CZ284233B6

CZ284233B6 - Postup a zařízení pro práci s laserem na povrchu v zamořené oblasti jaderného reaktoru

Info

Publication number: CZ284233B6
Application number: CS921918A
Authority: CZ
Inventors: Jean-Pierre Cartry
Original assignee: Framatome
Priority date: 1991-06-26
Filing date: 1992-06-22
Publication date: 1998-09-16
Also published as: DE69208161D1; ZA924699B; FR2678418A1; DE69208161T2; CZ191892A3; EP0520847B1; FR2678418B1; RU2084976C1; EP0520847A1; CA2070265A1; TW232070B; ES2082401T3

Abstract

Pracovní energie je vytvářena ve tvaru nejméně dvou laserových impulsních paprsků mimo zamořenou oblast. Uvedená energie je přenášena nejméně dvěma optickými vlákny (18A, 18B) až k místu v blízkosti povrchu, který je třeba opracovat. V uvedeném místě jsou laserové paprsky složeny tak, aby byl vytvořen nejméně jeden výsledný laserový paprsek (37); tento paprsek (37) je vyslán k uvedenému povrchu případně pomocí odrazného zrcátka (38). Zařízení je určeno pro dekontaminaci primárního okruhu jaderních reaktorů s přetlakovou vodou.ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká postupu a zařízení pro práci s laserem na povrchu v zamořené oblasti jaderného reaktoru.

Vynález je zejména použitelný pro laserovou dekontaminaci povrchů ve vodním nebo plynném prostředí, na kterých jsou uloženy radioaktivní látky jako jsou kysličníky aktivovaných kovů, za účelem snížení úrovně záření a tím umožnění přístupů nebo přiblížení personálu pověřeného zásahem na těchto plochách.

Předložený vynález se týká primárního okruhu jaderných elektráren s přetlakovou vodou a obzvláště vodní nádrže parních generátorů a primárních potrubí.

Dosavadní stav techniky

Dekontaminaci je nutno provést, je-li třeba přezkoumat nebo opravit zamořené části centrály nebo při výměně parního generátoru jakož i při odebírání pláště takové centrály.

Známy jsou různé způsoby dekontaminace:

- metání brusných částic na povlak radioaktivního oxydu za účelem jeho odstranění obroušením nebo chemické rozpuštění takového povlaku, přičemž je nevýhodou tvoření množství důležitých odpadů a nákladné opracování;

- dekontaminace laserovým paprskem. Známý postup je popsán v evropském patentu EP-A91 649, kde je laserový paprsek vysílán do vstupu vodní nádrže, na jejíž vnitřní stěny je odrážen orientovanými zrcátky upevněnými na trubkovnici. Uvedený postup neumožňuje ve své vlastní koncepci ani pomocí laserových impulsů o velké energii jednotné opracování všech zamořených povrchů. Kromě toho odstraňování radioaktivních zbytků odsáváním vzduchu obsaženého ve vodní nádrži je málo účinné.

Podstata vynálezu

Vynálezem je docílena možnost účinně pracovat za použití laseru v zamořené oblasti.

Předmětem vynálezu je postup a zařízení pro práci s laserem v zamořené oblasti nukleárního reaktoru, jehož podstatou je postup a zařízení pro práci s laserem na povrchu v zamořené oblasti jaderného reaktoru, vyznačující se tím, že pracovní energie je vytvořena ve tvaru nejméně dvou laserových impulsních paprsků mimo zamořenou oblast, načež je přenesena nejméně dvěma optickými vlákny, která jsou přiřazena uvedeným paprskům až k místu v blízkosti jmenovaného povrchu, kde kombinací laserových paprsků je vytvořen nejméně jeden výsledný laserový paprsek, který je vyslán k příslušnému povrchu případně pomocí odrazného zrcátka.

Podle dalších význaků: - pracovní oblast při práci s laserem je ohraničena, přičemž je čerpán plyn obsažený v ohraničené oblasti; - do pracovní oblasti při práci s laserem je dodáván ochranný nebo aktivní plyn; - pro dekontaminaci příslušného povrchu výsledný laserový paprsek obsahuje impulsy o energii 0,3 až 2 jouly nebo více a energetické hustotě 1 až 4,5 J/cm, přičemž délka impulsů je 10 až 30 ns.

-1 CZ 284233 B6

Zařízení podle vynálezu je určeno k provádění shora uvedeného postupu a vyznačuje se tím, že obsahuje nejméně jeden generátor laserových impulsů, který je umístěn mimo zamořenou oblast; prostředky umožňující vytvářet energii ve tvaru nejméně dvou impulsových laserových paprsků; přístroj pro kombinaci těchto laserových paprsků k vytvoření nejméně jednoho výsledného laserového paprsku, který směřuje k příslušnému povrchu případně za použití nejméně jednoho odrazného zrcátka; nejméně dvě optická vlákna pro přenos laserových paprsk až ke vstupu kombinačního přístroje a prostředky k přesunování tohoto přístroje podél uvedeného povrchu a jeho okolí. Podle dalších význaků: - zařízení podle vynálezu obsahuje uzavřené ohrazení pohyblivé podél povrchu společně s kombinačním přístrojem nebo zrcátkem a opatřené čerpací aparaturou; zařízení k plnění ochranných nebo aktivním plynem do uzavřeného ohrazeni; dva generátory laserových impulsů, optické vlákno přiřazené každému generátoru a synchronisační zařízení generátorů; dále zařízení vyznačující se tím, že jeden nebo každý generátor obsahuje nejméně jeden výstupní zesilovač; každé optické vlákno je dlouhé asi nejméně 10 m; odrazné zrcátko je pohyblivě namontováno za kombinačním přístrojem; kombinační přístroj je uložen na středícím vozíku, který je pohyblivě umístěn v dekontaminovaném potrubí, přičemž odrazné zrcátko je upevněno v uzavřeném ohrazení, které je otočně namontováno na podložce se zařízením pro rotační pohyb uzavřeného ohrazení.

Přehled obrázků na výkresech

Příklady realizace postupů podle vynálezu budou dále popsány se zřetelem k připojeným vyobrazením, kde:

Obr. 1 představuje schematicky dekontaminační zařízení podle vynálezu;

Obr. 2 představuje detail tohoto zařízení ve větším měřítku;

Obr. 3 analogický pohled na obr. 2 v jiném provedení;

Obr. 4, 5 analogické pohledy na obr. 2 znázorňující dekontaminaci podle vynálezu přívodu primární vody.

Příklad provedení vynálezu

V Obr. 1 je znázorněn v axiálním řezu jeden ze dvou prostorů skříně 2 na vodu parního generátoru jaderného reaktoru s přetlakovou vodou. Prostor 1 je nahoře opatřen trubkovnicí 3, po jedné straně je uzavřen svislou střednicí 4 skříně na vodu a po druhé straně dole půlkulovým dnem 5 skříně na vodu, která je opatřena příčným průlezem 6.

Na Obr. 1 je rovněž znázorněno zařízení 2 umožňující dekontaminaci povrchů laserovými paprsky, vymezujících prostor 1. Toto zařízení obsahuje vnější aparaturu 8 umístěnou vně stříně na vodu, v místnosti chráněné před zářením a vnitřní aparaturu 9 situovanou uvnitř prostoru 1, do kterého ji lze vsunout průlezem 6.

Vnější aparatura 8 obsahuje ovládací pult 10, generátor elektrické energie a plynu 11, dva stejné generátory laserových impulsů 12A, 12B a čerpadlo 13 opatřené na vstupu filtrem 14.

Vnitřní aparatura 9 obsahuje přístroj 15 pro kombinaci laserových paprsků a uzavřené ohrazení 16, uložené na podložce 17. Kombinační přístroj 15 laserových paprsků obsahuje dva vstupy spojené s příslušnými výstupy generátorů 12A a 12B optickými vlákny 18A, 18B o délce asi nejméně 15 m. Uzavřené ohrazení 16 je spojeno na jedné straně potrubím 19 se zdrojem ochranného, případně neutrálního či redukčního nebo aktivního plynu z elektrického a plynového

-2CZ 284233 B6 generátoru 11, a na druhé straně je spojeno trubkou 20 s filtrem 14 a čerpadlem 12· Podložka 17 je opatřena na konci kloubem robotu 21 délkově řízeného z ovládacího pultu 10. který' umožňuje disponovat vnitřní aparaturou 9, přičemž je brán zřetel na jakoukoliv oblast povrchů a jejich okolí, jež je třeba dekontaminovat.

Obr. 2 představuje podrobnější řez vnitřní aparaturou 9. Jak patrno z tohoto vyobrazení je upevněn kombinační přístroj 15 laserových paprsků na podložce 17, přičemž elektrické napájení 23 je zajištěno vedením 26 připojeným ke generátoru 11 v Obr. 1. Do vstupního čela přístroje 15 jsou provrtány dva otvory, do kterých jsou upevněna odlehlé konce optických vláken 18A, 18B, které po kombinaci v přístroji 15, z něhož vystupují ve tvaru dvou paprsků tvořících jediný laserový paprsek s paralelními impulsy, který prochází výstupním ústím 29.

Podložka 17 je na svém odlehlém konci připojena k rámu 30, ve kterém jsou teleskopicky namontovány vodicí kolíky 31 rovnoběžné s osou X-X kombinačního přístroje 15 a odtlačované pružinami 32 v opačném smyslu od přístroje 15. Uzavřené ohrazení 16 ve tvaru miskové manžety představuje dno 33 kolmé na osu X-X, na kterém jsou upevněny vodicí kolíky 31 s bočnicí 34, jejíž volný okraj je opatřen kolečky 35. Ve středu dna 33 je vytvořeno v ose X-X ústí 36, jehož průměr je větší než průměr složeného paprsku 37.

Každý z laserových generátorů 12A, 12B je takového druhu, že umožňuje přenos paprsku optickým vláknem. Podle volby typu generátoru je možno použít délku vlny 1,06 pm nebo třeba jen 0,3 pm. Na výstupu obou generátorů jsou v sérii nebo jiném zapojení dva zesilovače 38. 39. Vysílány jsou impulsy o délce 10 až 30 ns. Oběma generátorům 12A, 12B je přiřazen synchronisační obvod 40 a takto vytvořený celek je řízen tak, aby z výstupu kombinačního přístroje 15 vycházel kombinovaný paprsek 37, jehož impulsy mají energii 0,3 až 2 jouly a energetickou hustotu 1 až 4,5 J/cm².

Při provozu jsou kolečka 35 přitlačována působením pružin 32 na dekontaminovaný povrch, který představuje v tomto příkladu příčka 4. Uzavřené ohrazení 16 je čištěno ochranným nebo aktivním plynem a generátory 12A. 12B vysílané impulsové paprsky jsou přenášeny optickými vlákny 18A, 18B do kombinačního přístroje 15, kterým jsou vysílány přímo ve tvaru vý sledného složeného paprsku 37 k povrchu, který je třeba dekontaminovat. Pomocí robotu 21 je podložka 17 přemísťována tak, že jsou očištěny všechny povrchy, které je třeba dekontaminovat.

Dříve zmíněná energetická hustota je volena tak, aby umožnila proniknutí tepla v závislosti na tlouštce nebo na části tlouštky vrstvy radioaktivního oxydu, který je třeba odstranit, přičemž každý impuls vyvolá nárazovou vlnu na tuto vrstvu. Použití neutrálního nebo redukčního plynu k propláchnutí snižuje oxydaci čištěného povrchu, zatím co použití aktivního plynu, zejména kyslíku, umožňuje zvětšení tlouštky kysličníkové vrstvy zasahované laserovými impulsy. Volba proplachovacího plynu bude tedy závislá na specielních podmínkách při každém použití.

Použití optického vlákna k vícenásobnému přenosu každého laserového paprsku poskytuje pozoruhodnou výhodu spojenou s rozdělením energie paprsku na výstupu tohoto vlákna a tím úrovně plošného nárazu paprsku na stěnu. V tomto případě je vskutku rozdělení energie citelně konstantní po celém závadném povrchu, přičemž zásady jsou tvaru pravoúhlých zářezů na rozdíl od zásahů ve tvaru špičky jako je tomu při přenosech paprsku vzdušnou cestou. Přitom je třeba, aby vlákna byla dostatečně dlouhá, například 10 m, aby homogenisace energie byla správná. Při kratších optických vláknech je v určitých případech vhodné, aby z ústí generátorů vycházela homogenní energie ve tvaru pravoúhlých zářezů.

Jak je zřejmé, rozdělení energie ve tvaru pravoúhlých zářezů umožňuje pracovat bez ztrát na účinnosti se sníženými laserovými výkony, což je výhodné.

Použití kombinačního přístroje 15 v blízkosti dekontaminovaného povrchu představuje větší počet výhod: laserové generátory 12A, 12B jsou umístěny mimo zamořenou oblast; laserové paprsky je možno přenášet optickými vlákny až do blízkosti dekontaminovaného povrchu za drive zmíněných výhod, čemuž by tak nebylo, jestliže by celá energie složeného paprsku 37 byla dodávána jediným laserovým generátorem vzhledem k omezeným možnostem přenosu laserových výkonů optickými vlákny; rovnoběžný laserový paprsek 37, který dopadá kolmo na dekontaminovaný povrch není kriticky závislý na vzdálenosti tohoto povrchu od výstupního ústí paprsku 29 z kontaminačního přístroje 15 a není nutno udržovat jej konstantní.

Na obr. 3 je znázorněna aparatura 9A, která se liší od uspořádání na obr. 2 tím, že podložka 17 je rovnoběžná s osou X-X kombinačního přístroje 15 laserových paprsků a rovnoběžná s povrchem k dekontaminaci. Vodicí kolíky 31 jsou kolmé k ose X-X a odrazné zrcátko 38 je skloněno o 45° a upevněno vůči ústí 36 uzavřeného ohrazení 16. Funkce tohoto alternativního uspořádání je tatáž jako před tím shora popsáno. Zejména lze toto uspořádání použít při práci s laserem ve zmenšených prostorách.

Alternativu v obr. 3 je možno pozměnit jak následuje: soustavu uzavřeného ohrazení, vodicí kolíky 31, zrcátko 38 připojené k podložce 17 prostřednictvím jiné podložky kní pohyblivě namontované, která se pohybuje anebo otáčí kolem osy kombinačního přístroje 15 laserových paprsků. Takto je možno v každé poloze přístroje 15 účinně zasahovat poměrně vzdálenou oblast nezávisle na tvaru této oblasti.

Alternativní uspořádání znázorněná na obr. 4 a 5 jsou používána k dekontaminaci stěn primárního potrubí, za předpokladu, že tyto jsou pravoúhlé v obr. 4 nebo zaoblené v obr. 5.

Kombinační přístroj 15 je upevněn rozpěrkami 42 v sací trubce 20 stejně jako motor 43. Trubka 20 je nesena středícím vedením v dekontaminovaném potrubí 45. Uzavřené ohrazení 16 tvoří odlehlý konec trubky, která na druhém konci potrubním kolenem 46 je přímo spojena s tímto ohrazením odbočkou 20A, přičemž je koaxiálně a otočně namontována na odlehlém konci potrubí 20 s uzavřeným ohrazením 16. Odrazné zrcátko 38 je upevněno v potrubním kolenu 46. Na vnější straně nejbližšího konce tohoto potrubí je uloženo ozubené kolo 47. které je v záběru s výstupním pastorkem 48 motoru 43. Všeobecně jsou k dispozici mechanismy přibližovány vozíku 44 případně unášením tímtéž motorem 43.

Na obr. 5 je patrno mezi jiným ukončení 49 vedení a motorisovaného posunování trubky 20 provisorně namontované na konci dekontaminovaného potrubí 45.

V jiném alternativním uspořádání podle vynálezu lze oba generátory 12A, 12B nahradit jediným laserovým generátorem. Je-li přenášen výkon jediným optický m vláknem, kombinační přístroj 15 se stává pouze jednoduchým přístrojem pro manipulaci s laserovým optickým vláknem.

V opačném případě je rozdělen paprsek vycházející z generátoru na dva partiální paprsky, z nichž každý je přenášen jedním optickým vláknem, které v kontaminačním přístroji 15 laserových paprsků jsou znovu rekombinovány.

Ve všech případech je možno vytvořit větší počet složených paprsků 37, které jsou přivedeny do uzavřeného ohrazení 16 větším počtem ústí 36. Tímto způsobem je tedy v každém okamžiku prováděna dekontaminace většího povrchu.

Claims

1. Postup pro práci s laserem na povrchu zamořené oblasti jaderného reaktoru, vyznačující se tím, že pracovní energie se vytváří pomocí nejméně dvou svazků laserových impulsů generátorů (12A, 12B) v zamořené oblasti (2), načež se tato energie přenáší nejméně dvěma optickými vlákny (18A, 18B) přidruženými těmto svazkům až do míst sousedících s pracovními povrchy (3, 4, 5), přičemž se přístrojem (15) pro kombinování laserových svazků vytvoří jeden výsledný laserový paprsek (37), který se vysílá k povrchům (3, 4, 5).

2. Postup podle nároku 1, vyznačující se tím, že pracovní oblast se ohraničí uzavřeným ohrazením (16), ze kterého se při práci s laserem odsává obsažený plyn.

3. Postup podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že při práci s laserem se do pracovní oblasti vpouští ochranný nebo aktivní plyn.

4. Postup podle kteréhokoliv z nároků laž3, vyznačující se tím, že výsledný laserový paprsek (37) obsahuje impulsy s energií 0,3 až 2 jouly o hustotě energie od 1 do 4,5 J/cm² a délce 10 až 30 ns.

5. Postup podle kteréhokoliv z nároků laž4, vyznačující se tím, že se vysílá výsledný laserový paprsek (37) k pracovním povrchům pomocí nejméně jednoho odrazného zrcátka (38).

6. Zařízení k provedení postupu podle kteréhokoliv z nároků laž5, vyznačující se tím, že obsahuje nejméně jeden generátor (12A, 12B) laserových impulsů umístěný mimo zamořenou oblast (2), prostředky vytvářející laserovou energii nejméně ze dvou svazků laserových impulsů, přístroj (15) pro kombinování laserových svazků pro tvorbu nejméně jednoho výsledného laserového svazku (37), nejméně dvě optická vlákna (18A, 18B) k přenosu příslušných svazků do přístroje (15) a robot (21) k přemístění přístroje (15) k pracovnímu povrchu.

7. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že kombinační přístroj (15) obsahuje uzavřené ohrazení (16) opatřené sací trubkou (20).

8. Zařízení podle nároku 6 nebo 7, vyznačující se tím, že kombinační přístroj (15) je opatřen zrcátkem (38) pro odraz výsledného laserového paprsku (37).

9. Zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím, že obsahuje potrubí (19) k zavedení ochranného nebo aktivního plynu do uzavřeného ohrazení (16).

10. Zařízení podle nároků 6 až 9, vyznačující se tím, že každý z generátorů (12A, 12B) je spojen jedním z optických vláken (18A, 18B) přes nejméně jeden z výstupních zesilovačů (39), se synchronisačním zařízením (40) generátorů.

11. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 6 až 10, vyznačující se tím, že každé vlákno (18A, 18B) je dlouhé nejméně 10 m.

12. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 6 až 11, vyznačující se tím, že odrazné zrcátko (38) se umístí pod kombinační přístroj (15).

13. Zařízení podle nároků 7 až 12, vyznačující se tím, že kombinační přístroj (15) se uloží na středěný suport (44) axiálně pohyblivý v dekontaminačním potrubí (45), přičemž odrazné zrcátko (38) se upevní v uzavřeném ohrazení (16) na suportu (44) s motorem (43) pro otáčivý pohyb uzavřeného ohrazení (16).