FR2674983A1 - METHOD AND EQUIPMENT FOR LASER WORKING IN A CONTAMINATED AREA OF A NUCLEAR FACILITY - Google Patents
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Abstract
Suivant ce procédé, on émet hors de la zone contaminée (en 12) un faisceau laser pulsé, on transporte ce faisceau jusqu'à un emplacement voisin de ladite surface, et, à cet emplacement, on amplifie (en 15) le faisceau et on envoie le faisceau amplifié sur ladite surface. Application à la décontamination du circuit primaire des réacteurs nucléaires à eau pressurisée.According to this method, a pulsed laser beam is emitted outside the contaminated zone (at 12), this beam is transported to a location close to said surface, and, at this location, the beam is amplified (at 15) and sends the amplified beam to said surface. Application to the decontamination of the primary circuit of pressurized water nuclear reactors.
Description
La présente invention est relative à un pro-The present invention relates to a
cédé et une installation de travail au laser sur une surface contenue dans une zone contaminée d'une assigned and a laser working installation on a surface contained in a contaminated area of a
installation nucléaire.nuclear installation.
L'invention s'applique notamment à la décon- tamination par faisceau laser, en milieu aqueux ou gazeux, de surfaces ayant reçu un dépôt de matières radioactives telles que des oxydes de métaux activés, The invention is particularly applicable to decontamination by laser beam, in an aqueous or gaseous medium, of surfaces having received a deposit of radioactive materials such as activated metal oxides,
afin de réduire le niveau de radiations et de per- to reduce the level of radiation and
mettre ainsi l'accès ou l'approche du personnel d'intervention Le circuit primaire des centrales nucléairejs à eau pressurisée est concerné par cette invention et plus particulièrement la boîte à eau des générateurs Thus, the access or the approach of the intervention personnel The primary circuit of the nuclear power plants with pressurized water is concerned by this invention and more particularly the water box of the generators.
de vapeur et les tuyauteries primaires. steam and primary pipes.
La décontamination peut être nécessaire lors d'une vérification ou d'une réparation à effectuer dans la partie contaminée de la centrale, lors du remplacement d'un équipement tel qu'un générateur de vapeur, et également lors du démantèlement de cette centrale. Decontamination may be necessary during a verification or repair to be performed in the contaminated part of the plant, when replacing equipment such as a steam generator, and also during the dismantling of this plant.
On connait plusieurs procédés de décontamina- Several decontaminating processes are known
tion la projection de particules abrasives pour the projection of abrasive particles for
éliminer par abrasion la pellicule d'oxyde radioacti- remove by abrasion the radioactive oxide film
ve, ou la dissolution chimique de cette pellicule, qui ont pour inconvénient de produire des quantités importantes d'effluents coûteux à traiter; la décontamination par faisceau laser Dans un procédé connu de ce type, décrit dans le FR-A-2 525 380, un faisceau laser est émis à l'entrée de la boîte à eau et renvoyé sur la paroi intérieure de celle-ci par des miroirs orientables fixés à la plaque tubulaire Ce procédé, de par sa conception même, ne permet pas, même avec des impulsions laser à forte densité d'énergie, de traiter de façon uniforme ve, or the chemical dissolution of this film, which have the disadvantage of producing large quantities of expensive effluents to be treated; Laser beam decontamination In a known method of this type, described in FR-A-2 525 380, a laser beam is emitted at the inlet of the water box and returned to the inner wall thereof by means of adjustable mirrors fixed to the tube plate This process, by its very design, does not allow, even with laser pulses with high energy density, to treat uniformly
toutes les surfaces à décontaminer. all surfaces to be decontaminated.
L'invention a pour but de permettre de tra- vailler de façon efficace au moyen d'un laser dans The object of the invention is to enable the efficient working by means of a laser in
une zone contaminée.a contaminated area.
A cet effet, le procédé suivant l'invention est caractérisé en ce qu'on émet hors de la zone contaminée un faisceau laser pulsé, on transporte ce faisceau jusqu'à un emplacement voisin de ladite surface, et, à cet emplacement, on amplifie lè faisceau et on envoie le faisceau amplifié sur ladite surface, éventuellement par l'intermédiaire d'un For this purpose, the method according to the invention is characterized in that a pulsed laser beam is emitted from the contaminated zone, this beam is transported to a location close to said surface, and at this location, amplification is effected. beam and sends the amplified beam to said surface, possibly via a
miroir de renvoi.mirror of return.
Suivant d'autres caractéristiques on effectue le transport au moyen d'une fibre optique; on envoie un gaz protecteur ou actif dans la région de travail pendant le travail au laser; on confine la région de travail et, pendant le travail au laser, on aspire le gaz contenu dans la région confinée; on fait passer le faisceau amplifié à travers un orifice d'une électrode parallèle à ladite surface, et on crée un champ électrique entre cette électrode et ladite surface pendant le travail au laser; pour la décontamination de ladite surface, According to other characteristics, the transport is carried out by means of an optical fiber; a protective or active gas is sent into the working region during laser work; the work area is confined and, during laser work, the gas contained in the confined area is sucked up; the amplified beam is passed through an orifice of an electrode parallel to said surface, and an electric field is created between this electrode and said surface during laser work; for the decontamination of said surface,
on utilise un faisceau laser qui, après amplifica- a laser beam is used which, after amplification
tion, possède des impulsions ayant une énergie de 0,3 à 2 joules, ou plus, une durée de 10 à 30 ns, et une tion, has pulses having an energy of 0.3 to 2 joules, or more, a duration of 10 to 30 ns, and a
densité d'énergie de 1 à 4-,5 J/cm 2. energy density of 1 to 4-5 J / cm 2.
3-3-
L'invention a également pour objet un équipe- The invention also relates to a team
ment destiné à la mise en oeuvre d'un tel procédé. intended for the implementation of such a method.
Cet équipement est caractérisé en ce qu'il comprend: This equipment is characterized in that it comprises:
un générateur de faisceau laser pulsé dis- a pulsed laser beam generator
posé en dehors de la zone contaminée; un amplificateur de faisceau laser; des moyens de transport du faisceau laser pulsé jusqu'à l'entrée de cet amplificateur; et des moyens pour déplacer l'amplificateur en regard de ladite surface et au voisinage de celle-ci, Suivant d'autres caractéristiques le générateur est du type Nd-YAG ou excimêt re, éventuellement muni d'un miroir gaussien de renvoi, et lesdits moyens de transport comprennent une fibre optique; la fibre optique a une longueur d'au moins m environ; l'équipement comprend un miroir de renvoi monté en sortie de l'amplificateur et éventuellement placed outside the contaminated area; a laser beam amplifier; means for transporting the pulsed laser beam to the input of this amplifier; and means for moving the amplifier opposite said surface and in the vicinity thereof. According to other characteristics, the generator is of the Nd-YAG or excimetre type, optionally provided with a Gaussian mirror of return, and said means of transport include an optical fiber; the optical fiber has a length of at least about m; the equipment comprises a reflection mirror mounted at the output of the amplifier and possibly
mobile par rapport à celui-ci.mobile with respect to it.
Des exemples de mise en oeuvre de l'invention vont maintenant être décrits en regard -des dessins annexés sur lesquels: la Figure 1 représente schématiquement un équipement de décontamination au laser conforme à l'invention; la Figure 2 représente à plus grande échelle un détail de cet équipement; la Figure 3 est une vue analogue à la Figure 2 d'une variante; et la Figure 4 est une vue partielle d'une Examples of implementation of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings in which: Figure 1 schematically shows a laser decontamination equipment according to the invention; Figure 2 shows on a larger scale a detail of this equipment; Figure 3 is a view similar to Figure 2 of a variant; and Figure 4 is a partial view of a
autre variante.another variant.
On a représenté à la Figure 1, en coupe axiale, l'un 1 des deux compartiments de la boîte à eau 2 d'un générateur de vapeur de réacteur nucléaire à eau pressurisée Ce compartiment 1 est délimité vers le haut par la plaque tubulaire 3, d'un côté par la cloison verticale médiane 4 de la boîte à eau, et FIG. 1 shows, in axial section, one of the two compartments of the water box 2 of a pressurized water nuclear reactor steam generator. This compartment 1 is delimited upwards by the tube plate 3 on one side by the vertical vertical partition 4 of the water box, and
de l'autre côté et vers le bas par le fond hémisphé- on the other side and downwards by the hemisphere background
rique 5 de la boîte à eau, lequel est traversé par un 5 of the water box, which is crossed by a
trou d'homme 6.manhole 6.
On a également représenté sur la Figure 1 un équipement 7 adapté pour permettre la décontamination, par faisceau laser des surfaces qui délimitent le FIG. 1 also shows a device 7 adapted to allow the decontamination by laser beam of the surfaces which delimit the
compartiment 1 Cet équipement comprend un appareil- compartment 1 This equipment includes a
lage externe 8 disposé à l'extérieur de la boîte à eau, dans un local approprié protégé des radiations, et un appareillage interne 9 disposé à l'intérieur du compartiment 1 et pouvant être introduit dans outer layer 8 disposed outside the water box, in a suitable room protected from radiation, and an internal apparatus 9 disposed within the compartment 1 and can be introduced into
celui-ci à travers le trou d'homme. this one through the manhole.
L'appareillage 8 comprend un pupitre de commande 10, un générateur d'énergie électrique et de fluides 11, un générateur de faisceau laser pulsé 12, constitué par un oscillateur éventuellement suivi d'un préamplificateur, et une pompe aspirante 13 à The apparatus 8 comprises a control panel 10, a generator of electrical energy and fluids 11, a pulsed laser beam generator 12, constituted by an oscillator possibly followed by a preamplifier, and a suction pump 13 to
l'entrée de laquelle est prévu un filtre 14. the input of which is provided a filter 14.
L'appareillage 9 comprend un amplificateur de faisceau laser 15 et une enceinte de confinement 16 The apparatus 9 comprises a laser beam amplifier 15 and a containment enclosure 16
portés par un support 17 L'entrée de l'amplifica- carried by a support 17 The input of the amplifier
teur 15 est reliée à la sortie du générateur 12 par une fibre optique 18 de type multimode ayant une longueur d'au moins 15 m environ L'enceinte 16 est reliée d'une part, via une conduite 19, à une source de gaz protecteur (neutre ou réducteur) ou actif contenue dans le générateur 11, et d'autre part, via -une conduite 20, au filtre 14 et à la pompe 13 Le support 17 constitue l'extrémité d'un robot articulé, schématisé en 21, télécommandé depuis le pupitre 10 et permettant de disposer l'appareillage 9 en regard de n'importe quelle région des surfaces 3, 4, 5 à 15 is connected to the output of the generator 12 by an optical fiber 18 of the multimode type having a length of at least approximately 15 m. The enclosure 16 is connected on the one hand, via a pipe 19, to a source of protective gas (Neutral or reducing) or active contained in the generator 11, and secondly, via a line 20, the filter 14 and the pump 13 The support 17 constitutes the end of an articulated robot, shown diagrammatically at 21, remotely controlled from the desk 10 and to have the apparatus 9 facing any region of the surfaces 3, 4, 5 to
décontaminer et au voisinage de celle-ci. decontaminate and in the vicinity of it.
L'appareillage 9 est représenté plus en dé- Apparatus 9 is shown in more detail.
tail sur la Figure 2 Comme on le voit sur cette figure, l'amplificateur 15 est logé dans un boîtier 22 fixé au support 17 et pourvu de conduites 23 d'alimentation électrique et 24 d'arrivée et -2 d'évacuation d'eau de refroidissement Les conduite F 23 à 25 sont reliées via une ligne 26 (Figure 1) au générateur 11 Une face d'entrée du boîtier 12 est percée d'un orifice dans lequel est fixée l'extrémité Figure 2 As seen in this figure, the amplifier 15 is housed in a housing 22 fixed to the support 17 and provided with conduits 23 of power supply and 24 of arrival and -2 of water discharge The lines F 23 to 25 are connected via a line 26 (FIG. 1) to the generator 11. An inlet face of the housing 12 is pierced with an orifice in which the end is fixed.
distale de la fibre optique 18, et une optique d'en- distal to the optical fiber 18, and optical optics
trée 27 permet d'introduire à l'entrée de l'amplifi- trea 27 introduces the input of the ampli-
cateur 15 un faisceau parallèle de diamètre égal à celui du barreau de l'amplificateur Ce faisceau 15 a parallel beam of diameter equal to that of the bar of the amplifier This beam
ressort amplifié à l'autre extrémité de l'amplifica- amplified spring at the other end of the amplifier
teur 15, et son diamètre est réduit par une optique de sortie 28, puis sort du boîtier 22 sous forme d'un faisceau pulsé parallèle à travers un orifice de sortie-29. A son extrémité distale, le support 17 porte un cadre 30 dans lequel plusieurs colonnettes 31 15, and its diameter is reduced by an output optic 28, then out of the housing 22 as a parallel pulsed beam through an outlet port-29. At its distal end, the support 17 carries a frame 30 in which several columns 31
parallèles à l'axe X-X de l'amplificateur 15, solli- parallel to the X-X axis of the amplifier 15,
citées par des ressorts 32 dans le sens opposé à cet amplificateur, sont montées coulissantes L'enceinte 16, qui a une forme de coupelle, présente un fond 33 mentioned by springs 32 in the opposite direction to this amplifier, are slidably mounted. The chamber 16, which is cup-shaped, has a bottom 33
perpendiculaire à l'axe X-X qui est fixé à l'extré- perpendicular to the X-X axis which is fixed at the
mité distale des colonnettes 31, et une paroi laté- distal column 31, and a lateral wall
rale 34 dont le bord libre est muni de roulettes 35. 34 whose free edge is provided with wheels 35.
-Le fond 33 comporte un orifice 36 d'axe X-X dont le diamètre est légèrement supérieur à celui du faisceau -The bottom 33 has an orifice 36 of axis X-X whose diameter is slightly greater than that of the beam
amplifié 37.amplified 37.
Le générateur laser 12 est d'un type permet- The laser generator 12 is of a type permitting
tant le transport du faisceau par fibre optique Il peut être en particulier du type Nd-YAG (longueur d'onde 1,06 um) ou du type excimère (longueur d'onde 0,3 um) Il émet des impulsions ayant une durée de 10 à 30 ns Ce générateur 12 et l'amplificateur 15 sont réglés pour fournir un faisceau amplifié 37 dont les impulsions ont une énergie de 0,3 à 2 joules ou plus et une densité d'énergie (ou fluence) de 1 à 4, b both the optical fiber beam transport It can be in particular of the Nd-YAG type (wavelength of 1.06 μm) or of the excimer type (wavelength of 0.3 μm). It emits pulses with a duration of 10 to 30 ns This generator 12 and the amplifier 15 are set to provide an amplified beam 37 whose pulses have an energy of 0.3 to 2 joules or more and a density of energy (or fluence) of 1 to 4, b
J/Cm 2.J / Cm 2.
En fonctionnement, les roulettes 35 sont In operation, the wheels 35 are
appliquées, avec une force déterminée par les res- applied, with a force determined by the
sorts 32, sur la surface à décontaminer, qui est la spells 32, on the surface to decontaminate, which is the
cloison 4 dans l'exemple représenté Un gaz protec- partition 4 in the example shown A gas protected
teur ou actif balaye l'enceinte 16, et le faisceau pulsé émis par le générateur 12, transporté par la or asset scans the enclosure 16, and the pulsed beam emitted by the generator 12, transported by the
fibre optique 18 et amplifié en 15 est envoyé direc- optical fiber 18 and amplified in 15 is sent direc-
tement, sous la forme du faisceau parallèle 37, sur in the form of parallel beam 37, on
la surface à traiter, perpendiculairement à celle-ci. the surface to be treated, perpendicular to it.
On balaie toutes les surfaces à décontaminer de cette manière en déplaçant le support 17 au moyen du robot All surfaces to be decontaminated are swept in this way by moving the support 17 by means of the robot
21.21.
La densité d'énergie précitée est choisie de The aforementioned energy density is chosen from
manière à permettre une pénétration thermique corres- to allow a corresponding thermal penetration
pondant à l'épaisseur, ou à une partie de l'épais- thickness, or part of the thickness
seur de la couche d'oxyde radioactive à éliminer, chaque impulsion créant une onde de choc sur cette couche L'utilisation d'un gaz neutre ou réducteur de balayage réduit l'oxydation de la surface décapée, tandis que l'utilisation d'un gaz actif, notamment 7- -d'oxygène, permet d'augmenter l'épaisseur de la of the radioactive oxide layer to be removed, each pulse creating a shock wave on this layer The use of a neutral gas or sweeping reducer reduces the oxidation of the etched surface, while the use of a active gas, in particular 7- oxygen, makes it possible to increase the thickness of the
couche d'oxyde intéressée par les impulsions laser. oxide layer interested in the laser pulses.
Le choix du gaz de balayage sera donc établi en fonction des conditions particulières de chaque application. L'utilisation d'une fibre optique multimode pour le transport du faisceau laser non amplifié, procure un avantage considérable lié à la répartition d'énergie dans le faisceau en sortie de ladite fibre, et donc au niveau de la tache d'impact du faisceau sur la paroi En effet, dans ce cas, la répartition d'énergie est sensiblement constante sur toute là surface de la tache; elle est en forme de créneau au The choice of the flushing gas will therefore be established according to the particular conditions of each application. The use of a multimode optical fiber for transporting the unamplified laser beam provides a considerable advantage related to the energy distribution in the beam at the output of said fiber, and therefore at the level of the beam impact spot. On the wall In fact, in this case, the energy distribution is substantially constant over the entire surface of the spot; it is niche-shaped at
lieu d'avoir une répartition comportant un pic cen- instead of having a distribution with a central peak
tral comme c'est le cas avec une transmission du faisceau par voie aérienne Il faut cependant que la tral as is the case with beam transmission by air, however, it is necessary that the
fibre soit suffisamment longue pour que l'homogénéi- fiber is long enough for homogeneity
sation de l'énergie soit correcte, par exemple au moins 15 m environ Avec une fibre optique plus courte, il conviendrait dans certains cas d'utiliser dans le générateur 12 un miroir dit "gaussien", connu en soi, fournissant une répartition homogène, en The energy consumption is correct, for example at least about 15 m With a shorter optical fiber, it would be appropriate in some cases to use in the generator 12 a so-called "Gaussian" mirror, known per se, providing a homogeneous distribution, in
créneau, de l'énergie.niche, energy.
Comme on le comprend, une répartition en créneau de l'énergie permet de travailler sans perte d'efficacité avec des puissances laser réduites, ce As it is understood, a slot distribution of the energy makes it possible to work without loss of efficiency with reduced laser powers,
qui est avantageux.which is advantageous.
L'utilisation d'un amplificateur 15 à proxi- The use of an amplifier 15 close to
mité de la surface à décontaminer présente de nom- of the surface to be decontaminated
breux avantages:many advantages:
le générateur laser 12 est disposé en de- the laser generator 12 is arranged in
hors de la zone contaminée; le faisceau laser peut être transporté par fibre optique jusqu'au voisinage de la surface à traiter, avec les avantages précités, ce qui ne serait pas le cas si toute l'énergie du faisceau 37 était fournie par le générateur 12, à cause des possibilités limitées de transport de puissance laser des fibres optiques; le faisceau 37 étant un faisceau parallèle qui arrive perpendiculairement sur la surface à traiter, la distance entre cette surface et l'orifice de sortie de faisceau 29 de l'amplificateur n'est pas critique, et il n'est pas nécessaire de la maintenir out of the contaminated area; the laser beam can be transported by optical fiber to the vicinity of the surface to be treated, with the aforementioned advantages, which would not be the case if all the energy of the beam 37 was supplied by the generator 12, because of the possibilities limited laser fiber power transport; the beam 37 being a parallel beam that arrives perpendicular to the surface to be treated, the distance between this surface and the beam output port 29 of the amplifier is not critical, and it is not necessary to maintain it
constante-constant-
L'appareillage 9 A représenté sur la Figure 3 diffère de celui de la Figure 2 par le fait que le Apparatus 9A shown in Figure 3 differs from that of Figure 2 in that the
support 17 est agencé de façon que l'axe X-X de l'am- support 17 is arranged so that the X-X axis of the
plificateur 15 soit parallèle à la surface à traiter. plifier 15 is parallel to the surface to be treated.
Les colonnettes 31 sont perpendiculaires à cet axe X-X, et un miroir de renvoi 38 incliné à 45 est fixé The posts 31 are perpendicular to this axis X-X, and a deflection mirror 38 inclined at 45 is fixed
en regard de l'orifice 36 de l'enceinte 16 Le fonc- facing the orifice 36 of the enclosure 16 The function
tionnement de cette variante est le même que celui décrit plus haut Cette variante s'applique notamment au travail au laser dans des espaces réduits, par exemple pour décontaminer la paroi des tuyauteries This variant is the same as that described above. This variant is particularly applicable to laser work in small spaces, for example to decontaminate the pipe wall.
primaires.primary.
La variante de la Figure 3 peut être modifiée The variant of Figure 3 can be modified
comme suit: l'ensemble enceinte 16-colonnettes 31- as follows: the 16-column speaker assembly 31-
miroir 38 est relié au support 17 par l'intermédiaire d'un autre support monté mobile sur ce dernier, en translation et/ou en rotation autour de l'axe de mirror 38 is connected to the support 17 by means of another support mounted movably on the latter, in translation and / or in rotation around the axis of
l'amplificateur 15 On peut ainsi, pour chaque posi- For example, the amplifier can be
tion de l'amplificateur, balayer efficacement une région relativement étendue à traiter, quelle que the amplifier, effectively scan a relatively large area to be processed, regardless of
soit la forme de cette région.the shape of this region.
La Figure 4 illustre des moyens autres que des moyens d'aspiration pour capturer les particules d'oxyde détachées de la surface par l'impact du faisceau laser Il s'agit dans ce cas d'une électrode 39 maintenue parallèle à la surface à traiter par des entretoises non représentées et percée d'un orifice permettant le passage du faisceau laser 37 Cette FIG. 4 illustrates means other than suction means for capturing oxide particles detached from the surface by the impact of the laser beam. In this case, it is an electrode 39 held parallel to the surface to be treated. by spacers not shown and pierced with an orifice allowing the passage of the laser beam 37
électrode est portée, grâce à une alimentation élec- electrode is worn, thanks to an electrical supply
trique 41, à un potentiel élevé par rapport à la surface traitée, de sorte que les particules d'oxyde détachées, ionisées par le faisceau laser, sont 41, at a high potential with respect to the treated surface, so that the detached oxide particles, ionized by the laser beam, are
attirées sur l'électrode 39.attracted to the electrode 39.
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