EP3272433A1 - Dispositif de decontamination de pieces par plasma - Google Patents

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Publication number
EP3272433A1
EP3272433A1 EP17182099.6A EP17182099A EP3272433A1 EP 3272433 A1 EP3272433 A1 EP 3272433A1 EP 17182099 A EP17182099 A EP 17182099A EP 3272433 A1 EP3272433 A1 EP 3272433A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plasma
enclosure
cold plasma
source
cold
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP17182099.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Riad Sarraf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Soletanche Freyssinet SA
Original Assignee
Soletanche Freyssinet SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Soletanche Freyssinet SA filed Critical Soletanche Freyssinet SA
Publication of EP3272433A1 publication Critical patent/EP3272433A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/0035—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B15/00—Preventing escape of dirt or fumes from the area where they are produced; Collecting or removing dirt or fumes from that area
    • B08B15/02—Preventing escape of dirt or fumes from the area where they are produced; Collecting or removing dirt or fumes from that area using chambers or hoods covering the area
    • B08B15/026—Boxes for removal of dirt, e.g. for cleaning brakes, glove- boxes
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F7/00—Shielded cells or rooms
    • G21F7/04—Shielded glove-boxes
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/001—Decontamination of contaminated objects, apparatus, clothes, food; Preventing contamination thereof
    • G21F9/002—Decontamination of the surface of objects with chemical or electrochemical processes

Definitions

  • the present invention relates to the decontamination of metallic or polymeric materials, organic or inorganic, especially when these materials are contaminated with radioactive particles.
  • Renewal of nuclear reactors involves phase-out phases in which the spent fuel is replaced by a new fuel. Used fuel is recycled to recover the valuable materials it contains. During maintenance and dismantling, radioactive waste is produced and contaminates surrounding materials, such as tanks, pipes, electrical conduits and other small parts.
  • the labile contamination is deposited on the materials. When it is anchored in the material, it is called fixed contamination.
  • Plasma the fourth state of matter, is a superheated gas.
  • these temperatures are the same and are around 10,000 ° K.
  • FR 2 839 664 A1 describes a method in which a part to be cleaned is placed in an enclosure filled with argon and oxygen at a pressure of the order of one millibar and connected to a radiofrequency generator to form a plasma around the workpiece.
  • FR 2 631 258 A1 describes a surface cleaning process of stainless steel, ceramic, porcelain or glass objects, possibly coming from nuclear installations, using a deferred cold plasma to degrade pollutants such as oils, greases and organic materials on the surface of the object.
  • Delayed plasma is obtained by expansion of a cold plasma, for example based on argon, oxygen, nitrous or air with the addition of fluorinated or chlorinated compounds, outside the discharge zone.
  • the pressure is a few millibars. Post-discharge involves the disappearance of electrons and ions, which allow a mechanical treatment of the surface. Only chemical treatment is produced by atoms and molecules.
  • An object of the present invention is to provide a device capable of decontaminating various parts, contaminated in particular by radioactive contamination, under relatively industrial conditions, with reduced complexity, a well-controlled process, including in terms of waste management, and an implementation convenience for the decontamination of a series of parts.
  • Cold plasmas at atmospheric pressure are effective for the decontamination of parts used or recovered during maintenance or dismantling of nuclear facilities.
  • the implementation of the decontamination process is largely facilitated by the fact that the plasma is applied at atmospheric pressure.
  • the cold plasma at atmospheric pressure allows the treatment of many types of materials: metal, polymer minerals or covered with a greasy surface or paints, by remedying the problem of evacuation that causes the use of a deferred cold plasma. It makes it possible to use several types of gas, for example oxygen, nitrogen or argon
  • the device can remain relatively compact to handle a variety of parts. It can be easily transported from one site to another or from one place to another on the same site.
  • Decontamination performed in this device does not produce liquid effluents.
  • the waste produced may be limited to the very high efficiency filter (s) (THE) used in the contaminant disposal system.
  • the enclosure may include at least a second access allowing an operator to intervene manually in the enclosure to manipulate the room and / or the source of cold plasma.
  • the cold plasma source includes at least one plasma projection head mounted on slides in the upper part of the enclosure so as to be movable relative to the workpiece.
  • the cold plasma source may include, in particular, a curtain-shaped plasma projection head having a length of 60 to 500 mm.
  • the cold plasma source includes a spot-shaped plasma projection head having a diameter of 5 to 20 mm.
  • a projection head may be manipulated manually by the operator and there may be provided a compartment in the enclosure to receive this head when the operator does not handle it.
  • the contaminant evacuation system comprises a hood sucking air into the upper part of the enclosure.
  • the contaminant removal system can be arranged to capture the lower part of the chamber particles torn parts by the action of the cold plasma.
  • Another cold plasma projection head at atmospheric pressure which may include the cold plasma source is a torch comprising a cylindrical electrode to be arranged around a part to be decontaminated having at least a tubular portion and a central electrode placed in the chamber. the axis of the cylindrical electrode and the tubular portion, the cylindrical electrode and the central electrode being coupled to a pulsed radiofrequency generator for generating a plasma within the tubular shaped portion.
  • the cold plasma can be fed with plasma gas comprising oxygen-enriched air, in particular for the treatment of polymer materials and the degreasing of surfaces of plastics, or argon, in particular for stripping metal surfaces.
  • decontamination devices described below are suitable for removing surface radioactive particles from materials such as bricks, plates, electrical sleeves, tubes and pieces of more or less complex shapes made of polymer, metal, or to treat such materials covered with greasy materials or of paintings.
  • This difference in frequency implies a difference in the creation of the plasma which makes it more or less stable.
  • the higher the frequency the more the ions and electrons are disturbed and tend to deviate from the electric field. It is therefore recommended to work at a relatively low frequency for a stable plasma.
  • the electric barrier discharge is the most interesting. It allows the production of a stable plasma thanks to a dielectric layer allowing a homogeneous treatment of the whole surface.
  • ULD atmospheric pressure plasma sources using an electrically barrier low frequency discharge
  • ULS ULS or "plasma pen” technologies developed by AcXys.
  • the ULD http://www.acxys.com/products/plasma-modules/uld-plasma-curtain.html
  • the ULD is a plasma source allowing via a nozzle to create a cold plasma slot a few millimeters thick and may have a length of 60 to 500 mm at a distance of 5 to 60 mm from the surface to be treated, with a power of 80 to 150 watts per cm.
  • the ULS (http://www.acxys.com/products/plasma-modules/uls-plasma-spot.html) is a kind of pen that can be held manually and allows precision processing on a circular spot having a diameter from 5 to 20 mm at a distance of 5 to 40 mm between the tool and the surface to be treated, with a power of 700 to 1100 watts.
  • FIG. figure 1 Another example of a plasma source that can be used in embodiments of the invention is a torch 8, a schematic diagram of which is shown in FIG. figure 1 .
  • This torch 8 is suitable for treating a part such as a tube or a bottle, which has at least one portion of tubular shape, axially closed or not.
  • the torch 8 comprises two concentric electrodes, namely a central priming electrode 10 and a peripheral electrode of generally cylindrical shape 12, the central electrode 10 being positioned on the axis of the cylindrical electrode 12.
  • a metal screen 14 of cylindrical shape, for example stainless steel, can be placed concentrically with the peripheral electrode 12.
  • a dielectric material 15 is placed between the peripheral electrode 12 and the screen 14.
  • the part to be decontaminated is placed in the cavity 16
  • the plasma gas is injected into the hollow tubular part of the workpiece.
  • a pulsed radiofrequency (RF) generator 18 is coupled to the central electrode 10 and to the peripheral electrode 12, which is for example earthed, to cause the discharge in the cavity 16 and thus produce the cold plasma, which comes to treat the inner wall of the part to be decontaminated.
  • RF radiofrequency
  • a device aims to decontaminate with the aid of cold plasma at atmospheric pressure a large number of types of materials: metal, polymer minerals or covered with a greasy surface or paints.
  • the device is transportable, and comprises for example a frame 20 mounted on wheels 21.
  • An operator can move the device in a zone or a room where there are parts to be decontaminated.
  • the frame can be height adjustable to suit the size of the operator.
  • the frame 20 supports an enclosure 22 constituting a space for confinement and treatment of the parts to be decontaminated.
  • the enclosure 22 has one or more hatches 24 providing access to introduce a workpiece 25 into the enclosure or remove it after treatment.
  • the walls of the chamber 22 are at least partially transparent. They include other access 26 including to allow the operator to spend his hands inside the chamber to handle the part to be decontaminated 25 or a cold plasma projection head 28, 38, or both.
  • the cold plasma projection head is a nozzle 28 of a source ULS type.
  • the nozzle 28, or "plasma pen” is connected to a hose 29 by which it is supplied with plasma gas and RF power from a generator 30 located outside the chamber 22.
  • the nozzle ULS 26 is manipulated by the operator inside the enclosure to decontaminate the surface of the room. the operator does not use the nozzle 28, it can place it in a compartment 31 provided for this purpose inside the chamber 22.
  • the operator holds the nozzle 28 manually to apply the plasma jet to the surface of the workpiece 25, and move the plasma spot to scan the surface.
  • Another possibility is to install the nozzle 28 on a fixed or mobile support inside the enclosure 22. The operator can also move the part 25 in the chamber 22 so that the various points to be decontaminated on its surface meet the plasma spot.
  • the size of the parts 25 is limited so that the operator can move and return the room easily but also to not have a too large enclosure.
  • the dimensions of the enclosure may be 500 mm x 500 mm x 200 mm.
  • the device can therefore be relatively compact and easily transportable on the sites. It allows fast processing of all types of parts, and has a very good performance.
  • the device further comprises a system for evacuating contaminants out of the chamber 22, for extracting and collecting the extracted contamination.
  • the air extraction is performed through the upper part of the chamber 2, via a hood duct 35 provided with a filter to capture the radioactive particles sucked.
  • the device using the plasma pen 28 can be automated to further increase efficiency and / or further protect the operator.
  • the plasma pen 28 can be fixed on the upper part of the enclosure, with a guide rail for moving the plasma pen to scan a given surface. Since the size of the parts is not always the same, a height adjustment of the pen can take place before starting the decontamination of a part 25.
  • the guide rail is fixed at the top of the enclosure, the system of evacuation of the radioactive particles can be connected to the bottom of the chamber 22 to capture the particles through the support grid on which the workpieces are placed inside the chamber 22. This type of extraction is advantageous because it avoids resuspension of the particles in the chamber 2.
  • the plasma pen 28 will have less risk of being contaminated so that the radioactive particles on the surface of the parts are not sucked towards the pen but in the sense reverse.
  • a plasma curtain is used to treat the parts, which allows a faster treatment than with the plasma pen. The operator can then handle more parts per minute thanks to the larger surface area of the plasma curtain.
  • the plasma curtain is produced by a ULD-type source comprising an elongate nozzle 38, a hose 39 connected to the nozzle 38 for supplying plasma gas and RF power and a generator 40 located outside the enclosure 22.
  • the nozzle 38 is larger and can weigh on the order of 10 kg. It is therefore not convenient to have it manipulated by hand by the operator in the enclosure 22. To enable the operator to use it without difficulty, the nozzle 38 can be mounted at the upper part of the 22. For example, the nozzle 38 is supported by telescopic posts 42 whose upper end slides in slides 43 fixed to the upper wall of the enclosure 22. The nozzle 38 can then be placed at the desired distance of the part 25 placed on the support grid 46 in the chamber 22, using telescopic cylinders integrated in the uprights 42. The plasma curtain can be scanned on the part 25 to treat the surface thereof, by displacement along the slides 43.
  • the enclosure 22 should have a sufficient height.
  • the contaminant evacuation system proceeds by extracting the air at the bottom of the enclosure 22.
  • the filter THE for collecting the radioactive particles is placed in a suction box 48 located under the containment 22 .
  • the device according to figure 3 can also be automated. Rather than being manually usable, the slideways 43 may take the form of rails allowing the plasma nozzle 38 to be moved automatically, and a sensor may be installed on the nozzle 38 in order to automatically adjust the distance between the nozzle. 38 and the workpiece 25.
  • the plasma curtain then allows a very fast treatment of flat surfaces such as plates, bricks and the surface of ducts. electric. Shapes with recesses may not be properly treated by the plasma curtain.
  • the plasma pen is then used to complete the treatment and / or decontaminate further.
  • Another possibility is to add to the source ULD or ULS another plasma source consisting of a torch as illustrated in FIG. figure 1 .
  • This may be appropriate when dealing with parts having complex shapes, with hollow parts, tubular parts ...
  • the plasma torch can be installed in the room to be decontaminated before being brought to inside the containment 22.

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Abstract

Le dispositif de décontamination comprend une enceinte (22) ayant au moins un accès (24) pour introduire une pièce (25) dans l'enceinte et l'en retirer. Une source de plasma froid (28) est placée dans l'enceinte. Le plasma froid produit par la source est amené à pression atmosphérique sur une pièce logée à l'intérieur de l'enceinte. Un système d'évacuation extrait hors de l'enceinte les contaminants enlevés par l'action du plasma froid.

Description

  • La présente invention concerne la décontamination de matériaux métalliques ou polymères, organiques ou minéraux, en particulier lorsque ces matériaux sont contaminés par des particules radioactives.
    • ARRIERE-PLAN
  • Le renouvellement des réacteurs nucléaires comporte des phases d'arrêt de tranche dans lesquelles le combustible usé est remplacé par un nouveau combustible. Le combustible usé est recyclé afin de récupérer les matières valorisables qu'il contient. Durant la maintenance et le démantèlement, des déchets radioactifs sont produits et contaminent les matériaux environnants, par exemple les cuves, les tuyauteries, les gaines électriques et autres petites pièces.
  • La contamination labile est déposée sur les matériaux. Lorsqu'elle est ancrée dans la matière, on parle de contamination fixée.
  • Pour décontaminer de tels matériaux et faciliter leur prise en charge en stockage/entreposage, on a recours à plusieurs technologies, mettant en oeuvre par exemple des gels, des frottis, des jets d'eau à haute pression ou une projection de mousse. Ces procédés consistent à agir sur la surface du matériau à traiter pour permettre une décontamination mécanique ou chimique. Cependant, ils ne fonctionnent pas sur un certain nombre de matériaux que l'on rencontre dans les installations nucléaires. De plus, les procédés à projection d'eau ou de mousses génèrent des effluents liquides et donc des quantités importantes de déchets à retraiter.
  • Pour pallier ces inconvénients, de nouvelles techniques de décontamination ont été développées comme l'utilisation de plasma. Le plasma, quatrième état de la matière, correspond à un gaz surchauffé. Il existe deux familles de plasmas selon la température des ions présents dans le gaz surchauffé et la température des particules lourdes surchauffées (atomes et molécules) : le plasma chaud et le plasma froid
  • Lors de la formation d'un plasma « chaud », ces températures sont les mêmes et avoisinent les 10 000 °K.
  • En revanche, les températures ne sont pas les mêmes dans un plasma « froid ». En effet, alors la température des ions se situe entre 10 000 °K et 100 000 °K, celle des particules lourdes est typiquement comprise entre 300 °K et 1000°K. Les températures des ions et des particules lourdes étant fort différentes, les applications du plasma froid et celles du plasma chaud ne sont pas identiques. Le plasma chaud est beaucoup utilisé pour découper des matériaux, tandis que le plasma froid a des applications principales dans :
    • le revêtement de surface. Grâce au plasma froid, le matériau traité acquiert des propriétés de surface supplémentaires comme la conductivité électrique, la résistance chimique à un produit ou encore la résistance à la corrosion, sans modifier les propriétés initiales, mécaniques ou autres, du matériau ;
    • le traitement de surface. Le plasma froid permet de supprimer des particules contaminantes à la surface d'un matériau. Celles-ci peuvent être de différentes natures : huiles, poussières, agents chimiques ou biologiques, graisses, ... Le traitement peut être adapté selon le gaz plasmagène utilisé, par exemple pour effectuer :
      • un dégraissage de surface (métallique essentiellement) l'aide d'un plasma oxydant riche en oxygène (O2, H2O);
      • un nettoyage de surface d'un polymère avec des gaz plasmagènes oxydants (O2, H2O, N2/O2) ou fluorés (CF4, SF6, ...) ;
      • un décapage de surface métallique à l'aide d'un gaz plasmagène à base d'argon possédant un fort pouvoir mécanique.
  • FR 2 839 664 A1 décrit un procédé dans lequel une pièce à nettoyer est placée dans une enceinte remplie d'argon et d'oxygène sous une pression de l'ordre du millibar et reliée à un générateur radiofréquence pour former un plasma autour de la pièce.
  • FR 2 631 258 A1 décrit un procédé de nettoyage en surface d'objets en acier inoxydable, en céramique, en porcelaine ou en verre, pouvant provenir d'installations nucléaires, à l'aide d'un plasma froid différé pour dégrader les matières polluantes du type huiles, graisses et matières organiques à la surface de l'objet. Le plasma différé est obtenu par expansion d'un plasma froid, par exemple à base d'argon, de dioxygène, de diazote ou d'air avec ajout de composé fluorés ou chlorés, en dehors de la zone de décharge. Dans la zone de post-décharge où sont placés les objets à nettoyer, la pression est de quelques millibars. La post-décharge implique la disparition des électrons et des ions, qui permettent un traitement mécanique de la surface. Seul le traitement chimique est produit par les atomes et molécules.
  • Un exemple de source de plasma froid concernant le domaine médical est présenté dans WO 2013/040454 A1 .
  • La thèse soutenue en 2005 par C. Tendero à l'Université de Limoges et intitulée « Torche plasma micro-onde à la pression atmosphérique : application au traitement de surfaces métalliques » (http://epublications.unilim.fr/theses/2005/tendero-claire/tendero-claire.pdf) présente une revue bibliographique de sources plasma à la pression atmosphérique et l'application d'une torche plasma micro-onde à la préparation de surfaces métalliques utilisées dans l'aéronautique.
  • Un but de la présente invention est de proposer un dispositif apte à décontaminer des pièces variées, souillées notamment par une contamination radioactive, dans des conditions relativement industrielles, avec une complexité réduite, un processus bien maîtrisé, y compris en termes de gestion des déchets, et une commodité de mise en oeuvre pour la décontamination d'une série de pièces.
    • RESUME
  • Il est proposé un dispositif de décontamination de pièces, comprenant :
    • une enceinte ayant au moins un premier accès pour introduire une pièce dans l'enceinte et l'en retirer ;
    • au moins une source de plasma froid, le plasma froid produit par la source étant amené à pression atmosphérique sur une pièce logée à l'intérieur de l'enceinte ; et
    • un système d'évacuation de contaminants hors de l'enceinte.
  • Les plasmas froids à pression atmosphérique se montrent performants pour la décontamination de pièces utilisées ou récupérées lors de la maintenance ou le démantèlement d'installations nucléaires. La mise en oeuvre du procédé de décontamination est largement facilitée par le fait que le plasma est appliqué à pression atmosphérique. Le plasma froid à pression atmosphérique permet le traitement de nombreux types de matériaux : en métal, minéraux en polymère ou recouverts d'une surface graisseuse ou de peintures, en remédiant à la problématique de mise sous vide qu'occasionne l'utilisation d'un plasma froid différé. Il permet d'utiliser plusieurs types de gaz comme par exemple le dioxygène, l'azote ou l'argon
  • Le dispositif peut rester relativement compact pour traiter une variété de pièces. Il peut être aisément transportable d'un site à un autre ou d'un lieu à un autre sur un même site.
  • Une décontamination effectuée dans ce dispositif ne produit pas d'effluents liquides. Les déchets produits peuvent se limiter au(x) filtre(s) à très haute efficacité (THE) utilisé(s) dans le système d'évacuation des contaminants.
  • L'enceinte peut comporter au moins un second accès permettant à un opérateur d'intervenir manuellement dans l'enceinte pour manipuler la pièce et/ou la source de plasma froid.
  • Dans une réalisation du dispositif, la source de plasma froid inclut au moins une tête de projection de plasma montée sur des glissières en partie supérieure de l'enceinte de façon à être déplaçable par rapport à la pièce.
  • La source de plasma froid peut notamment inclure une tête de projection de plasma en forme de rideau ayant une longueur de 60 à 500 mm.
  • Une autre possibilité est que la source de plasma froid inclue une tête de projection de plasma en forme de spot ayant un diamètre de 5 à 20 mm. Une telle tête de projection peut être manipulée manuellement par l'opérateur et il peut être prévu un compartiment dans l'enceinte pour recevoir cette tête lorsque l'opérateur ne la manipule pas.
  • Dans une réalisation, le système d'évacuation de contaminants comprend une hotte aspirant l'air en partie supérieure de l'enceinte. En variante, ou en complément, lorsqu'une grille est disposée dans l'enceinte pour poser les pièces à décontaminer, le système d'évacuation de contaminants peut être agencé pour capter en partie inférieure de l'enceinte des particules arrachées des pièces par l'action du plasma froid.
  • Une autre tête de projection de plasma froid à pression atmosphérique que peut inclure la source de plasma froid est une torche comprenant une électrode cylindrique à disposer autour d'une pièce à décontaminer ayant une partie au moins de forme tubulaire et une électrode centrale placée dans l'axe de l'électrode cylindrique et de la partie de forme tubulaire, l'électrode cylindrique et l'électrode centrale étant couplées à un générateur radiofréquence pulsé pour générer un plasma à l'intérieur de la partie de forme tubulaire.
  • La source de plasma froid peut inclure plusieurs têtes de projection de plasma, utilisées par l'opérateur en fonction du type de pièces à décontaminer, notamment au moins deux têtes parmi :
    • une buse produisant un plasma en forme de rideau ayant une longueur de 60 à 500 mm ;
    • une buse produisant un plasma en forme de spot ayant un diamètre de 5 à 20 mm ; et
    • une torche comprenant une électrode cylindrique à disposer autour d'une pièce à décontaminer ayant une partie au moins de forme tubulaire et une électrode centrale placée dans l'axe de l'électrode cylindrique et de la partie de forme tubulaire, l'électrode cylindrique et l'électrode centrale étant couplées à un générateur radiofréquence pulsé pour générer un plasma à l'intérieur de la partie de forme tubulaire.
  • Le plasma froid peut être alimenté en gaz plasmagène comprenant de l'air enrichi en oxygène, notamment pour le traitement de matériaux polymère et le dégraissage de surfaces de matières plastiques, ou en argon, notamment pour le décapage des surfaces métalliques.
    • BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
  • D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'exemples de réalisation non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
    • la figure 1 est un schéma illustrant un type de source plasma utilisable dans un dispositif de décontamination selon l'invention ;
    • les figures 2 et 3 sont des schémas d'exemples de réalisation d'un dispositif selon l'invention.
    DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION
  • Les dispositifs de décontamination décrits ci-après conviennent pour enlever des particules radioactives en surface de matériaux tels que des briques, des plaques, des gaines électriques, des tubes et des pièces de formes plus ou moins complexes en polymère, en métal, ou pour traiter de tels matériaux recouverts de matières graisseuses ou de peintures.
  • Afin de former un plasma froid à pression atmosphérique, deux électrodes sont reliées électriquement à un générateur de puissance. Le gaz plasmagène est injecté au niveau de ces électrodes. L'énergie fournie par les électrodes provoque la transformation du gaz en plasma. Le choix du générateur de puissance est important car la fréquence du courant modifie le comportement des électrons et des ions. Il existe trois types de décharge suivant la fréquence f du courant :
    • décharges à basse fréquence (f de 1 kHz à 1 MHz) ;
    • décharges radiofréquence (f de 1 MHz à 1GHz) ;
    • décharges à micro-ondes (f supérieure à 1 GHz).
  • Cette différence de fréquence implique une différence dans la création du plasma qui le rend plus ou moins stable. Plus la fréquence est élevée, plus les ions et les électrons sont perturbés et tendent à s'écarter du champ électrique. Il est donc recommandé de travailler à relativement basse fréquence pour un plasma stable. Parmi les différentes techniques à basse fréquence, la décharge à barrière électrique est la plus intéressante. Elle permet la production d'un plasma stable grâce à une couche diélectrique permettant un traitement homogène de toute la surface.
  • Des exemples de sources plasma à pression atmosphérique mettant en oeuvre une décharge à basse fréquence à barrière électrique, font l'objet des technologies ULD, ou « rideau plasma », et ULS, ou « stylo plasma », développées par la société AcXys. L'ULD (http://www.acxys.com/products/plasma-modules/uld-plasma-curtain.html) est une source plasma permettant via une buse de créer une fente de plasma froid de quelques millimètres d'épaisseur et pouvant avoir une longueur de 60 à 500 mm à une distance de 5 à 60 mm de la surface à traiter, avec une puissance de 80 à 150 watts par cm. L'ULS (http://www.acxys.com/products/plasma-modules/uls-plasma-spot.html) est une sorte de stylo qui être peut tenu manuellement et permet un traitement de précision sur un spot circulaire ayant un diamètre de 5 à 20 mm à une distance de 5 à 40 mm entre l'outil et la surface à traiter, avec une puissance de 700 à 1100 watts.
  • Un autre exemple de source plasma utilisable dans des modes de réalisation de l'invention est une torche 8 dont un schéma de principe est représenté sur la figure 1.
  • Cette torche 8 convient pour traiter une pièce telle qu'un tube ou une bouteille, qui possède au moins une partie de forme tubulaire, fermée axialement ou non. La torche 8 comporte deux électrodes concentriques, à savoir une électrode centrale d'amorçage 10 et une électrode périphérique de forme générale cylindrique 12, l'électrode centrale 10 étant positionnée sur l'axe de l'électrode cylindrique 12. Un écran métallique 14 de forme cylindrique, par exemple en acier inoxydable, peut être placé de manière concentrique avec l'électrode périphérique 12. Un matériau diélectrique 15 est placé entre l'électrode périphérique 12 et l'écran 14. La pièce à décontaminer est placée dans la cavité 16 située à l'intérieur de l'écran 14. Le gaz plasmagène est injecté dans la partie tubulaire creuse de la pièce. Un générateur radiofréquence (RF) pulsé 18 est couplé à l'électrode centrale 10 et à l'électrode périphérique 12, qui est par exemple à la terre, pour provoquer la décharge dans la cavité 16 et produire ainsi le plasma froid, qui vient traiter la paroi interne de la pièce à décontaminer.
  • Un dispositif selon l'invention vise à décontaminer à l'aide du plasma froid à pression atmosphérique un grand nombre de types de matériaux : en métal, minéraux en polymère ou recouverts d'une surface graisseuse ou de peintures.
  • Des exemples de tels dispositifs sont schématisés sur les figures 2 et 3.
  • Dans ces exemples, le dispositif est transportable, et comporte par exemple un châssis 20 monté sur des roues 21. Un opérateur peut ainsi déplacer le dispositif dans une zone ou un local où se trouvent des pièces à décontaminer. Le châssis peut être réglable en hauteur pour être adapté à la taille de l'opérateur.
  • Le châssis 20 supporte une enceinte 22 constituant un espace de confinement et de traitement des pièces à décontaminer. L'enceinte 22 comporte une ou plusieurs trappes 24 procurant un accès pour introduire une pièce à traiter 25 dans l'enceinte ou l'en retirer après traitement. Les parois de l'enceinte 22 sont au moins en partie transparentes. Elles comportent d'autres accès 26 notamment pour permettre à l'opérateur de passer ses mains à l'intérieur de l'enceinte pour y manipuler la pièce à décontaminer 25 ou une tête de projection de plasma froid 28, 38, ou les deux.
  • Dans l'exemple représenté sur la figure 2, la tête de projection de plasma froid est une buse 28 d'une source de type ULS. La buse 28, ou « stylo plasma », est raccordée à un flexible 29 par lequel elle est alimentée en gaz plasmagène et en puissance RF depuis un générateur 30 situé en dehors de l'enceinte 22. La buse ULS 26 est manipulée par l'opérateur à l'intérieur de l'enceinte pour décontaminer la surface de la pièce 25. Lorsque l'opérateur ne se sert pas de la buse 28, il peut la placer dans un compartiment 31 prévu à cet effet à l'intérieur de l'enceinte 22.
  • Dans l'exemple de la figure 2, l'opérateur tient la buse 28 manuellement pour appliquer le jet de plasma sur la surface de la pièce 25, et déplacer le spot plasma pour balayer la surface. Une autre possibilité est d'installer la buse 28 sur un support fixe ou mobile à l'intérieur de l'enceinte 22. L'opérateur peut également déplacer la pièce 25 dans l'enceinte 22 pour que les différents points à décontaminer sur sa surface rencontrent le spot plasma.
  • La taille des pièces 25 est limitée pour que l'opérateur puisse déplacer et retourner la pièce facilement mais également pour ne pas avoir une enceinte trop grande. À titre d'exemple, les dimensions de l'enceinte peuvent être 500 mm x 500 mm x 200 mm. Le dispositif peut donc être relativement compact et aisément transportable sur les sites. Il permet un traitement rapide de tous types de pièces, et possède un très bon rendement.
  • Bien entendu, comme le dispositif permet la décontamination de particules radioactives, la dosimétrie de l'opérateur doit être surveillée attentivement.
  • Le dispositif comporte en outre un système d'évacuation des contaminants hors de l'enceinte 22, pour procéder à l'extraction et au captage de la contamination extraite. L'extraction d'air est effectuée à travers la partie supérieure de l'enceinte 2, via un conduit de hotte 35 muni d'un filtre THE pour capter les particules radioactives aspirées.
  • Si nécessaire, le dispositif utilisant le stylo plasma 28 peut être automatisé pour augmenter encore le rendement et/ou protéger davantage l'opérateur. En particulier, le stylo plasma 28 peut être fixé sur la partie supérieure de l'enceinte, avec un rail de guidage permettant de déplacer le stylo plasma pour balayer une surface donnée. La taille des pièces n'étant pas toujours la même, un réglage de la hauteur du stylo peut intervenir avant de commencer la décontamination d'une pièce 25. Si le rail de guidage est fixé en partie supérieure de l'enceinte, le système d'évacuation des particules radioactives peut se raccorder au fond de l'enceinte 22 pour capter les particules à travers la grille de support sur laquelle les pièces à traiter sont posées à l'intérieur de l'enceinte 22. Ce type d'extraction est avantageux car il évite une remise en suspension des particules dans l'enceinte 2. De plus, le stylo plasma 28 aura moins de risque d'être contaminé puisse que les particules radioactives sur la surface des pièces ne sont pas aspirées vers le stylo mais en sens inverse.
  • Dans la configuration représentée sur la figure 3, un rideau plasma est utilisé pour traiter les pièces, ce qui permet un traitement plus rapide qu'avec le stylo plasma. L'opérateur peut alors traiter plus de pièces à la minute grâce à la plus grande surface active qu'offre le rideau plasma.
  • Le rideau plasma est produit par une source de type ULD comportant une buse 38 de forme allongée, un flexible 39 raccordé à la buse 38 pour l'alimenter en gaz plasmagène et en puissance RF et un générateur 40 situé hors de l'enceinte 22.
  • La buse 38 est plus volumineuse et peut peser de l'ordre de 10 kg. Il n'est donc pas commode de la faire manipuler à la main par l'opérateur dans l'enceinte 22. Pour permettre à l'opérateur de l'utiliser sans difficulté, la buse 38 peut être montée à la partie supérieure de l'enceinte de confinement 22. Par exemple, la buse 38 est soutenue par des montants télescopiques 42 dont l'extrémité supérieure coulisse dans des glissières 43 fixées à la paroi supérieure de l'enceinte 22. La buse 38 peut alors être placée à la distance voulue de la pièce 25 posée sur la grille de support 46 dans l'enceinte 22, à l'aide de vérins télescopiques intégrés aux montants 42. Le rideau plasma peut être balayé sur la pièce 25 pour traiter la surface de celle-ci, par déplacement le long des glissières 43.
  • Pour loger ce système de support de la buse ULD 38, l'enceinte 22 devra avoir une hauteur suffisante.
  • Le système d'évacuation des contaminants procède par extraction de l'air à la partie inférieure de l'enceinte 22. Le filtre THE servant à capter les particules radioactives est placé dans un boîtier d'aspiration 48 situé sous l'enceinte de confinement 22.
  • Le dispositif selon la figure 3 peut lui aussi être automatisé. Plutôt que d'être utilisables manuellement, les glissières 43 peuvent prendre la forme de rails permettant le déplacement automatique de la buse plasma 38, et un capteur peut être installé sur la buse 38 afin de procéder à un réglage automatique de la distance entre la buse 38 et la pièce à traiter 25.
  • D'autres configurations sont possibles comme par exemple l'utilisation du stylo plasma et du rideau plasma dans une même enceinte de confinement 22. Le rideau plasma permet alors un traitement très rapide des surfaces planes comme les plaques, les briques et la surface des gaines électriques. Les formes ayant des renfoncements peuvent ne pas être traitées correctement par le rideau plasma. Le stylo plasma est alors utilisé pour compléter le traitement et/ou décontaminer plus en profondeur.
  • Une autre possibilité est d'adjoindre à la source ULD ou ULS une autre source plasma consistant en une torche telle qu'illustrée sur la figure 1. Ceci peut convenir lorsqu'il s'agit de traiter des pièces 25 ayant formes complexes, avec des parties creuses, des partis tubulaires ... Dans ce cas, la torche plasma peut être installée dans la pièce à décontaminer avant d'être amenée à l'intérieur de l'enceinte de confinement 22.
  • Les modes de réalisation décrits ci-dessus sont une simple illustration de la présente invention. Diverses modifications peuvent leur être apportées sans sortir du cadre de l'invention qui ressort des revendications annexées.

Claims (10)

  1. Dispositif de décontamination de pièces, comprenant :
    une enceinte (22) ayant au moins un accès (24) pour introduire une pièce dans l'enceinte et l'en retirer et au moins un second accès (26) permettant à un opérateur d'intervenir manuellement dans l'enceinte pour manipuler la pièce (25) et/ou la source de plasma froid (8, 28, 38);
    au moins une source de plasma froid (8, 28-30, 38-40), le plasma froid produit par la source étant amené à pression atmosphérique sur une pièce (25) logée à l'intérieur de l'enceinte ; et
    un système (35, 48) d'évacuation de contaminants hors de l'enceinte.
  2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la source de plasma froid inclut au moins une tête de projection de plasma (38) montée sur des glissières (43) en partie supérieure de l'enceinte (22) de façon à être déplaçable par rapport à la pièce (25).
  3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la source de plasma froid inclut une tête (38) de projection de plasma en forme de rideau ayant une longueur de 60 à 500 mm.
  4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la source de plasma froid inclut une tête (28) de projection de plasma en forme de spot ayant un diamètre de 5 à 20 mm.
  5. Dispositif selon la revendication 4, comprenant un compartiment (31) dans l'enceinte (22) pour recevoir la tête de projection de plasma en forme de spot (28) lorsqu'elle n'est pas manipulée par un opérateur.
  6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système d'évacuation de contaminants comprend une hotte aspirant l'air en partie supérieure de l'enceinte (22).
  7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une grille (36, 46) disposée dans l'enceinte (22) pour poser les pièces à décontaminer (25), dans lequel le système d'évacuation de contaminants est agencé pour capter en partie inférieure de l'enceinte des particules arrachées des pièces par l'action du plasma froid.
  8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la source de plasma froid inclut au moins une torche (8) comprenant une électrode cylindrique (12) à disposer autour d'une pièce à décontaminer ayant une partie au moins de forme tubulaire et une électrode centrale (10) placée dans l'axe de l'électrode cylindrique et de la partie de forme tubulaire, l'électrode cylindrique et l'électrode centrale étant couplées à un générateur radiofréquence pulsé (18) pour générer un plasma à l'intérieur de la partie de forme tubulaire.
  9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la source de plasma froid inclut au moins deux têtes de projection de plasma parmi :
    - une buse (38) produisant un plasma en forme de rideau ayant une longueur de 60 à 500 mm ;
    - une buse (28) produisant un plasma en forme de spot ayant un diamètre de 5 à 20 mm ; et
    - une torche (8) comprenant une électrode cylindrique (12) à disposer autour d'une pièce à décontaminer ayant une partie au moins de forme tubulaire et une électrode centrale (10) placée dans l'axe de l'électrode cylindrique et de la partie de forme tubulaire, l'électrode cylindrique et l'électrode centrale étant couplées à un générateur radiofréquence pulsé (18) pour générer un plasma à l'intérieur de la partie de forme tubulaire.
  10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le plasma froid est alimenté en gaz plasmagène comprenant de l'air enrichi en oxygène ou en argon.
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