问题描述
核聚变能是最具潜力的未来能源，聚变装置是实现受控核聚变反应的大科学装置，真空环境是聚变装置运行必不可少的条件之一。检漏是真空获得的一个必经步骤，对于人员无法进入的高危环境中，特别是面向未来聚变装置涉氚、涉中子的运行环境中，人员无法进入装置大厅区域进行喷氦气检漏。本项目依托EAST聚变实验装置，提出通过采用协作机器人和远程质谱、检漏仪监测相融合的方法。通过对协作机器人所携带的AGV小车，机械臂以及视觉系统在特定场景中的协同控制研究，达到对指定位置的氦气喷吹检漏的目的。通过安装在聚变装置中的多个质谱仪、检漏仪进行实时监测，从而实现聚变装置中远程真空检漏，达到聚变装置中无人进入实验运行区域即可以进行检漏的目标。本项目的研究是对无人检漏的前沿探索，对未来聚变装置在涉核环境下的运行与实验具有重要意义，相关研究成果和经验也为其他大科学装置和涉核场所的无人检漏提供强有力的支持。
问题背景
全球变暖给人类带来越来越多的问题，导致全球变暖的“元凶”就是人类对化石能源的使用，人类一直致力于开发化石能源的替代能源，其中我国于2021年在《国务院关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》中提出了碳达峰、碳中和的双碳目标。太阳能、风能、水能等可再生能源由于其效率低，功率不稳定等因素只能作为国家能源体系的必要补充，无法取代化石能源。核能的利用为人类解决能源问题提供了新的出路，核聚变能相比于核裂变能从反应物到产物都是完全清洁且安全。因此研究无人检漏技术在聚变领域的应用，对我国发展聚变能实现聚变装置未来的商业应用具有重要的现实意义，同时也为我国的能源安全提供了技术储备。
最新进展（截止问题发布年度）
随着科技发展检漏的方法和手段日益丰富，例如红外成像检漏技术被成功应用于航天器检漏中，实现对航天器低温推进剂发动机推进系统和载人航天器舱体结构的检漏；这种方法需要被检设备与周围存在较大温差，当有泄露时，泄露点周围温度迅速波动。在散裂中子源中通过全程摄像头与真空氦喷气探头相结合的方法实现固定轨道的三轴机器人进行喷氦检漏；但是聚变装置外围结构较为复杂有多种加热系统，因此固定轨道的方式并不能适用于聚变装置。针对聚变装置涉核环境，当前的检漏技术尚不能满足我们的需求。需要研究适用于未来聚变研究的无人检漏技术，无人检漏技术特别是聚变装置中无人检漏技术的研究涉及到真空技术、聚变实验与运行、控制技术以及机器人技术的交叉融合，并且由于聚变装置的稀缺性与复杂性，在国内目前这部分研究还相对较少。在国际上目前主要在国际热核聚变实验堆ITER（International Thermonuclear Experimental Reactor）开展了预研工作，但是由于ITER还处于工程设计和组装阶段，暂时还有没有进入实验阶段，因此其方案还处于概念设计阶段无法得到验证。因此在我国开展聚变装置中无人检漏技术的研究和工程设计，可以填补这部分研究的不足，解决卡脖子问题。
关键难点与挑战：1、适用于聚变装置运行要求的AVG小车的路径规划和识别研究；2、机械臂作为施氦执行器载体的进行工作的算法研究以及执行器的整体结构设计；3、视觉系统对目标检漏点的精确识别以及通过视觉系统的快速定位研究；最后将AVG小车，机械臂以及视觉系统协同工作完成检漏目标的研究；4、涉核环境下保障控制和数据传输系统能够实时稳定高效运行；5、供给系统研究包括供氦系统的设计，能够为施氦过程提供稳定、流量可调的氦气；重要意义
无人检漏技术是未来聚变堆运行亟待解决的关键问题，本问题的研究取得突破后可以有效解决特殊环境下无人进入聚变核心区域即可以进行检漏的问题。对聚变领域运行和实验、真空技术、控制技术以及机器人技术的交叉融合研究具有重要意义。具体来说通过研究适用于聚变领域的AVG小车路径规划算法，机械臂的调节算法以及视觉识别算法，涉核环境下控制及数据传输技术来服务于聚变装置远程真空检漏的需求，为我国聚变领域应用研究，特别是为未来聚变装置运行实现聚变电站商用的目标奠定了基础，为我国通过聚变研究探索清洁能源实现碳达峰、碳中和的双碳目标提供良好的技术储备。此外本技术具有良好的商业应用前景，可以应用于一些特殊环境，如化工、航天、核工业等存在有毒有害气体、高温辐射等人员无法达到场所。
