Для проведения исследования воздуха был создан робот-разведчик ДУА КТ-100, манипулятор которого был оборудован специальным прибором (импактором), позволявшим провести необходимые исследования воздуха внутри Саркофага. Робот ДУА КТ-100 был разработан в 1999 году.

В начале 2000-х на ЧАЭС были начаты работы по стабилизации конструкций старого Саркофага. Строителям потребовалась информация о радиационной обстановке снаружи железных стен. Учитывая невозможность использования подьемного оборудования, лестниц и т.д. – был разработан специальный робот, способный двигаться по вертикальным поверхностям Саркофага.

«Магнитоход» — так назвали ученые робота, который двигался по металлическим стенам Саркофага. Такое свойство механизм получил благодаря специальному устройству колес, которые были выполнены из постоянных магнитов. С помощью данного робота были обследованы северные клюшки Саркофага. «Магнитоход» был создан в 2002 году.

Видео — Робот «Магнитоход» на вертикальной поверхности Саркофага

Через два года конструкторы ИПБ АЭС создали ДУА ТР-11, который предназначен для резки металлических радиоактивных отходов. Для этого робот был оборудован специальным захватом и гидропушкой. Робот был созда в 2004 году.
Фотография ДУА ТР-11 с захватом и гидропушкой для фрагментирования высокоактивных ТСМ.
В 2007 году был создан ДУА КТ. Робот предназначенный для контейнеризации топливо-содержащих материалов и их транспортировки вне Саркофага. Работа по созданию ДУА КТ была выполенная в рамках Указа Президента Украины «Про деякi заходи щодо перетворення об’скту «Укриття» на екологiчно безпечну систему». Робот уже прошел полевые испытания.

С 2010 года конструкторы ИПБ АЭС приступили к изготовлению многофункционального робота ДУА ИЛ. Робот предназначен для извлечения и локализации ТСМ на нижних отметках Саркофага. Схема робота представлена на рисунке внизу.

1 — самоходное шасси; 2 — подъемник; 3 — конвейер; 4- контейнер для ТСМ.

Источники информации:

Объект «Укрытие» 1986 – 2011. На пути к преобразованию. Ключинков А., Краснов В, Рудько В, Щербин В. – НАН Украины, Ин-т проблем безопасности АЭС. – Чернобыль: Ин-т проблем безопасности АЭС. 2011. – 288 ст.

Статьи о роботах и робототехнических средствах для ЧАЭС

Экспозиция роботов в городе Чернобыль	Клин — робототехнический комплекс на базе танка	СДУК — робот на ЧАЭС для обращения с РАО

Робот — Мобот	Роботы дезактивировавшие кровлю ЧАЭС — СТР-1	Ладога — техника ликвидации аварии на ЧАЭС