Робот-змея для лазерной резки ядерных отходов
Десятки атомных реакторов старых поколений не соответствуют современным требованиям к безопасности, морально и технически устарели. Старые АЭС по всему миру теперь надо постепенно выводить из эксплуатации и закрывать, а отработанное топливо и оборудование — резать, заливать бетоном и захоранивать подальше от людей.
Переработка и захоронение отработанного ядерного топлива и других отходов — сложная инженерная задача. В первую очередь потому что все операции на АЭС выполняются роботами, а не людьми, в целях безопасности. Само топливо и фрагменты реактора следует разрезать на небольшие фрагменты и помещать в контейнеры для захоронения. Например, на Чернобыльской АЭС это канистры длиной всего 4444 мм и диаметром 1876,4 мм. На ЧАЭС используется стационарная циркулярная пила, которая может разрезать только стержни, которые предварительно помещают в станок.
Работы по доставке и разрезанию отработанного топлива на ЧАЭС осуществляются в автоматическом режиме, с дистанционным управлением. Американская компания Holtec для этого построила роботизированный мини-завод, на котором осуществляется подготовка отработанного топлива для захоронения.
Схема сухого хранилища отработанного топлива «ХОЯТ-2» (Interim Spent Fuel Storage Facility, ISF-2) на территории ЧАЭС, где происходит разрезание отходов перед их захоронением
После резки фрагменты стержней отработанного топлива помещаются в канистры с двойными стенками, которые заливаются бетоном и переносятся в хранилище.
Зона хранения отработанного топлива в Interim Spent Fuel Storage Facility, Чернобыльская АЭС
Если необходимо резать только стержни и ничего больше, как на ЧАЭС, то это довольно простая задач. Достаточно простого лазерного резака.
Резак с циркулярной пилой для распила стержней. Фото сделано во время приёмки завода «ХОЯТ-2» в эксплуатацию
Пример ЧАЭС хорошо демонстрирует, с какими проблемами сталкиваются инженеры при разработке автоматизированного оборудования для резки ядерных отходов. К счастью, наука не стоит на месте, и роботехнические компании готовы предложить более продвинутое и универсальное оборудование для утилизации ядерных отходов. С учётом необходимости вывода из эксплуатации старых небезопасных ядерных реакторов такое оборудование придётся весьма кстати.
Британская компания OC Robotics разработала необычную машину, похожую на толстую металлическую змею со смертельным жалом. Это роботизированный манипулятор LaserSnake2, который точно позиционируется по всем степеням свободы и оснащён мощным лазерным резаком для резки любого материала.
Проект находился в разработке с 2013 года. Его вела OC Robotics при участии TWI, National Nuclear Laboratory, ULO Optics и Laser Optical Engineering. Финансирование осуществляли Innovate UK, Департамент по делам энергетики и изменения климата Великобритании, а также Управление по выводу из эксплуатации ядерных объектов Великобритании.
После трёхлетней разработки «лазерной змеи» в июле-августе 2016 года машину установили и опробовали на заводе по переработке ядерных отходов First Generation Reprocessing Plant в Селлафилде (Великобритания). Это обширный атомный комплекс на побережье Ирландского моря. В разные годы здесь производился оружейный плутоний (с 1950 года), изготавливалось топливо для АЭС, перерабатывалось облученное ядерное топливо, работала АЭС (с 1956 по 1983 годы).
Эксплуатация LaserSnake2 показала, что машина успешно справляется поставленными задачами. В ноября 2016 года этот робот даже был удостоен награды Technology/Innovation Implementation Award от Управления по выводу из эксплуатации ядерных объектов Великобритании.
Технология нового поколения может найти широкое применение в реальных условиях утилизации и переработки ядерных отходов. В том числе на станциях, которые выводятся из эксплуатации.
Резак спроектирован на базе мощного лазера с оптической системой фокусировки (см. параметры пучка и скорость резки при тестировании 5-киловаттного лазера и разных дифракционных линз).
Резак LaserSnake2 справляется даже с толстыми металлическими деталями.
Дистанционное управление резаком осуществляет группа инженеров, которая располагается в безопасном помещении.
Разработчики считают, что LaserSnake2 может пригодиться не только для утилизации отходов, но и для выполнения задач по лазерной резке в любых враждебных для человека или ограниченных условиях, в том числе под водой. В перспективе ничто не мешает объединить этого робота с мобильной платформой, обеспечив ему определённую свободу передвижений.
Кроме ядерной энергетики, LaserSnake2 предлагается использовать в нефтегазовом секторе, где такая установка может принимать участие в работах по инспекции и ремонту труб и оборудования, в строительстве и инженерных работах. К примеру, в стеснённых условиях конструирования авиалайнера, при сборке и обслуживании крыльев самолёта.
Вместе с роботом поставляется программное обеспечение для управления. Разработчики могут приспособить дизайн LaserSnake2 для выполнения специфических задач.
