สวัสดีทุกคน ฉันเจคจากทีมหุ่นยนต์ตรวจสอบสุนัขที่นี่ เรามาตัดเรื่องกันต่อดีกว่า เมื่อคนส่วนใหญ่นึกถึงโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ พวกเขานึกถึงหอทำความเย็นขนาดใหญ่ แกนเครื่องปฏิกรณ์ที่ซับซ้อน และความรู้สึก "เดิมพันสูงสุดๆ" ทั้งหมดนั้น สิ่งที่พวกเขาไม่ได้รับเสมอไปคือความยุ่งเหยิง ซ้ำซาก และสุด ๆงานสำคัญที่เกิดขึ้นเบื้องหลังเพื่อรักษาสิ่งอำนวยความสะดวกเหล่านั้นให้ปลอดภัยตลอด 24 ชั่วโมงทุกวัน ขณะนี้ ทีมงานของเรากำลังช่วยแก้ไขส่วนที่ยากที่สุดประการหนึ่งของงานนั้น นั่นก็คือ การตรวจสอบการกระตุ้นนิวตรอน หากคุณเคยสงสัยว่าหุ่นยนต์สุนัขสามารถทำงานที่สำคัญและต้องใช้รังสีอย่างหนักโดยไม่เสี่ยงต่อชีวิตมนุษย์ได้อย่างไร คุณมาถูกที่แล้ว ไม่มีศัพท์แสงที่มากเกินไปที่นี่ - เป็นเรื่องจริงจากคนที่ใช้เวลาหลายเดือนในการปรับแต่งลูกสุนัขเหล่านี้เพื่อตอกย้ำการตรวจสอบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
ขั้นแรก มากำหนดระดับว่าการตรวจสอบการกระตุ้นนิวตรอน (NAI) คืออะไร เพราะนั่นคือเส้นเริ่มต้น แกนกลางของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ไม่ใช่ส่วนเดียวที่ได้รับกัมมันตรังสี เมื่อเวลาผ่านไป โลหะในท่อ ถังปฏิกรณ์ และเครื่องกำเนิดไอน้ำจะดูดซับนิวตรอนจำนวนเล็กน้อยจากแกนกลาง ทำให้เหล็กอ่อนหรือโลหะผสมกลายเป็นไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี นั่นเรียกว่าการเปิดใช้งาน การจับ? ไอโซโทปเหล่านั้นปล่อยรังสีแกมมา และด้วยการวัดระดับพลังงานของพวกมัน เราจึงสามารถตรวจพบรอยแตกเล็กๆ การกัดกร่อน หรือการแตกหักของวัสดุได้นานก่อนที่มนุษย์จะสัมผัสได้ถึงปัญหาใดๆ วิธีเก่าในการทำเช่นนี้? ส่งผู้ตรวจสอบที่เป็นมนุษย์ในชุดวัตถุอันตรายขนาดใหญ่พร้อมเซ็นเซอร์แบบมือถือเข้ามาเพื่อคลานผ่านพื้นที่คับแคบที่มีกัมมันตภาพรังสี ซึ่งระดับรังสีอาจถึงแก่ชีวิตได้ภายในไม่กี่นาที เรารู้ว่าต้องมีวิธีที่ดีกว่านี้ เราจึงสร้างสุนัขหุ่นยนต์ขึ้นมาเพื่อทำหน้าที่นี้แทน
เดี๋ยวก่อน เดี๋ยวก่อน คุณอาจกำลังคิดว่า “สุนัขสำหรับงานนิวเคลียร์เหรอ นั่นฟังดูบ้าไปแล้ว” แต่ฟังฉันหน่อย: สัตว์สี่เท้า (หุ่นยนต์สี่ขา) ดีกว่าหุ่นยนต์มีล้อในพื้นที่เหล่านี้ โรงงานนิวเคลียร์มีภูมิประเทศที่ยุ่งเหยิงและไม่เรียบทุกประเภท ไม่ว่าจะเป็นพื้นเปียก ตะแกรงเหล็กขึ้นสนิม โถงทางเดินแคบ หรือแม้แต่ปล่องบันไดเล็กๆ หุ่นยนต์มีล้อติดอยู่บนเศษซากหรือไม่สามารถบีบเข้าไปในช่องว่างได้ หุ่นยนต์สุนัขของเราเหรอ? พวกเขาก้าวข้ามสิ่งกีดขวาง ปีนขึ้นไปบนเศษซากเล็กๆ และเคลื่อนตัวผ่านพื้นที่แคบๆ เหมือน K9 จริงๆ โดยไม่ต้องใช้ขนมหรือเดิน เราได้ทุ่มเททำงานอย่างหนักเพื่อทำให้หุ่นยนต์เหล่านี้เชื่อถือได้ในสภาพแวดล้อมที่มีรังสีสูงและอุณหภูมิสูงของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ และหุ่นยนต์เหล่านี้ได้ช่วยผู้ตรวจสอบจากการสัมผัสกับรังสีที่เป็นอันตรายหลายชั่วโมงแล้ว หากคุณต้องการดูโมเดลพื้นฐานที่ได้รับการปรับปรุงมาโดยเฉพาะสำหรับสิ่งนี้ ลองดูหุ่นยนต์อัตโนมัติสำหรับการตรวจสอบโรงงานนิวเคลียร์ของเรา ซึ่งสร้างขึ้นสำหรับงานอย่าง NAI โดยเฉพาะ โดยไม่จำเป็นต้องปรับแต่งฮาร์ดแวร์ที่มีจำหน่ายทั่วไป (เราได้เรียนรู้ว่าวิธีที่ยากลำบากเมื่อสุนัขหุ่นยนต์ทั่วไปทอดแผงวงจรในการทดสอบครั้งแรกในลูปรองของโรงงาน)
ตอนนี้ เรามาดูเนื้อหาสำคัญว่าหุ่นยนต์สุนัขทำการตรวจสอบการกระตุ้นนิวตรอนได้อย่างไร มาแจกแจงรายละเอียดนี้ทีละขั้นตอน เพราะไม่ใช่แค่ "ม้วนขึ้นและอ่านค่า" เท่านั้น แต่ยังเป็นกระบวนการที่ประสานงานกันทั้งหมดที่สร้างสมดุลระหว่างความเป็นอิสระ ความปลอดภัย และการวัดที่แม่นยำอย่างยิ่ง
ประการแรก การเตรียมงานก่อนเผยแผ่—สิ่งนี้ไม่สามารถต่อรองได้ และเป็นที่ที่คนส่วนใหญ่ไม่รู้ว่ามีการทำงานที่ถูกต้องเกิดขึ้น ก่อนที่หุ่นยนต์จะก้าวเข้าไปในโรงงาน ทีมงานของเราจะดึงแฝดดิจิทัลของโรงงานขึ้นมา (แผนที่ 3 มิติของท่อ ถัง และพื้นที่จำกัดทุกอัน) และทำเครื่องหมายว่าพื้นที่ใดที่ต้องใช้ NAI ข้อมูลการทำแผนที่รังสีจากการตรวจสอบในอดีตจะนำมารวมกันด้วย ดังนั้นเราจึงรู้ว่าโซนใดมีระดับนิวตรอนสูง โซนใดร้อนเกินไปสำหรับมนุษย์ และจุดใดที่หุ่นยนต์สามารถเข้าถึงได้ นอกจากนี้เรายังปรับเทียบเซ็นเซอร์นิวตรอนและแกมมาของหุ่นยนต์ในห้องทดสอบที่มีฉนวนป้องกัน (ลองนึกถึงกล่องคอนกรีตที่บุด้วยตะกั่ว ไม่มีการแผ่รังสีรบกวนการอ่านค่า) เพื่อให้แน่ใจว่าเซ็นเซอร์มีความแม่นยำภายใน 1% ซึ่งเป็นความแม่นยำที่คุณต้องการเมื่อคุณตรวจพบรอยแตกร้าวขนาด 0.1 มม. ในผนังท่อ
เมื่อหุ่นยนต์ได้รับการติดตั้งให้เหมาะสมแล้ว (เราใช้ผ้าคลุมที่มีน้ำหนักเบาและกันรังสีซึ่งไม่เทอะทะ เพื่อให้สุนัขยังสามารถเคลื่อนที่ได้สะดวก) เราจะนำทางหุ่นยนต์ไปยังจุดเริ่มต้นของโรงงาน นี่คือจุดเริ่มต้นของความเป็นอิสระ ซอฟต์แวร์ของเราช่วยให้หุ่นยนต์นำทางได้ด้วยตัวเอง โดยใช้ LiDAR กล้อง และการหลีกเลี่ยงการชน โดยจะหลีกเลี่ยงสิ่งต่างๆ เช่น คานรองรับ ท่อหลวม และแม้แต่อุปกรณ์อื่นๆ ที่เคลื่อนที่ผ่านโรงงาน เราไม่ได้เคลื่อนย้ายระยะไกลตลอดเวลา เฉพาะในกรณีที่มันกระทบจุดแปลก ๆ ที่ไม่สามารถเข้าใจได้ เช่น ประตูที่ติดอยู่ และถ้าระดับรังสีพุ่งสูงขึ้นในระหว่างภารกิจล่ะ? หุ่นยนต์มีระบบป้องกันความผิดพลาดในตัว โดยจะหยุดชั่วคราวโดยอัตโนมัติ ตรวจสอบว่าสามารถเข้าสู่โซนปลอดภัยได้หรือไม่ และแจ้งเตือนทีมของเราหากจำเป็นต้องได้รับความช่วยเหลือ ไม่ต้องมีคนเข้าไปเอามันมา ซึ่งเป็นชัยชนะครั้งใหญ่
ขั้นตอนของ NAI ที่เกิดขึ้นจริง นี่คือที่มาของน้ำหนักบรรทุกเฉพาะของหุ่นยนต์ เราไม่ได้ใช้เซ็นเซอร์เดียวกันในการตรวจสอบน้ำมันและก๊าซใช่ไหม ด้วยเหตุนี้ เราจึงมีหุ่นยนต์สี่ส่วนอัตโนมัติสำหรับการตรวจสอบท่อส่งน้ำมันและก๊าซ ซึ่งใช้เซ็นเซอร์ที่แตกต่างกันสำหรับแรงดันและการกัดกร่อน แต่สำหรับ NAI นิวเคลียร์ หุ่นยนต์จะมีเครื่องมือสำคัญสองอย่าง ได้แก่ เครื่องกำเนิดนิวตรอนและเครื่องตรวจจับเจอร์เมเนียมความบริสุทธิ์สูง (HPGe) เรามาอธิบายสิ่งเหล่านี้เหมือนเป็นชิ้นส่วนจริงและไม่น่ากลัว เครื่องกำเนิดนิวตรอนจะยิงนิวตรอนพลังงานต่ำที่ถูกควบคุมไปยังส่วนประกอบโลหะที่เรากำลังทดสอบ ซึ่งจะ "กระตุ้น" อะตอมของโลหะเหมือนกับที่นิวตรอนในแกนกลางทำ แต่ในลักษณะที่ปลอดภัยและมีการควบคุม เครื่องตรวจจับ HPGe ตั้งอยู่ติดกับจุดที่เรากำลังทดสอบ และจะจับรังสีแกมมาที่โลหะกัมมันต์ปล่อยออกมา โดยจะวัดพลังงานของรังสีแกมมาแต่ละเส้น ซึ่งบอกเราว่าเป็นไอโซโทปประเภทใด (เช่น เหล็ก-55 หรือโคบอลต์-60) และมีปริมาณไอโซโทปอยู่มากน้อยเพียงใด ข้อมูลดังกล่าวจะถูกส่งแบบเรียลไทม์ไปยังห้องควบคุมของทีม ดังนั้นเราจึงไม่ต้องรอจนกว่าหุ่นยนต์จะเสร็จสิ้นเพื่อเริ่มการวิเคราะห์
เดี๋ยวนะ แต่หุ่นยนต์จะอยู่ในนั้นได้อย่างไรที่แน่นอนจำเป็นต้องระบุเพื่อการอ่านที่แม่นยำหรือไม่ หากอยู่ห่างออกไปเพียงครึ่งเซนติเมตร แสดงว่าอุปกรณ์อ่านค่าผิดพลาด นั่นเป็นเหตุผลที่เราเพิ่มระบบป้องกันภาพสั่นไหวแบบไดนามิก ลองคิดดูว่าระบบจะเหมือนกับการปรับระดับตัวเองในกล้อง แต่มีความแม่นยำมากกว่ามาก ขาของหุ่นยนต์จะปรับแบบเรียลไทม์หากอยู่บนพื้นผิวลาดเอียงหรือพื้นไม่เรียบ ดังนั้นเครื่องตรวจจับจึงล็อคอยู่กับจุดเป้าหมาย เมื่อปีที่แล้วเราได้ทดสอบที่โรงงานแห่งหนึ่งในรัฐอิลลินอยส์ โดยมีจุดหนึ่งอยู่บนความลาดชัน 15 องศา และหุ่นยนต์ไม่โยกเยกแม้ว่ารถบรรทุกซ่อมบำรุงจะขับผ่านมาก็ตาม (โรงงานมีงานยุ่ง ดังนั้นเราจึงไม่สามารถปิดทุกอย่างเพื่อตรวจสอบได้) ความน่าเชื่อถือแบบนั้นไม่สามารถต่อรองได้สำหรับงานนิวเคลียร์
สิ่งที่สำคัญอีกประการหนึ่ง: ความปลอดภัยของข้อมูล โรงงานนิวเคลียร์เข้มงวดเรื่องการรักษาความปลอดภัย ดังนั้นเราจึงสร้างระบบการสื่อสารของหุ่นยนต์ให้มีการเข้ารหัส ไม่มีใครสามารถแฮ็กเข้าสู่กระแสข้อมูลและยุ่งกับผลการตรวจสอบได้ ข้อมูลทั้งหมดจะถูกจัดเก็บไว้ในไดรฟ์ที่มีการแผ่รังสีในตัวหุ่นยนต์เช่นกัน ดังนั้นหากการสื่อสารถูกตัดขาด (ซึ่งอาจเกิดขึ้นได้ในพื้นที่ที่มีกำแพงคอนกรีตบางแห่ง) เรายังคงมีบันทึกการอ่านทุกครั้งอย่างครบถ้วน เรามีการทดสอบการทำงานโดยที่ Wi-Fi ดับเป็นเวลา 45 นาที และหุ่นยนต์ก็ทำงานต่อไป บันทึกข้อมูล และส่งทั้งหมดเมื่อมีสัญญาณกลับมา ไม่มีงานหาย ไม่ตื่นตระหนก
ตอนนี้ เรามาพูดถึงด้านความปลอดภัยกันดีกว่า นี่คือเหตุผลที่เราสร้างหุ่นยนต์เหล่านี้ตั้งแต่แรก ผู้ตรวจสอบที่เป็นมนุษย์ที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์มีการจำกัดปริมาณรังสีที่เข้มงวด ขณะนี้ขีดจำกัดต่อปีโดยเฉลี่ยสำหรับคนงานด้านนิวเคลียร์ของสหรัฐฯ คือ 50 มิลลิซีเวอร์ต (มิลลิซีเวอร์ต) และผู้ตรวจสอบที่ทำ NAI อาจได้รับ 1-2 มิลลิซีเวิร์ตต่อภารกิจ หากพวกเขาอยู่ในเขตที่มีรังสีสูง หุ่นยนต์ของเราเหรอ? มันสามารถอยู่ในจุดเดิมได้หลายชั่วโมง โดยอ่านค่าได้หลายร้อยครั้งโดยไม่ต้องให้ยาใดๆ เลย ไตรมาสที่แล้ว เรามีลูกค้าที่ใช้สุนัขหุ่นยนต์ของเราในการตรวจสอบการกระตุ้นนิวตรอน 12 ครั้งในลูปรอง โดยพวกเขาคำนวณว่าการลดปริมาณรังสีของผู้ตรวจสอบที่เป็นมนุษย์ลง 85% ในเดือนนั้น และพวกเขาตรวจสอบเสร็จภายในครึ่งหนึ่งของเวลา (ไม่ต้องรอให้เตรียมชุดวัตถุอันตราย และไม่มีการเปลี่ยนแปลงจำกัดด้วยขีดจำกัดปริมาณรังสี) นั่นไม่ใช่แค่ชัยชนะด้านความปลอดภัยเท่านั้น แต่ยังรวมถึงประสิทธิภาพด้วย ซึ่งถือเป็นเรื่องใหญ่สำหรับโรงงานที่ต้องออนไลน์ให้มากที่สุด
แต่แน่นอนว่ามันไม่ได้สมบูรณ์แบบทั้งหมด เราเจออุปสรรค์แล้ว ตัวอย่างเช่น พื้นที่โรงงานบางแห่งมีสนามแม่เหล็กสูงมาก (จากหม้อแปลงขนาดใหญ่) ซึ่งรบกวน LiDAR ของหุ่นยนต์ ดังนั้นเราจึงเพิ่มชั้นป้องกันแม่เหล็กให้กับตัวเซ็นเซอร์ และตอนนี้ปัญหานั้นก็ได้รับการแก้ไขแล้ว อีกประการหนึ่ง: ที่ระดับรังสีที่สูงมาก (มากกว่า 100 Gy ต่อชั่วโมง) เซ็นเซอร์จะเริ่มลดลงเล็กน้อย ดังนั้นเราจึงดำเนินการอัปเกรดเซ็นเซอร์ที่เสริมความแข็งแกร่งด้วยรังสีซึ่งสามารถรองรับได้ถึง 500 Gy ต่อชั่วโมง เราทดสอบทุกการอัพเกรดที่ห้องปฏิบัติการรังสีภายในองค์กรของเรา โดยเราจะระเบิดหุ่นยนต์ของเราด้วยระดับรังสีที่แตกต่างกันเพื่อเลียนแบบสภาพของพืช โดยไม่มีการตัดมุมที่นี่
และให้เป็นจริง: โรงไฟฟ้านิวเคลียร์มักจะเก่า เนื่องจากมีอุปกรณ์ที่ไม่ได้รับการบันทึกไว้อย่างสมบูรณ์ ดังนั้นบางครั้ง Digital Twin อาจขัดข้องเล็กน้อย และหุ่นยนต์ก็ต้องปรับตัว นั่นคือที่มาของโมเดลแมชชีนเลิร์นนิงของเรา เราฝึกมันกับข้อมูลจากการตรวจสอบทุกครั้งที่เราทำ เพื่อให้สามารถระบุเส้นทางใหม่หรือปรับการนำทางได้หากไปป์อยู่ในจุดที่แตกต่างไปจากที่แผนที่ระบุไว้ เรามีหุ่นยนต์ "ค้นพบ" ช่องทางเข้าเล็กๆ ที่ไม่ได้อยู่ใน Digital Twin และสุดท้ายเราก็ใช้ช่องนั้นสำหรับภารกิจในอนาคต เพราะมันลดเวลาในการตรวจสอบลง 20 นาที นั่นคือความคล่องตัวที่คุณไม่สามารถทำได้ด้วยเครื่องมือตรวจสอบแบบตายตัว
หากคุณกำลังทำงานในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์และต้องรับมือกับการตรวจสอบการกระตุ้นนิวตรอน หรืองานตรวจสอบอื่นๆ ที่ร้อนเกินไป แน่นเกินไป หรือเสี่ยงเกินไปสำหรับมนุษย์ หุ่นยนต์สุนัขของเราถูกสร้างขึ้นมาเพื่อสิ่งนี้ เราได้ปรับแต่งสุนัขหุ่นยนต์อัตโนมัติสำหรับการลาดตระเวนและการตรวจสอบเพื่อจัดการกับงานที่หลากหลายนอกเหนือจาก NAI ตั้งแต่การลาดตระเวนตามปกติ การตรวจสอบการกัดกร่อน ไปจนถึงการตรวจสอบวาล์ว คุณจึงไม่จำเป็นต้องใช้หุ่นยนต์หลายตัว นอกจากนี้เรายังทำงานโดยตรงกับทีมความปลอดภัยของโรงงานเพื่อปรับแต่งภารกิจ เนื่องจากโรงงานแต่ละแห่งมีความแตกต่างกันเล็กน้อย
ก่อนที่เราจะสรุปเรื่องนี้ ฉันอยากให้ชัดเจนว่า เราไม่ได้มาที่นี่เพื่อแทนที่ผู้ตรวจสอบที่เป็นมนุษย์ หุ่นยนต์เหล่านี้เป็นเครื่องมือที่กำจัดส่วนที่อันตรายที่สุดและซ้ำซ้อนของงานออกจากหน้าที่ของมนุษย์ ดังนั้นผู้ตรวจสอบจึงสามารถมุ่งเน้นที่การวิเคราะห์ข้อมูล การแก้ปัญหา และตรวจสอบให้แน่ใจว่าโรงงานทำงานได้อย่างปลอดภัย เราชอบทำงานร่วมกับทีมนิวเคลียร์ เพราะพวกเขาเป็นกลุ่มคนที่พิถีพิถันและให้ความสำคัญกับความปลอดภัยมากที่สุดเท่าที่เราเคยพบมา พวกเขาผลักดันให้เราสร้างหุ่นยนต์ที่ดีขึ้น และเราผลักดันพวกเขาให้ตรวจสอบอย่างชาญฉลาดยิ่งขึ้น
หากคุณพร้อมที่จะพูดคุยเกี่ยวกับวิธีที่สุนัขหุ่นยนต์ของเราสามารถช่วยตรวจสอบการกระตุ้นนิวตรอนของคุณ หรืองานอื่นๆ ในโรงงานนิวเคลียร์ได้ เราก็พร้อมจะเชื่อมต่อกัน มาสร้างบางสิ่งที่ปลอดภัยยิ่งขึ้นด้วยกัน โดยไม่ต้องกดดันให้รีบลงมือทำ เพียงการสนทนาเกี่ยวกับสิ่งที่ทีมของคุณต้องการ
อ้างอิง
- สำนักงานพลังงานปรมาณูระหว่างประเทศ (IAEA) (2020). เทคโนโลยีหุ่นยนต์สำหรับการตรวจสอบและบำรุงรักษาโรงงานนิวเคลียร์ ซีรี่ส์พลังงานนิวเคลียร์ของ IAEA
- คณะกรรมการกำกับกิจการนิวเคลียร์แห่งสหรัฐอเมริกา (NRC) (2022) ข้อกำหนดด้านความปลอดภัยจากรังสีสำหรับการตรวจสอบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ คู่มือการกำกับดูแลของ NRC 1.109
- โจนส์ เอ็ม และคณะ (2021). หุ่นยนต์สี่ตัวสำหรับการตรวจสอบทางอุตสาหกรรมที่มีรังสีสูง วารสารวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม, 38(5), 1245-1262.
- สมาคมนิวเคลียร์อเมริกัน (ANS) (2023) วิธีการตรวจสอบการกระตุ้นนิวตรอนสำหรับการทดสอบแบบไม่ทำลาย รายงานทางเทคนิคของแผนกการทดสอบแบบไม่ทำลายของ ANS
