核聚变装置退役：借鉴裂变经验，探索机器人与AI应用

聚变装置退役问题与裂变装置不同，其产生的放射性废物少，且大部分废物放射性水平低、寿命短。不过，拆除报废聚变装置任务复杂、危险重重，需谨慎移除、拆卸、包装和储存众多材料。目前，卡勒姆的JET装置正在进行退役工作，这为未来聚变装置退役提供了实践样本。

JET装置退役工作涵盖多方面。首先要移除托卡马克装置内部的瓦片和组件，接着拆除周围基础设施，最后拆解托卡马克装置本身。托卡马克装置内部是最危险区域，反复聚变反应使高能中子轰击装置壁、磁体和内部组件，致其具有放射性，难以安全处理。JET装置使用氚作为燃料，会产生少量放射性废物，氚可渗透到金属等材料中，污染燃料循环系统，拆除反应堆时内部部件必须作为放射性废物处理。托卡马克装置内部的墙砖污染最为严重，还包含复杂的管道、系统和磁体网络，这些材料都需切割、安全包装、储存并送往长期处置场所。反应堆外部相对安全，但也可能出现热点，需密切监控，拆除时要保证人员与周围环境安全距离，逐一拆卸。

聚变技术出现晚于裂变技术，具有诸多优势。上世纪四五十年代的首批裂变装置几乎未考虑机器人技术、数据处理和退役问题，而聚变装置远小于传统核电站，即使是老旧的JET装置也早已采用机器人维护。例如MASCOT，两个安装在长臂上的大型遥控机械臂可在装置内部移动，目前正在升级用于拆除3000多个部件。然而，聚变装置退役仍面临挑战，许多解决方案可与裂变领域共享。

在退役过程中，模拟是极具价值的工具。尖端虚拟现实和动态模型可创建近乎完美的设施内部数字模型，JET的MASCOT装置已采用此方法，并在裂变领域废物处理单元有诸多应用，能安全试用新机器人装置、高效培训操作人员，加快机器人部署并降低风险。同时，还需要新的机器人，裂变装置退役领域的安全管道切割机器人等技术，可解决聚变装置退役中管道、电缆等基础设施的拆卸切割问题。

持续监测也是关键挑战之一。在核裂变领域，机器人已展现辐射监测价值，如Spot四足机器人部署在塞拉菲尔德核电站进行辐射调查;无人机有采集辐射和其他数据的潜力，但需谨慎部署，JET近期进行的无人机试验证明了未来无人机巡检的安全性。此外，所有检测数据需整合利用，数据平台在裂变装置退役中日益重要，能整合多种数据源，绘制辐射分布图、标记异常情况、预测未来趋势，支持更明智决策。

聚变设施退役和改造比裂变设施简单，其规模小、需处理材料少、废物放射性低。借鉴为复杂裂变设施开发的解决方案，聚变设施退役和改造过程可更快、更安全、更经济高效。RAICo(机器人与人工智能合作组织)由英国原子能管理局、核退役管理局、塞拉菲尔德有限公司、曼彻斯特大学和AWE核安全技术公司组成，旨在加速机器人和人工智能在核退役和聚变工程中的应用。