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。
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