JP2001166090A

JP2001166090A - 原子炉解体方法およびレーザ切断装置

Info

Publication number: JP2001166090A
Application number: JP35137799A
Authority: JP
Inventors: Yukimoto Okazaki; 幸基岡崎; Hironobu Kimura; 博信木村; Yasuhiro Akiyama; 靖裕秋山; Masaru Komatsubara; 勝小松原; Yoichi Kawai; 陽一河井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-12-10
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2001-06-22

Abstract

(57)【要約】【課題】原子炉機器を切断するにあたり、２次生成物
の発生量を抑制し、しかも簡便に切断でき、さらに機器
の広範な部分に適用でき、加工デブリの回収能力を高め
ること。【解決手段】レーザ切断装置はレーザ発振器１と、遠
隔制御装置２と、光ファイバ３と、加工ヘッド４とを備
える。加工ヘッド４は切断ガスを供給するガス供給装置
９と接続される。原子炉を解体するにあたり、原子炉の
外部においてレーザ発振器１を用いて切断加工のための
レーザ光を発振し、レーザ光を光ファイバ３で原子炉の
内部に導き、加工ヘッド４でレーザ光を集光し、切断対
象の原子炉機器Ｗに対して照射し、かつ切断ガスを吹き
付けて切断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は原子炉施設の解体工
事に係り、特に、原子炉機器をレーザ光線を用いて解体
する原子炉解体方法およびレーザ切断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子炉圧力容器、炉内構造物、各種の配
管等の原子炉機器を切断する方法としてパウダーガス切
断およびプラズマ切断が検討されている。一般に、この
ような工法の選定では作業員の安全性の確保および放射
性物質の外部への漏洩防止を外の何よりも優先しなけれ
ばならない。すなわち、この作業では原子炉圧力容器、
炉内構造物等の高汚染・高放射化された機器類を扱うこ
とが必定であり、こうした要求を満たすべく最大限に配
慮しなければならい。また、上記した点に加えて、粉塵
および飛散物などの２次生成物の発生を抑制することに
も十分配慮する必要がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のパウダーガス切
断およびプラズマ切断による工法ではエネルギ密度を高
めることが難しく、切断幅が大きくなる一方、２次生成
物も多量に発生することになる。これに代わる工法とし
て、たとえばレーザを使用して遠隔操作によって原子炉
機器を切断する方法が知られている（たとえば、特開平
４−３１６０００号公報）。この方法は原子炉の外部に
設置したレーザ発振器と原子炉格納容器内の加工ヘッド
とを導光管およびベントミラーで結び、コンクリート構
造物をレーザ切断するものである。

【０００４】しかしながら、この工法を複雑な構造を有
する原子炉内部での切断作業に適用するには導光管を多
関節化すると共に、切断加工部でレーザビームの位置を
精度よく制御するための複雑な自動アライメント装置を
付加する必要があり、装置が極めて大型化するのみなら
ず、著しく複雑化してしまうことになる。

【０００５】そこで、本発明の目的は原子力機器を切断
するにあたり、２次生成物の発生量を抑制し、しかも簡
便に切断でき、さらに機器の広範な部分に適用でき、加
工デブリの回収能力を高めるようにした原子炉解体工法
およびレーザ切断装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る原子炉解体
方法は原子炉の外部において発振器を用いて切断加工の
ためのレーザ光を発振する段階、放出されるレーザ光を
光ファイバで原子炉の内部に導く段階、レーザ光を集光
し、切断対象の原子炉機器に対して照射し、かつ切断ガ
スを吹き付けて切断する段階からなるものである。

【０００７】また、本発明のレーザ切断装置は原子炉の
外部にあってレーザ光を発振するレーザ発振器と、この
レーザ発振器で生じたレーザ光を原子炉の内部に導く光
ファイバと、この光ファイバを通して導かれたレーザ光
を集光し、切断対象の原子炉機器に照射して切断する加
工ヘッドと、この加工ヘッドを原子炉の外部で遠隔制御
する遠隔制御装置と、加工ヘッドに切断ガスを供給する
ガス供給装置とを備えるものである。

【０００８】上記構成からなる本発明においては２次生
成物の発生量を抑制し、簡便に原子炉機器を切断するこ
とができる。また、作業範囲を大きく広げることが可能
になる。

【０００９】さらに、本発明は、望ましくは、光ファイ
バが開口数の小さい光ファイバからなる。

【００１０】上記構成からなるレーザ切断装置において
はより厚い部材を切断することが可能になり、機器の広
範な部分に適用することができる。

【００１１】また、本発明は、望ましくは、レーザ発振
器が発振波長の異なる複数個のレーザ発振器からなり、
波長の異なるレーザ光を合成して照射する。

【００１２】上記構成からなるレーザ切断装置において
は比較的厚い部材を効率よく切断することが可能にな
り、機器の広範な部分に適用することができる。

【００１３】さらに、本発明は、望ましくは、レーザ発
振器が時間波形の異なる複数個のレーザ発振器からな
り、時間波形の異なるレーザ光を合成して照射する。

【００１４】上記構成からなるレーザ切断装置において
は比較的厚い部材を効率よく切断することが可能にな
り、機器の広範な部分に適用することができる。

【００１５】また、本発明は、望ましくは、レーザ発振
器がＣＷレーザ光を発振するレーザ発振器およびＰＷレ
ーザ光を発信するレーザ発振器で構成され、ＣＷレーザ
光およびＰＷレーザ光の双方を重畳して照射する。

【００１６】上記構成からなるレーザ切断装置において
は比較的厚い部材を効率よく切断することが可能にな
り、機器の広範な部分に適用することができる。

【００１７】さらに、本発明は、望ましくは、加工ヘッ
ドがレーザ光を集光し、切断加工部に結像させるスポッ
ト径を変えるズームレンズを備える。

【００１８】上記構成からなるレーザ切断装置において
は高い効率を維持しながら機器の広範な部分に適用する
ことができる。

【００１９】また、本発明は、望ましくは、加工ヘッド
が結像倍率の異なる複数個の集光レンズを備える。

【００２０】上記構成からなるレーザ切断装置において
は高い効率を維持しながら機器の広範な部分に適用する
ことができる。

【００２１】さらに、本発明は、望ましくは、加工ヘッ
ドがフードと、このフードと連絡する水循環装置とを備
え、切断加工中、加工対象の構造物周囲を水雰囲気にお
くようにする。

【００２２】上記構成からなるレーザ切断装置において
は加工デブリを効果的に回収することが可能になる。

【００２３】また、本発明は、望ましくは、さらに、加
工ヘッドの反対側で切断加工の様子を撮影する撮像装置
と、与えられる画像情報を処理する画像処理装置と、レ
ーザ発振器およびガス供給装置に指令を与える制御装置
とを備え、切断幅、加工デブリの飛散状況を監視し、レ
ーザ光の照射条件および切断ガスの吹き付け条件を最適
に保持する。

【００２４】上記構成からなるレーザ切断装置において
は切断幅を狭く保ち、かつ加工デブリの飛散を最小に抑
えることができる。

【００２５】さらに、本発明は、望ましくは、ガス供給
装置が２個のガスボンベと、個別に操作可能な２個の減
圧弁と、個別に操作可能な２個の流量調節器と、ガス混
合室とを備え、切断ガスの組成、組成比およびガス圧力
を変えられるようにする。

【００２６】上記構成からなるレーザ切断装置において
は、特に、材料の異なる機器の広範な部分に適用するこ
とができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）本発明の第
１の実施の形態について図面を参照して詳細に説明す
る。図１において、本発明方法を実現するレーザ切断装
置はレーザ発振器１と、遠隔制御装置２と、光ファイバ
３と、加工ヘッド４と、固定装置５とから構成されてい
る。レーザ発振器１としては、たとえばランプ励起Ｎｄ
−ＹＡＧレーザおよびＬＤ励起Ｎｄ−ＹＡＧレーザを使
用することができる。また、光ファイバ３には石英製
で、直径０．６〜１．２ｍｍのコアを有するＳＩ型の光
ファイバを使用することが可能である。

【００２８】さらに、加工ヘッド４には後記の集光レン
ズとガスノズルとが内蔵される。集光レンズには、たと
えば凸レンズおよび複数枚のレンズを組み合わせて収差
を小さくした結像レンズを使用することができる。この
加工ヘッド４は原子炉格納容器６内部の原子炉圧力容器
７に保持された固定装置５によって支持されている。加
工ヘッド４は光ファイバ３でレーザ発振器１と結ばれ、
またガス管８を介して切断ガスを供給するガス供給装置
９と接続されている。加工ヘッド４は先端が加工対象物
である原子炉機器Ｗに向けて配置される。一方、レーザ
発振器１と遠隔制御装置２とは原子炉外部の付帯施設１
０内に配置されている。

【００２９】また、図２にガス供給装置９の詳細を示し
ている。このガス供給装置９は切断ガス、たとえば酸素
ガスを充填したガスボンベ１１と、供給元弁１２と、自
動減圧弁１３と、自動流量調節器１４とから構成されて
いる。

【００３０】本実施の形態は上記構成からなり、レーザ
発振器１から放出されたレーザ光は光ファイバ３に導か
れて加工ヘッド４に達する。このレーザ光は加工ヘッド
４内の集光レンズによって集光され、原子炉機器Ｗに照
射される。切断加工中、加工ヘッド４にはガス供給装置
９から高圧の切断ガスが供給され、加工ヘッド４の先端
のガスノズルから切断ガスが原子炉機器Ｗに吹き出す。

【００３１】このレーザ光の照射を受けた原子炉機器Ｗ
は多量のエネルギを吸収して溶融あるいは蒸発する。同
時に、材料がそこに供給される切断ガスと反応し、この
ときの反応熱により溶融が促され、切断作用はさらに増
進する。溶融あるいは蒸発した切断材料は切断ガスに随
伴されて除かれる。この切断加工中、固定装置５によっ
て支持された加工ヘッド４が遠隔制御装置２からの指令
によって位置および方向が制御される。

【００３２】この解体方法によれば、エネルギ密度が高
いレーザ光により切断するので、材料内部に熱が伝わる
よりも前に材料が除去され、切断幅はレーザ光のスポッ
ト径以上に大きくならない。このため、２次生成物の発
生量を大きく抑制することができる。

【００３３】一方、光ファイバ３は柔軟性に富み、自由
に曲げた状態で使用することが可能で、取り扱いにおい
て不自由することがなく、良好な作業性を保つことがで
きる。また、狭隘箇所にも容易に接近することが可能に
なり、従来の方法と比べて作業範囲を大きく広げること
ができる。

【００３４】また、発振波長１０６４ｎｍのＮｄ−ＹＡ
Ｇレーザは石英に対する透過率が高く、石英コアからな
る光ファイバ３を用いて高効率でレーザ光を導くことが
できる。さらに、Ｎｄ−ＹＡＧレーザは固体レーザであ
るので、操作性がよく、メンテナンスも比較的簡単で、
サイトで使用するのにより好都合である。特に、ＬＤ励
起ＹＡＧレーザは発振効率が高く、装置自体も小型なの
で、こうした用途に最適である。

【００３５】このように、本実施の形態においては２次
生成物の発生量を抑制し、簡便に原子炉機器Ｗを切断す
ることができる。また、作業範囲を大きく広げることが
可能になる。

【００３６】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態について説明する。本発明方法を実現するレーザ
切断装置の主要な構成は第１の実施の形態と同一であ
る。本実施の形態は光ファイバ３について開口数が小さ
い光ファイバを使用する。開口数は、たとえば０．２未
満である。

【００３７】本実施の形態は上記構成からなり、先に説
明した第１の実施の形態と同様な働きを得ることができ
る。特に、本実施の形態においては開口数が小さい光フ
ァイバを用いているので、より厚い部材に対して適用す
ることが可能になる。すなわち、開口数が大きい場合、
図３（ａ）に示すように、光ファイバ３から出射するレ
ーザ光の出射角度θ１が大きくなり、集光レンズ１５を
透過したレーザ光の集光角度θ２が広がり、加工部１６
における焦点深度Δｚが短くなる。

【００３８】これに対して、開口数が小さい場合、図３
（ｂ）に示すように、光ファイバ３から出射するレーザ
光の出射角度θ１が小さくなり、集光レンズ１５を透過
したレーザ光の集光角度θ２が狭くなり、この場合、加
工部１６における焦点深度Δｚが長くなる。このように
焦点深度Δｚが長くなると、光軸本体方向の広い範囲で
エネルギ密度を高くすることが可能になる。したがっ
て、厚い部材を短時間のうちに切断できることになる。

【００３９】本実施の形態においては上記効果に加え
て、より厚い部材を切断することが可能になり、機器の
広範な部分に適用することができる。

【００４０】（第３の実施の形態）本発明の第３の実施
の形態について図４を参照して説明する。本発明方法を
実現するレーザ切断装置の主要な構成は第１の実施の形
態と同一である。本実施の形態では発振波長の異なる２
個のレーザ発振器１ａ、１ｂを使用する。波長の異なる
２種類のレーザ光はダイクロイックミラー１８において
同軸上に合成された後、単体の光ファイバ３で加工ヘッ
ド４に導かれる。この装置は２個のレーザ発振器１ａ、
１ｂと、ダイクロイックミラー１８と、全反射ミラー１
９と、色消しレンズ２０とから構成されている。

【００４１】２個のレーザ発振器１ａ、１ｂのうち、レ
ーザ発振器１ａは波長λａのレーザビームを放射する。
また、レーザ発振器１ｂは波長λａと異なる波長λｂを
有するレーザビームを放射する。ダイクロイックミラー
１８は波長λａの光は透過するが、波長λｂの光は全反
射する特性を備えている。色消しレンズ２０は波長λａ
と波長λｂとの間で色収差が小さい特性を有する。

【００４２】本実施の形態は上記構成からなり、レーザ
発振器１ａから放出された波長λａのレーザビームはダ
イクロイックミラー１８を透過して直進する。一方、レ
ーザ発振器１ｂから放出された波長λａと異なる波長λ
ｂのレーザビームは全反射ミラー１９で反射し、さらに
ダイクロイックミラー１８で全反射されて直進する。こ
の結果、ダイクロイックミラー１８の後方において双方
のレーザビームはλａおよびλｂの波長を有するレーザ
光に合成される。この同軸上に合成されたレーザビーム
は色消しレンズ２０によって集光され、光ファイバ３に
導かれる。

【００４３】かくして、合成により高出力となったレー
ザ光を加工対象の原子炉機器に照射することができる。
これにより、対象とする原子炉機器が比較的厚い部材か
らなるときも、高出力のレーザ光を照射することで、効
率よくこれらの部材を切断することができる。

【００４４】なお、本実施の形態は２個のレーザ発振器
１ａ、１ｂに代えて、それぞれ波長が異なる３個以上の
レーザ発振器で構成してもよい。

【００４５】本実施の形態においては上記効果に加え
て、比較的厚い部材を効率よく切断することが可能にな
り、機器の広範な部分に適用することができる。

【００４６】（第４の実施の形態）本発明の第４の実施
の形態について図５を参照して説明する。本発明方法を
実現するレーザ切断装置の主要な構成は第１の実施の形
態と同一である。本実施の形態では発振波長の異なる２
個のレーザ発振器１ａ、１ｂを使用する。波長の異なる
２種類のレーザ光は個別に光ファイバ３で導かれた後、
ダイクロイックミラー１８において同軸上に合成され、
単体の光ファイバ３で加工ヘッド４に導かれる。この装
置は２個のレーザ発振器１ａ、１ｂと、４個のレンズ２
１と、ダイクロイックミラー１８と、全反射ミラー１９
と、色消しレンズ２０とから構成されている。

【００４７】また、第３の実施の形態と同様に、レーザ
発振器１ａは波長λａのレーザビームを放射する。ま
た、レーザ発振器１ｂは波長λａと異なる波長λｂを有
するレーザビームを放射する。

【００４８】本実施の形態は上記構成からなり、先に説
明した第３の実施の形態と同様な働きを得ることができ
る。すなわち、ダイクロイックミラー１８の後方におい
て双方のレーザビームをλａおよびλｂの波長を有する
レーザ光に合成し、同軸上に合成されたレーザビームを
光ファイバ３に導くことが可能になる。そして、合成に
より高出力となったレーザ光を加工対象の原子炉機器に
照射することができる。これにより、対象とする原子炉
機器が比較的厚い部材からなるときも、高出力のレーザ
光を照射することで、効率よくこれらの部材を切断する
ことが可能になる。なお、本実施の形態は２個のレー
ザ発振器１ａ、１ｂに代えて、それぞれ波長が異なる３
個以上のレーザ発振器で構成してもよい。

【００４９】本実施の形態においては上記効果に加え
て、比較的厚い部材を効率よく切断することが可能にな
り、機器の広範な部分に適用することができる。

【００５０】（第５の実施の形態）本発明の第５の実施
の形態について図６および図７を参照して説明する。本
発明方法を実現するレーザ切断装置の主要な構成は第１
の実施の形態と同一である。本実施の形態では図６に示
す時間波形の異なる２個のレーザ発振器１ａ、１ｂを使
用する。時間波形の異なる２種類のレ―ザ光は単体の光
ファイバ３で加工ヘッド４に導かれる。この装置は２個
のレーザ発振器１ａ、１ｂと、４個の全反射ミラー１９
と、レンズ２１とから構成されている。

【００５１】２個のレーザ発振器１ａ、１ｂのうち、レ
ーザ発振器１ａは、図７（ａ）に示すように、平均出力
が大きいが、ピーク出力が小さいレーザ光を放射する。
また、レーザ発振器１ｂは、図７（ｂ）に示すように、
平均出力が小さいが、ピーク出力が大きいレーザ光を放
射する。

【００５２】本実施の形態は上記構成からなり、レーザ
発振器１ａから放出されたレーザ光は２個の全反射ミラ
ー１９で反射してレンズ２１に入射し、そこで集光され
る。また、レーザ発振器１ｂから放出されたレーザ光は
２個の全反射ミラー１９で反射してレンズ２１に入射
し、そこで集光される。このレーザ光はそれぞれ光ファ
イバ３に導かれて加工ヘッド４に達する。

【００５３】レーザ発振器１ａから放射された一方のレ
ーザ光は平均出力が大きいが、ピーク出力が小さい特性
を有し、一方、レーザ発振器１ｂから放射された他方の
レーザ光は平均出力が小さいが、ピーク出力が大きい特
性を有することから、同期をとって照射したとき、レー
ザ光は、図７（ｃ）に示すように、平均出力およびピー
ク出力を共に大きくすることができる。これにより、対
象とする原子炉機器が比較的厚い部材からなるときも、
エネルギ密度の高いレーザ光を照射することで、効率よ
くこれらの部材を切断することが可能になる。

【００５４】なお、本実施の形態は２個のレーザ発振器
１ａ、１ｂに代えて、それぞれ時間波形が異なる３個以
上のレーザ発振器で構成してもよい。

【００５５】本実施の形態においては上記効果に加え
て、比較的厚い部材を効率よく切断することが可能にな
り、機器の広範な部分に適用することができる。

【００５６】（第６の実施の形態）本発明の第６の実施
の形態について図８を参照して説明する。本発明方法を
実現するレーザ切断装置の主要な構成は第１の実施の形
態と同一である。本実施の形態では時間波形の異なる２
個のレーザ発振器１ａ、１ｂを使用する。時間波形の異
なる２種類のレ―ザ光は個別に光ファイバ３で導かれ、
さらにレンズ２１で集光し、単体の光ファイバ３で加工
ヘッド４に導かれる。この装置は２個のレーザ発振器１
ａ、１ｂと、３個のレンズ２１とから構成されている。

【００５７】２個のレーザ発振器１ａ、１ｂのうち、レ
ーザ発振器１ａは上記実施の形態のレーザ発振器と同様
に、平均出力が大きいが、ピーク出力が小さいレーザ光
を放射する。また、レーザ発振器１ｂも上記実施の形態
のレーザ発振器と同様に、平均出力が小さいが、ピーク
出力が大きいレーザ光を放射する。

【００５８】本実施の形態は上記構成からなり、レーザ
発振器１ａから放出されたレーザ光はレンズ２１で集光
され、光ファイバ３に導かれてレンズ２１に入射し、そ
こで集光される。また、レーザ発振器１ｂから放出され
たレーザ光はレンズ２１で集光され、光ファイバ３に導
かれてレンズ２１に入射し、そこで集光される。このレ
ーザ光はそれぞれ光ファイバ３に導かれて加工ヘッド４
に達する。

【００５９】レーザ発振器１ａから放射されたレーザ光
は平均出力が大きいが、ピーク出力が小さい特性を有
し、一方、レーザ発振器１ｂから放射されたレーザ光は
平均出力が小さいが、ピーク出力が大きい特性を有する
ことから、同期をとって照射したとき、レーザ光は、先
に説明した実施の形態と同様に、平均出力およびピーク
出力を共に大きくすることができる。これにより、対象
とする原子炉機器が比較的厚い部材からなるときも、エ
ネルギ密度の高いレーザ光を照射することで、効率よく
これらの部材を切断することが可能になる。

【００６０】なお、本実施の形態は２個のレーザ発振器
１ａ、１ｂに代えて、それぞれ時間波形が異なる３個以
上のレーザ発振器で構成してもよい。

【００６１】本実施の形態においては上記効果に加え
て、比較的厚い部材を効率よく切断することが可能にな
り、機器の広範な部分に適用することができる。

【００６２】（第７の実施の形態）本発明の第７の実施
の形態について図９および図１０を参照して説明する。
本発明方法を実現するレーザ切断装置の主要な構成は第
１の実施の形態と同一である。本実施の形態では図９に
示す発振波形の異なる２個のレーザ発振器１ａ、１ｂを
使用する。レーザ発振器１ａはＣＷレーザ発振器からな
り、図１０（ａ）に示すように、連続波形のレーザ光を
放射する。また、レーザ発振器１ｂはＰＷレーザ発振器
からなり、図１０（ｂ）に示すように、パルス波形のレ
ーザ光を放射する。

【００６３】本実施の形態は上記構成からなり、レーザ
発振器１ａから放出される連続波形のレーザ光は平均出
力が大きいが、ピーク出力が小さい特性を有し、一方、
レーザ発振器１ｂから放出されるパルス波形のレーザ光
は平均出力が小さいが、ピーク出力が大きい特性を有す
る。このため、双方のレーザ光について同期をとって照
射したとき、レーザ光は、図１０（ｃ）に示すように、
平均出力およびピーク出力を共に大きくすることができ
る。

【００６４】これにより、高出力レーザ光を加工対象の
原子炉機器に照射することが可能になり、対象とする原
子炉機器が比較的厚い部材からなるときも、効率よくこ
れらの部材を切断することができる。

【００６５】本実施の形態においては上記効果に加え
て、比較的厚い部材を効率よく切断することが可能にな
り、機器の広範な部分に適用することができる。

【００６６】（第８の実施の形態）本発明の第８の実施
の形態について図１１を参照して説明する。本実施の形
態では加工ヘッド４に切断加工部に結像させるスポット
径を変えるズームレンズ２２を使用する。

【００６７】本実施の形態は上記構成からなり、ズーム
レンズ２２によってレーザ光のスポット径を切断する部
材に合わせて変化させることができる。すなわち、ズー
ムレンズ２２で後方にある部材に結像させるとき、結像
倍率ｍを自由に変えることができる。

【００６８】光ファイバ３のコア径をｄ、出射ＮＡをα
とすると、結像面である加工部１６においてスポット径
はｍ×ｄ、集光ＮＡはα／ｍとなる。ただし、ＮＡは屈
折率をｎ、広がり角度あるいは集光角度をθとして、Ｎ
Ａ＝ｎ×ｓｉｎθで定義される。したがって、結像倍率
ｍが大きい場合にはスポット径が大きく、かつ集光角度
θが小さくなる。一方、結像倍率ｍが小さい場合にはス
ポット径が小さく、かつ集光角度θが大きくなる。

【００６９】もちろん、厚い部材を切断するときはスポ
ット径をある程度大きくした方が溶融または蒸発した材
料を円滑に排除できるので、効率よく切断作業を進める
ことができる。このためには焦点深度を長くして集光角
度を小さくする必要がある。一方、薄い部材を切断する
ときはスポット径を小さくした方が除去体積を小さくで
きるので、効率のよい切断が可能になる。さらに、焦点
深度は短くてもよいので、集光角度は大きくてもよい。

【００７０】したがって、部材の厚さが厚い場合には結
像倍率ｍを大きくすれば、集光角度を小さく、かつスポ
ット径を大きくできるので、溶融物および蒸発物を円滑
に取り除くことができ、効率よく切断することが可能に
なる。一方、部材の厚さが薄い場合には結像倍率ｍを小
さくすれば、スポット径を小さくできるので、除去体積
が小さくなり、効率よく切断することができる。

【００７１】本実施の形態においては上記効果に加え
て、高い効率を維持しながら機器の広範な部分に適用す
ることができる。

【００７２】（第９の実施の形態）本発明の第９の実施
の形態について図１２を参照して説明する。本実施の形
態では結像倍率の異なる２個の結像レンズを用いて加工
対象の部材を切断する。加工ヘッド４は結像倍率の異な
る２個の結像レンズ２３ａ、２３ｂを内蔵している。こ
の結像レンズ２３ａ、２３ｂはレボルバ２４の一方の面
に固定されている。レボルバ２４はモータ２５と連結さ
れ、モータ２５の回転に従い回動する。モータ２５は遠
隔制御装置２と結ばれている。この加工ヘッド４にはウ
インドウ２６の前面にガスノズル２７が装着されてい
る。

【００７３】本実施の形態は上記構成からなり、厚い部
材Ｍを切断する場合、遠隔制御装置２からモータ２５に
動作指令を与える。この指令でモータ２５が回転し、レ
ボルバ２４が回動して厚い部材Ｍに適合する、結像倍率
が大きい結像レンズ２３ａがレーザ光の光軸上に位置決
めされる。このとき、結像レンズ２３ａからスポット径
が大きいレーザ光が部材Ｍに照射される。先に述べたよ
うに、スポット径が大きくなると、溶融物および蒸発物
を円滑に取り除くことができ、厚い部材Ｍを効率よく切
断することが可能になる。

【００７４】かくして、厚い部材Ｍを切断する場合に結
像倍率が大きい結像レンズ２３ａからスポット径の大き
いレーザ光を照射することができ、部材Ｍに適合するレ
ーザ光で効率よく切断することが可能になる。

【００７５】また、薄い部材Ｍを切断する場合、遠隔制
御装置２からモータ２５に動作指令を与える。この指令
でモータ２５が回転し、レボルバ２４が回動して薄い部
材Ｍに適合する、結像倍率が小さい結像レンズ２３ｂが
レーザ光の光軸上に位置決めされる。このとき、結像レ
ンズ２３ｂからスポット径が小さいレーザ光が部材Ｍに
照射される。先に述べたように、スポット径が小さくな
ると、除去体積を小さくすることができ、薄い部材Ｍを
効率よく切断することが可能になる。

【００７６】かくして、薄い部材Ｍを切断する場合に結
像倍率が小さい結像レンズ２３ｂからスポット径の小さ
いレーザ光を照射することができ、部材Ｍに適合するレ
ーザ光で効率よく切断することが可能になる。

【００７７】本実施の形態においては上記効果に加え
て、高い効率を維持しながら機器の広範な部分に適用す
ることができる。

【００７８】（第１０の実施の形態）本発明の第１０の
実施の形態について図１３を参照して説明する。本実施
の形態では水中にある炉内構造物に対してレーザ光を照
射して切断する。加工ヘッド４はレーザ光の光軸に沿っ
て設けられるフード２８を備えている。このフード２８
にそれの系内を水が循環する水循環装置２９が接続され
ている。この水循環装置２９はフード２８と連絡する循
環水管３０と、ポンプ３１と、フィルタ３２とから構成
されている。

【００７９】本実施の形態は上位構成からなり、加工ヘ
ッド４からレーザ光が水中に浸漬された炉内構造物Ｆに
照射される。このとき、炉内構造物Ｆの材料の一部が溶
融、または蒸発する。このとき生じる加工デブリは、通
常、放射能レベルが高い。加工デブリは水雰囲気のため
に炉内構造物Ｆに付着せず、フード２８内の水中に取り
残される。その後、水の流れに従って循環水管３０に流
入し、フィルタ３２によって捕捉される。

【００８０】加工デブリを除かれた水はポンプ３１で昇
圧され、循環水管３０を流れてフード２８内に還流す
る。このようにして放射能レベルが高い加工デブリを効
果的に回収することができる。なお、フード２８内部の
水の流れは切断中に発生する気泡を照射部から取り除く
働きもある。

【００８１】本実施の形態においては上記効果に加え
て、加工デブリを効果的に回収することが可能になる。

【００８２】（第１１の実施の形態）本発明の第１１の
実施の形態について図１４を参照して説明する。本実施
の形態では切断幅および加工デブリの飛散状況を監視
し、レーザ光の照射条件および切断ガスの吹き付け条件
を最適に保持する。切断される部材Ｍの加工部と反対側
にセンサ部分をＣＣＤで構成した撮像装置３３が設けら
れている。この撮像装置３３の前面にはレーザ光を遮る
ためにレーザ光の波長を含む特定の波長域の光のみを透
過しないフィルタ３４が装着されている。

【００８３】また、撮像装置３３は画像情報を処理する
画像処理装置３５と接続されている。この画像処理装置
３５はレーザ発振器１、自動減圧弁１３および自動流量
調節器１４に指令を与える制御装置３６と接続されてい
る。なお、ここで用いられるレーザ発振器１は発振条件
を調整できるものが望ましい。

【００８４】本実施の形態は上記構成からなり、切断作
業中、部材Ｍの裏面に設置した撮像装置３３で部材Ｍを
切断する様子が撮影される。この画像情報は画像処理装
置３５に伝送され、逐一解析される。得られたデータに
基づいて切断幅、加工デブリの飛散状況および溶融物の
排除状況が認識される。このデータは制御装置３６に伝
送され、切断幅、加工デブリの飛散および溶融物の排除
が最良に保たれるようにレーザ発振器１、自動減圧弁１
３および自動流量調節器１４に対して指令が与えられ
る。この結果、レーザ光の照射条件および切断ガスの吹
き付け条件が最適に保持される。

【００８５】たとえば、切断幅が基準値よりも広い場
合、セルフバーニングが発生していると判断し、このと
きはレーザ出力を低下させるように指令が与えられる。
逆に、切断幅が基準値よりも狭い場合、ガウジングを起
こす可能性があり、このときはレーザ出力を増加させる
ように指令が与えられる。

【００８６】また、たとえば、加工デブリの飛散が激し
い場合、切断ガスの圧力および流量を低下させるように
指令が与えられる。逆に、加工デブリの飛散は少ないも
のの、溶融物の排除が円滑でない場合、切断ガスの圧力
および流量を増加させるように指令が与えられる。

【００８７】かくして、レーザ光の照射条件および切断
ガスの吹き付け条件を最適に保ち、セルフバーニングを
回避し、ガウジングの発生を抑制し、さらに加工デブリ
の飛散を抑えることができる。

【００８８】本実施の形態においては上記効果に加え
て、切断加工における切断幅を狭く保ち、かつ加工デブ
リの飛散を最小に抑えて切断することが可能になる。

【００８９】（第１２の実施の形態）本発明の第１２の
実施の形態について図１５を参照して説明する。本実施
の形態ではガス組成、組成比および圧力の異なる切断ガ
スを対象とする部材に合わせて供給する。本実施の形態
のガス供給装置９はガスボンベ１１ａ、１１ｂと、供給
元弁１２ａ、１２ｂと、自動減圧弁１３ａ、１３ｂと、
自動流量調節器１４ａ、１４ｂと、ガス混合室３７と、
供給弁３８と、混合ガス減圧弁３９とから構成されてい
る。２個のガスボンベ１１ａ、１１ｂは、一方に、酸素
ガス、他方に、不活性ガスである、たとえばアルゴンガ
スを充填している。

【００９０】ガスボンベ１１ａ、１１ｂとガス混合室３
７とは独立した系統で結ばれ、ガス混合室３７において
ガス組成を変えるために導入ガスを混合することができ
る。また、ガス供給装置９と加工ヘッド４のガスノズル
２７との間がガス管８で結ばれている。

【００９１】本実施の形態は上記構成からなり、レーザ
光の照射に先だって各ガスボンベ１１ａ、１１ｂからガ
ス混合室３７にそれぞれガスが供給される。双方のガス
は均一な組成とするために十分に混合される。この混合
ガスは切断ガスとしてガス管８を通してガスノズル２７
に送られ、部材Ｍに吹き出す。この切断ガスの供給中、
混合ガス減圧弁３９の開度が調節され、切断ガスの圧力
が適切に保たれる。

【００９２】このガス組成比は自動流量調節器１４ａ、
１４ｂをそれぞれ制御して任意の値に変えることができ
る。もちろん、ガスボンベ１１ａ、１１ｂの供給元弁１
２ａ、１２ｂのどちらかを全閉した場合には一方のガス
のみを単独で供給することができる。通常、切断におけ
る効率を高めるには対象部材Ｍの材質に応じてガスの種
類または組成比および圧力を変えることが望ましい。

【００９３】たとえば、炭素鋼は燃えやすいので、酸素
を切断ガスに使用すれば、レーザ出力を制限することが
可能になる。また、酸化鉄は高温で粘性が低いので、ガ
ス圧力は低くてもよく、逆に圧力が高過ぎると、加工デ
ブリの飛散範囲が広がってしまう。一方、ステンレス鋼
は添加金属のクロムが酸化すると、融点が高くなるの
で、アルゴンなどの非酸化ガス用いるほうが望ましい。
さらに、酸化クロムおよび鉄は粘性が高いので、切断ガ
スを高圧に保つ必要がある。それゆえ、切断対象の部材
Ｍの材質に応じてガスの種類または組成比およびガス圧
力を最適に保つように調節する。

【００９４】かくして、ガス供給装置９により対象とす
る部材Ｍの材質に適する切断ガスまたは最適な組成比の
切断ガスを適切な圧力を保持して供給するすることが可
能になり、高い効率を保って切断することができる。

【００９５】本実施の形態においては上記効果に加え
て、特に、材料の異なる機器の広範な部分に適用するこ
とができる。

【００９６】

【発明の効果】本発明によれば、２次生成物の発生量を
抑制し、簡便に原子炉機器を切断することができる。ま
た、作業範囲を大きく広げることが可能になる。

【００９７】さらに、本発明によれば、比較的厚い部材
を切断することが可能で、機器の広範な部分に適用する
ことができる。

【００９８】また、加工デブリを効果的に回収すること
が可能になり、切断加工における切断幅を狭く保ち、か
つ加工デブリの飛散を最小に抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法に適用されるレーザ切断装置の第１
の実施の形態を示す構成図。

【図２】第１の実施の形態に係るガス供給装置を示す構
成図。

【図３】（ａ）（ｂ）は本発明の第２の実施の形態に係
る光ファイバの開口数と焦点深度との関係を示す図。

【図４】本発明の第３の実施の形態を示す構成図。

【図５】本発明の第４の実施の形態を示す構成図。

【図６】本発明の第５の実施の形態を示す構成図。

【図７】（ａ）（ｂ）（ｃ）は第５の実施の形態に係る
レーザ光の時間波形を示す図。

【図８】本発明の第６の実施の形態を示す構成図。

【図９】本発明の第７の実施の形態を示す構成図。

【図１０】（ａ）（ｂ）（ｃ）は第７の実施の形態に係
るレーザ光の時間波形を示す図。

【図１１】本発明の第８の実施の形態を示す構成図。

【図１２】本発明の第９の実施の形態を示す構成図。

【図１３】本発明の第１０の実施の形態を示す構成図。

【図１４】本発明の第１１の実施の形態を示す構成図。

【図１５】本発明の第１２の実施の形態を示す構成図。

【符号の説明】

１、１ａ、１ｂレーザ発振器３光ファイバ４加工ヘッド７原子炉圧力容器９ガス供給装置１１、１１ａ、１１ｂガスボンベ１５集光レンズ１８ダイクロイックミラー２２ズームレンズ２３ａ、２３ｂ集光レンズ２７ガスノズル２９水循環装置３３撮像装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者秋山靖裕神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地株式会社東芝生産技術センター内 (72)発明者小松原勝神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者河井陽一神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内Ｆターム(参考） 4E068 AE00 CA07 CA17 CD02 CD13 CE08 CJ01 CJ07 DA00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原子炉の外部において発振器を用いて切
断加工のためのレーザ光を発振する段階、放出される前
記レーザ光を光ファイバで該原子炉の内部に導く段階、
前記レーザ光を集光し、切断対象の原子炉機器に対して
照射し、かつ切断ガスを吹き付けて切断する段階からな
る原子炉解体方法。
【請求項２】原子炉の外部にあってレーザ光を発振す
るレーザ発振器と、このレーザ発振器で生じたレーザ光
を該原子炉の内部に導く光ファイバと、この光ファイバ
を通して導かれたレーザ光を集光し、切断対象の原子炉
機器に照射して切断する加工ヘッドと、この加工ヘッド
を前記原子炉の外部で遠隔制御する遠隔制御装置と、前
記加工ヘッドに切断ガスを供給するガス供給装置とを備
えてなるレーザ切断装置。
【請求項３】前記光ファイバが開口数の小さい光ファ
イバからなることを特徴とする請求項２記載のレーザ切
断装置。
【請求項４】前記レーザ発振器が発振波長の異なる複
数個のレーザ発振器からなり、波長の異なるレーザ光を
合成して照射するようにしたことを特徴とする請求項２
記載のレーザ切断装置。
【請求項５】前記レーザ発振器が時間波形の異なる複
数個のレーザ発振器からなり、時間波形の異なるレーザ
光を合成して照射するようにしたことを特徴とする請求
項２記載のレーザ切断装置。
【請求項６】前記レーザ発振器がＣＷレーザ光を発振
するレーザ発振器およびＰＷレーザ光を発信するレーザ
発振器で構成され、ＣＷレーザ光およびＰＷレーザ光の
双方を重畳して照射することを特徴とする請求項２記載
のレーザ切断装置。
【請求項７】前記加工ヘッドがレーザ光を集光し、切
断加工部に結像させるスポット径を変えるズームレンズ
を備えることを特徴とする請求項２記載のレーザ切断装
置。
【請求項８】前記加工ヘッドが結像倍率の異なる複数
個の集光レンズを備えることを特徴とする請求項２記載
のレーザ切断装置。
【請求項９】前記加工ヘッドがフードと、このフード
と連絡する水循環装置とを備え、切断加工中、加工対象
の構造物周囲を水雰囲気におくようにしたことを特徴と
する請求項２記載のレーザ切断装置。
【請求項１０】さらに、前記加工ヘッドの反対側で切
断加工の様子を撮影する撮像装置と、与えられる画像情
報を処理する画像処理装置と、前記レーザ発振器および
前記ガス供給装置に指令を与える制御装置とを備え、切
断幅、加工デブリの飛散状況を監視し、レーザ光の照射
条件および切断ガスの吹き付け条件を最適に保持するよ
うにしたことを特徴とする請求項２記載のレーザ切断装
置。
【請求項１１】前記ガス供給装置が２個のガスボンベ
と、個別に操作可能な２個の減圧弁と、個別に操作可能
な２個の流量調節器と、ガス混合室とを備え、切断ガス
の組成、組成比およびガス圧力を変えられるようにした
ことを特徴とする請求項２記載のレーザ切断装置。