CA2062623A1

CA2062623A1 - Procede et equipement de travail au laser dans une zone contaminee d'une installation nucleaire

Info

Publication number: CA2062623A1
Application number: CA002062623A
Authority: CA
Inventors: Jean-Pierre Cartry
Original assignee: Jean-Pierre Cartry; Framatome
Current assignee: Areva NP SAS
Priority date: 1991-04-05
Filing date: 1992-03-10
Publication date: 1992-10-06
Also published as: KR920020528A; FR2674983A1; DE69204879T2; EP0507641B1; ZA922453B; TW201356B; ES2078681T3; FR2674983B1; DE69204879D1; EP0507641A1; RU2084978C1

Abstract

SOCIETE DITE : FRAMATOME Procédé et équipement de travail au laser dans une zone contaminée d'une installation nucléaire DU CONTENU TECHNIQUE DE L'INVENTION Suivant ce procédé, on émet hors de la zone contaminée (en 12) un faisceau laser pulsé, on transporte ce faisceau jusqu'à un emplacement voisin de ladite surface, et, à cet emplacement, on amplifie (en 15) le faisceau et on envoie le faisceau amplifié sur ladite surface. Application à la décontamination du circuit primaire des réacteurs nucléaires à eau pressurisée. Figure 1

Description

~6~623 La prés~nte lnvention est relative à un pro-cédé et une lnstallation de travail au laser sur une surface contenue dans une zone contaminée d'une installa-tion nucl~aire.
L'invention s'applique notamment ~ la décon-tamination par faisceau l,aser, en milieu aqueux ou gazeux, de surfaces ayant reçu un d~pat de matières radioactives telles que des oxydes de métaux activés, afin de réduire le niveau de radiations et de permettre ainsi l'accès ou l'approche du personnel d'interven-tion.
Le circuit primaire des centrales nucléaires ~ eau pressurisée est concerné par cette invention et plus particulièrement la boîte à eau des générateurs de vapeur et las tuyauteries primaires.
La décontamination peut être n~cessaire lors d'une vérificatlon ou d'une réparation à effectuer dans la partie contamin~e de la centrale, lors du remplacement d'un équipement tel qu'un gén~rateur de vapeur, et égale-ment lors du démantèlement de cette centrale.
On connait plusieurs proc~d~s de décontamina-tion :
- la projection de particules abrasives pour éliminer par abrasion la pellicule d'oxyde radioactive, ou la dissolution chimique de cette pelliaule, qui ont pour inconvénient de produire des quantités importantes d'effluents coûteux à traiter;
- la décontamination par faisceau laser. Dans un procéde connu de ce type, décrit dans le FR-A-2 525 380, un faisceau laser est émis ~ l'entrée de la bolte à eau et renvoyé sur la paroi int~rieure de celle-ci par des miroirs orientables fixés à la plaque tubulaire. Ce proc~dé, de par sa conception m~me, ne permet pas, même avec des impulsions aser ~ forte densité d'énergie, de .
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~ O ~ 2 ~ ~ ~

traiter de facon uniforme tou-tes les surfaces ~ décon-ta-miner.
L'invention a pour but de permettre de tra-vailler de façorl efficace au moyen d'un laser dans une zone contamin~e.
A cet effet, le procéd~ suivant l'invention est caract~risé en ce qu'on bmet hors de la zone contami-n~e un ~aisceau laser pulsé, on transporte ce faisceau jusqu'à un emplacement voisin de ladite surface, et, à
cet emplacement, on amplifie le faisceau et on envoie le faisceau amplifi~ sur lad$te sur~ace, éventuellement par l'intermédiaire d'un miroir ds renvoi.
Suivant d'autres caractéristiques :
- on effectue le transport au moyen d'une fibre optique;
- on envoie un gaz protecteur ou actif dans la région de travail pendant le travail au laser;
- on confine la région de travail et, pendant le travail au laser, on aspire le gaz contenu dans la région confin~e;
- on fait passer le faiscaau amplifié à
travers un orifice d'une ~lectrode parall~le à ladite surfacs, et on crée un champ électrique entre cette électrode et ladite surface pendant le travail au laser;
- pour la décontamination de ladlte surface, on utilise un falsceau laser qui, après amplification, poss~de des impulsions ayant une ~nergie de 0,3 à 5 joules, ou plus, une dur~e de 10 ~ 30 ns, et une densité
d'énergie de 1 à 15 J/cm2.
: 30 L'invention a également pour objet un équipe-ment destin~ ~ la mise en oeuvrP dlun -tel procédé. Ce-t équipement est caractéris~ en ce qu'il comprend :
: - un g~n~xateur de faisceau laser pulsé dis-posé~en dehors de la zone contaminée;
; 35 - un amplificateur de faisceau laser;

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:

2 ~ 2 ~

- des moyens de transport du faisceau laser pulse jusqu'~ l'entrée de cet amplificateur; et - des moyens pour déplacer l'amplificateur en regard de ladite surface et au voisinage de celle-ci.
Suivant d'autres caractéristi~ues :
- le gén~rateur est du type Nd-YAG, saphir ou excimère, ~ventuellement muni d'un miroir gaussien de renvoi, et lesdits moyens de transport comprennent une fibra optique;
- la fibre optique a une longueur d'au moins 15 m environ;
- l'~quipement comprend un miroir de renvoi monté en sortie de l'amplificateur et éventuellement mobile par rapport à celui-ci.
Des exemples de mise en oeuvre de l'invention vont maintenant ~tre décrits en regard des dessins annexés sur lesquels :
- la Figure 1 représente sah~matiquement un ~quipement de d~contamination au laser conforme à
l'invention;
- la Figura 2 repr~sente ~ plus grande échelle un détail de cet ~guipement;
- la Figure 3 est une vue analogue à la Figure 2 d'une variante; et - la Figure 4 est une vue partielle d'une autre variante.
On a représent~ ~ la Figure 1, en coupe axiale, l'un 1 des deux compartiments de la bolte à eau 2 d'un gen~rateur de vapeur de r~acteur nucléaire ~ eau pressurisée. Ce compartiment 1 est d~limit~ vers le haut par la plaque tubulaire 3, d'un caté par la cloison vertlcale m~diane 4 de la boîte a eau, et de l'autre c~té
et vers le bas par le fond hémisphérique 5 de la boite à eau, lequel est t-raversé par un trou d'homme 6.
On a également représenté sur la Figure 1 ùn . . . - .

20~23 équipement 7 adapté pour permet~re la d~contamination par faisceau laser des surfaces qui délimiten-t le comparti-ment 1. Cet équipement comprend un appareillage externe 8 dispos~ à l'ext~rieur de :La boite ~ sau, dans un local approprié protégé des radiations, et un appareillage interne 9 dispos~ à l'int~rieur du compartiment 1 et pouvant ~tre introduit dans celui-ci ~ travers le trou d'homme.
L'appareillage 8 comprend un pupitre de commande 10, un gén~rateur d'énergie électrique et de fluides 11, un générateur de faisceau laser pulsé 12, constitué par un oscillateur ~ventuellement suivi d'un préamplificateur, et une pompe aspirante 13 ~ 17 entrée de laquelle est pr~vu un filtre 14.
L'appareillage 9 comprend un amplificateur de faisceau laser 15 et une enceinte de confinement 16 portés par un support 17. L'entrée de l'amplificateur 15 est reliée à la sortie du générateur 12 par une fibre optique 18 de type multimode ayant une longueur d'au moins 15 m environ. L'enceinte 16 est reli~e d'une part, ViA une condui~e 19, ~ une source de gaz protecteur (neutre ou réducteur) ou actif contenue dans le généra-tPur 11, st d'autre part, via une conduite 20, au filtre 14 et ~ la pompe 13. Le support 17 constitue l'extrémité
d'un robot articulé, schématisé en 21, telécommandé
depuis le pupitre 10 et permet~an~ de disposer l'appa-reillage 9 en regard de n'importe quelle région des suraces 3, 4, 5 à d~contaminer et au voisinage de celle-ci.
L'appareillage 9 est représenté plus en dé-tail sur la Figure 2. Comme on le voit sur cette figure, l'amplificatQur 15 est logé dans un boîtier 22 fixé au support 17 et pourvu de conduites 23 d'alimentation electrique et 24 d'arriv~e et 25 d'évacuation d'eau de refroidissement. Les conduites 23 à 25 sont reliées via . .
- ~ -.
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~2~2~

une ligne 26 (Figure 1) au genérateur 11. Une face d'~ntrée du boltiPr 12 est percée d'un orifice dans lequel es-t fixée l'e~trémité distale de la fibre optique 18, et une optiqu~ d'entr~e 27 permet d'introduire à
l'entr~e de l'amplificateur 15 un faisceau parallèle de diamètre ~yal à celui du barreau de l'amplificateur. Ce faisceau ressort amplifié ~ l'autre exkr~mit~ de l'ampli-ficateur 15, et son diamètre est réduit par une op-tique de sortie 28, puis sort du boîtier 22 sous forme d'un faisceau puls~ parallèle ~ travers un orifice de sortie 29.
A qon extrémité distale, le support 17 porte un cadre 30 dans lequel plusieurs ~olonnettes 31 parallè-les à l'a~e X-X de l'amplificateur 15, sollicitées par des ressorts 3? dans le sens opposé ~ cet amplificateur, sont montées coulissantes. Llenceinte 16, qui a une forme de coupelle, présente un fond 33 perpendiculaire à l'axe X-X qui est fixé ~ llextrémité distale des colonnettes 31, et une paroi latérale 34 dont le bord libre est muni de roulettes 35. Le fond 33 comporte un orifice 36 d'axe X-X dont le diam~tre est l~gbrement sup~rieur à celui du faisceau amplifié 37.
Le g~n~rateur laser 12 est dlun type permet-tant le transport du aisceau par fibre optique. Il peut être en particulier du type Nd-YAG (longueur d'onde 1,06 ~m), du type saphir (longueur d'onde centrée sur 0,78 ~m~
ou du type excim~re (longueur d'onde 0,3 ~m). Il émet d~s impulsions ayant une durée de 10 ~ 30 ns. Ce yénérateur 12 et llamplificateur 15 sont régl~s pour fournir un faisceau amplifié 37 dont les impulsions ont une énergie de 0,3 ~ 5 joules ou plus et une densit~ d'~nergie (ou fluence) de 1 ~ 15 J/cm2.
En fonctionnement, les roulettes 35 sont appliquées, avec une force déterminee par les ressorts 32, sur la surface à decontaminer, qui est la cloison 4 -,, - . - - . . . .

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?,~62623 dans l'exemple représente. Un gaz protecteur ou actif balaye l'enceinte I6, et le faisceau puls~ émis par le gén~rateur 12, transporté par la fibre optique 18 et amplifié en 15, est envoy~ directement, sous la forme du faisceau parallèle 37, sur la surface a traiter, perpen-diculairement ~ celle-ci. On balaie toutes les surfaces d~contaminer de cette man1~re en dépla~ant le support 17 au moyen du robot 21.
La densit~ d'énergie précit~e est choisie de manibre à permettre une p~nétration thermique corres-pondant à l'épaisseur, ou c~ une partie de l'épaisseur, de la couche d'oxyde radioactive ~ ~liminer, chaque impulsion créant une onda de choc sur cette couche.
L ' utilisation d'un gaz neutre ou réducteur de balayage réduit l'oxydation de la surface d~cap~e, tandis que l'utilisation d'un gaz actif, notamment d'oxygène, permet d'augmenter l'épaisseur de la couchs d'oxyde intéressée par les impulsions laser. Le choix du gaz de balayage sera donc établi en fonction des condltions particulières de chaque application.
L'utilisation d'uns fibre optique multimode pour le transport du faisceau laser non amplifié, procure un avantage considérable lié à la répartition d'énergie dans le faisceau en sorti~ de ladite fibre, et donc au niveau de la tache d'impact du aisceau sur la paroi. En effet, dans ce cas, la répartition d'~nergie est sensi-blement constante sur toute la surface de la tache; elle est en forme de creneau au lieu d'avoir une répartition comportant un pic central comme c'est le cas avec une transmission du faisceau par voie a~rienne. Il faut cependant que la fibre soit suffisamment longue pour que l'homogenéisation de l'~nergie soit correcte, par exemple au moins 15 m environ. Avec une fibre optique plU5 courte, 11 conviendrait dans certains cas d'utiliser dans le g~n~rateur 12 un mirolr dit "gaussien", connu en soi, - : - . : -, ::. . ' , ' ' ~2~23 fournissan-t une r~partition homog~ne, en créneau, de l'énergie.
Comme on le comprend, une répartition en cr~neau de l'énergie permet de travailler sans perte d'efficacité avec des puissances laser réduites, ce qui est avantageux.
L'utilisation d'un amplificateur 15 ~ proxi-mité de la surface à décontaminer présente de nombreux avantages :
10 - le générateur laser 12 est disposé en de-hors de la zone contaminée;
- le faisceau laser peut ~tre transporté par fibre optique Jusqu'au voisinage de la surace ~ traiter, avec l,es avantages précités, ce qui ne serait pas le cas si toute l'énergie du faisceau 37 ~tait fournie par le générateur 12, ~ cause des possibilit~s limitées de transport de puissance laser des fibres optiques;
- le faisceau 37 ~tant un faisceau parallèle qui arrive perpendiculairement sur la surface ~ traiter, la distance entre cette surface et l'orifice de sortie de faisceau 29 de l'amplificateur n'est pas critique, et il n'est pas nécessaire de la maintenir constante.
L'appareillage 9A représenté sur la Figure 3 diffère de celui de la Figure 2 par le fait gue le support 17 est agencé de fa,con que l'axe X-X de l'am-plificateur 15 soit parallele à la surface ~ traiter. Les colonnettes 31 sont perpendiculaires ~ cet axe X-X, et un mirolr de renvoi 38 inclin~ à 45 est fix~ en regard de l'orific~ 36 de l'enceinte 16. Le fonctionne-ment de cette variante est le m~me ~ue celui décrit plushaut. Cette variante s'applique notamment au travail au laser dans des espaces r~duits, par exemple pour déconta-mlner la paroi des tuyauteries primaires.
La variante de la Figure 3 peut être modifiéa ~ ; ~ 35 comme suit : l'ensemble enceinte 16~colonnettes 31-:
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miroir 38 est reli~ au support 17 par l'intermédiaire d'un autre support monté mobile sur ce dernier, en translation et/ou en rotation autour de l'axe de l'ampli-ficateur 15. On peut ainsi, pour chaque position de l'amplificateur, balayer efficacement une région relati-vement ~tendue ~ traiter, guelle que soit la forme de cette régionO
La Figure 4 illustre des moyens autres que des moyens d'asplration pour capturer les particules d'oxyde détach~es de la surface par l'impact du faisceau laser~ Il s'agit dans ce cas d'une électrode 39 maintenue parallèle à la surface à traiter par des entretoises non représentées et percée d'un orifice 40 permettan-t le passage du faisceau laser 37. Cette électrode est portée, grâce à une alimentation électrique 41, à un potentiel élevé par rapport ~ la surface traitée, de sorte que les particules d'oxyde détachées, ionisiées par le faisceau laser, sont attirées sur l'électrode 39.

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Claims

1 - Procédé de travail au laser sur une sur-face (3, 4, 5) contenue dans une zone contaminée (2) d'une installation nucléaire, caractérisé en ce qu'on émet hors de la zone contaminée (en 12) un faisceau laser pulsé, on transporte ce faisceau jusqu'à un emplacement voisin de ladite surface, et, à cet emplacement, on amplifie (en 15) le faisceau et on envoie le faisceau amplifié sur ladite surface, éventuellement par l'inter-médiaire d'un miroir de renvoi.

2 - Procédé suivant la revendication 1, ca-ractérisé en ce qu'on effectue le transport au moyen d'une fibre optique (18).

3 - Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on envoie un gaz protecteur ou actif dans la région de travail pendant le travail au laser.

4 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on confine la région de travail et, pendant le travail au laser, on aspire le gaz contenu dans la région confinée.

5 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on fait passer le faisceau amplifié (37) à travers un orifice (40) d'une électrode (39) parallèle à ladite surface, et on crée un champ électrique entre cette électrode et ladite surface pendant le travail au laser.

6 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, pour la décontamination de ladite surface (3 à 5), caractérisé en ce qu'on utilise un faisceau laser qui, après amplification, possède des impulsions ayant une énergie de 0,3 à 5 Joules, ou plus, une durée de 10 à 30 ns, et une densité d'énergie de 1 à 15 J/cm2.

7 - Equipement de travail au laser sur une surface (3, 4, 5) contenue dans une zone contaminée (2) d'une installation nucléaire, caractérisé en ce qu'il comprend :
- un générateur de faisceau laser pulsé (12) disposé en dehors de la zone contaminée (2);
- un amplificateur de faisceau laser (15);
- des moyens (18) de transport du faisceau laser pulsé jusqu'à l'entrée de cet amplificateur; et - des moyens (21) pour déplacer l'amplifica-teur (15) en regard de ladite surface et au voisinage de celle-ci.

8 - Equipement suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le générateur (12) est du type Nd-YAG, saphir ou excimère, éventuellement muni d'un miroir gaussien de renvoi, et en ce que lesdits moyens de transport (18) comprennent une fibre optique.

9 - Equipement suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la fibre optique (18) a une longueur d'au moins 15 m environ.

10 - Equipement suivant l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend un miroir de renvoi (38) monté en sortie de l'amplifi-cateur (15) et éventuellement mobile par rapport à celui-ci.

11 - Equipement suivant l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte de confinement (16) mobile solidairement avec l'amplificateur (15) ou avec le miroir (38) et munie de moyens d'aspiration (13, 14, 20) et éventuellement de moyens (19) d'introduction d'un gaz protecteur ou actif.

12 - Equipement suivant l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend une électrode (39) parallèle à ladite surface, percée d'un orifice (40) de passage du faisceau laser amplifié
et mobile solidairement avec l'amplificateur (15), et des moyens (41) pour créer un champ électrique entre cette électrode et ladite surface.