“西科”机器人成功缚住杞县“地下恶魔”
转载 2009-11-16 10:17 西南科技大学 来源:西南科技大学 2009年6月7日,河南省杞县城郊利民辐照厂因放射源卡源故障引起的恐慌,造成大批群众纷纷仓皇逃离家园;8月24日,由绵阳市西南科技大学与中国工程物理研究院和广西柳工机械股份有限公司紧急联合制作完成的四台机器人进入辐射厂“迷道”,成功缚住了地下恶魔—钴60,完全排除故障,当地居民放心回到家园恢复正常的生产生活。
这是西南科技大学自行研制的机器人系统成功应用于核应急处置的一次成功范例,在这之前,在国际没有任何经验可供参考。
1、 西科大临危受命
河南杞县利民辐照厂是一家民营企业,1997年建成,许可使用1类放射源,主要对大蒜、棉花、辣椒粉等进行辐照灭菌,从而杀虫、灭菌、延长货架期,6月7日凌晨,几名工人用钴60对农副产品进行辐照灭菌作业完后,在放射源进行降源时,堆放在周围的货物突然倒塌,砸倒了用来保护放射源的护源罩,致使放射源与钢丝绳脱钩,放射源无法正常降回贮源井内。
卡源故障发生后,国家环保部、河南省环保厅的专家一直在紧张地研讨处置方案。环保部部长亲自主持专家论证会,并委托一名副部长赶赴杞县利民辐照厂现场视察。
既然人不能进入辐照厅,那么能不能利用机器人呢?此想法一提出立即获得了广泛的认可。机器人降源方案开始紧急制订。
曾获得全国机器人大赛和亚太地区机器人大赛冠军的西南科技大学临危受命,担负起了杞县卡源故障的处置任务。作为地处中国电子科技城(绵阳)的高校之一,西南科大一直在科技城建设中发挥着重要的科技、智力支撑作用。为绵阳,为四川,乃至整个西部经济社会的发展做出过不少重要的贡献。
临危受命后,项目组负责人张华教授多次赶赴杞县利民辐照厂,对现场进行了认真察看。
2、当地群众谈钴色变
据张华教授介绍,辐照厅周围墙体为钢筋混凝土结构,用来运输货物的迷道长约20米,宽1.3米,厚度1.5-1.8米,高度2.5米,钴60放射源平时用罐子装好,存放在辐照厅6米多深的安全水井里,处于安全状态。工作时,通过迷道将蔬菜等推进去,关闭大门,使辐照厅处于完全封闭状态,之后在操控室内通过自动装置将放射源从水井内提到水井上方的护源罩内,然后开始对堆放在周围的货物进行辐照。
用来保护放射源的护源罩为布满小孔的圆柱形不锈钢体,高2米左右,放射源透过小孔对货物进行照射,完毕后再将放射源降入水井,工人就可以进入辐照室,将货物运出,如此循环往复。由于辐照厅内钴60活度高达15万居里,辐照剂量高,危险性大,人根本不能进去。
6月14日下午,辐照厅内辣椒粉集热自燃,迷道口开始飘出烟雾,“杞县发生核泄漏”、“杞县核泄漏造成多人死亡”等谣言,一度通过互联网和手机短信流传,给群众造成了心理恐慌。
针对不断泛滥的谣言和一度近乎失控的局面,各级党委、政府迅速作出反应,多次召开新闻发布会,澄清事实真相,平息谣言,同时中国原子能科学研究院教授陈凌身处杞县钴60辐射源现场,并发布权威通报“不存在辐射源泄漏”,河南省环保厅根据国家关于辐射事故分级的规定,对这起事件作出界定:这次卡源情况不属于辐射事故,属生产过程中的卡源故障。杞县县长李明哲站在现场,面对电视镜头大喊“这里非常安全”,但一般群众,由于相关知识的欠缺和判断能力匮乏,以至于谈钴色变,方寸大乱,恐慌情绪就不自觉地蔓延扩散,并且迅速升级。部分不熟知真相的群众群众开始仓皇逃离杞县,当晚的杞县城里大有“十室九空”之势。
据张华教授介绍,钴60在空气中的温度可达到360度以上,由于货物受到放射源长时间照射,温度不断升高,所以产生了自燃,之后消防部门向辐照厅内注入400吨左右的消防水,才扑灭了火源,不过这使得里面的情况更加复杂,加剧了后面的处置难度。
在对卡源故障处置的诸多技术难点和其他不利因素作了深入分析后,6月26日,项目组迅速确定了与中国工程物理研究院和柳工机械股份有限公司合作开发机器人,进行遥控机械降源处置的方案。8月9日,环保部在成都主持召开机器人降源处置方案评审会,与会专家和代表一致认为西南科技大学制订的处置方案具有可操作性,最后被确定为正选方案。为了确保万无一失,环保部指定中国原子能科学研究院同时编制了备用方案,并通过专家评审。
据张华教授介绍,三方以前都有过多次合作,广西柳工长于做小型运动机械本体,中国工程物理研究院是我国核辐射防护、监测的王牌单位,西南科技大学在机器人、机电系统领域有自己的优势。项目组负责自主研制机器人的“大脑”及“眼睛”部分,柳工负责制造机械本体,而项目组在中国工程物理研究院又可以做机器人在高危环境下仿真的等效辐照实验。
3、紧急研制四台机器人
据西南科技大学处置组专家张华教授介绍,这次卡源故障处置有四个技术难点:一是辐照厅内钴60的活度高达15万居里,辐照剂量高,危险性大;二是处置环境情况复杂,搬运货物量大。辐照厅内有11辆手推车,还有大堆货物,400多吨的消防水冲刷,造成里面情况更加复杂,地面散落着泥泞状的辣椒粉,而且里面的线缆、钢绳相互缠绕;三是机器人本身的尺寸和作业尺寸严重受限。由于迷道宽仅1.3米,长20米,并且全为弯道,机器人作业范围非常有限,这给机器人的研制带来了很大困难。四是时间要求异常紧迫。机器人的设计、实验、加工、调试时间不到一个月。
根据西南科技大学项目组的设计要求,广西柳工机械股份有限公司研制的微型特种叉车和微型搬运车制作完成后,项目组在短短半个多月时间里就完成了机器人的调试和改造工作,总共4台机器人,其中运算系统和视频系统都进行了抗强辐射加固,其中,“思源”、“自强”是专门研制的特种叉车和搬运车,用于现场清障工作。项目组成员王姮介绍,取名“思源”、“自强”,一是为感恩河南人民、开封人民对地震灾区的无私援助,其二也是为了鼓励自己,自强不息,拼搏创新。“自强”机器人,负责对出现问题的作业机器人实施救援。此外,西南科大还自主研发了一台机械臂式机器人“西科”和一台全息摄像采集系统机器人。
西南科技大学制订的“遥控机械降源处置方案”通过国家环保部的专家论证后,8月18日,项目组成员和四台机器人一起赶赴杞县开展卡源故障的处置工作。
4、奋战6昼夜排除故障
8月18日,开封市政府召开新闻发布会,公布了两套处置方案,明确了19日开始处置,8月底前完成。
据项目组负责人介绍,在机器人的身后分别装有电缆和钢绳,一旦出现机器人被卡,或者动力失去作用时,可以靠人力将它们拉出来。操控人员可通过外面的视频监控设备和遥控设备操控机器人行动。准备工作就绪后,全息摄像采集系统机器人首先进入迷道,辐照厅内残留货物、推车、各种杂物立即出现在监控屏幕上,情况探明后,四台机器人开始轮番上阵,"西科"用自己的手臂将故障机器人以及散乱在迷道内的电缆、杂物和手推车拖出,“自强”和“思源”则把残损的货物铲出来。8月23日上午,监控屏幕清晰地显示,辐照室内再次发生货物自燃,“西科”机器人携带水管进入辐照厅,3分钟即扑灭了火源。经过6天6夜连续奋战,截止到23日晚,机器人总共进出迷道和辐照室163次,清理出5辆手推车和1吨多货物。
至此降源工作进入第二阶段,由操空员在外面遥控机器人,开始近距离接触护源罩,小心翼翼地把挂钩挂上护源罩,当拉起有50度左右时,被卡放射源便缓缓地顺利降入到了贮源井内。8月24日20时25分,监控屏幕上显示强辐射的雪花点瞬间消失,清晰的电视屏幕标志着降源成功,随后河南省环保厅进行监测结果表明,辐照室处于安全状态。在现场指挥故障处置的国家环保部核与辐射安全管理司副司长叶民郑重宣布:杞县“钴60”卡源故障处置成功!此刻,现场参与故障处置的全体人员争相进入辐照厅内拍照留念。至此,困扰杞县人民79天的“钴60”噩梦彻底结束。消息传出,当地群众纷纷走上街头,燃起鞭炮,敲锣打鼓,扭起秧歌,表达对卡源故障成功处置的喜悦心情。8月25日清晨,朝阳冲破薄雾,金杞大地空气清新,街道上车水马龙,庄户人家炊烟袅袅,群众生产、生活恢复了正常。
5、机器人核应急处置的成功范例
9月12日,西南科技大学卡源故障处置组召开总结会。据项目组专家张华教授介绍,项目的成功实施,开创了国内采用机器人处置卡源故障的先河,是西南科技大学自行研制的机器人系统成功应用于核应急处置的成功范例。
这支以本科生和研究生为主力的项目组克难攻坚的精神,不仅感动了在场的各级领导和专家,同时环保部、中国原子能科学研究院及河南省很多单位当即表示要用西科大的毕业生,环保部有关领导称赞西南科技大学就是国家一队。
学校负责带队进行现场处置的副校长罗学刚教授认为,这极大的升华了学校成功实施区域共建与产学研联合办学的典范作用,学校将把对机器人小组的培养,上升到多学科联合打造更专业化的工程平台,积极参与相关单位放射物、核废物的转移,以及对一些中低放射堆的处置。
注:钴的拉丁文原意是“地下恶魔”
在我们日常生活中,很多人对“钴”非常陌生。它是一种什么物质?据张华教授介绍,钴的放射性极强,它能使人患上血癌,人若是站在距离钴源5米的地方,5分钟即可毙命。记者通过网络搜索找到了有关“钴”的相关知识答案,钴是一种能够扩散的放射性核元素,在拉丁文中原意就是“地下恶魔”。1753年,瑞典化学家格·波朗特从辉钴矿中分离出浅玫色的灰色金属,制出金属钴。1780年瑞典化学家伯格曼确定钴为元素,其后面的“60”是简写符号。


