チェルノブイリ原子力発電所と、高放射線環境におけるロボットの40年
原題: The Chernobyl NPP and Forty Years of Robots for High Radiation Environments
日本語訳
# チェルノブイリ原子力発電所と、高放射線環境向けロボットの40年
1986年、チェルノブイリ原子力発電所の4号機RBMK炉を破壊した大規模な蒸気爆発により、高電離放射線環境下でも生存可能なロボットは、突如として世界で最も需要の高い技術となった。それから40年にわたり、4号機の残骸の深部に存在する有害廃棄物を調査・処理するために、数多くの世代のロボットが開発、テスト、改良、あるいは廃棄されてきた。
ここに至るまでの開発の経緯や意思決定のプロセスは、長編映画数本分に匹敵するほど膨大だが、最近のドキュメンタリー『Chornobyl Family』は、エンジニアリング上の課題や直面した問題、そして当初の非常に単純な設計が、いかにして強制的な進化を遂げ、現在の4号機内部をのろのろと動き、這い回るロボットへと変貌を遂げたかを分かりやすく概説している。また、日本の福島第一原子力発電所の事故を起こした原子炉で使用されている、それらと同系統のロボットについても触れている。
1986年以降に開発された、炉外に飛散した炉心物質の一般的な清掃を行う他のロボットとは異なり、これらのロボットは放射線レベルが最も高く、それに伴い課題も極めて過酷な炉心の深部へと踏み込まなければならなかった。ロボットはあまりにも脆弱で、立ち往生しやすいことが判明したため、当初は人間が調査を行わざるを得ないほど困難な問題であった。
1990年代に至るまで、炉心の調査は緊急性の欠如もあり、かなり限られたものだった。外部の清掃や石棺(サルコファガス)の建設は可能な限り迅速に行う必要があったが、炉心の調査は、その状態の把握、内部に残っている炉心物質の特定、そして有名な「エレファント・フット」のような興味深い対象物のサンプル採取などを目的として、より緩やかで計画的に進められた。
1990年代に入ると、現在のウクライナ原子力発電所安全問題研究所(ISP NPP)によって開発されたTRシリーズのロボットが登場した。これらの新型ロボットは、非常に機敏で多機能な設計となっており、単純な履帯式や車輪式のロボットでは立ち往生してしまうような場所でも移動が可能であった。
これらのロボットは、サンプルの採取(ドリルによる穿孔)などのために、より危険なゾーンへと人間と共に進入し、作業を続けていった。残骸が朽ちて粉塵が問題となるにつれ、1994年には、その粉塵を固めて飛散を防ぐために「EKOR」と呼ばれる物質を塗布するTR-7ロボットが開発された。
特殊なロボットの中には、磁石を使って金属製の壁を登ることができるものもあり、これは通常では到達困難な場所にセンサーなどの装置を設置する際に有用であった。TR-11が開発される頃には、目的は調査から、有害物質の積極的な解体と処理へと移行しており、4号機の残骸に残る放射性汚染物質の最後の一片までもが、いつの日か処理されることへの希望を抱かせるものとなった。
RBMK炉の清掃をこれほどまでに困難にしている要因は、言うまでもなく、これらの軍民両用のハイブリッド設計の原子炉には、当時の他の民生用原子炉に見られるような格納容器やコアキャッチャー、その他の安全機能が備わっていなかったことにある。福島の第一原子力発電所の第2世代軽水炉(LWR)はRBMKよりも前に建設されたものだが、1986年の事故とその後の清掃作業のあり方を決定づけたのは、まさにこの基本的な安全機能の欠如であった。もっとも、その欠如が、そうでなければ決して存在し得なかったであろうロボットを開発するという、独自の機会をもたらしたことも事実である。
原文(英語)を表示
With the massive steam explosion that shredded the #4 RBMK reactor at the Chernobyl Nuclear Power Plant in 1986 it suddenly made robots that could survive a high ionizing radiation environment into the hottest item on the planet. Over the course of forty years many generations of such robots were developed, tested, improved upon or discarded, all to explore and handle hazardous waste throughout the depths of the #4 reactor’s remains.
Even if the entire development and decisions here would easily fit a couple of feature length movies, the recent documentary by the [Chornobyl Family] provides a solid overview of the engineering challenges, the issues encountered along the way and the forced evolution of initially very basic designs into the robotics that today trundle and wriggle around inside reactor #4, as well as their cousins over at the couple of stricken reactors at Japan’s Fukushima Daiichi power station.
Unlike the other robots developed from 1986 onwards to provide general clean-up of scattered core material outside of the core, these robots had to venture deep inside, where radiation levels were the highest and correspondingly the challenges much more severe. This was such a problem that initially it were humans who did the exploration, as robots proved to be too fragile and too prone to getting stuck.
Until the 1990s exploration of the ruined core was quite limited, also because of a lack of urgency. While the outside clean-up and construction of the sarcophagus had to be done as quickly as possible, the core exploration was more slow and methodical, based around trying to establish its condition, what core material remained inside and try to take samples of interesting objects like the well-known ‘elephant’s foot’.
With the 1990s the TR-series of robots – developed by what is now the Ukrainian Institute for Safety Problems of Nuclear Power Plants (ISP NPP) – came onto the scene. These new robots were designed to be highly agile and versatile, capable of traversing where simple tracked or wheeled robots would have gotten stuck.
These robots would continue to work side by side with humans, going into the more hazardous zones for things like drilling samples. As the ruins decayed and dust became increasingly a problem, the TR-7 robot was developed in 1994 to apply a substance called EKOR to immobilize said dust.
Some of the more unusual robots were capable of climbing up metal walls using magnets, which was useful for installing sensors and similar devices in otherwise hard to reach places. By the time TR-11 was developed, the focus had moved on from exploration to actively breaking down and handling hazardous material, raising the hope that one day the last bit of radiologically contaminated material in reactor 4’s ruins will have been dealt with.
What complicates this clean-up of an RBMK reactor so much is of course that these hybrid military/civilian designs were built without containment structure, core catcher or other safety features you would see with other civilian reactors of the era. Although the Generation II LWRs at Fukushima Daiichi were built before the RBMKs, it was this omission of basic safety features that would shape the 1986 accident and the resulting clean-up, even if it provided a unique opportunity to develop robots that otherwise might never have existed.