Liquidantes de aço

No caso de desastres naturais ou causados ​​pelo homem, os tanques são frequentemente usados ​​para lidar com escombros e grandes incêndios. Convertidos em versões civis, com as armas removidas, são usados ​​como veículos todo-o-terreno, tratores, equipamentos de limpeza e classificação, bem como para penetrar em locais inacessíveis nas condições de propagação de incêndio ou com a ameaça de colapso de estruturas. Para a última tarefa, o tanque também foi usado durante o trabalho no Abrigo, erguido sobre a 4ª unidade destruída da usina nuclear de Chernobyl.

Os engenheiros que criaram o protótipo desmontaram a torre, instalaram um dosímetro, sensor de temperatura e iluminador no tanque. O tanque foi equipado com um controle remoto, realizado por cabo elétrico, da mesma forma que os dados recebidos das ferramentas instaladas. Desde as primeiras manobras, o tanque provou ser muito útil para o reconhecimento de radiação: lançando-o à frente das pessoas, era possível inspecionar as estruturas e medir o nível de contaminação radioativa prontamente e sem riscos desnecessários para os liquidatários. Além disso, a máquina se mostrou muito manobrável e aceitável devido às suas pequenas dimensões, arrastando-se entre os escombros até as passagens mais pequenas e mais desconfortáveis, e a caixa de plástico era facilmente passível de limpeza e descontaminação subsequentes.

O tanque era um brinquedo e era um dos robôs de maior sucesso criados e aplicados no pronto-socorro.

Brinquedos sombrios

Existe um meme da Internet: à primeira vista, fotos inofensivas com a legenda "Quando você percebe isso, pode fazê-lo com medo".

Na foto acima ( link para a fonte e o autor ) tudo parece bonito: uma escavadeira vermelha, aparentemente de brinquedo, é um sonho de infância; o mesmo caminhão basculante: tipo de brinquedo, mas grande e sério; no meio é um veículo lunar prateado. Provavelmente, este é um playground de alguma escola ou acampamento de verão, e a APC ao fundo é, bem, para educação patriótica.

Mas não. O "detalhe assustador" da foto é um pequeno sinal triangular de risco de radiação na frente do caminhão. Esta é uma exposição de um pequeno museu de equipamentos que participou da liquidação do acidente , e a placa mostra eloquentemente por que as exposições não devem ser tocadas.

Há uma opinião de que, quando tentaram usar robôs, todos fracassaram rapidamente, preferiram abandoná-los e começaram a limpar o posto de emergência com as próprias mãos, isto é, à custa da saúde e da vida de numerosos liquidatários. De fato, esta é uma afirmação muito controversa, e os participantes diretos desses eventos discutem entre si. De fato, diretamente durante o trabalho de extinção, limpeza do telhado, descontaminação e remoção de detritos, os robôs não podiam substituir totalmente as pessoas. Eles tinham sérias desvantagens, como problemas com a superação de bloqueios e a poeira ao se mover. No entanto, sua contribuição ainda era significativa - do notório telhado da 3ª unidade de energia em dois meses, foram removidas cinquenta toneladas de revestimento betuminoso-betuminoso pegajoso, que absorveu poeira radioativa sobre si mesmo em grandes quantidades e um pouco menos - fragmentos de grafite, o segundo material mais perigoso do reator depois FCM - materiais contendo combustível, como eles chamavam de cerâmica ou lava do derretimento congelado de elementos de concreto e combustível. No futuro, quando se tratava de conservação, monitorando o estado da unidade de energia destruída e trabalhando dentro do Abrigo - ou seja, quando não havia mais necessidade de trabalhos perigosos e de emergência para centenas de pessoas ao mesmo tempo -, era hora de robôs.

Não é?

Parece contra-intuitivo que robôs inanimados de metal sofram radiação. Mas, de fato, é assim: a falha dos componentes eletrônicos sob a influência da radiação radioativa ocorre muito mais rapidamente do que a mesma radiação incapacita um organismo vivo. Pequenas conchas mortais bombardearão uma pessoa por um longo tempo do lado de fora e de dentro (com poeira ingerida ou inalada ou por orientação de nêutrons) antes que ocorra uma morte dolorosa; mas a eletrônica, estando no limite da lógica binária, falha imediatamente com a menor, mas crítica violação.

Obviamente, em condições de exposição prolongada a baixa intensidade, o robô se beneficiará. Mas com centenas e milhares de raios-x por hora na beira do telhado desabado da usina nuclear de Chernobyl, seu elo mais fraco: semicondutores, falhará rapidamente. Os semicondutores são microcircuitos e os transistores mais simples que sofrem irradiação pelo mesmo motivo pelo qual trabalham: o movimento de portadores de carga em um material semicondutor é interrompido por portadores de carga radioativos que perfuram o corpo do robô.

Sob a chuva mortal de partículas carregadas, dois mecanismos principais de dano à eletrônica são realizados.

Primeiramente, nêutrons, prótons e partículas alfa danificam a estrutura cristalina de um semicondutor , substituindo átomos por isótopos ou mesmo outros elementos, causando defeitos locais. Isso afeta fortemente a mobilidade dos portadores de carga, o número de recombinações, bem como as propriedades da junção pn nos transistores. Curiosamente, a irradiação de alta energia a curto prazo causa um "efeito de têmpera", nomeado após o endurecimento do metal: a grade é ligeiramente restaurada em comparação com a degradação causada pela radiação contínua, mas menos poderosa. No entanto, para transistores bipolares, esse fator se torna o principal motivo da perda de características de saída.

Em segundo lugar, partículas com energia menor do que a necessária para substituições atômicas na estrutura cristalina causam efeitos de ionização. Isso resulta em todos os tipos de ruído elétrico, ruído induzido, efeito fotoelétrico e erros de transmissão de sinal nos acopladores ópticos, degradação dos transistores MOS, além de mau funcionamento do software.

Além de todos os tipos de irradiação, os nêutrons são capazes tanto da interação acima com os núcleos atômicos no cristal quanto da geração de radiação secundária - “estilhaços” de colisões com o material. Os transistores bipolares são mais sensíveis a eles, porque quando os nêutrons penetram na rede cristalina, eles podem criar "armadilhas profundas", ou seja, locais com uma lacuna de banda anormalmente grande - energia para transferir o transportador de carga para o nível de condutividade. Eles suportam uma densidade de fluxo de até a ordem dos giga-nêutrons por quadrado. cm, esquemas CMOS - petaneutrons por quadrado. No caso geral, os chips CMOS podem suportar uma dose de até 100 radiação cinza. Para comparação, a dose letal para uma pessoa é de cerca de 5 Gray e, considerando que Gray é o número de joules de radiação por kg de massa e a diferença de massa entre um microcircuito e uma pessoa, isso parece muito bom. Até o robô ser exposto a milhares de raios-x por hora. Mas existem tecnologias que permitem aumentar a resistência à radiação de um cristal semicondutor em ordens de magnitude, por exemplo, cultivá-lo em um substrato de safira . Também é possível que os circuitos e a lógica (aumentando o número de bits de controle) aumentem a confiabilidade dos sistemas eletrônicos.

Wedge

No começo, os robôs trabalhavam em paralelo com os liquidatários humanos. Tanto no chão quanto no telhado da estação, onde pisos de solo ou ruberoides e aparas de concreto eram misturados com minas reais na forma de fragmentos de montagem de grafite e células de combustível, era necessário realizar o trabalho de descontaminação o mais rápido possível.

Um dos primeiros a trabalhar complexos de produção controlados remotamente VNII-100 (agora VNIITransmash). Já em 18 de maio, do designer-chefe Alexander Leonovich Kemurdzhian , levado urgentemente à área do desastre, a comissão do governo exigiu: "Você fez do país um Lunokhod controlado remotamente - coloque-o no telhado para limpá-lo!" Em resposta a objeções irritadas de que o Lunokhod não estava adaptado para essas tarefas, Kemurdzhian recebeu uma resposta ainda mais categórica: "Então faça de nós um carro novo!"

Os carros novos foram fabricados em um tempo muito curto. Primeiro de tudo, em apenas 44 dias, o Klin-1 foi criado. Foi um cálculo de dois veículos de esteira: a motoniveladora Object 032, criada com base no veículo de demolição de engenharia IMR-1 com equipamento de descontaminação adicional, blindagem e sistema de controle por rádio, bem como o veículo de controle Object 033 baseado no tanque T-72.




De cima para baixo: Objetos 032 e 033. O carro de controle era habitado e estava em um local seguro, enquanto o bulldozer-desativador controlado por rádio trabalhava na zona mais perigosa. Todo o complexo ajudou a remover, carregar em vagões e remover quase 1,5 mil metros cúbicos de solo contaminado

"Lunokhod" também foi feito. O “Klin-2”, mais conhecido como “STR-1” ou um robô de transporte especializado, mostrou-se o mais eficaz em termos de limpeza do teto da 3ª unidade de potência.
O carro pesando quase uma tonelada foi entregue ao teto por helicóptero ou guindaste e, depois do trabalho, dirigiu-se para uma plataforma especial e voltou do mesmo jeito para o chão, para descontaminação e recarga. Os engenheiros adotaram uma abordagem séria do chassi para que o robô pudesse se mover o mais pegajoso possível do calor (e para evitar a erosão da contaminação radioativa em uma grande área com esgoto dos chuveiros, “Carcaças” com cargas de iodeto de prata circuladas por um longo tempo) betume-ruberoide revestimento. Era necessário que o betume não grude nas rodas e, ao mesmo tempo, que as rodas se apeguem bem, removendo-o do telhado junto com detritos radioativos derretidos. Duas máquinas STR-1 lidaram com esta tarefa, tendo limpado mais de 3.000 metros quadrados até o final de setembro. m do telhado.

A estabilidade da radiação dos componentes se manifestou, primeiramente, na herança da tecnologia espacial - já existia experiência no desenvolvimento de componentes protegidos da ação dos raios cósmicos. Em segundo lugar, métodos de controle confiáveis ​​foram usados: no próprio circuito, os conjuntos de relés foram usados ​​ao máximo e o controle remoto passou por canais de rádio protegidos.



Além do VNII-100, as máquinas do Instituto Central de Pesquisa de Leningrado da RTK trabalharam no acidente. Havia mais do que tamanhos diferentes, mas eles foram criticados por problemas de manuseio, interrupções e lentidão. No âmbito deste artigo, tendo nascido após os eventos descritos e não sendo especialista, não me comprometerei a afirmar algo estritamente. Das fontes que encontrei, o filho de Kemurdzhian em sua palestra no 30º aniversário do acidente fala de cerca de 1000 pessoas (referindo-se a turnos de trabalho equivalentes a recrutar uma dose única permitida para o liquidatário), que foram substituídos pelo STR-1. Valery Starodumov, em um filme de televisão lançado ao mesmo tempo, fala de 800 pessoas exigidas para o serviço de robôs que falharam. Apenas recomendo que você veja as duas fontes, elas são muito interessantes.

DUSA

Aparelhos de autopropulsão com controle remoto apareceram após a análise dos escombros e a construção do Abrigo. Eles resolveram outros problemas - investigação do estado das estruturas, busca de combustível (no início ninguém sabia que não havia montagem de grafite e elementos de combustível no antigo núcleo do reator - tudo derretia e vazava no espaço do sub-reator) e, principalmente, locais contaminados.

Após a construção do Abrigo, inicialmente ninguém usava robôs - o estudo das instalações foi realizado com sucesso, perfurando poços e introduzindo sondas com os sensores necessários para a exploração. Mais tarde, quando a inteligência primária forneceu dados básicos sobre a localização dos materiais contendo combustível (FCM) e o estado das estruturas, os robôs começaram a ser ativamente desenvolvidos e aplicados para obter novos dados e uma imagem de televisão no local de trabalho.

Os requisitos para máquinas acabadas foram os seguintes. Além da proteção contra radiação, eram necessárias proteção contra umidade e poeira. Um clima úmido permaneceu sob o abrigo, e a poeira radioativa exigia que os robôs fossem cobertos com um pano especial para facilitar a descontaminação. A confiabilidade e a produtividade foram garantidas pela unificação dos nós, o chassi, a redução no tamanho, o uso da suspensão independente das rodas do carrinho. O controle remoto e a recepção dos sinais eram realizados por cabo - o sinal de rádio estava bloqueado pelas estruturas de concreto da estação.

Com base no chassi padrão, os robôs foram criados para as seguintes tarefas:

• Desativação. O robô entrou na sala, pulverizando com uma mangueira e injetando uma solução de descontaminação no bico e aplicando uma cobertura contra poeira nas paredes, teto e piso.
• Amostragem de concreto. Os robôs foram criados com manipuladores que permitiram perfurar paredes e amostras de fundido de combustível solidificado e estruturas para coletar amostras para fins de análise subsequente.
• Inteligência televisiva. Para avaliar os danos causados ​​pela explosão, bem como realizar muitos trabalhos, incluindo outros DUSA, foram criadas máquinas especializadas de vigilância com poderosas fontes de luz e câmeras de televisão montadas nelas.

A DUSA entra em testes. Preste atenção ao tecido isolante. Fonte da foto aqui e abaixo

Exemplos interessantes são robôs com maneiras especiais de se mover. Na zona completamente destruída da unidade de energia, foram instalados trilhos ao longo dos quais o DUSA se movia.

Movendo-se no ar por uma destruição colossal, intransitável para qualquer tipo de equipamento, um robô com uma câmera de televisão tornou possível mapear com grande detalhe o grau de dano às salas e estruturas e a localização de detritos radioativos.



Uma máquina completamente exótica era uma pia magnética. Foi criado para trabalhos nas paredes e tetos de salas com revestimento que pode magnetizar. As engrenagens do robô continham poderosos ímãs de samário-cobalto, o que permitia que o robô que se movia ao longo dessa superfície tivesse um peso significativo. Os blocos de duas rodas aumentaram a confiabilidade da malha ao superar soldas e fragmentos de revestimentos não magnéticos. Entre 1990 e 1991 o fluxo magnético foi testado em laboratório e usado na Shelter para instalar sensores de calor nas salas do corredor de distribuição de vapor. Em preparação para a estabilização das estruturas do Abrigo, ele mediu os campos de dose na parede norte do contraforte:



Mais detalhadamente com todas as características técnicas de todos esses dispositivos são descritos neste livro: A.A. Borovoy, E.P. Velikhov. A experiência de Chernobyl , e não vejo a necessidade de reformular o material palavra por palavra a partir daí, uma vez que esse trabalho abrange muitos outros aspectos do acidente e é lindamente ilustrado.

Vale ressaltar que os robôs ainda precisavam repetir esse caminho um quarto de século depois, do outro lado do globo, no conhecido acidente de Fukushima. E esse caminho também foi muito espinhoso.