Stahlliquidatoren

Bei Naturkatastrophen oder von Menschen verursachten Katastrophen werden Panzer häufig zur Bekämpfung von Trümmern und Großbränden eingesetzt. In zivile Versionen umgewandelt, mit entfernten Waffen, werden sie als Geländefahrzeuge, Traktoren, Reinigungs- und Sortiergeräte sowie zum Eindringen in unzugängliche Orte unter Bedingungen der Brandausbreitung oder unter der Gefahr des Zusammenbruchs von Bauwerken verwendet. Für die letztere Aufgabe wurde der Panzer auch während der Arbeiten im Shelter verwendet, das über dem zerstörten 4. Kraftwerk des Kernkraftwerks Tschernobyl errichtet wurde.

Die Ingenieure, die den Prototyp erstellt haben, haben den Turm abgebaut, ein Dosimeter, einen Temperatursensor und eine Beleuchtung am Tank installiert. Der Tank war mit einer Fernbedienung ausgestattet, die über ein Elektrokabel ausgeführt wurde und auf die gleiche Weise Daten von installierten Werkzeugen erhielt. Von den ersten Einsätzen an erwies sich der Tank als sehr nützlich für die Strahlenaufklärung: Durch das Starten vor Menschen war es möglich, die Strukturen zu inspizieren und den Grad der radioaktiven Kontamination unverzüglich und ohne unnötiges Risiko für die Liquidatoren zu messen. Darüber hinaus erwies sich die Maschine aufgrund ihrer geringen Abmessungen als sehr wendig und befahrbar und krabbelte zwischen den Trümmern in die kleinsten und unbequemsten Durchgänge, und das Kunststoffgehäuse war für eine spätere Reinigung und Dekontamination leicht zugänglich.

Der Panzer war ein Spielzeug und einer der erfolgreichsten Roboter, die in der Notaufnahme hergestellt und eingesetzt wurden.

Düsteres Spielzeug

Es gibt so ein Internet-Mem: auf den ersten Blick harmlose Bilder mit der Überschrift "Wenn Sie DIESES bemerken, können Sie es mit Angst tun."

Auf dem Foto oben ( Link zur Quelle und zum Autor ) wirkt alles hübsch: Ein roter, scheinbar Spielzeugbagger ist ein Kindheitstraum; der gleiche Muldenkipper: eine Art Spielzeug, aber groß und ernst; dazwischen ist ein silberner Mondrover. Dies ist wahrscheinlich ein Spielplatz einer Schule oder eines Sommercamps, und der APC im Hintergrund dient der patriotischen Erziehung.

Aber nein. Das sehr „erschreckende Detail“ auf dem Foto ist ein kleines dreieckiges Zeichen der Strahlengefahr vor dem LKW. Dies ist eine Ausstellung eines kleinen Museums von Geräten, die an der Liquidation des Unfalls beteiligt waren , und das Schild zeigt eloquent, warum die Exponate nicht berührt werden sollten.

Es gibt eine Meinung, dass sie alle, als sie versuchten, Roboter einzusetzen, sehr schnell versagten, es vorzogen, sie aufzugeben, und sie begannen, die Notaufnahme mit bloßen Händen zu reinigen, was auf Kosten der Gesundheit und des Lebens zahlreicher Liquidatoren ging. Tatsächlich ist dies eine sehr kontroverse Aussage, und die direkten Teilnehmer an diesen Veranstaltungen streiten sich untereinander. Tatsächlich konnten Roboter direkt während des Löschens, Reinigens des Daches, der Dekontamination und der Entfernung von Schmutz die Menschen nicht vollständig ersetzen. Sie hatten ihre schwerwiegenden Nachteile, wie Probleme bei der Überwindung von Blockaden und beim Abstauben beim Bewegen. Ihr Beitrag war jedoch immer noch bedeutend - vom berüchtigten Dach des 3. Triebwerks in zwei Monaten wurden 50 Tonnen klebrige Bitumen-Bitumen-Beschichtung entfernt, die in großen Mengen radioaktiven Staub auf sich selbst sorbierte, und etwas weniger - Graphitfragmente, das zweitgefährlichste Material des Reaktors danach FCM - brennstoffhaltige Materialien, wie sie Keramik oder Lava aus der gefrorenen Schmelze von Beton und Brennelementen genannt werden. Wenn es in Zukunft um die Erhaltung, die Überwachung des Zustands des zerstörten Triebwerks und die Arbeit im Tierheim ging - das heißt, wenn nicht mehr gleichzeitig Notfall- und gefährliche Arbeiten von Hunderten von Menschen erforderlich waren -, war es Zeit für Roboter.

Nicht wahr?

Es scheint nicht intuitiv zu sein, dass leblose Metallroboter unter Strahlung leiden. Tatsächlich ist dies jedoch so: Das Versagen elektronischer Komponenten unter dem Einfluss radioaktiver Strahlung tritt viel schneller auf, als dieselbe Strahlung einen lebenden Organismus außer Gefecht setzt. Kleine tödliche Granaten bombardieren eine Person für lange Zeit von außen und von innen (mit verschlucktem oder eingeatmetem Staub oder unter Neutronenführung), bevor ein schmerzhafter Tod eintritt. Aber die Elektronik, die sich an der Grenze der binären Logik befindet, versagt sofort mit der kleinsten, aber kritischen Verletzung.

Natürlich wird der Roboter bei längerer Exposition mit geringer Intensität davon profitieren. Aber mit Hunderten und Tausenden von Röntgenstrahlen pro Stunde am Rand des eingestürzten Daches des Kernkraftwerks Tschernobyl wird sein schwächstes Glied, Halbleiter, sehr schnell versagen. Halbleiter sind sowohl Mikroschaltungen als auch die einfachsten Transistoren, die aus genau demselben Grund bestrahlt werden, aus dem sie selbst arbeiten: Die Bewegung von Ladungsträgern in einem Halbleitermaterial wird durch radioaktive Ladungsträger gestört, die den Roboterkörper durchdringen.

Unter dem tödlichen Schauer geladener Teilchen werden zwei Hauptmechanismen der Beschädigung der Elektronik realisiert.

Erstens beschädigen Neutronen, Protonen und Alpha-Teilchen das Halbleiterkristallgitter und ersetzen Atome durch Isotope oder sogar andere Elemente, was zu lokalen Defekten führt. Dies beeinflusst stark die Mobilität von Ladungsträgern, die Anzahl der Rekombinationen sowie die Eigenschaften des pn-Übergangs in Transistoren. Interessanterweise verursacht eine kurzfristige Bestrahlung mit hoher Energie einen „Temperierungseffekt“, der nach der Metallhärtung benannt ist: Das Gitter ist im Vergleich zu dem durch kontinuierliche, aber weniger starke Strahlung verursachten Abbau leicht wiederhergestellt. Bei Bipolartransistoren wird dieser Faktor jedoch zum Hauptgrund für den Verlust der Ausgangseigenschaften.

Zweitens verursachen Teilchen mit einer niedrigeren Energie als der für atomare Substitutionen im Kristallgitter erforderlichen Energie Ionisationseffekte. Dies führt zu allen Arten von elektrischem Rauschen, induziertem Rauschen, photoelektrischem Effekt und Signalübertragungsfehlern in Optokopplern, Verschlechterung von MOS-Transistoren sowie Softwarefehlfunktionen.

Abgesehen von allen Arten der Bestrahlung können Neutronen sowohl die obige Wechselwirkung mit den Atomkernen im Kristall als auch die Erzeugung von Sekundärstrahlung - "Splitter" aus Kollisionen mit dem Material - ausführen. Bipolartransistoren reagieren am empfindlichsten auf sie, denn wenn Neutronen in das Kristallgitter eindringen, können sie darin „tiefe Fallen“ erzeugen, dh Orte mit einer anomal großen Bandlücke - Energie für die Übertragung des Ladungsträgers auf das Leitfähigkeitsniveau. Sie halten einer Flussdichte von bis zu Giga-Neutronen pro Quadratmeter stand. cm, CMOS-Schemata - Petaneutrons pro Quadrat. siehe. Im allgemeinen Fall können CMOS-Chips einer Dosis von bis zu 100 grauer Strahlung standhalten. Zum Vergleich beträgt die tödliche Dosis für eine Person etwa 5 Grau, und da Grau die Anzahl der Strahlungsjoule pro kg Masse und der Massendifferenz zwischen einem Mikrokreislauf und einer Person ist, sieht dies ziemlich gut aus. Bis der Roboter Tausenden von Röntgenstrahlen pro Stunde ausgesetzt ist. Es gibt jedoch Technologien, mit denen der Strahlungswiderstand eines Halbleiterkristalls um Größenordnungen erhöht werden kann, beispielsweise indem er auf einem Saphirsubstrat gezüchtet wird . Es ist auch möglich, sowohl die Schaltung als auch die Logik (Erhöhen der Anzahl von Steuerbits), um die Zuverlässigkeit elektronischer Systeme zu erhöhen.

Keil

Zunächst arbeiteten Roboter parallel zu menschlichen Liquidatoren. Sowohl auf dem Boden als auch auf dem Dach der Station, wo Boden- oder Ruberoidböden und Betonspäne mit echten Minen in Form von Fragmenten der Graphitanordnung und Brennstoffzellen gemischt wurden, mussten so bald wie möglich Dekontaminierungsarbeiten durchgeführt werden.

Einer der ersten, der ferngesteuerte Produktionskomplexe VNII-100 (jetzt VNIITransmash) einsetzte. Bereits am 18. Mai forderte die Regierungskommission vom Chefdesigner Alexander Leonovich Kemurdzhian , der dringend in das Katastrophengebiet gebracht wurde: „Sie haben das Land zu einem ferngesteuerten Lunokhod gemacht - legen Sie es auf das Dach, um es zu reinigen!“ Als Antwort auf irritierte Einwände, dass der Lunokhod für diese Aufgaben nicht geeignet sei, erhielt Kemurdzhian eine noch kategorischere Antwort: „Dann machen Sie uns ein neues Auto!“

Neue Autos wurden in sehr kurzer Zeit hergestellt. Zunächst wurde in nur 44 Tagen Klin-1 erstellt. Es handelte sich um eine Berechnung von zwei Kettenfahrzeugen: dem Grader Object 032, der auf der Grundlage des technischen Abbruchfahrzeugs IMR-1 mit zusätzlicher Dekontaminationsausrüstung, Abschirmung und Funksteuerung erstellt wurde, sowie des Kontrollfahrzeugs Object 033 auf der Basis des T-72-Tanks.




Von oben nach unten: Objekte 032 und 033. Das Kontrollauto war bewohnt und befand sich an einem sicheren Ort, während der funkgesteuerte Bulldozer-Deaktivator in der gefährlichsten Zone arbeitete. Der gesamte Komplex half dabei, fast 1,5 Tausend Kubikmeter kontaminierten Bodens zu entfernen, in Wagen zu laden und zu entfernen

"Lunokhod" wurde auch gemacht. "Klin-2", besser bekannt als "STR-1" oder ein spezialisierter Transportroboter, war am effektivsten bei der Reinigung des Daches des 3. Triebwerks.
Das fast eine Tonne schwere Auto wurde per Hubschrauber oder Kran auf das Dach gebracht und fuhr nach der Arbeit auf eine spezielle Plattform und bewegte sich auf dem gleichen Weg zurück zum Boden, um es zu dekontaminieren und aufzuladen. Die Ingenieure näherten sich dem Chassis ernsthaft, damit sich der Roboter so klebrig wie möglich von der Hitze bewegen konnte (und um die Erosion radioaktiver Verunreinigungen über einen großen Bereich mit Abwasser aus Duschen zu verhindern, kreisten „Kadaver“ mit Silberiodid-Ladungen lange Zeit Bitumen-Ruberoid) Beschichtung. Es war notwendig, dass das Bitumen nicht an den Rädern haftet und gleichzeitig die Räder gut daran haften und es zusammen mit geschmolzenen radioaktiven Rückständen vom Dach entfernen. Zwei Maschinen STR-1 haben diese Aufgabe gemeistert und bis Ende September mehr als 3.000 Quadratmeter geräumt. m des Daches.

Die Strahlungsstabilität der Komponenten manifestierte sich zum einen in der Vererbung der Weltraumtechnologie - es gab bereits Erfahrungen mit der Entwicklung von Komponenten, die vor der Einwirkung kosmischer Strahlung geschützt waren. Zweitens wurden zuverlässige Steuermethoden verwendet: In der Schaltung selbst wurden die Relaisbaugruppen maximal verwendet, und die Fernbedienung ging über geschützte Funkkanäle.



Neben dem VNII-100 arbeiteten bei dem Unfall die Maschinen des Leningrader Zentralforschungsinstituts der RTK. Es gab mehr als verschiedene Größen, aber sie wurden wegen schlechter Handhabung, Ausfällen und Langsamkeit kritisiert. Im Rahmen dieses Artikels, der nach den beschriebenen Ereignissen geboren wurde und kein Spezialist ist, werde ich mich nicht verpflichten, etwas strikt zu bestätigen. Aus den Quellen, die ich gefunden habe, spricht der Sohn von Kemurdzhian in seinem Vortrag zum 30. Jahrestag des Unfalls über etwa 1000 Personen (bezogen auf Arbeitsschichten, die der Rekrutierung einer zulässigen Einzeldosis für den Liquidator entsprechen), die durch STR-1 ersetzt wurden. Valery Starodumov spricht in einem gleichzeitig veröffentlichten Fernsehfilm von 800 Personen, die zur Wartung ausgefallener Roboter verpflichtet waren. Ich empfehle nur, dass Sie beide Quellen selbst sehen, sie sind sehr interessant.

DUSA

Ferngesteuerte selbstfahrende Einheiten erschienen nach der Analyse der Trümmer und dem Bau des Shelter. Sie lösten andere Probleme - Untersuchung des Zustands der Strukturen, Suche nach Brennstoff (zunächst wusste niemand, dass es im ehemaligen Reaktorkern keine Graphitanordnung und Brennelemente gab - alles schmolz und leckte in den Subreaktorraum) und insbesondere kontaminierte Stellen.

Nach dem Bau des Shelter setzte zunächst niemand Roboter ein - die Untersuchung der Räumlichkeiten wurde erfolgreich durchgeführt, indem Brunnen gebohrt und Sonden mit den für die Exploration erforderlichen Sensoren eingeführt wurden. Später, als die primäre Intelligenz grundlegende Daten zum Standort brennstoffhaltiger Materialien (FCM) und zum Zustand der Strukturen lieferte, wurden Roboter aktiv entwickelt und angewendet, um neue Daten und ein Fernsehbild vom Arbeitsplatz zu erhalten.

Die Anforderungen an fertige Maschinen waren wie folgt. Neben dem Strahlenschutz waren Feuchtigkeits- und Staubschutz erforderlich. Unter dem Tierheim herrschte ein feuchtes Klima, und für radioaktiven Staub mussten die Roboter mit einem speziellen Tuch abgedeckt werden, um die Dekontamination zu erleichtern. Zuverlässigkeit und Durchsatz wurden durch die Vereinheitlichung der Knoten, des Fahrgestells, die Verringerung der Größe und die Verwendung einer unabhängigen Aufhängung der Räder des Wagens sichergestellt. Die Fernsteuerung und der Empfang von Signalen erfolgten per Kabel - das Funksignal wurde durch die Betonkonstruktionen der Station gestört.

Basierend auf Standardchassis wurden Roboter für die folgenden Aufgaben erstellt:

• Deaktivierung. Der Roboter fuhr in den Raum, besprühte dort mit einem Schlauch und einer Düse eine Dekontaminationslösung und brachte dann eine Staubschutzhülle an Wänden, Decke und Boden an.
• Konkrete Probenahme. Roboter wurden mit Manipulatoren hergestellt, die es ermöglichten, Wände und Proben aus erstarrter Brennstoffschmelze und Strukturen zum Sammeln von Proben zum Zwecke der nachfolgenden Analyse zu bohren.
• Fernsehintelligenz. Um die durch die Explosion verursachten Schäden zu bewerten und viele Arbeiten, einschließlich anderer DUSA, durchzuführen, wurden spezielle Überwachungsgeräte mit leistungsstarken Lichtquellen und darauf montierten Fernsehkameras entwickelt.

DUSA-Wagen auf Versuchen. Achten Sie auf den Isolierstoff. Fotoquelle hier und unten

Interessante Beispiele sind Roboter mit besonderen Bewegungsarten. In der vollständig zerstörten Zone des Triebwerks wurden Schienen verlegt, entlang derer sich die DUSA bewegte.

Ein Roboter mit einer Fernsehkamera bewegte sich in der Luft über kolossale Zerstörung, die für jede Art von Ausrüstung unpassierbar war, und ermöglichte es, sowohl den Grad der Beschädigung von Räumen und Strukturen als auch den Ort radioaktiver Trümmer detailliert abzubilden.



Eine völlig exotische Maschine war eine Magnetsenke. Es wurde für Arbeiten an Wänden und Decken von Räumen mit magnetisierbaren Verkleidungen entwickelt. Die Roboter-Fahrwerke enthielten leistungsstarke Samarium-Kobalt-Magnete, die es dem Roboter, der sich entlang dieser Oberfläche bewegte, ermöglichten, ein erhebliches Gewicht zu tragen. Doppelradblöcke erhöhten die Eingriffszuverlässigkeit bei der Überwindung von Schweißnähten und Fragmenten nichtmagnetischer Beschichtungen. In den Jahren 1990–91 Der magnetische Fluss wurde im Labor getestet und im Shelter verwendet, um Wärmesensoren in den Räumen des Dampfverteilungskorridors zu installieren. In Vorbereitung auf die Stabilisierung der Shelter-Strukturen maß er die Dosisfelder an der nördlichen Stützmauer:



Ausführlicher mit allen technischen Eigenschaften all dieser Geräte wird in diesem Buch beschrieben: A.A. Borovoy, E.P. Velikhov. Die Erfahrung von Tschernobyl und ich sehe keine Notwendigkeit, das Material von dort Wort für Wort neu zu formulieren, da diese Arbeit viele weitere Aspekte des Unfalls abdeckt und wunderschön illustriert ist.

Es ist bemerkenswert, dass die Roboter diesen Weg ein Vierteljahrhundert später auf der anderen Seite der Welt bei dem bekannten Unfall in Fukushima noch wiederholen mussten. Und dieser Weg war auch sehr dornig.