JP2015139820A - レーザー光を用いた溶断・破砕適応制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
この炉心溶融物は、例えば圧力容器などを構成する炭素鋼からなる金属、燃料被覆管を構成するジルコニウム、核燃料を構成する酸化ウランや酸化プルトニウムなどが混在した溶融物であり、その形状は無定形、不規則となる可能性がある。
この炉心溶融物の処理方法として、例えば特開2013−88117号公報(特許文献1)などで提案されている方法がある。
この特許文献1に記載されている炉心溶融物の処理方法は、
炉心溶融物を電解浴の陽極に装荷し、陰極に金属Zrを電解析出させる工程と、
交換した陰極に金属Feを電解析出させる工程と、
第1ガスをバブリングして陽極雰囲気の酸化性を高める工程と、
交換した陰極にU酸化物を電解析出させる工程と、
第2ガスをバブリングして陽極雰囲気の酸化性をさらに高める工程と、
交換した陰極にU酸化物及びPu酸化物の混合物を電解析出させる工程と、
陽極に残留する残留物を回収する工程と、
電解浴に含まれる核分裂生成物を回収する工程を含むことを特徴としており、
放射性物質、FeならびにZrを別々に分離して回収する方法である。
溶断・破砕をしようとする処理対象物に対してレーザー光を照射するレーザー加工ヘッドを搭載したロボットと、
前記処理対象物の状態を検出する検出部と、
前記検出部からの検出情報に基づいて前記ロボットを制御する制御部を備え、
前記検出部は前記処理対象物からのレーザー光の反射光を受光し、
前記反射光に基づいて前記処理対象物の3次元幾何学形状を認識するレーザースキャナと、
前記反射光に基づいて前記処理対象物の材質を検出する分光計と、
前記反射光に基づいて前記処理対象物の溶断溶断・破砕の有無を検出する温度計を有しており、
前記制御部は前記検出部からの情報に基づいて、前記ロボットの動作制御をするロボット制御部と、前記レーザー加工ヘッドから照射されるレーザー光を制御するレーザー光制御部を有していることを特徴とするものである。
本発明の第2の手段は第1の手段において、
前記処理対象物の形状が無定形、不規則であり、前記ロボットがX−Y−Z3軸直交型のロボットで、前記レーザースキャナによって認識された前記処理対象物の3次元幾何学形状に沿うように、前記ロボット制御部で前記レーザー加工ヘッドの位置を制御することを特徴とするものである。
本発明の第3の手段は第1または2の手段において、
前記レーザー加工ヘッドは、前記処理対象物に対してレーザー光の連続照射とパルス照射が切り替え可能になっており、
前記分光計により前記レーザーが照射されている前記処理対象物の部位分が金属としての性質を有する金属領域であると検出されると、前記レーザー光制御部により前記レーザー加工ヘッドは前記処理対象物に対してレーザー光の連続照射を行い、
前記分光計により前記レーザーが照射されている前記処理対象物の部位がセラミックスとしての性質を有するセラミックスであると検出されると、前記レーザー光制御部により前記レーザー加工ヘッドは前記処理対象物に対してレーザー光のパルス照射を行うように構成されていることを特徴とするものである。
本発明の第4の手段は第1ないし第3の手段において、
前記処理対象物の溶融溝内に生成した溶融金属を当該溶融溝から排出するアシストガスを噴射するためのアシストガス噴射手段を有し、
前記温度計の検出情報に基づいて前記アシストガス流量が調整可能になっていることを特徴とするものである。
本発明の第5の手段は第1ないし第4の手段において、
前記レーザー加工ヘッドの付近に前記処理対象物の溶断・破砕で生成した粗粒体を吸引する吸引パイプが設けられ、
前記吸引パイプは前記レーザー加工ヘッドと共に移動可能になっていることを特徴とするものである。
本発明の第6の手段は第1ないし第5の手段において、
前記処理対象物が原子炉の炉心溶融物であることを特徴とするものである。
この炉心溶融物は、例えば圧力容器などを構成する炭素鋼からなる金属、燃料被覆管を構成するジルコニウム、核燃料を構成する酸化ウランや酸化プルトニウムなどが混在した溶融物であり、その形状は無定形、不規則な外形となる可能性がある。
ロボット1と制御部2と検出部3とパソコン4は図1に示すような接続関係になっている。図面上は制御部2とパソコン4が別体に描かれているが、実際には制御部2はパソコン4内に組み込まれている。パソコン4では、例えば溶断・破砕適応制御の開始、終了ならびに溶断・破砕ルートの入力など諸種の操作が行われる。
その開口部17を取り囲むように先端が尖った照射・噴射ノズル18が取り付けられ、照射筒体16の先端部は開口部17を貫通して、照射・噴射ノズル18の内部に入り込んでいる。
ヘッドケーシング15と照射筒体16の間に形成されたガス供給流路20からはアシストガス10が供給され、照射・噴射ノズル18で流速が速められて、照射・噴射ノズル18からレーザー光8の照射部位(溶融溝)に向けて噴射される。アシストガス10として、例えばアルゴンガス、圧縮空気、窒素ガスなどが用いられる。
金属領域21の溶断やセラミックス領域22の粉砕によって生成した粗粒体23は、フレキシブルで大径の吸引パイプ24を備えて、強力な吸引力を有する吸引回収機構により炉外に素早く回収される。吸引パイプ24もレーザー加工ヘッド6と一緒に移動する構成になっている。
図2に示されているように検出部3は、処理対象物19に照射されたレーザー8の反射光25を確実に受光するように、照射・噴射ノズル18の外周、すなわち処理対象物19のレーザー光照射部位近傍に配置される。
この試験は、金属試験片(SS400,50×75×30mm)の端面溶断試験を行った。レーザー光8として出力4kWのファイバーレーザーを用い、レーザー加工ヘッド6を移動速度V[mm/min]で移動させ、アシストガス10の流量(Q=70,350 L/min) およびスタンドオフ(L=2,10mm)を加工パラメータとして実施した。
ジルコニア(1300HV) と同程度の硬さを有するアルミナ(1550HV) 製の円柱状ペレット(直径8.7mm、高さ10mm)を模擬体26として用い、模擬体26を固定治具27で固定した。これをスタンドオフL:2mmになるようにしてレーザー加工ヘッド6の直下に取り付け、模擬体26に対してスポット径:1.56mmのレーザー光8を模擬体26に上面に対して垂直にパルス照射し、模擬体26の破砕状態を調べた。
実験パラメータの設定は、入熱密度と投入熱量の影響を把握するため、レーザー出力と照射時間を組み合わせ、図6に示す条件とした。
図7に示されているように、入熱密度が131kW/cm2 (試験条件A〜D)では、投入熱量の増加に伴って破砕数が増加しており、アルミナが細かく破砕されていることが分かる。また、入熱密度が262kW/cm2 (試験条件E〜G)でも同様の傾向があり、入熱密度131kW/cm2と比較すると、投入熱量が同じであっても、入熱密度の違いにより細かく粉砕できていることが分かる。しかし、投入熱量が最も多い試験条件Hでは、破砕数の減少が見られた。
図8に示すように、縦横ともに30mmで、厚さが10mmの正方体からなり、それの中心部に直径が9mm、深さが9mmの有底状の穴を形成したステンレス鋼板29を準備する。
2:制御部、
3:検出部、
6:レーザー加工ヘッド、
7:ロボット制御部、
8:レーザー光、
9:レーザー光制御部、
10:アシストガス、
11:アシストガス制御部、
12:レーザースキャナ、
13:二色温度計、
14:分光計、
19:処理対象物、
21:金属領域、
22:セラミックス領域、
23:粗粒体、
24:吸引パイプ、
25:反射光、
P:レーザー光の出力、
LF:レーザー光の焦点距離、
LW:処理対象物の切断部からレーザー加工ヘッドまでの距離、
V:レーザー加工ヘッドの移動速度、
VL:アシストガス流速。
Claims (6)
- 溶断・破砕をしようとする処理対象物に対してレーザー光を照射するレーザー加工ヘッドを搭載したロボットと、
前記処理対象物の状態を検出する検出部と、
前記検出部からの検出情報に基づいて前記ロボットを制御する制御部を備え、
前記検出部は前記処理対象物からのレーザー光の反射光を受光し、
前記反射光に基づいて前記処理対象物の3次元幾何学形状を認識するレーザースキャナと、
前記反射光に基づいて前記処理対象物の材質を検出する分光計と、
前記反射光に基づいて前記処理対象物の溶断溶断・破砕の有無を検出する温度計を有しており、
前記制御部は前記検出部からの情報に基づいて、前記ロボットの動作制御をするロボット制御部と、前記レーザー加工ヘッドから照射されるレーザー光を制御するレーザー光制御部を有していることを特徴とするレーザー光を用いた溶断・破砕適応制御装置。 - 請求項1に記載のレーザー光を用いた溶断・破砕適応制御装置において、
前記処理対象物の形状が無定形、不規則であり、前記ロボットがX−Y−Z3軸直交型のロボットで、前記レーザースキャナによって認識された前記処理対象物の3次元幾何学形状に沿うように、前記ロボット制御部で前記レーザー加工ヘッドの位置を制御することを特徴とするレーザー光を用いた溶断・破砕適応制御装置。 - 請求項1または2に記載のレーザー光を用いた溶断・破砕適応制御装置において、
前記レーザー加工ヘッドは、前記処理対象物に対してレーザー光の連続照射とパルス照射が切り替え可能になっており、
前記分光計により前記レーザーが照射されている前記処理対象物の部位が金属としての性質を有する金属領域であると検出されると、前記レーザー光制御部により前記レーザー加工ヘッドは前記処理対象物に対してレーザー光の連続照射を行い、
前記分光計により前記レーザーが照射されている前記処理対象物の部位がセラミックスとしての性質を有するセラミックスであると検出されると、前記レーザー光制御部により前記レーザー加工ヘッドは前記処理対象物に対してレーザー光のパルス照射を行うように構成されていることを特徴とするレーザー光を用いた溶断・破砕適応制御装置。 - 請求項1ないし3のいずれか1項に記載のレーザー光を用いた溶断・破砕適応制御装置において、
前記処理対象物の溶融溝内に生成した溶融金属を当該溶融溝から排出するアシストガスを噴射するためのアシストガス噴射手段を有し、
前記温度計の検出情報に基づいて前記アシストガス流量が調整可能になっていることを特徴とするレーザー光を用いた溶断・破砕適応制御装置。 - 請求項1ないし4のいずれか1項に記載のレーザー光を用いた溶断・破砕適応制御装置において、
前記レーザー加工ヘッドの付近に前記処理対象物の溶断・破砕で生成した粗粒体を吸引する吸引パイプが設けられ、
前記吸引パイプは前記レーザー加工ヘッドと共に移動可能になっていることを特徴とするレーザー光を用いた溶断・破砕適応制御装置。 - 請求項1ないし5のいずれか1項に記載のレーザー光を用いた溶断・破砕適応制御装置において、
前記処理対象物が原子炉の炉心溶融物であることを特徴とするレーザー光を用いた溶断・破砕適応制御装置。
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