CN103736693A - 一种用于核电站放射性污染去污的激光清洁系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于核电站放射性污染去污的激光清洁系统，包括激光发生器、与激光发生器的激光输出口相连的激光传导装置、设置在目标材料附近的作业监控系统、控制系统、废物回收系统，激光传导装置包括与激光发生器的激光输出口相连并用于传输激光的光纤、用于将光纤的激光输出口移动到放射性污染物表面上方的移动器、机械手臂、设置在机械手臂上的操作装置，光纤固定设置在移动器内且光纤的激光输出口位于移动器的一端部，移动器的一端部悬空而另一端部安装在机械手臂上，操作装置用于控制机械手臂和移动器的运动，移动器的运动带动光纤的激光输出口移动。

Description

一种用于核电站放射性污染去污的激光清洁系统

技术领域

本发明属于核电技术领域，具体涉及一种用于核电站放射性污染去污的激光清洁系统。 

背景技术

随着国内新一轮核电站机组建设高峰的来临，国家对核电安全、核污染防护处理、应急处理、环境保护等的要求越来越高，相应的技术需求也越来越迫切，尤其是关系到核电安全的放射性污染去污处理技术的需求将越加迫切。在国家中长期科技发展纲要，优先支持的重点领域中，都提到了核电环保安全防护问题，指出促进环保产业发展，重点研究适合我国国情的重大环保装备及仪器设备，加大国产环保产品市场占有率，提高环保装备技术水平及加强核设施和放射源安全监管，确保核污染与辐射环境安全。 

核电站在运行过程中，结构材料的腐蚀产物和一回路冷却剂受中子活化形成放射性物质，传送、分配、沉积在系统的管道、阀门和水泵的表面。随着核电站服役时间的增长，这些放射性物质积累日益增多，导致系统辐射场增强，工作人员受辐照剂量增加。因此，需要定期或不定期进行放射性去污，保障电站安全运行，并降低运行人员集体辐射剂量。随着国内核电站大规模建设及运行，亟需进行放射性去污的部件将越来越多。 

目前通常采用的放射性去污方法基本分为机械-物理法和化学法，前者包括机械擦拭、高压水冲洗等，后者主要以强酸、强碱溶液溶解表层氧化物。这些传统去污方式效果有限，对使用场合和待清洁构件的形状、尺寸也有一定的限制。这些去污方式通常会产生大量废水、废液；在去污对象上会存在放射性废物残留；在清洁的同时，会对构件表面产生二次污染，这会给后续放射性废物处理与处置带来极大困难。同时还有对基材造成腐蚀的风险，此外，这些清洗方式多为人工近距离操作，给操作人员带来极大的健康威胁。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种用于核电站放射性污染去污的激光清洁系统，针对核电站建筑物表面、现场工装及工具、核电站管道、泵、各种水池等易被放射性污染的构件（建筑物）表面实施放射性污染去污，可以快速降低作业对象的放射性水平同时实现作业对象的清洁。 

为解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案： 

一种用于核电站放射性污染去污的激光清洁系统，包括用于产生激光将目标材料上的放射性污染物去除的激光发生器、与所述激光发生器的激光输出口相连的激光传导装置、设置在所述目标材料附近的作业监控系统、控制系统及用于回收已从所述目标材料上去除的放射性污染物的废物回收系统，所述激光发生器和所述作业监控系统均与所述控制系统相连并均由所述控制系统控制工作，所述激光传导装置包括与所述激光发生器的激光输出口相连并用于传输所述激光的光纤、用于将所述光纤的激光输出口移动到所述放射性污染物表面上方的移动器、机械手臂、设置在所述机械手臂上的操作装置，所述光纤固定设置在所述移动器内且所述光纤的激光输出口位于所述移动器的一端部，所述移动器的一端部悬空而另一端部安装在所述机械手臂上，所述操作装置用于控制所述机械手臂和移动器的运动，所述移动器的运动带动所述光纤的激光输出口移动。

所述移动器包括多个移动器单元，所述多个移动器单元之间采用手指关节的仿生结构串联连接，所述多个移动器单元之间通过向不同角度弯曲和伸直的动作来实现所述光纤的激光输出口到达所述放射性污染物表面上方。 

所述移动器单元的长度为5cm~15cm。 

所述移动器的一端部上设有用于集束激光的激光工作头。 

所述作业监控系统包括用于实时监控所述放射性污染物去污过程的清洁作业过程监测装置和用于实时监测环境中放射性情况的变化的放射性监测装置，所述清洁作业过程监测装置设置在所述光纤的激光输出口的附近，所述放射性监测装置具有监测探头，所述监测探头设置在所述目标材料附近。 

所述废物回收系统包括废物回收装置、一端与所述废物回收装置相连的废物传输管，所述废物传输管的另一端置于所述目标材料的上方，所述废物回收装置具有电机，当所述电机开启时，所述激光清洗后的所述目标材料上的放射性污染物通过所述废物传输管被吸入所述废物回收装置内。 

所述废物传输管的另一端连有吸口，所述吸口的大小为能够覆盖整个所述激光清洁作业区域。 

所述激光传导装置的激光输出口设置在所述吸口内，所述吸口随着所述激光传导装置的激光输出口的移动而移动。 

所述废物回收装置内还具有过滤器，所述过滤器与所述废物传输管相连。 

所述激光清洁系统还包括一辆可移动的小车，所述激光发生器放置在所述小车上。

由于上述技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点： 

本发明的激光清洁系统通过激光去除放射性污染物，并通过控制移动器的一端部的运动带动传输激光的光纤的激光输出口移动到目标材料表面上方对上面的放射性污染物进行去污处理，实现激光清洁系统的远程自动化操作，减少工作人员被辐照的风险。

本发明的激光清洁系统的光纤直接设置在移动器内部，简化了整个激光清洁系统的结构，方便操作，还减少了激光清洁系统的占地使用面积，特别的对于工作人员不能到达的狭窄空间也能对其进行清洁。 

本激光清洁系统由于是采用激光清洁，所以作业时目标材料的温升较低，目标材料的损伤微小，在热和辐射情况下具有良好的稳定性，清洁过程中，不产生废水，可以减少核电站放射性废水的排放，且没有化学作用过程，对核电站设备设施没有腐蚀。 

附图说明

图1为本发明激光清洁系统的结构示意图（未显示机械手臂）； 

图2为本发明激光清洁系统中激光传导装置的结构示意图；

图中：1、激光发生器；2、控制系统；3、激光传导装置；4、清洁作业过程监测装置；5、放射性监测装置；6、目标材料；7、放射性污染物；8、废物回收装置；9、废物传输管；10、吸口；11、激光束；12、过滤器；13、电机；14、光纤；15、移动器；16、激光工作头；17、机械手臂。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步描述。 

如附图1所示，一种用于核电站放射性污染去污的激光清洁系统，包括用于产生激光将目标材料6上的放射性污染物7去除的激光发生器1、与激光发生器1的激光输出口相连的激光传导装置3、设置在目标材料6附近的作业监控系统、控制系统2及用于回收已从目标材料6上去除的放射性污染物7的废物回收系统，激光发生器1和作业监控系统均与控制系统2相连并均由控制系统2控制工作，激光传导装置3包括与激光发生器1的激光输出口相连并用于传输激光的光纤14、用于将光纤14的激光输出口移动到放射性污染物7表面上方的移动器15、机械手臂17、设置在机械手臂17上的操作装置，光纤14固定设置在移动器15内且光纤14的激光输出口位于移动器15的一端部，移动器15的一端部悬空而另一端部安装在机械手臂17上，操作装置用于控制机械手臂17和移动器15的运动，移动器15的运动带动光纤14的激光输出口移动。本实施例中的机械手臂17可选择为六轴联动的机械手臂，机械手臂17具有固定基座，清洁作业过程中，固定基座固定放置在地面上，只需控制机械手臂17的另一端和移动器15的运动带动光纤14的激光输出口移动。 

移动器15包括多个移动器单元，多个移动器单元之间采用手指关节的仿生结构串联连接，多个移动器单元之间通过向不同角度弯曲和伸直的动作来实现光纤14的激光输出口到达放射性污染物7表面上方。移动器单元的长度为5cm~15cm。 

移动器15的一端部上设有用于集束激光的激光工作头16，激光通过激光工作头16输出，激光工作头16的激光输出口端为圆形。 

本实施例中，操作装置为一控制面板，通过数据线将相关指令传输到各个移动器单元，让移动器15的一端部移动到待作业表面。 

激光发生器1可以使用脉冲频率为40kHz的高频脉冲激光器，其激光平均功率为500w 

本实施例中，作业监控系统包括用于实时监控放射性污染物去污过程的清洁作业过程监测装置4和用于实时监测环境中放射性情况的变化的放射性监测装置5。

清洁作业过程监测装置4采用CCD及红外摄像装置实时监控激光清洁作业进程，将其设置在光纤14的激光输出口附近，监测激光光纤14的激光输出口的移动情况，监测激光清洁去污效果，通过清洁作业过程监测装置4反馈作业现场的实际情况，及时调整光纤14的激光输出口的移动速率，在实现清洁的前提下，提高移动速率，改进清洁效率。 

放射性监测装置5主要用于监测激光清洁作业前、作业后去污目标材料6放射性剂量的变化及清洁作业时环境中放射性剂量的变化，放射性监测装置5具有监测探头，在进行清洁作业过程中，监测探头的位置按清洁过程的情况变换，如在清洁作业前，将监测探头置于放射性污染物7表面；完成清洁作业后，置于目标材料6表面；在进行清洁作业时，置于目标材料6附近，监测周围环境中放射性剂量的变化。 

本实施例中，废物回收系统包括废物回收装置8、一端与废物回收装置8相连的废物传输管9，废物传输管9的另一端置于目标材料6的上方，废物回收装置8具有电机13，当电机13开启时，激光清洗后的目标材料6上的放射性污染物7通过废物传输管9被吸入废物回收装置8内。如图1所示，废物传输管9的另一端连有吸口10，吸口10的大小为能够覆盖整个激光清洁作业区域。激光传导装置3的激光工作头16设置在吸口10内，吸口10随着激光传导装置3的激光工作头16的移动而移动，如图1所示，激光工作头16输出的激光束11全部位于吸口10内，这样就可以减少放射性污染物弥散在空气中。另外，还可以在激光进行放射性污染去污时，采用水或酒精喷洒在待去污作业表面，在显著提高激光清洁去污效率的同时（表面覆盖液体薄膜水、酒精等可以显著提高去污效率），还可以进一步减少去污产生的放射性污染物弥散在空气中。 

废物回收装置8内还可以设有过滤器12，过滤器12与废物传输管9相连，过滤器12采用多层过滤材料制造，过滤后的空气达到国家排放标准，过滤器12可以根据需要定期或定量更换，在过滤器12累积工作时间达到15天或吸口10周围的辐射剂量达到需要更换滤芯时就进行更换，更换下来的滤芯进行放射性固废处理。 

以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，且本发明不限于上述的实施例，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种用于核电站放射性污染去污的激光清洁系统，包括用于产生激光将目标材料上的放射性污染物去除的激光发生器、与所述激光发生器的激光输出口相连的激光传导装置、设置在所述目标材料附近的作业监控系统、控制系统及用于回收已从所述目标材料上去除的放射性污染物的废物回收系统，所述激光发生器和所述作业监控系统均与所述控制系统相连并均由所述控制系统控制工作，其特征在于，所述激光传导装置包括与所述激光发生器的激光输出口相连并用于传输所述激光的光纤、用于将所述光纤的激光输出口移动到所述放射性污染物表面上方的移动器、机械手臂、设置在所述机械手臂上的操作装置，所述光纤固定设置在所述移动器内且所述光纤的激光输出口位于所述移动器的一端部，所述移动器的一端部悬空而另一端部安装在所述机械手臂上，所述操作装置用于控制所述机械手臂和移动器的运动，所述移动器的运动带动所述光纤的激光输出口移动。

2.根据权利要求1所述的用于核电站放射性污染去污的激光清洁系统，其特征在于，所述移动器包括多个移动器单元，所述多个移动器单元之间采用手指关节的仿生结构串联连接，所述多个移动器单元之间通过向不同角度弯曲和伸直的动作来实现所述光纤的激光输出口到达所述放射性污染物表面上方。

3.根据权利要求2所述的用于核电站放射性污染去污的激光清洁系统，其特征在于，所述移动器单元的长度为5cm~15cm。

4.根据权利要求1所述的用于核电站放射性污染去污的激光清洁系统，其特征在于，所述移动器的一端部上设有用于集束激光的激光工作头。

5.根据权利要求1所述的用于核电站放射性污染去污的激光清洁系统，其特征在于，所述作业监控系统包括用于实时监控所述放射性污染物去污过程的清洁作业过程监测装置和用于实时监测环境中放射性情况的变化的放射性监测装置，所述清洁作业过程监测装置设置在所述光纤的激光输出口的附近，所述放射性监测装置具有监测探头，所述监测探头设置在所述目标材料附近。

6.根据权利要求1所述的用于核电站放射性污染去污的激光清洁系统，其特征在于，所述废物回收系统包括废物回收装置、一端与所述废物回收装置相连的废物传输管，所述废物传输管的另一端置于所述目标材料的上方，所述废物回收装置具有电机，当所述电机开启时，所述激光清洗后的所述目标材料上的放射性污染物通过所述废物传输管被吸入所述废物回收装置内。

7.根据权利要求6所述的用于核电站放射性污染去污的激光清洁系统，其特征在于，所述废物传输管的另一端连有吸口，所述吸口的大小为能够覆盖整个所述激光清洁作业区域。

8.根据权利要求7所述的用于核电站放射性污染去污的激光清洁系统，其特征在于，所述激光传导装置的激光输出口设置在所述吸口内，所述吸口随着所述激光传导装置的激光输出口的移动而移动。

9.根据权利要求6所述的用于核电站放射性污染去污的激光清洁系统，其特征在于，所述废物回收装置内还具有过滤器，所述过滤器与所述废物传输管相连。

10.根据权利要求1所述的用于核电站放射性污染去污的激光清洁系统，其特征在于，所述激光清洁系统还包括一辆可移动的小车，所述激光发生器放置在所述小车上。

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