EP2164077A1 - Device and method for treating and/or decontaminating surfaces - Google Patents
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- EP2164077A1 EP2164077A1 EP08016554A EP08016554A EP2164077A1 EP 2164077 A1 EP2164077 A1 EP 2164077A1 EP 08016554 A EP08016554 A EP 08016554A EP 08016554 A EP08016554 A EP 08016554A EP 2164077 A1 EP2164077 A1 EP 2164077A1
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Definitions
- At least one handling device can be provided in an advantageous embodiment, to which at least one generator arrangement or components thereof, in particular an end of a waveguide and / or a decoupling element, and / or at least one further means, in particular a scanning device, can be arranged, and / or with which they can be guided and / or positioned relative to the contaminated or treated surface.
- the nozzle can be formed as a surface nozzle and / or adapted to the scanning or raster region of the respective scanning device, in particular in such a way that the respective raster region is covered or covered as completely as possible in terms of area.
- FIG. 1 shows an exemplarily designed device for the treatment and / or decontamination or decontamination of surfaces, wherein at least one generator arrangement 1, comprising lasers, for example a short pulse excimer or solid state laser 2, a beam guiding system, with inserted solid state laser 2, for example a glass fiber bundle 4, as well Optics with focus (not explicitly shown), which is for example protected in a corresponding housing 6, arranged with which directional waves generated 8 and energy transfers to contaminated surface deposits 10, in particular surface deposits of a reactor pressure vessel and / or reactor internals 12, are effected and / or These surface deposits 10 are soluble and / or sublimable.
- generator arrangement 1 comprising lasers, for example a short pulse excimer or solid state laser 2, a beam guiding system, with inserted solid state laser 2, for example a glass fiber bundle 4, as well
- Optics with focus (not explicitly shown), which is for example protected in a corresponding housing 6, arranged with which directional waves generated 8 and energy transfers to contaminated surface deposits 10, in particular surface deposits of a
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Behandlung und/oder Dekontamination von Oberflächen, insbesondere von Oberflächen von Reaktoreinbauten, wie beispielsweise dem Reaktordruckbehälter, wobei auf Lösungsmittel und oder ätzende Chemikalien verzichtet werden kann.The invention relates to a device and a method for the treatment and / or decontamination of surfaces, in particular surfaces of reactor internals, such as the reactor pressure vessel, can be dispensed with solvents and or corrosive chemicals.
Herkömmlich werden zum Entfernen loser und anhaftender radioaktiver Kontamination, insbesondere radiaktiver Oberflächenoxide, mechanischer und/oder chemischer Bearbeitungsprozesse, wie beispielsweise Bürsten, Wischen, Polieren, teils unter Zuhilfenahme von Waschsubstanzen und/oder Lösungsmitteln, wie organische oder nichtorganische Säuren, Laugen, Lösungsmittel, Ultraschall, Hochdruckreinigen mit Dampf oder Wasser eingesetzt.Conventional are for removing loose and adhering radioactive contamination, in particular radiative surface oxides, mechanical and / or chemical processing processes, such as brushing, wiping, polishing, sometimes with the aid of washing substances and / or solvents, such as organic or non-organic acids, alkalis, solvents, ultrasound , High pressure cleaning with steam or water used.
Nachteilig sind mechanische Verfahren jedoch nur wenig effizient, da sie nur mit erheblichem Aufwand, insbesondere hinsichtlich Betriebsmittel, Betriebsstoffe, zu entsorgende Reststoffe sowie aufzuwendende Bearbeitungszeit, realisierbar sind. Auch ist herkömmlich kein selektives Vorgehen möglich, da bekannte Methodiken nicht zwischen Grund- beziehungsweise Basiswerkstoff, wie beispielsweise dem eigentlichen Reaktordruckbehältermaterial, und den auf dem Basismaterial abgelagerten, kontaminierten Oxidschichten differenzieren und beim Dekontaminationsbeziehungsweise Reinigungsprozess beide Materialien gleichermaßen angreifen und/oder schädigen. Darüber hinaus hinterlassen mechanische Bearbeitungswerkzeuge in aller Regel Bearbeitungsspuren und sind allein durch ihre Bauweise räumlich in ihrer Anwendung beschränkt. Eine gleichzeitig effiziente sowie schonende Dekontamination von Oberflächen ist derart bislang nicht möglich.However, mechanical methods are disadvantageous only because they can only be implemented with considerable outlay, in particular with regard to operating resources, operating materials, residues to be disposed of and time required for processing. Also, no selective approach is conventionally possible because known methodologies do not differentiate between base material, such as the actual reactor pressure vessel material, and the contaminated oxide layers deposited on the base material, and attack and / or damage both materials equally in the decontamination and cleaning process. In addition, mechanical processing tools usually leave traces of processing and are solely by their Design spatially limited in their application. At the same time, efficient and gentle decontamination of surfaces has not been possible to date.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde eine effiziente und schonende Möglichkeit zur Dekontamination von Oberflächen anzugeben.The invention is therefore based on the object of providing an efficient and gentle way of decontaminating surfaces.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Behandlung und/oder Dekontamination von Oberflächen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie ein entsprechendes Verfahren sind in weiteren Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben.This object is achieved by a device for treatment and / or decontamination of surfaces with the features of claim 1. Advantageous embodiments and further developments as well as a corresponding method are specified in further claims and the following description.
Demgemäß umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung wenigstens eine Erzeugeranordnung sowie Mittel, mit welchen gerichtete Wellen, insbesondere elektromagnetischer Art, aber auch Ultraschallwellen und/oder Röntgenstrahlen und/oder Gammastrahlen, generierbar und Energieüberträge auf kontaminierte Oberflächenablagerungen, insbesondere Oberflächenablagerungen eines Reaktordruckbehälters und/oder von Reaktoreinbauten, bewirkbar sind und/oder diese Oberflächenablagerungen, insbesondere kontaminierte Oxidschichten, lösbar und/oder sublimierbar sind.Accordingly, the device according to the invention comprises at least one generator arrangement and means with which directional waves, in particular electromagnetic type, but also ultrasonic waves and / or X-rays and / or gamma rays generated and energy transfers to contaminated surface deposits, in particular surface deposits of a reactor pressure vessel and / or reactor internals, effected and / or these surface deposits, in particular contaminated oxide layers, are soluble and / or sublimable.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Behandlung und/oder Dekontamination von Oberflächen, welches ebenfalls die gestellte Aufgabe löst, werden unter Verwendung einer entsprechenden Vorrichtung gerichtete Wellen, insbesondere elektromagnetischer Art, aber auch Ultraschallwellen und/oder Röntgenstrahlen und/oder Gammastrahlen, generiert und Energieüberträge auf kontaminierte Oberflächenablagerungen, insbesondere Oberflächenablagerungen eines Reaktordruckbehälters und/oder von Reaktoreinbauten, derart bewirkt, dass diese Oberflächenablagerungen gelöst und/oder sublimiert werden.In the method according to the invention for the treatment and / or decontamination of surfaces, which likewise achieves the stated object, waves, in particular electromagnetic, but also ultrasonic waves and / or X-rays and / or gamma rays, are generated using an appropriate device and energy transfers to contaminated surface deposits , in particular surface deposits of a reactor pressure vessel and / or reactor internals, causes such surface deposits to be dissolved and / or sublimated.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Erzeugeranordnung eine oder mehrere Komponenten, wobei als Komponente zumindest eine Quelle und/oder ein Wellenleiter beziehungsweise ein Strahlführungssystem und/oder ein Auskoppelelement vorgesehen ist und/oder die Komponenten untereinander in Wirkverbindung stehen.In an advantageous embodiment, the generator arrangement comprises one or more components, wherein at least one source and / or a waveguide or a beam guidance system and / or a decoupling element is provided as component and / or the components are in operative connection with one another.
In einer bevorzugten Ausführung besitzt die Erzeugeranordnung demgemäß wenigstens einen Laser als Quelle und/oder wenigstens eine Optik, insbesondere mit Linse und/oder Blende und/oder Fokus, als Auskoppelelement und/oder wenigstens eine Glasfaser als Wellenleiter beziehungsweise Strahlführungssystem, wobei Laser und Auskoppelelement über die wenigstens eine Glasfaser zusammenwirken und/oder verbunden sind. Der eingesetzte Laser kann dabei insbesondere als Festkörperlaser oder gepulster Festkörperlaser, beispielsweise als Titan:Saphir- oder auch Nd:YAG/YLF-Laser ausgebildet sein und dabei Wellenlängen im Bereich von ca. 266 - 1064 nm und/oder Pulslängen von ca. 10 ns bis 100ns aufweisen, oder auch als CO2-Laser mit Wellenlängen im µm-Bereich, insbesondere bei ca. 10,6 µm. Bei derartigen Lasern sind dabei Pulsenergien im Bereich von wenigen mJ bis hin zu einigen 100 mJ erreichbar.In a preferred embodiment, the generator arrangement accordingly has at least one laser as the source and / or at least one optical system, in particular with lens and / or diaphragm and / or focus, as coupling-out element and / or at least one optical fiber as waveguide or beam guidance system, laser and decoupling element via the at least one glass fiber cooperate and / or are connected. The laser used can be embodied in particular as a solid-state laser or pulsed solid-state laser, for example as a titanium: sapphire or Nd: YAG / YLF laser, and wavelengths in the range of about 266-1064 nm and / or pulse lengths of about 10 ns to 100ns, or as a CO 2 laser with wavelengths in the micron range, in particular at about 10.6 microns. In the case of such lasers, pulse energies in the range of a few mJ up to several 100 mJ can be achieved.
Mittels des generierten Laserstrahls wird dabei pro Zeiteinheit ein vorbestimmbarer Energieübertrag, maximal Pulsenergie pro Pulsdauer, auf einen definierten Oberflächenbereich und damit auf im Oberflächenbereich vorhandene kontaminierte Oberflächenablagerungen bewirkt und/oder die jeweiligen Oberflächenablagerungen, insbesondere in Form von Oxidschichten, erhitzt, gelöst und sublimiert. Der Energieübertrag auf verschiedene Materialien, wie beispielsweise den Grundwerkstoff des Reaktordruckbehälters und die darauf abgelagerte, kontaminierte Oxidschicht, wird dabei beispielsweise auch durch das Absorptionsverhalten der verschiedenen Materialien hinsichtlich der jeweilig eingesetzten elektromagnetischen Wellen beziehungsweise Strahlung mitbestimmt. Als weiterer Faktor betreffend die Höhe des Energieübertrags ist auch der Strahlfokus- beziehungsweise die Strahlquerschnittsfläche zu berücksichtigen. So lässt sich beispielsweise aufgrund des unterschiedlichen Absorptionsverhaltens von Grundwerkstoff/-material und Oxidschicht der Fokus derart wählen, dass zwar die Oxidschicht gelöst und sublimiert wird, der Grundwerkstoff jedoch nicht geschädigt beziehungsweise angegriffen wird. Auch bereits bestehende Risse oder Beschädigungen des Grundmaterials können auf diese Weise nahezu berührungsfrei ohne weitere Beschädigungen dekontaminiert und/oder behandelt werden. Eine derartige Behandlung kann dabei durch geeignete Wahl der jeweiligen Laser- und/oder Pulsenergie und/oder Fokussierung auch tiefenselektiv durchgeführt werden. So ist eine Oberflächenbehandlung und/oder Dekontaminierung auch schichtweise in mehreren Arbeitsschritten möglich, was einen besonders schonenden Umgang mit dem Grundwerkstoff beziehungsweise dem Grundmaterial beispielsweise der Reaktordruckbehälters und/oder seiner Einbauten erlaubt.By means of the generated laser beam, a predeterminable energy transfer, maximum pulse energy per pulse duration, is effected per unit time on a defined surface area and thus on contaminated surface deposits present in the surface area and / or the respective surface deposits, in particular in the form of oxide layers, are heated, dissolved and sublimated. The energy transfer to various materials, such as the base material of the reactor pressure vessel and the contaminated oxide layer deposited thereon, is also co-determined, for example, by the absorption behavior of the various materials with regard to the respectively used electromagnetic waves or radiation. As a further factor concerning the amount of energy transfer, the beam focus or the beam cross-sectional area must also be taken into account. Thus, for example, due to the different absorption behavior of base material / material and oxide layer, the focus can be selected such that, although the oxide layer is dissolved and sublimated, the base material is not damaged or attacked. Even existing cracks or damage to the base material can be decontaminated and / or treated in this way almost without contact without further damage. Such a treatment can also be low-selective by a suitable choice of the respective laser and / or pulse energy and / or focusing be performed. Thus, a surface treatment and / or decontamination is also possible in layers in several steps, which allows a particularly gentle handling of the base material or the base material such as the reactor pressure vessel and / or its internals.
Auch kann weiterbildend wenigstens eine Abtasteinrichtung, insbesondere als Scan-oder Rastereinrichtung, ausgebildet vorgesehen werden, mit welcher ein vorbestimmbarer Flächenbereich mit elektromagnetischen Wellen homogen abgetastet abgerastert werden kann. Größe und/oder Geometrie des jeweiligen Flächenbereiches sowie Ratergeschwindigkeit und/oder Auflösung sind dabei vorgebbar.Also, at least one scanning device, in particular as a scanning or raster device, can be provided, with which a predeterminable surface area can be scanned homogeneously scanned with electromagnetic waves. Size and / or geometry of the respective surface area as well as rattling speed and / or resolution are predefinable.
Eine größere Oberfläche kann dabei durch Aneinanderreihung mehrerer derartiger Flächenbereiche behandelt beziehungsweise dekontaminiert werden. Die Anzahl der Flächenbereiche sowie deren Anordnung ist dabei an Form und/oder Größe der zu behandelnden beziehungsweise zu dekontaminierenden Oberfläche angepasst.A larger surface can be treated or decontaminated by juxtaposition of several such surface areas. The number of surface areas and their arrangement is adapted to the shape and / or size of the surface to be treated or decontaminated.
Alternativ können durch Festlegung des jeweiligen Raster- und/oder Scanbereiches auch kleinere Oberflächenbereiche sowie einzelne Ablagerungen selektiv behandelt und/oder gelöst sowie sublimiert werden.Alternatively, by defining the respective raster and / or scanning region, even smaller surface areas and individual deposits can be selectively treated and / or dissolved and sublimated.
Demgemäß umfasst die Abtasteinrichtung in einer weiteren Ausgestaltung wenigstens ein Ablenkelement, insbesondere einen bewegbaren Spiegel oder Prisma beispielsweise zur kontrollierten Lenkung oder Ablenkung von Laserstrahlen, oder einen Felderzeuger, wie insbesondere einen Elektromagnet, eine Spule oder einen Kondensator oder eine Kombination daraus.Accordingly, in another embodiment, the scanning device comprises at least one deflection element, in particular a movable mirror or prism, for example for the controlled steering or deflection of laser beams, or a field generator, in particular an electromagnet, a coil or a capacitor or a combination thereof.
Weiterbildend ist vorteilhaft wenigstens eine Steuer-/Regeleinrichtung vorsehbar, welche mit der wenigstens einen Erzeugeranordnung und/oder der wenigstens einen Abtasteinrichtung derart zusammenwirkt, dass die Energie der jeweiligen elektromagnetischen Welle, insbesondere des Laserlichtes, und/oder deren Energieübertrag und/oder deren Ausbreitungsrichtung und/oder deren Auftreffpunkt und/oder Größe und/oder Geometrie des vorbestimmbaren Flächenbereiches steuer-und/oder regelbar ist.In a further development, it is advantageous to provide at least one control / regulating device which cooperates with the at least one generator arrangement and / or the at least one scanning device in such a way that the energy of the respective electromagnetic wave, in particular of the laser light, and / or its energy transfer and / or propagation direction and / or whose impact point and / or size and / or geometry of the predeterminable surface area can be controlled and / or regulated.
Dementsprechend kann mittels der Steuer-/Regeleinrichtung im Zusammenwirken mit der Abtasteinrichtung und insbesondere dem wenigstens einen Ablenkelement, insbesondere durch Steuerung/Regelung der Bewegung des wenigstens einen beweglichen Spiegels oder Prismas, der Feldstärke wenigstens eines veränderlichen Magnetfeldes und/oder eines veränderlichen elektrischen und/oder elektromagnetischen Feldes, eine Abtastung des vorbestimmbaren Flächenbereichs bewirkt werden. Die Abtastung kann dabei kontinuierlich oder schrittweise durchgeführt werden.Accordingly, the field strength of at least one variable magnetic field and / or a variable electrical and / or Electromagnetic field, a scan of the predeterminable surface area can be effected. The scanning can be carried out continuously or stepwise.
Die übertragbare beziehungsweise durch die elektromagnetische Welle bereitgestellte Energiemenge kann dabei homogen über den jeweils vorbestimmbaren Flächenbereich verteilt werden.The transmittable or provided by the electromagnetic wave amount of energy can be distributed homogeneously over the respective predeterminable surface area.
Zur vereinfachten Handhabung ist in vorteilhafter Ausgestaltung wenigstens eine Handhabungsvorrichtung vorsehbar, an welcher wenigstens eine Erzeugeranordnung oder Komponenten davon, wie insbesondere ein Ende eines Wellenleiters und/oder ein Auskoppelelement, und/oder wenigstens ein weiteres Mittel, wie insbesondere eine Abtasteinrichtung, angeordnet sein können und/oder mit welcher diese relativ zur kontaminierten beziehungsweise zur behandelnden Oberfläche führ- und/oder positionierbar sind.For ease of handling, at least one handling device can be provided in an advantageous embodiment, to which at least one generator arrangement or components thereof, in particular an end of a waveguide and / or a decoupling element, and / or at least one further means, in particular a scanning device, can be arranged, and / or with which they can be guided and / or positioned relative to the contaminated or treated surface.
Die Handhabungsvorrichtung kann dabei einen Hand- oder Haltegriff zur manuellen und händischen Führung und/oder Positionierung von wenigstens einer Erzeugeranordnung oder Komponenten davon und/oder von wenigstens einer Abtasteinrichtung aufweisen.The handling device may comprise a hand or handle for manual and manual guidance and / or positioning of at least one generator arrangement or components thereof and / or at least one scanning device.
Alternativ dazu oder auch ergänzend ist wenigstens ein Manipulator oder ein Roboter, insbesondere ein mehrachsiger Industrieroboter, vorsehbar, mit welchem die Führung und/oder Positionierung von Erzeugeranordnung und/oder Abtasteinrichtung automatisiert durchführbar ist.Alternatively or additionally, at least one manipulator or a robot, in particular a multi-axis industrial robot, can be provided with which the guidance and / or positioning of the generator arrangement and / or scanning device can be carried out automatically.
Um eine Exposition der Umgebung mit strahlenbelasteten, radioaktiven Feststoffen oder Teilchen während des Dekontaminierungs- und/oder Behandlungsprozesses weitestgehend zu vermeiden, ist in vorteilhafter Weiterbildung eine Absaugeinrichtung zur Absaugung der gelösten und/oder sublimierten Ablagerungen vorsehbar.To expose the environment to radiation-contaminated radioactive solids or particles during the decontamination and / or treatment process To avoid as far as possible, an extraction device for extracting the dissolved and / or sublimated deposits can be provided in an advantageous development.
Dabei kann die Absaugeinrichtung auch über einen flexiblen Saugschlauch und/oder eine Düse verfügen, wobei die jeweilige Düse an einem distalen Ende des jeweiligen Schlauches anordenbar ist.In this case, the suction device can also have a flexible suction hose and / or a nozzle, wherein the respective nozzle can be arranged at a distal end of the respective hose.
Vorteilhaft ist die Düse als Flächendüse ausbildbar und/oder an den Abtast- oder Rasterbereich der jeweiligen Abtasteinrichtung anpassbar, insbesondere derart, dass der jeweilige Rasterbereich flächenmäßig möglichst vollständig umfasst oder abgedeckt ist.Advantageously, the nozzle can be formed as a surface nozzle and / or adapted to the scanning or raster region of the respective scanning device, in particular in such a way that the respective raster region is covered or covered as completely as possible in terms of area.
In einer weiteren Ausgestaltung verfügt die Flächendüse über Dichtmittel, welche während des Dekontaminierungsprozesses den Abtast- oder Rasterbereich gegen die Umgebung möglichst vollständig abschließen oder abdichten, und damit die Umgebungsluft weitestgehend vor Verunreinigung durch kontaminierte Teilchen schützt.In a further embodiment, the surface nozzle has sealing means which as far as possible complete or seal the scanning or raster region against the environment during the decontamination process, and thus largely protects the ambient air from contamination by contaminated particles.
In einer weiteren Ausführungsvariante weist die Düse eine Ausnehmung zur Durchführung und/oder Aufnahme zur Einkopplung wenigstens einer Komponente einer Erzeugeranordnung, insbesondere eines Strahlleitsystems und/oder Wellenleiters , einer Optik, eines Lasers oder eines Laserstrahls auf.In a further embodiment variant, the nozzle has a recess for the passage and / or reception for coupling in at least one component of a generator arrangement, in particular a beam guidance system and / or waveguide, an optical system, a laser or a laser beam.
Für eine verbesserte Bewegungs- und/oder Positionskontrolle ist vorteilhaft vorsehbar die Düse zumindest anteilig aus transparentem Material, insbesondere einem Kunststoff, auszubilden.For improved movement and / or position control, it is advantageously possible to form the nozzle at least partly from transparent material, in particular a plastic.
Auch ist weiterhin vorsehbar, dass die Absaugeinrichtung wenigstens ein Filter zur Filterung und/oder Abscheidung gelöster, kontaminierter Feststoffe aus der Umgebungsluft aufweist.It can also be provided that the suction device has at least one filter for filtering and / or separating dissolved, contaminated solids from the ambient air.
Alternativ oder ergänzend zu einem Laser, kann die Erzeugeranordnung auch wenigstens eine Ultraschallquelle, eine Röntgenquelle, eine Gammastrahlenquelle (γ-Quelle) oder einen Mikrowellengenerator aufweisen.Alternatively or in addition to a laser, the generator arrangement can also have at least one ultrasound source, an x-ray source, a gamma-ray source (γ source) or a microwave generator.
Des weiteren wird die gestellte Aufgabe auch durch ein Verfahren zur Behandlung und/oder Dekontaminierung von Oberflächen gelöst, wobei mittels wenigstens einer der vorgenannten Vorrichtungen gerichtete elektromagnetische Wellen generiert und Energieüberträge auf kontaminierte Oberflächenablagerungen, insbesondere Oberflächenablagerungen eines Reaktordruckbehälters und/oder von Reaktoreinbauten, derart bewirkt werden, dass diese gelöst und/oder sublimiert werden.Furthermore, the object is also achieved by a method for the treatment and / or decontamination of surfaces, wherein by at least one of the aforementioned devices directed electromagnetic waves generated and energy transfers to contaminated surface deposits, in particular surface deposits of a reactor pressure vessel and / or reactor internals, are effected in that they are dissolved and / or sublimated.
Vorteilhaft sind als elektromagnetische Wellen Laserstrahlen einsetzbar, welche mittels eines Lasers, insbesondere mittels eines Festkörperlasers oder eines gepulsten Festkörperlasers oder eines Excimerlasers (157 nm ≤ λ ≤ 248 nm; ArF-Excimerlaser λ = 193 nm), generiert werden können. Weiterhin sind die generierten Laserstrahlen mittels einer dafür eingerichteten Optik fokussierbar, wobei die Laserlstrahlen über einen Wellenleiter oder ein Strahlführungssystem, insbesondere eine Glasfaser oder ein Glasfaserbündel und/oder eine Spiegel- oder Prismenanordnung vom Laser zur Optik geleitet und/oder über die Optik ausgekoppelt werden.It is advantageous to use laser beams as electromagnetic waves which can be generated by means of a laser, in particular by means of a solid-state laser or a pulsed solid-state laser or an excimer laser (157 nm ≦ λ ≦ 248 nm; ArF excimer laser λ = 193 nm). Furthermore, the generated laser beams can be focused by means of an optics set up for this purpose, the laser beams being guided by a waveguide or a beam guidance system, in particular a glass fiber or a glass fiber bundle and / or a mirror or prism arrangement from the laser to the optics and / or decoupled via the optics.
Derartige Laserstrahlen bestehen in aller Regel aus elektromagnetischen Wellen, mit beispielsweise Wellenlängen im Bereich von ca. 157 nm bis ca. 1060 ± 4 nm, und/oder einer Pulslänge von ca. 4ns bis ca. 100ns und/oder einer Pulsenergie von ca. 6mJ bis ca. 355 mJ, je nach Wellenlänge und Art des verwendeten Lasers und/oder Fokussierung des jeweiligen Strahls..As a rule, such laser beams consist of electromagnetic waves having, for example, wavelengths in the range of about 157 nm to about 1060 ± 4 nm, and / or a pulse length of about 4ns to about 100ns and / or a pulse energy of about 6mJ up to approx. 355 mJ, depending on the wavelength and type of laser used and / or focusing of the respective beam.
Verfahrensgemäß können dementsprechend mittels des generierten Laserstrahls pro Zeiteinheit eine vorbestimmbare Energiemenge auf einen definierten Oberflächenbereich und damit auf im Oberflächenbereich vorhandene kontaminierte Oberflächenablagerungen übertragen und/oder im jeweiligen Oberflächenbereich vorkommende kontaminierte Ablagerungen, insbesondere in Form von Oxidschichten, erhitzt, gelöst und/oder sublimiert werden.Accordingly, according to the method, a predeterminable amount of energy per unit of time can be transferred to a defined surface area and thus to contaminated surface deposits present in the surface area and / or contaminated deposits occurring in the respective surface area, in particular in the form of oxide layers, can be heated, dissolved and / or sublimated.
In einer Ausführungsvariante wird mittels wenigstens einer Abtasteinrichtung ein vorbestimmbarer Bereich der jeweiligen Oberfläche mit elektromagnetischen Wellen homogen abgetastet. Dabei kann die Abtastung des jeweiligen Flächenbereichs durch Bewegung wenigstens eines Ablenkelementes, insbesondere eines bewegbaren Spiegels oder Prismas, oder durch Feldanpassung, insbesondere hinsichtlich Feldlinienverlauf und/oder Stärke, eines elektrischen und/oder magnetischen oder elektromagnetischen Feldes bewirkt.In one embodiment variant, a predeterminable region of the respective surface is scanned homogeneously with electromagnetic waves by means of at least one scanning device. In this case, the scanning of the respective surface area by movement of at least one deflection element, in particular a movable mirror or prism, or by field adaptation, in particular with respect to field line shape and / or strength, an electrical and / or magnetic or electromagnetic field causes.
Weiterhin ist vorsehbar, dass die Energie der jeweiligen elektromagnetischen Welle und/oder der bewirkte Energieübertrag und/oder deren Ausbreitungsrichtung und/oder deren Auftreffpunkt und/oder Größe sowie Form des abgetasteten Flächenbereiches mittels einer Steuer-/Regeleinrichtung, im Zusammenwirken mit Erzeugeranordnung und/oder Abtasteinrichtung gesteuert und/oder geregelt wird.Furthermore, it can be provided that the energy of the respective electromagnetic wave and / or the effected energy transfer and / or its propagation direction and / or its impact point and / or size and shape of the scanned surface area by means of a control / regulating device, in cooperation with the generator arrangement and / or Scanning device is controlled and / or regulated.
In einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass eine Bewegung, Führung, Ausrichtung und Positionierung von Erzeugeranordnung oder Komponenten davon und/oder der Abtasteinrichtung relativ zur kontaminierten Oberfläche mittels wenigstens einer Handhabungsvorrichtung händisch oder automatisiert durchgeführt wird.In a further embodiment it is provided that a movement, guidance, alignment and positioning of the generator arrangement or components thereof and / or the scanning device relative to the contaminated surface by means of at least one handling device is performed manually or automatically.
Bei einer weiteren Ausführungsvariante werden die Erzeugeranordnung oder Komponenten davon und/oder die Abtasteinrichtung sowie die jeweilig generierten elektromagnetischen Wellen mittels der wenigstens einen Handhabungsvorrichtung in einem vorbestimmbaren Abstand und/oder in vorbestimmbarer Ausrichtung über die zu dekontaminierenden Oberflächenbereiche geführt und/oder hinwegbewegt.In a further embodiment, the generator arrangement or components thereof and / or the scanning device and the respectively generated electromagnetic waves are guided and / or moved away by means of the at least one handling device at a predeterminable distance and / or in a predeterminable orientation over the surface areas to be decontaminated.
Dabei kann die Ausrichtung, Positionierung und/oder Führung mittels wenigstens eines Manipulators oder eines Roboters, insbesondere eines mehrachsigen Industrieroboters, durchgeführt werden.The alignment, positioning and / or guidance can be carried out by means of at least one manipulator or a robot, in particular a multi-axis industrial robot.
In einer Weiterbildung des Verfahrens werden die gelösten und/oder sublimierten Ablagerungen mittels einer Absaugeinrichtung unmittelbar abgesaugt.
Die Absaugung ist dabei auch mittels eines flexiblen Saugschlauchs oder einer flexiblen Saugleitung und einer Düse durchführbar, wobei die Düse benachbart zum Auftreffbereich der elektromagnetischen Wellen und/oder diesen überdeckend angeordnet wird.In a further development of the method, the dissolved and / or sublimated deposits are sucked off directly by means of a suction device.
The suction is also feasible by means of a flexible suction hose or a flexible suction line and a nozzle, wherein the nozzle adjacent to Impact region of the electromagnetic waves and / or this is arranged overlapping.
Zur Absaugung ist eine als Flächendüse ausgebildete Düse einsetzbar, welche an den Abtast- oder Rasterbereich der jeweiligen Abtasteinrichtung angepasst wird, insbesondere derart, dass dieser flächenmäßig umfasst oder abgedeckt wird.For suction, a nozzle designed as a surface nozzle can be used, which is adapted to the scanning or raster region of the respective scanning device, in particular such that it covers or is covered in terms of surface area.
Das Verfahren fortbildend wird die abgesaugte Luft gefiltert, so dass die gelösten und/oder sublimierten Feststoffe oder Ablagerungen in einem Filter abgeschieden werden, wobei das Filter regelmäßig gereinigt und/oder abgeschiedenen Feststoffe herausgenommen und fachgerecht entsorgt oder gelagert werden.Continuing with the process, the extracted air is filtered so that the dissolved and / or sublimed solids or deposits are deposited in a filter, the filter being periodically cleaned and / or separated solids removed and properly disposed or stored.
In einer alternativen Ausführung werden Wellen in Form von Ultraschallwellen, Mikrowellen, Röntgenstrahlen, γ-Strahlen oder eine Kombination daraus generiert und/oder mittels der jeweilig generierten Wellen pro Zeiteinheit eine vorbestimmbare Energiemenge auf einen definierten Oberflächenbereich und damit auf im Oberflächenbereich vorhandene kontaminierte Oberflächenablagerungen übertragen und/oder im jeweiligen Oberflächenbereich vorkommende kontaminierte Ablagerungen, insbesondere in Form von Oxidschichten, erhitzt, gelöst und/oder sublimiert.In an alternative embodiment, waves in the form of ultrasonic waves, microwaves, X-rays, γ-rays or a combination thereof are generated and / or transferred by means of the respective generated waves per unit time a predeterminable amount of energy to a defined surface area and thus on the surface area present contaminated surface deposits and / or in the respective surface area occurring contaminated deposits, in particular in the form of oxide layers, heated, dissolved and / or sublimated.
Demgemäß wird unter Vermeidung mechanischer Bearbeitungswerkzeuge sowie der resultierenden Bearbeitungsspuren und unter Einsatz gerichteter elektromagnetischer Wellen eine besonders homogene, effiziente und schonende Dekontaminierung von Oberflächen, insbesondere des Reaktordruckbehälters und/oder der Reaktoreinbauten, ermöglicht. Auch die aufwendige Bereitstellung und Entsorgung (nach Gebrauch) von Lösungsmittel und kontaminierten Rückständen in vergleichsweise großen Mengen kann vorteilhaft entfallen.Accordingly, a particularly homogeneous, efficient and gentle decontamination of surfaces, in particular of the reactor pressure vessel and / or the reactor internals is made possible while avoiding mechanical processing tools and the resulting processing traces and using directed electromagnetic waves. The complex provision and disposal (after use) of solvent and contaminated residues in comparatively large quantities can be advantageously eliminated.
Ein weiterer Vorzug liegt in dem vergleichsweise geringen Aufwand und/oder der wenigen und kompakten Peripherie die zur Verfahrensdurchführung erforderlich ist.Another advantage lies in the comparatively low cost and / or the few and compact peripherals that is required to carry out the process.
Die weitere Darlegung der Erfindung, vorteilhafter Ausgestaltungen sowie Weiterbildungen erfolgt anhand einer Figur sowie des zugehörigen Ausführungsbeispieles.The further explanation of the invention, advantageous embodiments and developments is based on a figure and the associated embodiment.
Die einzige Figur (
Durch Laserpulse geeigneter Intensität und Dauer werden die entsprechend bestrahlten Ablagerungen dabei gelöst beziehungsweise verdampft und/oder in ein Plasma überführt.By means of laser pulses of suitable intensity and duration, the correspondingly irradiated deposits are thereby dissolved or vaporized and / or transferred into a plasma.
Weiterhin ist eine Scan- oder Rastereinrichtung (nicht explizit dargestellt) vorgesehen, welche ebenfalls in das Gehäuse 6 integrierbar ist und mit welcher ein vorbestimmbarer Flächenbereich mit insbesondere elektromagnetischen Wellen 8 homogen abtastbar ist. Zur Ablenkung beispielsweise des jeweiligen Laserstrahls 16 ist ein in einer oder mehreren Achsen bewegbarer Spiegel oder Prisma und/oder elektromagnetische Felderzeuger und/oder elektromagnetische Linsen vorgesehen (in
Darüber hinaus ist eine Handhabungsvorrichtung in Gestalt eines mehrachsigen Roboters 18 vorgesehen, an welchem Optik, ein Ende eines Glasfaserbündels 20 zur optischen Verbindung von Laser 2 und Optik sowie die Abtasteinrichtung angeordnet ist und mit welcher diese automatisiert führ- und/oder relativ zur kontaminierten Oberfläche positionierbar sind. Die Bewegung des Laserstrahles mittels der Handhabungsvorrichtung über die Oberfläche kann dabei in vertikaler und/oder horizontaler Richtung erfolgen. Bei diesen Bewegung ist auch vorteilhaft vorsehbar, dass auf einen gleichmäßigen mittleren Abstand der Optik zur Oberfläche geregelt wird. Die Abtragung von Ablagerungen kann auch Schicht und/oder Schrittweise durch mehrfaches Abfahren der entsprechenden Strukturen sowie Oberflächenbereiche durchgeführt werden Zusätzlich ist ein Hand- oder Haltegriff zur manuellen und händischen Führung und/oder Positionierung vorsehbar. Alternativ kann die Handhabungsvorrichtung auch Handgerät zur ausschließlich händischen Bedienung und Führung ausgebildet sein, was insbesondere bei lediglich lokalen Arbeiten und nur kleinen, fast punktuellen Flächenbereichen angebracht erscheint.In addition, a handling device in the form of a
Um auch derartige Handgeräte automatisiert einzusetzen können entsprechende Schnittstellen zur Anbringung an einem Manipulator oder Roboter 18 vorgesehen werden.In order to automatically use such hand-held devices corresponding interfaces for attachment to a manipulator or
Die mittels Laserstrahlen 16 gelösten und/oder sublimierten Bestandteile 22 der vormaligen Ablagerungen 10 werden mittels einer Absaugeinrichtung 24 unmittelbar abgesaugt. Zur besseren Handhabung erfolgt die Absaugung mittels eines flexiblen Saugschlauchs 26 oder einer flexiblen Saugleitung und einer an diesem endseitig angeordneten Düse. Im hier gezeigten Beispiel ist diese Düse als trichterförmige Flächendüse 28 ausgebildet, welche an den durch die Abtasteinrichtung erfassten Flächen- oder Abtastbereich angepasst ist und diesen vollständig überdeckt. Alternativ kann die eingesetzte Düse auch beliebige andersartige Geometrien und Formen aufweisen und beispielsweise seitlich benachbart zum Laserstrahl und/oder zum Auftreffbereich der elektromagnetischen Wellen angeordnet werden.The dissolved and / or sublimated by means of
Weiterhin weist die Flächendüse Dichtmittel 32, beispielsweise Dichtlippen aus Weichgummi oder Borsten, welche endseitig an der Düse, zwischen Düse und Oberfläche, angeordnet sind und den Öffnungsbereich der Düse umfassen. Während des Dekontaminierungsprozesses schließen und/oder dichten diese Dichtmittel den Abtast- oder Rasterbereich gegen die Umgebung möglichst vollständig ab, damit die Umgebungsluft weitestgehend vor Verunreinigung durch kontaminierte Teilchen geschützt und die Belastung möglichst gering gehalten wird.Furthermore, the surface nozzle has sealing means 32, for example sealing lips made of soft rubber or bristles, which are arranged on the end of the nozzle, between the nozzle and the surface, and comprise the opening region of the nozzle. During the decontamination process, these sealants close and / or seal the scanning or raster region against the environment as completely as possible so that the ambient air is largely protected against contamination by contaminated particles and the stress is kept as low as possible.
Wie in
Für eine verbesserte Bewegungs- und/oder Positionskontrolle ist vorteilhaft vorsehbar die Düse 28 zumindest anteilig aus transparentem Material, insbesondere einem Kunststoff, auszubilden oder ein transparentes Schaufenster vorzusehen.For improved movement and / or position control, it is advantageously possible to form the
Die abgesaugte Luft wird in einem dafür vorgesehen Filter 30 gefiltert, so dass die gelösten und/oder sublimierten Feststoffe 22 in dem Filter 30 abgeschieden werden und/oder das Filter 30 regelmäßig gereinigt und/oder die abgeschiedenen Feststoffe 22 herausgenommen und fachgerecht entsorgt oder gelagert werden.The extracted air is filtered in a
Weiterhin ist wenigstens eine Steuer-/Regeleinrichtung 34 vorgesehen, welche mit Laser 2, Optik und Abtasteinrichtung 6 derart zusammenwirkt, dass die Energie der Laserstrahlen, insbesondere die Pulsenergie, und/oder deren jeweiliger Energieübertrag, beispielsweise durch entsprechende Fokussierung, und/oder deren Ausbreitungsrichtung und/oder deren Auftreffpunkt und/oder die Abtastfläche sowie Abtastgeschwindigkeit steuer- und/oder regelbar ist.Furthermore, at least one control / regulating
Auch die Absaugeinrichtung 24 wirkt vorteilhaft mit der Steuer-/Regeleinrichtung zusammen.The
Durch die Verwendung von Glasfaserbündel 20 und Saugschlauch 26 können der eigentliche Laser 2 mit Energieversorgung und die eigentliche Absaugeinrichtung 24 mit Filter 30 auch räumlich entfernt von der zu behandelnden oder der zu dekontaminierenden Oberfläche 12 angeordnet sein.By using
Dies ist insbesondere bei beschränktem Raumangebot von Vorteil, erhöht die Bewegungsfreiheit und erleichtert die Handhabung, da lediglich noch Wellenleiter beziehungsweise Strahlführungssystem, insbesondere Lichtleiter beziehungsweise Glasfaser 20, sowie Optik und gegebenenfalls die Abtasteinrichtung 6 sowie der Saugschlauch 26 mit Düse 28 zu bewegen und/oder führen sind.This is particularly advantageous in a limited space, increases the freedom of movement and facilitates handling, since only waveguide or beam guiding system, in particular light guide or
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