JP2001511295A - 汚染コンクリートの表面を削るためのマイクロ波アプリケータとその適用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 導波管５から出たマイクロ波は、コンクリートにひびが入るまで含水を蒸発させるために、コンクリート壁部の表面２に位置した領域Ｆ２に向かって焦点が合わせられる。このアプリケータの特徴は、それが楕円ベースになった円筒状のエンベロープ４と、該エンベロープの焦点領域Ｆ１において位置された要素１１とからなっていて、該要素が該エンベロープの壁部に向かってマイクロ波を拡散させ、そこで該マイクロ波が楕円形の第２の焦点における焦点領域Ｆ２に向かって反射させることにある。本発明は原子力プラントを解体するために特に有用である。

Description

【発明の詳細な説明】 汚染コンクリートの表面を削るためのマイクロ波アプリケータとその適用 本発明は汚染コンクリートの表面を削るためマイクロ波アプリケータとその適 用に関するものである。 使用済みの原子力関係設備の解体には汚染された装置の解体、特にそれを細片 に粉砕してビチューメンドラムの中へ入れて、特殊な施設の中で貯蔵することが 含まれる。しかしながら、この粉砕処理をしなければならないコンクリート壁は 、その厚さのゆえに特別な問題を有している。即ち、汚染はコンクリートの表面 層の中に吸収されていて、コンクリートの芯部はきれいであり、特別な処理を必 要としないという点にある。 貯蔵しなければならない材料の容積を過剰に増加させないという関心事のため に、産業界は汚染装置と残りのコンクリート壁とを、いわゆる“地殻除去”とい う技術を用いて、コンクリート壁の表面を削って、コンクリートのきれいな芯部 を所定位置に残し、汚染された層だけ除去することによって分離するようになっ てきている。このことのためにびしゃんや、空気ピックや、加圧ジェット水のよ うな多くの純粋に機械的な道具だけではなく、マイクロ波も適用されてきている 。この新しい技術はコンクリートの中に水が存在していて、これがマイクロ波に よって加熱され、沸騰し、固体材料の中で破裂することを利用している。この方 法によって望みの削り作業を行うことができる。 しかしながら、前記方法を正しく導入するには、マイクロ波の出力や、その周 波数や、適用領域、およびその方向のようなある種のパラメータを適当に選択す ることが必要である。ピー・コルレトとその共同作業者によって執筆され、イタ リアのエネルギーと環境のための新技術庁（ＥＮＥＡ）によって出版された“コ ンクリート表面層を除去するためのマイクロ波システム”の中で説明されている 装置においては、大きな表面領域上に拡散されるマイクロ波を放出するために、 いくつかの高出力マグネトロンが用いられていた。提案されている装置における ２４５０ＭＨｚという比較的低い周波数のマイクロ波が、コンクリート内をより 深くまで浸透するので、大容積のコンクリートが加熱された。この装置は効果的 に思えるかもしれないが、ある人は他の処理方法、即ち、同じ領域のコンクリー トから使用動力をより少なくして外殻を削り、従ってコンクリートに沈着してい る単位容積あたりの出力を減少させ、結果的に本方法の効率を減少させるような マイクロ波の発散を防ぐ方法もあることを示唆している。本発明はこれらの考察 を考慮して設計したものであり、その本質的な特徴は、マイクロ波が大体限定さ れた、あるいは大体細長い領域に焦点を合わせられ、その中での加熱が集中し、 一旦焦点領域が安定されると除去される外殻の深さが確定されることにある。 コンクリートの外殻を除去するための既知の装置は、マイクロ波が導波管から 出てきて通過するヘッドを有した形状になっている。このアプリケーションヘッ ドはコンクリート壁部の上に配置され、あるいはコンクリート壁部から短い間隔 をおいて位置されるが、望みの焦点を作り出すように設計されなければならない 。我々が関心を持っている技術分野においてはマイクロ波の焦点合わせが提案さ れてきていないが、医療の分野においては、マイクロ波の焦点を合わせ、患者の 体内に局部化された高熱部を作り出し、例えば焦点部位における腫瘍を破壊する ための装置が開発されてきたことは知られている。ニカワとその他による“マイ クロコンピューター制御による局部高熱化のための加熱システムを備えた、直接 接触型マイクロ波レンズアプリケータ”（マイクロ波理論及び技術に関するＩＥ ＥＥ会報、ＭＴＴ−３４巻、第５号、１９８６年５月）という書籍、また再びニ カワとその他（同一人物）による“マイクロ波高熱化のための加熱パターン制御 による電場収束アプリケータ”という書籍、およびクレーリクシとその他によっ て執筆され、ＩＥＥＥによって出版され、１９９２年アデレードにおけるアジア −太平洋マイクロ波会議において提出された“球面上に２個のスロットを用いた マイクロ波アプリケータ”において３つの異なった装置が記載されている。これ らの装置の１つは、導波管の出口において収束レンズを有している。他の装置は 、最終拡大作用を提供し、かつ該拡大部に入る際に発散されるマイクロ波のビー ムを受ける平行な板によって分割された導波管を有している。前記平行板におい て行われるマイクロ波の反射によってビームが収束され、アプリケータの出口に おいて焦点を合わせられる。最後の第３の装置は半球形のアプリケーションヘッ ド を有しており、そこからマイクロ波が円弧状になったスロットから出ていく。こ れらのシステムによって満足な焦点合わせが得られるが、コンクリートから外殻 を除去するためには、これらのアプリケーションヘッドが大きな面積の開口を有 し、削られたコンクリートから分離したちりや砕片によって簡単に損傷を受ける ことがあるので、他の種類の装置が望ましい。この大きな開口によってまた、コ ンクリートによって外側へ向かって反射され、従って失われていくマイクロ波の 比率がより大きくなることに注意すべきである。 従って、本発明の本質的な目的は、マイクロ波のための出口開口を有したハウ ジングでできたヘッドを備えたアプリケータを提供することにあり、構造を複雑 にすることなく、また前記開口を大きくすることなしに、マイクロ波のビームを ターゲット上に良好なシャープさを保って焦点合わせすることにある。 コンクリートの外殻を除去するための主な適用事項が、エネルギーの消費が大 量になるような広い領域の壁部を広域処理しなければならないということである ので、アプリケータの出口におけるマイクロ波の漏洩を制限し、なかんづく、簡 単に損傷を受けるマイクロ波製造装置へ向かって、マイクロ波を導波管の中へ戻 すような反射を制限することが望ましい。 これらの各種の問題は、マイクロ波アプリケータにおいて、導波管と、該導波 管の末端が内部において存在し、かつマイクロ波のためのターゲットの方に向い た開口を有するヘッドと、更に本質的に、該マイクロ波を反射させるためのハウ ジングとを具備するアプリケータによって解決される。２つの主な変形例が提案 されており、ハウジングが切頭状の楕円断面と２つの焦点領域を有した表面にな った共通のオリジナル要素を提供しており、該焦点領域の１つは開口の外側へ位 置していて、これがマイクロ波の焦点になっている。他の焦点領域は導波管から ハウジングの表面へ向かってくるマイクロ波の分散のための場所にあり、ここで マイクロ波が反射されて前記焦点領域に向かって収束される。１つの変形例にお いては、前記分散のための焦点領域が前記マイクロ波を反射させる要素によって 占有され、導波管がこの要素に向かっており、該要素は球形状、円筒状になって いたり、あるいは該導波管に向かった角度をなした二平面形状になっていてもよ い。他の実施例においては、内部の焦点領域に対する反射作用がなく、この場所 において導波管から出ていくマイクロ波が拡散していく。多数のスロットが設け られた拡散要素を提供していてもよく、該要素のところで導波管の末端が位置し ている。 従って目的としている主な使用例は汚染コンクリートの外殻の除去であるが、 それだけが使用目的ではなく、本発明は石の研磨あるいは医療においても有用で あることがわかる。 本発明について幾つかの実施例を例として以下の添付図面を参照しながら説明 する。 図１は本発明の一般的な図である。 図２はアプリケータの第１の設計を示す図である。 図３はアプリケータの第１の設計の他の図である。 図４はアプリケータの第２の設計を示す図である。 図５はアプリケータの第３の設計を示す図である。 図６および図７は図２及び図４における実施例の変形例を示す図である。 本装置は除去しなければならない外殻を有したコンクリート壁部２の上を移動 する架台１に取りつけられることができ、これはマイクロ波発生器３と、アプリ ケーションヘッド４と、これら２つの要素を連結する導波管５と、吸引器６と、 前記アプリケーションヘッド４の端部を取り囲む吸引皿７と、該吸引皿７の中へ 端部が入り込んだ吸引管８とを有し、さらにもし必要が生じれば、該アプリケー ションヘッド４の開口１０を塞ぐ薄膜９も有している。前記発生器３から発生さ れたマイクロ波は導波管５を通過し、壁部２の上に直接あるいは極めて小さな距 離をおいて配置されたアプリケーションヘッド４から開口１０を通って、漏れを 制限しながら出ていく。前記選択的な薄膜９はアプリケーションヘッド４の内部 をコンクリートの粉砕によって生じるちりや砕片から保護するために用いられる が、これがマイクロ波を透過できることは明らかである。前記ちりや砕片は皿７ の中に舞い上がり、吸引器６によって吸引される。 図２と図３を参照すると、前記アプリケーションヘッド４が楕円形のベースあ るいは楕円体のシリンダーを有した切頭型のシリンダーの形をしたハウジングで あることがわかり、これは２つの焦点領域（Ｆ１）、（Ｆ２）を有し、前記切頭 型は第２の焦点領域（Ｆ２）が、該ハウジングの外側に位置し、コンクリート壁 部２の表面より下に位置するような形状になっている。長方形断面の金属シース によって形成された前記導波管５は、前記楕円体シリンダーの焦点領域（Ｆ１） と（Ｆ２）とを連絡する平面と一致した対称面を有している。前記ハウジング内 に位置した第１の焦点領域（Ｆ１）は反射体１１によって占有され、該反射体は 、この場合、アプリケーションヘッド４に連結された金属シリンダーによって形 成されている。マイクロ波（Ｍ）の１つの軌跡が矢印によって示されているが、 該マイクロ波はハウジングの対称面に平行な導波管５を出て、反射体１１によっ てアプリケーションヘッド４の表面に向かって反射され、さらにその最初の軌跡 、特に反射体１１上の反射点の位置の如何にかかわらず焦点領域（Ｆ２）へ反射 されるが、その焦点合わせ作用は楕円体シリンダーの幾何学的特性によって殆ど 完全であり、零にはならない反射体１１の直径部分によって第１の焦点領域（Ｆ １）自身における反射が妨げられることがあるのみである。第２の焦点領域（Ｆ ２）は、実際はコンクリート壁部２の中を図示したより少し深いところに位置す るが、それは空気とコンクリートとの間の境界面において生じるマイクロ波の屈 折が原因である。該空気とコンクリートとの境界面はまた全方向へのマイクロ波 の反射、特に導波管５と外側とへ向かう反射の原因となる。しかしながら、この 内の第１の反射は反射体１１がマイクロ波の大部分を受けとめて導波管５を保護 するので損傷の影響を与えることはなく、また第２の反射は開口１０が収縮する という観点から減少する。 楕円状のベースになったシリンダー形状のハウジングの興味ある特徴は、それ が移動架台１の方向を横断する方向において非常に大きな巾を与えられており、 コンクリートのより大きな巾部分において熱の影響を分散させ、より広い巾の帯 に沿って削ることができるという点にある。図３は焦点領域（Ｆ１）と（Ｆ２） が直線状になっており、楕円形のシリンダー内の反射体１１の軸線に平行なセグ メント状の外形を有し、焦点領域（Ｆ２）が加熱されるコンクリート上の帯の巾 を有していることを示している。長方形の導波管５は、より大きな巾部分の上に マイクロ波を放射するために、前記横断方向に平行な大きい方の側部を有した断 面になっている。 しかしながら、前記円筒状の反射体１１は実際に楕円形の長軸と一致したマイ クロ波の一部分を導波管５の方へ送り返し、発生器３を損傷することがあるとい う欠点を有しているので、それを図４に示した二平面形状１４のものと交換する ことが提案されるが、これは導波管５の方へ向かった角度部分１６によって連結 された、開口１０の方へ向かって開放している２つの平坦な小平面１５からでき ている。このようにして、導波管５に関して直角な方向の、発生器に対して危険 な反射が防がれる。しかしながら、前記二平面形状１４の欠点は、第２の焦点領 域（Ｆ２）へのマイクロ波の集中量がかなり少なくなるという点にある。 さらに他の設計が提案され、アプリケーションヘッド４と同軸的な導波管５が 、第１の焦点領域と同軸的でかつその延長線上に位置した導波管２０と交換され ている。該導波管２０はハウジングの中へ延在したチューブ１７状の外形を有し 、該チューブにはその長さ方向に沿って延在した微細な半径方向のスロット１８ が貫通しており、該スロットは開口１０に向かう部分を除いてチューブ表面の大 部分において分布している。マイクロ波は第１の焦点領域（Ｆ１）から全ての方 向に向かってチューブ１７から出ていく。前述した実施例と同様に、マイクロ波 はアプリケーションヘッド４の内面から反射されて、第２の焦点領域（Ｆ２）へ 向かう。マイクロ波の軌跡が前述した場合と同様に第１の焦点領域（Ｆ１）から 出ているので、本装置の動作も同様である。 アプリケーションヘッド４の楕円体は大体大きな横方向寸法を有することがで き、今まで示してきた図は幅広いアプリケーションヘッド４と、該横方向に細長 くなっていて、かつ直線状の焦点領域（Ｆ１）と（Ｆ２）を有した反射体１１、 １４あるいは１７の場合を説明しており、回転対称になったアプリケーションヘ ッドもまた選択することができ、その場合は焦点領域は限定的な焦点によって置 き換えられ；また反射体要素は球状あるいは円錐状になっていてシリンダー１１ あるいは二平面形状１４と交換することもでき、これはサスペンションアームに よってアプリケーションヘッド４に連結されており；図２および図４における図 も有効であり、アプリケーションヘッドの全ての断面は切頭的な楕円形断面を有 している。 最後に図６と図７は図２と図４に示した実施例の変形例を示しており、これら は導波管５がアプリケーションヘッド４のハウジングの内面において取り付けら れている代わりに、アプリケーションヘッド４によって取り囲まれたチェンバー の中へ焦点領域（Ｆ１）に向かって隠れてしまった延長部１９を有しており、有 利に該延長部の端部はマイクロ波の波長の１／４に近い距離だけ離れたところに 位置している。このような配置がマイクロ波をより長い距離を案内することによ って、良好な焦点合わせの結果を与えることがわかっている。また、前記反射体 １１あるいは１４が波長の１／４にほぼ等しい小さな寸法を有していることもわ かっている。しかしながら、これらの値は近似値であり、経験によるテストから 得られた結果であり、従って特に反射体の形状に関して、特別な場合には他の良 好な解決法、実際によりよい解決法が存在するかもしれない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. マイクロ波アプリケータであって、導波管（５）と、該導波管の末端が内 部において存在し、かつマイクロ波のためのターゲット（２）の方に向いた開口 （１０）を有するヘッド（４）と、さらに本質的に該マイクロ波を反射させるた めのハウジングとを具備し、該ハウジングの断面が２つの焦点領域を有する切頭 型の楕円形になっており、前記導波管が標的としている該焦点領域の内の１つの 焦点領域（Ｆ１）が、前記マイクロ波を反射させる要素（１１）によって占有さ れ、他の前記焦点領域（Ｆ２）が前記開口の外側に位置していることを特徴とす るマイクロ波アプリケータ。 2. マイクロ波アプリケータであって、導波管（２０）と、該導波管の末端が 内部において存在し、かつマイクロ波のためのターゲット（２）の方に向いた開 口（１０）を有するヘッド（４）と、さらに本質的に該マイクロ波を反射させる ためのハウジングとを具備し、該ハウジングの断面が２つの焦点領域を有する切 頭型の楕円形になっており、前記導波管の末端に位置した該焦点領域の内の１つ の焦点領域（Ｆ１）が、前記マイクロ波を拡散させる要素（１７）によって占有 され、他の前記焦点領域（Ｆ２）が前記開口の外側に位置していることを特徴と するマイクロ波アプリケータ。 3. マイクロ波を反射させる前記要素が球状になっている、請求項１に記載さ れたマイクロ波アプリケータ。 4. マイクロ波を反射させる前記要素が円筒形状（１１）になっている、請求 項１に記載されたマイクロ波アプリケータ。 5. マイクロ波を反射させる前記要素が前記導波管に向かってある角度をつけ た二平面形状（１４）になっている、請求項１に記載されたマイクロ波アプリケ ータ。 6. マイクロ波を反射させる前記要素が円錐体になっている、請求項１に記載 されたマイクロ波アプリケータ。 7. 前記導波管（５）が前記マイクロ波を反射させるハウジングの内面におい て出現する、請求項１に記載されたマイクロ波アプリケータ。 8. 前記導波管（５）がマイクロ波を反射させるハウジングの中へ入り込んだ 延長部（１９）を有し、該延長部の末端が該マイクロ波を反射させる要素によっ て占有される焦点領域（Ｆ１）から、該マイクロ波の波長の１／４の距離に近い ところに位置している、請求項１に記載されたマイクロ波アプリケータ。 9. マイクロ波を拡散させる前記要素が、スロット（１８）を切り込んだ、か つ前記導波管（１５）の末端が位置している要素である、請求項１に記載された マイクロ波アプリケータ。 10．汚染されたコンクリートの表面を削るために、請求項１に記載されたマイ クロ波アプリケータを適用すること。