JP2022550787A - Method for decontaminating gas-containing metal parts using laser irradiation in liquid media - Google Patents

Method for decontaminating gas-containing metal parts using laser irradiation in liquid media Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、液体媒体(2)中でガスを含有する金属部品(1)を除染する方法、およびこの汚染方法を実現するデバイスに関する。【解決手段】本発明の方法は、液体媒体(2)中でのレーザー照射によってガスを含有する金属部品(1)を除染する方法であって、金属部品(1)が液体媒体(2)中に配置され、パルス・レーザー・ビーム波長を通すことができるガラス界面(5)が液体媒体中に、上記部品から10mm~250mmの距離で配置され、界面と金属部品(1)との間に配置された液体媒体(2)を方向付けることができる、液体媒体(2)の循環システム(8)の全体または一部が、上記部品に沿って液体媒体(2)中に配置され、1,000nm~1,080nmの波長、30J/cm2~200J/cm2のフルエンス、および1.2kw~7.5kWの出力ピーク、3,000mm/秒~20,000mm/秒の移動速度で放射する、パルス・レーザーのビームが金属部品(1)に適用される、方法に関する。【選択図】図1Kind Code: A1 The present invention relates to a method for decontaminating gas-containing metal parts (1) in a liquid medium (2) and to a device implementing this contamination method. A method of the present invention is a method for decontaminating a gas-containing metal part (1) by laser irradiation in a liquid medium (2), wherein the metal part (1) is a liquid medium (2) A glass interface (5) placed in and able to pass the pulsed laser beam wavelength is placed in the liquid medium at a distance of 10 mm to 250 mm from said part, between the interface and the metal part (1) 1, a circulation system (8) for the liquid medium (2), capable of directing the arranged liquid medium (2), is arranged in whole or in part in the liquid medium (2) along said parts; 000 nm to 1,080 nm wavelength, fluence of 30 J/cm to 200 J/cm, and power peak of 1.2 kW to 7.5 kW, travel speed of 3,000 mm/s to 20,000 mm/s. It relates to a method, wherein a beam of laser is applied to a metal part (1). [Selection drawing] Fig. 1

Description

本発明は、特に原子力分野における、ガスを含有する金属部品を除染する方法に関する。特に、本発明は、液体媒体中でのレーザー照射を用いた、放射性であり得るガスを含有する金属部品を除染する方法に関する。 The present invention relates to a method for decontaminating gas-containing metal parts, especially in the nuclear field. In particular, the present invention relates to a method of decontaminating metal parts containing gases, which may be radioactive, using laser irradiation in liquid media.

原子力産業において、原子力施設内に存在する金属部品、特に放射性化合物を含むキャリア液と接触しているものは、放射性物質で汚染されていることがある。この汚染は、表面上のものまたは内部のものであり得る。原子力施設の閉鎖中における環境の汚染を回避するため、または保守管理作業中もしくはこれらの施設の閉鎖中に、これらの部品によって放射される放射能に対する人の被曝を制限するために、これらの施設に存在する金属部品の除染が必要な場合が多い。 In the nuclear industry, metal parts present in nuclear installations, especially those in contact with carrier liquids containing radioactive compounds, may be contaminated with radioactive substances. This contamination can be superficial or internal. In order to avoid contamination of the environment during the closure of nuclear installations, or to limit human exposure to radioactivity emitted by these components during maintenance work or during closure of these installations. It is often necessary to decontaminate metal parts present in

現在、例えば、化学薬品を使用するもの、高圧水流に基づいたハイドロメカニカル技術によるもの、またはレーザーを使用するものといった、金属部品の放射性表面を除染する様々な解決策が存在する。 Currently, there are various solutions for decontaminating radioactive surfaces of metal parts, for example using chemicals, hydromechanical techniques based on high-pressure water jets, or using lasers.

また、EP0091646に記載されているような、金属廃棄物の内部ではなく表面にある汚染物質の薄い層を除染することができ、レーザーを適用することによって、放射性エアロゾルが再付着する傾向があるこの表面に溶融域がもたらされる、空気中で実施されるパルス・レーザーによる除染方法を参照することができる。 It can also decontaminate a thin layer of contaminants on the surface of the metal waste but not inside it, as described in EP0091646, and the application of the laser tends to redeposit radioactive aerosols. Reference can be made to the method of decontamination with a pulsed laser carried out in air, in which a molten zone is produced on this surface.

原子炉、核融合施設、または使用済み燃料の処理ユニットなどにかかわらず、原子力施設内で見出される金属部品を汚染することがある放射性物質中には、水素の放射性同位体であって、材料中に拡散して金属部品のベース・メタル中にとどまる可能性がある、トリチウム(H)などの放射性ガスが見出される。 Among the radioactive materials that can contaminate metal parts found within nuclear facilities, whether nuclear reactors, fusion facilities, or spent fuel processing units, are radioactive isotopes of hydrogen, Radioactive gases such as tritium ( 3 H) are found that can diffuse into and lodge in the base metal of metal parts.

トリチウム化廃棄物はほとんどが固体形態で見出され、防衛活動、原子力・代替エネルギー庁の調査活動、ならびにジュウテリウムおよびトリチウムを燃料として使用する核融合による原子炉プロジェクトである、ITER融合装置(国際熱核融合実験炉)における近い将来の運用および除染活動においてもたらされるものである。トリチウムが材料中に拡散する能力を前提とすると、閉じ込めによるトリチウム化廃棄物の管理は困難であり、廃棄物、特に金属の表面における除染技術は適さない。 Tritiated waste is found mostly in solid form and is used in defense activities, research activities of the Atomic Energy and Alternative Energy Agency, and the ITER fusion device (International Thermal Energy Agency), a nuclear fusion reactor project using deuterium and tritium as fuel. It will result in the near future operation and decontamination activities at the nuclear fusion experimental reactor. Given the ability of tritium to diffuse into materials, management of tritiated waste by containment is difficult and decontamination techniques on the surface of the waste, especially metals, are not suitable.

トリチウム化金属廃棄物の管理は、この廃棄物の最終貯留を伴う。それでもなお、廃棄物の初期処理を行って、そのトリチウム含量および脱気レベルを低減することが必要である。これらの処理は、この廃棄物を単に取り除き、次に上流の施設に貯留する、および/または熱もしくは溶融処理を施すことから成ってもよい。 Management of tritiated metal waste involves the final storage of this waste. Nonetheless, it is necessary to perform initial treatment of the waste to reduce its tritium content and degassing level. These treatments may consist of simply removing this waste and then storing it in an upstream facility and/or subjecting it to heat or melt treatment.

例えば、トリチウム化金属廃棄物を溶融し、廃棄物塊中の吸着ガスを抽出し、それに脱トリチウム・プロセスを施すことを提案している、EP0204634に記載の方法を参照することができる。それでもなお、この作業を実現するには、放射される放射性ガスが空気中または近接部品内に分散するのを防ぎ、金属廃棄物を再び汚染することがないように、放射性ガスを回収する必要がある。 For example, reference can be made to the method described in EP 0204634, which proposes to melt tritiated metal waste, extract the adsorbed gases in the waste mass and subject it to a detritification process. Nonetheless, in order to accomplish this task, it is necessary to recover the emitted radioactive gas from dispersing in the air or in nearby components and from recontaminating the metal waste. be.

したがって、トリチウムなどの放射性物質であり得るガスを含有する金属部品の有効な除染を可能にするとともに、このガスが空気中に分散するリスク、またしたがって環境および人体汚染のリスクを制限する、解決策が必要とされている。また、放射性ガスが金属廃棄物および近接部品の上および中に再付着するリスクを、防止および/または制限する必要がある。 Thus, a solution that allows effective decontamination of metal parts containing gases that can be radioactive, such as tritium, while limiting the risk of this gas dispersing into the air and thus of environmental and human contamination. measures are needed. There is also a need to prevent and/or limit the risk of radioactive gases redepositing onto and into metal waste and adjacent components.

したがって、本出願の目的は、トリチウムなどの放射性物質であり得るガスを含有する金属部品、つまり、ベース・メタルがこのガスを吸着している金属部品の有効な除染を可能にするとともに、ガスが空気中に分散し、ガス粒子が部品の表面上に再付着すること、および材料中に拡散することによって部品を更に汚染するリスクを低減する、解決策を提案することである。 It is therefore an object of the present application to enable effective decontamination of metal parts containing a gas, which may be radioactive, such as tritium, i.e. metal parts whose base metal has adsorbed this gas, while at the same time is dispersed in the air, reducing the risk of redeposition of gas particles on the surface of the component and further contamination of the component by diffusion into the material.

これを行うため、本発明は、液体媒体中でのレーザー照射によって、ガスを含有する金属部品を除染する方法、およびこの方法を実現するデバイスを提案する。 To do this, the invention proposes a method for decontaminating gas-containing metal parts by laser irradiation in a liquid medium, and a device implementing this method.

本発明の第1の目的は、液体媒体中でのレーザー照射によってガスを含有する金属部品を除染する方法であって、
金属部品が液体媒体中に配置され、
パルス・レーザー・ビーム波長を通すことができるガラス界面が、液体媒体中に配置され、界面は、金属部品から10mm~250mmの距離で、上記部品と上記ビームとの間に配置され、
界面と金属部品との間に配置された液体媒体を方向付けることができる、液体媒体の循環システムの全体または一部が、上記部品に沿って液体媒体中に配置され、
1,000nm~1,080nmの波長、30J/cm2~200J/cm2のフルエンス、および1.2kW~7.5kWの出力ピークで放射する、パルス・レーザーのビームが金属部品に適用され、上記ビームは、3,000mm/秒~20,000mm/秒の移動速度で金属部品に適用される、方法に関する。
A first object of the present invention is a method of decontaminating gas-containing metal parts by laser irradiation in a liquid medium, comprising:
A metal part is placed in a liquid medium,
a glass interface that is permeable to the pulsed laser beam wavelength is positioned in the liquid medium, the interface being positioned between the metal part and the beam at a distance of 10 mm to 250 mm from the metal part;
all or part of a liquid medium circulation system capable of directing a liquid medium disposed between the interface and the metal part is disposed in the liquid medium along said part;
A beam of a pulsed laser, emitting at a wavelength of 1,000 nm to 1,080 nm, a fluence of 30 J/cm 2 to 200 J/cm 2 , and a power peak of 1.2 kW to 7.5 kW, is applied to the metal part. The beam is applied to the metal part at a travel speed of 3,000 mm/s to 20,000 mm/s.

本発明の第2の目的は、液体媒体中でレーザーによってガスを含有する金属部品を除染するデバイスであって、デバイスは、
金属部品が浸漬される液体媒体を含むチャンバと、
1,000nm~1,080nmの波長、30J/cm2~200J/cm2のフルエンス、および1.2kW~7.5kWの出力ピークでパルス・レーザー・ビームを放射することができるパルス・レーザーであって、照射ヘッドを備えるレーザーと、
液体媒体中に配置される、パルス・レーザー・ビーム波長を通すことができるガラス界面であって、金属部品と上記ビームとの間に配置され、液体媒体中に浸漬される界面と、
全体または一部が上記部品とガラス界面との間に配置され、界面と金属部品との間に配置された液体媒体を上記部品に沿って方向付けることができる、液体媒体の循環システムと、を備える、デバイスに関する。
A second object of the present invention is a device for decontaminating gas-containing metal parts by means of a laser in a liquid medium, the device comprising:
a chamber containing a liquid medium in which the metal part is immersed;
A pulsed laser capable of emitting a pulsed laser beam at a wavelength of 1,000 nm to 1,080 nm, a fluence of 30 J/cm 2 to 200 J/cm 2 , and a power peak of 1.2 kW to 7.5 kW. a laser with an irradiation head;
a glass interface permeable to the pulsed laser beam wavelength, disposed in a liquid medium, the interface being immersed in the liquid medium and disposed between the metal part and the beam;
a liquid medium circulation system disposed in whole or in part between the component and the glass interface and capable of directing the liquid medium disposed between the interface and the metal component along the component; comprising, relating to a device.

液体媒体に浸漬していない、一実施形態にしたがって実現される本発明によるデバイスの図であって、金属部品(1)と、液体媒体(2)と、液体媒体を収容するチャンバ(3)と、パルス・レーザー・ヘッド(4)と、ガラス界面(5)と、ノズル(6)と、モータ(7)と、循環システム(8)と、フック支持体(9)とを含む、デバイスの図である。FIG. 1 is a diagram of a device according to the invention, realized according to an embodiment, not immersed in a liquid medium, comprising a metal part (1), a liquid medium (2) and a chamber containing the liquid medium (3). , the device including a pulsed laser head (4), a glass interface (5), a nozzle (6), a motor (7), a circulation system (8) and a hook support (9). is. 液体媒体に浸漬している、一実施形態にしたがって実現される本発明によるデバイスの図であって、金属部品(1)と、液体媒体(2)と、液体媒体を収容するチャンバ(3)と、パルス・レーザー・ヘッド(4)と、ガラス界面(5)と、ノズル(6)と、モータ(7)と、循環システム(8)と、フック支持体(9)と、密閉チャンバ(10)とを含む、デバイスの図である。FIG. 1 shows a device according to the invention, realized according to an embodiment, immersed in a liquid medium, comprising a metal part (1), a liquid medium (2) and a chamber containing the liquid medium (3). , a pulsed laser head (4), a glass interface (5), a nozzle (6), a motor (7), a circulation system (8), a hook support (9), and a closed chamber (10). 1 is a diagram of a device, including

本発明者らによって提案される、液体媒体中でのレーザー照射によって、放射性ガスを含有する金属部品を除染する方法、およびこの方法を実現するデバイスは、有利には、放射性であり得るガスが材料から吸着している金属部品の有効な除染を可能にするとともに、この潜在的に放射性であるガスが空気中に分散するリスク、またしたがって環境および人体汚染のリスクを低減するが、部品の表面上にあるガス粒子が再付着すること、およびそれが材料中に拡散することによる、部品の更なる汚染も低減する。特に、本出願の目的によって、除染効率の低減、および液体表面におけるヒュームの生成など、液体媒体中でのパルス・レーザーの使用を実現した場合に起こる欠点を回避または低減することが可能になる。実際に、本発明を実現した場合、液体媒体中において部品をレーザー・ビームで照射することと関連する特定の欠点は特定されている。特に、部品の表面において液体媒体中で渦流現象が存在し、それが表面を変質させることなく部品を有効かつ均質に除染する妨げとなることに言及することができる。 The method proposed by the present inventors for decontaminating metal parts containing radioactive gases by laser irradiation in a liquid medium, and the device implementing this method, are advantageously designed to contain gases that can be radioactive. While allowing effective decontamination of metal parts adsorbed from materials and reducing the risk of this potentially radioactive gas dispersing into the air and thus of environmental and human contamination, It also reduces further contamination of the part by redeposition of gas particles on the surface and their diffusion into the material. In particular, the purpose of the present application makes it possible to avoid or reduce the drawbacks of implementing the use of pulsed lasers in liquid media, such as reduced decontamination efficiency and fume generation at the liquid surface. . Indeed, when implementing the present invention, certain drawbacks associated with irradiating a part with a laser beam in a liquid medium have been identified. In particular, mention may be made of the presence of eddy current phenomena in the liquid medium at the surface of the component, which prevents effective and homogeneous decontamination of the component without altering the surface.

本発明者らは、実際に、ガラス界面が部品に近接して金属部品とパルス・レーザー・ビームとの間に存在する状態で、液体を層流によって界面と金属部品の表面との間で方向付けることができる液体媒体の循環システムを用いて、放射性であり得るガスを含有する金属部品の除染を、液体媒体中で有利にかつ有効に実現できることを示すことができている。 In fact, the inventors have found that the liquid flows laminarly between the interface and the surface of the metal part, with the glass interface existing between the metal part and the pulsed laser beam in close proximity to the part. It has been shown that decontamination of metal parts containing gases, which may be radioactive, can be advantageously and effectively achieved in a liquid medium using a circulation system of the liquid medium that can be attached.

したがって、本発明の第1の目的は、液体媒体中でのレーザー照射によって、ガスを含有する金属部品を除染する方法に関し、
金属部品が液体媒体中に配置され、
パルス・レーザー・ビーム波長を通すことができるガラス界面が液体媒体中に配置され、界面は、金属部品から10mm~250mmの距離で、上記部品と上記ビームとの間に配置され、
界面と金属部品との間に配置された液体媒体を方向付けることができる、液体媒体の循環システムの全体または一部が、上記部品に沿って液体媒体中に配置され、
1,000nm~1,080nmの波長、30J/cm2~200J/cm2のフルエンス、および1.2kW~7.5kWの出力ピークで放射する、パルス・レーザーのビームが金属部品に適用され、上記ビームは、3,000mm/秒~20,000mm/秒の移動速度で金属部品に適用される。
A first object of the present invention therefore relates to a method for decontaminating gas-containing metal parts by laser irradiation in a liquid medium,
A metal part is placed in a liquid medium,
a glass interface that is permeable to the pulsed laser beam wavelength is positioned in the liquid medium, the interface being positioned between the metal part and the beam at a distance of 10 mm to 250 mm from the metal part;
all or part of a liquid medium circulation system capable of directing a liquid medium disposed between the interface and the metal part is disposed in the liquid medium along said part;
A beam of a pulsed laser, emitting at a wavelength of 1,000 nm to 1,080 nm, a fluence of 30 J/cm 2 to 200 J/cm 2 , and a power peak of 1.2 kW to 7.5 kW, is applied to the metal part. The beam is applied to the metal part at a travel speed of 3,000 mm/sec to 20,000 mm/sec.

パルス・レーザーは照射ヘッドを備える。「レーザー照射ヘッド」または「レーザー・ヘッド」によって、パルス・レーザー・ビームを生成するコヒーレント光源と、このビームを集束し、除染される部品の表面に沿った軸線に少なくとも沿って方向付ける、光学モジュールとを意味する。「ガスを含有する金属部品」によって、そのベース・メタルが、つまり表面だけではなく部品を構成する金属材料が、放射性ガスである水素または更にはトリチウムなどのガスを含有する、金属部品を意味する。 A pulsed laser has an irradiation head. A coherent light source producing a pulsed laser beam and optics for focusing and directing this beam at least along an axis along the surface of the part to be decontaminated, by a "laser head" or "laser head" means module. By "gas-containing metal part" is meant a metal part whose base metal, i.e. not only the surface but also the metallic material of which the part is composed, contains a gas such as the radioactive gas hydrogen or even tritium. .

本発明は、放射性ガス、特にトリチウムが、35μmおよび更には50μmの深度まで金属材料中に拡散する能力を有するため、放射性ガスを含有する金属部品を除染することを特に関心対象としている。特に、トリチウムは、約10μmの深度まで金属部品を汚染し得る。好ましくは、本発明の範囲内で実現される金属部品は、放射性ガスを含有する金属部品であり、より好ましくは、上記ガスはトリチウムである。 The present invention is of particular interest in decontaminating metal parts containing radioactive gases, since radioactive gases, especially tritium, have the ability to diffuse into metallic materials to depths of 35 μm and even 50 μm. In particular, tritium can contaminate metal parts to a depth of about 10 μm. Preferably, the metal part realized within the scope of the invention is a metal part containing a radioactive gas, more preferably said gas is tritium.

液体媒体中でガスを含有する金属部品を有効に除染する方法の能力は、金属部品を剥離またはアブレーションする方法の能力に応じて、また特に、材料中に存在するガスの全体または一部を放出するのに十分でなければならない、部品のアブレーションの深度に応じて決定される。本発明による方法は、部品のベース・メタルを少なくとも10μmアブレーションすることが可能なとき、有効であるとみなされる。 The ability of a method to effectively decontaminate a gas-containing metal part in a liquid medium depends on the ability of the method to strip or ablate the metal part, and in particular to remove all or part of the gas present in the material. Determined by the depth of ablation of the part, which must be sufficient to release. A method according to the invention is considered effective when it is possible to ablate the base metal of the component by at least 10 μm.

「ベース・メタル」によって、金属部品を構成する金属材料を意味する。 By "base metal" is meant the metal material that makes up the metal part.

金属部品は、原子力施設と直接または間接的に接触していてもよく、この部品に、切り離されたまたは全体の形態で、本発明による方法が行われてもよい。部品が構成されるベース・メタルは、例えば、ステンレス鋼、黒鋼、または更にはINCONEL(登録商標)600、625、718など、ニッケル、クロム、鉄を高比率で含むものなどの金属合金であることができる。 The metal part may be in direct or indirect contact with the nuclear installation and may be subjected to the method according to the invention in separate or whole form. The base metal from which the part is constructed is, for example, a metal alloy such as stainless steel, black steel, or even INCONEL® 600, 625, 718, which contain high proportions of nickel, chromium and iron. be able to.

本出願は、明瞭にするため、単数形で金属部品に言及するが、1つもしくは複数の金属部品を同時にまたは連続して用いる方法を実現することが可能である。 Although this application refers to metal parts in the singular for clarity, it is possible to implement methods using one or more metal parts simultaneously or sequentially.

液体媒体は、金属部品に対して、問題の液体媒体に対して、ならびに本発明による方法に関して、寸法および組成が適応されたチャンバに収容されてもよい。 The liquid medium may be contained in a chamber whose size and composition are adapted to the metal part, to the liquid medium in question and to the method according to the invention.

液体媒体は、水、純水、セリウムを含む高濃度薬液、または硝化液であってもよい。好ましくは、本発明の範囲内にある問題の液体媒体は水であり、好ましくは純水である。 The liquid medium may be water, pure water, a highly concentrated chemical containing cerium, or a nitrifying liquid. Preferably, the liquid medium of interest within the scope of the present invention is water, preferably pure water.

本発明による方法の範囲内で、金属部品、ガラス界面、および液体媒体の循環システムは、互いに独立しており、液体媒体に完全にまたは部分的に浸漬されてもよい。それでもなお、除染プロセスが行われる部品の部分が上記媒体に完全に浸漬されるように、注意が払われる。ガラス界面は、例えば、液体媒体に完全に浸漬されるか、またはこの媒体の表面に配置されてもよい。 Within the scope of the method according to the invention, the metal part, the glass interface and the circulation system of the liquid medium are independent of each other and may be completely or partially immersed in the liquid medium. Nevertheless, care is taken to ensure that the part of the component undergoing the decontamination process is completely immersed in the medium. The glass interface may, for example, be completely immersed in the liquid medium or placed on the surface of this medium.

本発明による方法で使用されるガラス界面は、例えば、溶融シリカで作られ、屈折率が1.20~1.45である反射防止表面を含んでもよい。 The glass interface used in the method according to the invention may comprise an antireflection surface, for example made of fused silica and having a refractive index between 1.20 and 1.45.

この界面の厚さは、除染される部品、部品が見出される液体媒体、上記部品を汚染しているガス、または更には方法のパラメータに応じて変わり得る。例えば、ガラス界面の厚さは、5mm~100mm、好ましくは10mm~50mmであってもよい。 The thickness of this interface may vary depending on the part to be decontaminated, the liquid medium in which the part is found, the gas contaminating the part, or even the parameters of the method. For example, the thickness of the glass interface may be between 5 mm and 100 mm, preferably between 10 mm and 50 mm.

特に、ガラス界面は、恒久的なまたは分離可能な手法で、フック・システムによってパルス・レーザーの照射ヘッドに接続されるか、またはレーザー照射ヘッドに、好ましくは上記ヘッドの前面に組み込まれる。 In particular, the glass interface is connected in a permanent or separable manner to the irradiation head of the pulsed laser by means of a hook system or incorporated into the laser irradiation head, preferably on the front face of said head.

フルエンスは、表面単位当たりのレーザーのエネルギー密度に対応し、本発明による方法の好ましい態様によれば、フルエンスは50J/cm2~150J/cm2であってもよい。 The fluence corresponds to the energy density of the laser per unit of surface and, according to a preferred embodiment of the method according to the invention, the fluence may be between 50 J/cm 2 and 150 J/cm 2 .

ワット単位の出力ピークは、ジュール単位のパルス当たりのエネルギーと秒単位のパルス持続時間との比に対応し、本発明による方法の好ましい態様によれば、出力ピークは1.2kW~7.5kWであってもよい。 The power peak in Watts corresponds to the ratio of the energy per pulse in Joules to the pulse duration in seconds, and according to a preferred embodiment of the method according to the invention the power peak is between 1.2 kW and 7.5 kW. There may be.

有利には、パルス・レーザー・ビームの幅は、除染される金属部品の寸法に合わせて変調および適応するように適合される。 Advantageously, the width of the pulsed laser beam is adapted to modulate and adapt to the dimensions of the metal parts to be decontaminated.

好ましくは、本発明による方法で適用されるパルス・レーザーは、1064nmの波長で放射するNd:YAGレーザーである。 Preferably, the pulsed laser applied in the method according to the invention is a Nd:YAG laser emitting at a wavelength of 1064 nm.

本発明の特定の態様では、波長は1064nm、フルエンスは50J/cm2~150J/cm2、出力ピークは2kW~4kW、移動速度は3,000mm/秒~20,000mm/秒である。 In a particular embodiment of the invention, the wavelength is 1064 nm, the fluence is 50 J/cm 2 to 150 J/cm 2 , the power peak is 2 kW to 4 kW, and the travel speed is 3,000 mm/sec to 20,000 mm/sec.

移動速度またはスキャン速度は、パルス・レーザー・ビームが金属部品に適用される速度を指す。本発明による方法の好ましい態様によれば、移動速度は5,000mm/秒~10,000mm/秒である。 Travel speed or scan speed refers to the speed at which the pulsed laser beam is applied to the metal part. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the moving speed is between 5,000 mm/s and 10,000 mm/s.

本発明による方法では、パルス・レーザー・ビームは、ガスを材料から放出するのに、即ち部品のベース・メタルをガスの全てまたは一部が見出される深度までアブレーションするのに、十分な回数および十分な時間長で金属部品に適用される。 In the method according to the invention, the pulsed laser beam is applied at sufficient times and sufficient to release the gas from the material, i.e. to ablate the base metal of the component to a depth where all or part of the gas is found. applied to metal parts for a long period of time.

通過回数は、レーザー・パラメータ、金属部品の寸法、およびガスのタイプとガスによる汚染の深度に依存する。特に、本発明による方法におけるレーザー・ビームは、同じ場所で10~150回、好ましくは30回~100回部品に適用される。 The number of passes depends on the laser parameters, the dimensions of the metal part, and the gas type and depth of contamination by the gas. In particular, the laser beam in the method according to the invention is applied to the part 10 to 150 times, preferably 30 to 100 times, at the same location.

「同じ場所で」によって、各通過が前の通過と同じ場所で実施されることを意味する。好ましくは、パルス・レーザー・ビームは、それぞれの通過に対して同じ方向で金属部品に適用される。 By "at the same place" is meant that each pass is performed at the same place as the previous pass. Preferably, the pulsed laser beam is applied to the metal part in the same direction for each pass.

特定の態様では、本発明は第1の目的による方法に関し、液体媒体は水であり、ガラス界面は、上記部品から10mm~50mmの距離で水中に配置され、波長は1064nm、フルエンスは100J/cm2~150J/cm2、出力ピークは2kW~4kWであり、レーザー・ビームは、5,000mm/秒~10,000mm/秒の移動速度で金属部品に30回~60回適用される。 In a particular aspect, the invention relates to a method according to the first object, wherein the liquid medium is water, the glass interface is placed in water at a distance of 10 mm to 50 mm from said part, the wavelength is 1064 nm, the fluence is 100 J/cm 2 to 150 J/cm 2 , with a power peak of 2 kW to 4 kW, the laser beam is applied to the metal part 30 to 60 times at a travel speed of 5,000 mm/sec to 10,000 mm/sec.

本発明による方法を実現する間、パルス・レーザー・ヘッドは、レーザーの使用が有効である、金属部品から十分な焦点距離で配置される。この焦点距離は、レーザー照射ヘッドの集束デバイスと、除染される金属部品の表面との間の距離に対応する。 During the implementation of the method according to the invention, the pulsed laser head is placed at a sufficient focal distance from the metal part that the use of the laser is effective. This focal length corresponds to the distance between the focusing device of the laser irradiation head and the surface of the metal part to be decontaminated.

特に、パルス・レーザー・ヘッドは、金属部品と液体の表面との間の距離の値に対して値が25%増加した焦点距離で配置される。 In particular, the pulsed laser head is placed at a focal length that increases in value by 25% with respect to the value of the distance between the metal part and the surface of the liquid.

本発明による方法は、浸漬モードにしたがって、つまりレーザー照射ヘッドが液体媒体に完全もしくは部分的に浸漬されるか、またはヘッドが液体媒体に浸漬されない非浸漬モードにしたがって実現されてもよい。 The method according to the invention may be realized according to an immersion mode, ie according to a non-immersion mode in which the laser irradiation head is completely or partially immersed in the liquid medium or the head is not immersed in the liquid medium.

特定の実施形態によれば、ガラス界面がフック・システムを介して接続されるレーザー照射ヘッドは、液体媒体外に配置される。好ましくは、この実施形態によれば、ガラス界面は液体の表面に配置される。 According to a particular embodiment, the laser irradiation head, to which the glass interface is connected via a hook system, is arranged outside the liquid medium. Preferably, according to this embodiment, the glass interface is arranged at the surface of the liquid.

別の特定の実施形態によれば、ガラス界面がフック・システムを介して接続されるか、または組み込まれるレーザー照射ヘッドは、液体媒体に完全もしくは部分的に浸漬される。この特定の実施形態では、照射ヘッドは密閉チャンバに封入される。 According to another particular embodiment, the laser irradiation head, to which the glass interface is connected or incorporated via a hook system, is completely or partially immersed in the liquid medium. In this particular embodiment, the irradiation head is enclosed in a closed chamber.

特に、本発明による方法で実現される液体循環システムは、モータとノズルとを備え、上記ノズルは、液体媒体に浸漬され、金属部品に平行な軸線に沿って、界面と金属部品との間に配置される。モータも、それを封入する密閉チャンバを用いて、液体媒体に浸漬されてもよい。 In particular, the liquid circulation system realized by the method according to the invention comprises a motor and a nozzle, said nozzle being immersed in a liquid medium and extending along an axis parallel to the metal part between the interface and the metal part. placed. The motor may also be immersed in the liquid medium with a closed chamber enclosing it.

上述したように、液体媒体の循環システムは、有利には、界面と金属部品との間に配置された液体媒体を、正確に上記部品の表面で、上記部品の長さで、つまり部品の長手方向軸線に沿って、層流を用いて方向付けることを可能にする。 As mentioned above, the circulation system of the liquid medium advantageously circulates the liquid medium arranged between the interface and the metal part precisely at the surface of the part and over the length of the part, i.e. along the length of the part. Allows to be oriented with laminar flow along the directional axis.

特に、本発明によれば、循環システムのノズルは、部品の長手方向軸線に沿って、層流を用いて、部品の長さで液体媒体の方向を担保するように、界面と部品との間に十分な距離で配置される。 In particular, according to the invention, the nozzles of the circulation system are arranged between the interface and the part so as to ensure the direction of the liquid medium over the length of the part, using laminar flow, along the longitudinal axis of the part. placed at a sufficient distance from

循環システムのモータは、液体媒体の上記方向を担保するのに十分な出力を有する。 The motors of the circulation system have sufficient power to ensure said orientation of the liquid medium.

本発明による方法は、液体媒体と接触している回収システムを通して、部品を除染した後のガスが配置される、液体媒体を回収する追加のステップを含んでもよい。 A method according to the invention may comprise an additional step of recovering the liquid medium, wherein the gas after decontaminating the part is placed through a recovery system in contact with the liquid medium.

好ましくは、回収システムは、一端が液体媒体と接触し、他端が汚染液体を回収するチャンバと接触しているチューブを備え、上記システムは、上記チューブに直接または間接的に接続され、液体を吸引して回収チャンバに向かって方向付けることができる、ポンプを備える。 Preferably, the collection system comprises a tube having one end in contact with the liquid medium and the other end in contact with the chamber for collecting the contaminated liquid, said system being directly or indirectly connected to said tube to collect the liquid. A pump is provided that can draw and direct toward the collection chamber.

ガスを含有する液体媒体の回収ステップは、除染方法を実現する間または後、好ましくは実現する前に実施されてもよい。 The step of recovering the gas-containing liquid medium may be performed during or after, preferably before implementing the decontamination method.

一態様では、回収された液体媒体は、単純な放射性崩壊によってトリチウムの放射性を低減するために、タンク内に配置される。例えば、液体媒体は、トリチウムの活性が2分の1に低減されるように、その放射性崩壊時間の12.3年に等しい期間にわたって配置されてもよい。 In one aspect, the recovered liquid medium is placed in a tank to reduce the radioactivity of tritium by simple radioactive decay. For example, the liquid medium may be placed for a period equal to its radioactive decay time of 12.3 years such that the activity of tritium is reduced by a factor of two.

別の態様では、本発明による方法は、回収されたガス、特に放射性ガスを含む、液体媒体の追加の除染ステップを含む。 In another aspect, the method according to the invention comprises an additional decontamination step of the liquid medium containing the recovered gas, in particular radioactive gas.

このステップは、従来技術で知られている、トリチウムなどの放射性ガスを含有する液体流出物を除染する方法のいずれか1つを用いて実施されてもよい。 This step may be performed using any one of the methods known in the art for decontaminating liquid effluents containing radioactive gases such as tritium.

液体の除染方法の一例として、水同位体同士の揮発性の差に基づく、または更には、電解圧の差、およびトリチウムのガス状二酸素および二水素への分解につながる電解質中でのイオンの拡散に基づいた、水中での直接電解によるトリチウムの分離に基づく、真空蒸留を参照することができる。また、トリチウム化液体を、特に水中で、プラチナ系触媒の存在下において向流で循環するガス状二水素流に向かって移送するステップと、続いて特に極低温蒸留を使用して、ガス状トリチウムを分離し濃縮するステップである、2つの主要ステップを含む、化学交換プロセスを参照することができる。 An example of a liquid decontamination method is based on differences in volatility between water isotopes, or even ions in the electrolyte leading to differences in electrolytic pressure and decomposition of tritium into gaseous dioxygen and dihydrogen. Reference can be made to vacuum distillation, which is based on the separation of tritium by direct electrolysis in water, based on the diffusion of . Also, the step of transferring the tritiated liquid, particularly in water, in the presence of a platinum-based catalyst, to a circulating gaseous dihydrogen stream in countercurrent, followed by cryogenic distillation, in particular, to remove gaseous tritium. We can refer to a chemical exchange process that includes two main steps, the steps of separating and concentrating the .

本発明はまた、第1の目的による方法を実現するデバイスに関する。本発明によるデバイスは、液体媒体を収容するチャンバ(1)と、パルス・レーザーと、ガラス界面(5)と、液体媒体の循環システム(8)とを備える。 The invention also relates to a device implementing the method according to the first object. The device according to the invention comprises a chamber (1) containing a liquid medium, a pulsed laser, a glass interface (5) and a liquid medium circulation system (8).

より正確には、本発明の第2の目的は、液体媒体(2)中でのレーザーによって、ガスを含有する金属部品(1)を除染するデバイスに関し、デバイスは、
金属部品が浸漬される液体媒体を含むチャンバ(3)と、
1,000nm~1,080nmの波長、30J/cm2~200J/cm2のフルエンス、および1.2kW~7.5kWの出力ピークでパルス・レーザー・ビームを放射することができるパルス・レーザーであって、照射ヘッド(4)を備えるレーザーと、
パルス・レーザー・ビーム波長を通すことができ、金属部品と上記ビームとの間に配置され、液体媒体(2)中に浸漬されるガラス界面(5)と、
全体または一部が界面と金属部品との間に配置され、界面(5)と金属部品(1)との間に配置された液体媒体を上記部品に沿って方向付けることができる、液体媒体の循環システム(8)と、を備える。
More precisely, the second object of the invention relates to a device for decontaminating gas-containing metallic parts (1) by means of a laser in a liquid medium (2), the device comprising
a chamber (3) containing a liquid medium in which the metal parts are immersed;
A pulsed laser capable of emitting a pulsed laser beam at a wavelength of 1,000 nm to 1,080 nm, a fluence of 30 J/cm 2 to 200 J/cm 2 , and a power peak of 1.2 kW to 7.5 kW. a laser with an irradiation head (4);
a glass interface (5) which is immersed in a liquid medium (2) and which is immersed in a liquid medium (2) and which is capable of passing the pulsed laser beam wavelength and which is positioned between the metal part and said beam;
of the liquid medium, wholly or partially disposed between the interface and the metal part, and capable of directing the liquid medium disposed between the interface (5) and the metal part (1) along said part. a circulation system (8).

本発明の第1の目的による方法の特性、定義、構造、構成、利点に関して上述した要素は、本発明の第2の目的によるデバイスに関するこれらの同じ特性として同じように当てはまる。 Elements described above with respect to the properties, definitions, structures, configurations, advantages of the method according to the first object of the invention apply equally as these same properties to the device according to the second object of the invention.

チャンバの寸法は除染される金属部品の寸法に依存する。 The dimensions of the chamber depend on the dimensions of the metal parts to be decontaminated.

好ましくは、本発明による方法に適用されるパルス・レーザーは、Nd:YAGレーザーとして一般に知られる、増幅媒質がネオジムでドープしたイットリウム・アルミニウム・ガーネットから成るレーザーである。更により好ましくは、パルス・レーザーは1064nmの波長で放射するNd:YAGレーザーである。 Preferably, the pulsed laser applied in the method according to the invention is a laser whose amplification medium consists of neodymium-doped yttrium aluminum garnet, commonly known as a Nd:YAG laser. Even more preferably, the pulsed laser is a Nd:YAG laser emitting at a wavelength of 1064 nm.

特定の態様では、ガラス界面(5)は、恒久的なまたは分離可能な手法で、フック・システム(9)によってパルス・レーザーの照射ヘッド(4)に連結されるか、またはレーザー照射ヘッドに、好ましくは上記ヘッドの前面に組み込まれる。 In a particular embodiment, the glass interface (5) is coupled in a permanent or separable manner to the irradiation head (4) of the pulsed laser by means of a hook system (9), or It is preferably built into the front face of the head.

特定の実施形態によれば、ガラス界面(5)がフック・システム(9)を介して取り付けられるレーザー照射ヘッド(4)は、液体媒体外に配置される(図1)。好ましくは、この実施形態によれば、ガラス界面(5)が液体媒体(2)の表面に配置される。 According to a particular embodiment, the laser irradiation head (4) to which the glass interface (5) is attached via a hook system (9) is placed outside the liquid medium (Fig. 1). Preferably, according to this embodiment, the glass interface (5) is arranged on the surface of the liquid medium (2).

別の特定の実施形態によれば、ガラス界面(5)がフック・システム(9)を介して取り付けられるか、または組み込まれるレーザー照射ヘッド(4)は、液体媒体(2)に完全もしくは部分的に浸漬される。本発明によるデバイスのこの実施形態における別の特定の態様では、照射ヘッド(4)は密閉チャンバ(10)によって封入される(図2)。照射ヘッド(4)を液体媒体に完全または部分的に浸漬することによって、本発明による方法を様々な形態で簡単に実現することが可能になる。 According to another particular embodiment, the laser irradiation head (4), to which the glass interface (5) is attached or incorporated via a hook system (9), is completely or partially displaced into the liquid medium (2). is immersed in In another particular aspect of this embodiment of the device according to the invention, the irradiation head (4) is enclosed by a closed chamber (10) (Fig. 2). Complete or partial immersion of the irradiation head (4) in the liquid medium allows a simple implementation of the method according to the invention in various forms.

特に、液体媒体の循環システム(8)は、モータ(7)とノズル(6)とを含み、上記ノズルは、液体媒体(2)に浸漬され、金属部品に平行な軸線に沿って界面(5)と金属部品(1)との間に配置されることを意図する。 In particular, the liquid medium circulation system (8) comprises a motor (7) and a nozzle (6) immersed in the liquid medium (2) and along an axis parallel to the metal parts, the interface (5) ) and the metal part (1).

特定の態様では、本発明によるデバイスは、端部のうち一方が液体媒体と接触し、他端が液体を回収するチャンバと接触しているチューブと、上記チューブに直接または間接的に接続され、液体を吸引することができるポンプとを備える、液体回収システムを含む。 In a particular embodiment, a device according to the invention is connected directly or indirectly to a tube having one of its ends in contact with the liquid medium and the other end in contact with the chamber for collecting the liquid, and a pump capable of aspirating liquid.

本発明はまた、液体媒体中でのレーザーによって、ガス、特にトリチウムを含有する金属部品を除染する、本発明によるデバイスの使用に関する。 The invention also relates to the use of the device according to the invention for decontaminating metal parts containing gases, in particular tritium, by means of a laser in a liquid medium.

以下の実施例は、範囲をいかなる形でも限定することなく本発明を例示する目的で与えられるものである。 The following examples are given for the purpose of illustrating the invention without limiting its scope in any way.

実施例1 ガラス・プレートを有さず、液体循環システムを有さない、パルス・レーザーによって液体媒体中で金属部品を除染する方法の実現。 Example 1 Realization of a method for decontaminating metal parts in a liquid medium with a pulsed laser without a glass plate and without a liquid circulation system.

この研究により、パルス・レーザーが液体媒体中で金属部品を除染する能力を有するかどうかを巨視的に観察することが可能になる。金属部品を除染する可能性は、ここでは、最初に、部品の表面からペイント・マークを剥離する方法の能力と比較して評価される。 This study will allow us to macroscopically observe whether pulsed lasers have the ability to decontaminate metal parts in liquid media. The ability to decontaminate a metal part is evaluated here first in comparison with the ability of the method to remove paint marks from the surface of the part.

材料および方法
放射性ガスを含有しないInox 304L金属プレートをこの試験に使用し、ペイント・マーキング・ゾーンを設けた。これらのプレートを、液体媒体として純水を収容したチャンバに浸漬した。
MATERIALS AND METHODS An Inox 304L metal plate containing no radioactive gases was used for this test and a paint marking zone was provided. These plates were immersed in a chamber containing pure water as the liquid medium.

使用したパルス・レーザーは、波長1064nmを放射し、出力100W、周波数100KHz、および焦点距離100mmを有する。金属部品と液体の表面との間のいくつかの距離を試験した。合計持続時間約80秒および10%のカバレッジで、10回の連続通過を実施した。 The pulsed laser used emits at a wavelength of 1064 nm, has a power of 100 W, a frequency of 100 KHz and a focal length of 100 mm. Several distances between the metal part and the surface of the liquid were tested. Ten consecutive passes were performed with a total duration of approximately 80 seconds and 10% coverage.

結果:方法の効率を視覚的に評価した。 Results: Efficiency of the method was assessed visually.

Figure 2022550787000002
Figure 2022550787000002

実現した方法では、部品と液体表面との間の距離にかかわらず、水の存在下でサンプルを効率的かつ均質に剥離することができない。剥離した材料の泡が、金属部品の表面に形成されることが見られる。液体媒体を収容し金属部品が配置されるチャンバの表面にヒュームが存在することも見られる。試験した方法は、部品のベース・メタルをアブレーションすることはできない。 The realized method fails to strip the sample efficiently and homogeneously in the presence of water, regardless of the distance between the part and the liquid surface. A bubble of delaminated material is seen to form on the surface of the metal part. It has also been found that fumes are present on the surfaces of chambers containing liquid media and in which metal parts are placed. The tested method cannot ablate the base metal of the part.

金属部品の表面に材料の泡が形成されることに関連する現象を回避できるようにし、またしたがって、水の存在下でサンプルを均質に除染しアブレーションすることができる方法を利用可能にするために、適用される方法を最適化する必要がある。 To be able to avoid phenomena associated with the formation of bubbles of material on the surface of metal parts and thus to make available a method by which samples can be homogeneously decontaminated and ablated in the presence of water. , the applied method needs to be optimized.

実施例2 液体循環システムを有する、パルス・レーザーによって液体媒体中で金属部品を除染する、最適化された方法の実現。 Example 2 Realization of an optimized method of decontaminating metal parts in a liquid medium by a pulsed laser with a liquid circulation system.

この研究は、実施例1で実施したものと類似しており、金属部品の表面で材料の泡が形成されることに関連する現象を低減させ、またしたがって、水の存在下でサンプルを均質に剥離することを意図して、金属部品の表面で液体を循環させることを可能にするシステムが実現された。 This study is similar to that performed in Example 1 and reduces phenomena associated with the formation of bubbles of material on the surface of metal parts and thus homogenizes the sample in the presence of water. A system has been realized which makes it possible to circulate a liquid on the surface of a metal part intended for delamination.

材料および方法
実施例1と同じ材料および方法の条件を適用した。
Materials and Methods The same material and method conditions as in Example 1 were applied.

加えて、この方法では液体循環システムを適用した。このシステムは、液体チャンバに浸漬され、金属部品の水平軸線に沿って配置される、モータおよび回転刃で構成される。 In addition, a liquid circulation system was applied in this method. The system consists of a motor and rotating blades immersed in a liquid chamber and positioned along the horizontal axis of the metal part.

結果:方法の効率を視覚的に評価した。 Results: Efficiency of the method was assessed visually.

Figure 2022550787000003
Figure 2022550787000003

これらの結果は、液体循環システムの存在が金属部品の表面における材料の泡の形成を防ぐものではなく、したがって不均質な剥離、およびマークの形成につながることを実証している。試験した方法は、部品のベース・メタルをアブレーションすることはできない。 These results demonstrate that the presence of a liquid circulation system does not prevent the formation of bubbles of material on the surface of metal parts, thus leading to uneven delamination and mark formation. The tested method cannot ablate the base metal of the part.

金属部品の表面に材料の泡が形成されることに関連する現象を回避できるようにし、またしたがって、水の存在下でサンプルを均質に除染しアブレーションすることができる方法を利用可能にするために、適用される方法を最適化する必要がある。 To be able to avoid phenomena associated with the formation of bubbles of material on the surface of metal parts and thus to make available a method by which samples can be homogeneously decontaminated and ablated in the presence of water. , the applied method needs to be optimized.

実施例3 本発明による金属部品の除染方法の実現。 Example 3 Implementation of the decontamination method for metal parts according to the present invention.

この研究の目的は、ガラス・プレートおよび液体循環システムの存在下において、液体媒体中でベース・メタルにガスを含有する金属部品を除染する、パルス・レーザーの効率を決定することである。部品のベース・メタルを少なくとも6μmの深度までアブレーションすることが、トリチウムによる金属部品の汚染深度を表すものとみなす。 The purpose of this study was to determine the efficiency of a pulsed laser to decontaminate metal parts containing gas on the base metal in a liquid medium in the presence of a glass plate and a liquid circulation system. Ablation of the base metal of the component to a depth of at least 6 μm is taken to represent the depth of contamination of the metal component with tritium.

材料および方法
放射性ガスを含有せず、少量のペイントを有するInox 304L金属プレートを、この試験に使用した。
Materials and Methods Inox 304L metal plates containing no radioactive gases and with a small amount of paint were used for this test.

この研究では、厚さ5mmの、1064nmのレーザー波長で透明なガラス界面を有する、液体媒体として純水を収容したチャンバに、金属部品を浸漬した。ガラス界面は、パルス・レーザー・ビームと金属部品との間で、液体媒体の表面に配置される。金属部品は、水の高さの表面下25mmに配置される。 In this study, the metal parts were immersed in a chamber containing pure water as the liquid medium with a glass interface that was 5 mm thick and transparent at the laser wavelength of 1064 nm. A glass interface is placed at the surface of the liquid medium between the pulsed laser beam and the metal part. The metal parts are placed 25 mm below the surface of the water level.

液体循環システムは、モータとノズルとを備え、ノズルはチャンバに浸漬され、界面と部品との間に、部品に平行な軸線に沿って配置される。 The liquid circulation system comprises a motor and a nozzle submerged in the chamber and positioned between the interface and the part along an axis parallel to the part.

本研究中に使用されるパルス・レーザーは、波長1064nmを放射し、出力100W、周波数100KHz、および焦点距離140.3mmを有する。部品の同じ区域上でレーザー・ビームの複数の通過を試験した。 The pulsed laser used during this study emits a wavelength of 1064 nm, has a power of 100 W, a frequency of 100 KHz and a focal length of 140.3 mm. Multiple passes of the laser beam were tested over the same area of the part.

金属部品の表面における材料の泡の形成を防止し、液体の表面におけるヒュームの形成を防止する、方法の能力を視覚的に分析した。 The ability of the method to prevent the formation of bubbles of material on the surface of metal parts and the formation of fumes on the surface of liquids was visually analyzed.

3D光学測定による表面の形態学的分析を、レーザー処理と同じ方向および0.5mmのプロファイル幅で実施して、参照面と剥離表面との間の段差高さを規定した。段差高さは、レーザーで処理されていない部品とレーザーで処理された部品との表面の高さの差である。 Morphological analysis of the surface by 3D optical measurements was performed in the same direction as the laser treatment and a profile width of 0.5 mm to define the step height between the reference surface and the exfoliated surface. The step height is the difference in surface height between the non-laser treated part and the laser treated part.

結果 result

Figure 2022550787000004
Figure 2022550787000004

これらの結果は、通過の回数と除去される材料の高さとの間に線形関係があるように見えることを示している。液体媒体の表面下25mmの高さに配置された金属部品の上をレーザー・ビームが30回通過することで、約6μmの深度まで部品をアブレーションするのに十分であり、また約10μmの深度の場合は50回の通過であることが見出された。 These results show that there appears to be a linear relationship between the number of passes and the height of material removed. Thirty passes of the laser beam over a metal part placed 25 mm below the surface of the liquid medium is sufficient to ablate the part to a depth of about 6 μm, and to a depth of about 10 μm. A case was found to be 50 passes.

更に、部品の表面における材料の泡の形成に関連する現象はなく、液体の表面におけるヒュームの形成がなかったことが観察され、したがって、金属部品は有効にアブレーションされ均質であった。 Furthermore, no phenomena related to the formation of bubbles of material on the surface of the part were observed and no fume formation on the surface of the liquid was observed, thus the metal parts were effectively ablated and homogeneous.

したがって、本発明にしたがったパルス・レーザーによる除染方法を用いて、液体媒体中で金属部品を除染することが可能である。
It is therefore possible to decontaminate metal parts in a liquid medium using the pulsed laser decontamination method according to the invention.

Claims (10)

液体媒体中でのレーザー照射によってガスを含有する金属部品を除染する方法であって、
該金属部品が、該液体媒体中に配置され、
パルス・レーザー・ビーム波長を通すことができるガラス界面が、該液体媒体中に配置され、該界面が、該金属部品から10mm~250mmの距離で、該部品と該ビームとの間に配置され、
該界面と該金属部品との間に配置された該液体媒体を方向付けることができる、液体媒体の循環システムの全体または一部が、該部品に沿って該液体媒体中に配置され、
1,000nm~1,080nmの波長、30J/cm2~200J/cm2のフルエンス、および1.2kW~7.5kWの出力ピークで放射する、パルス・レーザーのビームが該金属部品に適用され、該ビームが、3,000mm/秒~20,000mm/秒の移動速度で該金属部品に適用される、方法。
A method for decontaminating gas-containing metal parts by laser irradiation in a liquid medium, comprising:
the metal component is placed in the liquid medium;
a glass interface that is permeable to a pulsed laser beam wavelength is positioned in the liquid medium, the interface being positioned between the part and the beam at a distance of 10 mm to 250 mm from the metal part;
all or part of a liquid medium circulation system capable of directing the liquid medium disposed between the interface and the metal component is disposed in the liquid medium along the component;
A pulsed laser beam is applied to the metal part, emitting at a wavelength of 1,000 nm to 1,080 nm, a fluence of 30 J/cm 2 to 200 J/cm 2 , and a power peak of 1.2 kW to 7.5 kW; A method, wherein the beam is applied to the metal part at a travel speed of 3,000 mm/sec to 20,000 mm/sec.
前記波長が、1064nm、フルエンスが、50J/cm2~150J/cm2、前記出力ピークが、2kW~4kW、および前記移動速度が、3,000mm/秒~20,000mm/秒である、請求項1に記載の方法。 The wavelength is 1064 nm, the fluence is 50 J/cm 2 to 150 J/cm 2 , the power peak is 2 kW to 4 kW, and the moving speed is 3,000 mm/sec to 20,000 mm/sec. 1. The method according to 1. 前記レーザー・ビームが、同じ場所で10から150回、好ましくは30から100回、前記部品に適用される、請求項1または2に記載の方法。 3. A method according to claim 1 or 2, wherein the laser beam is applied to the part 10 to 150 times, preferably 30 to 100 times, at the same location. 前記液体媒体が、水であり、前記ガラス界面が、前記部品から10から50mmの距離で該水の中に配置され、前記波長が、1064nmであり、フルエンスが、100J/cm2~150J/cm2であり、前記出力ピークが、2kW~4kWであり、前記レーザー・ビームが、5,000mm/秒~10,000mm/秒の移動速度で前記金属部品に30から60回適用される、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。 The liquid medium is water, the glass interface is placed in the water at a distance of 10 to 50 mm from the part, the wavelength is 1064 nm and the fluence is 100 J/cm 2 to 150 J/cm. 2 , said power peak is between 2 kW and 4 kW, and said laser beam is applied to said metal part 30 to 60 times at a moving speed of between 5,000 mm/sec and 10,000 mm/sec. 4. The method according to any one of 1 to 3. 前記液体循環システムが、モータとノズルとを備え、該ノズルが、前記液体媒体に浸漬され、前記金属部品に平行な軸線に沿って、前記界面と前記金属部品との間に配置される、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。 3. The liquid circulation system comprises a motor and a nozzle, the nozzle being immersed in the liquid medium and arranged between the interface and the metal part along an axis parallel to the metal part. Item 5. The method according to any one of Items 1 to 4. 液体媒体中でレーザーによってガスを含有する金属部品を除染するデバイスであって、
該金属部品が浸漬される液体媒体を含むチャンバ(3)と、
1,000nm~1,080nmの波長、30J/cm2~200J/cm2のフルエンス、および1.2kW~7.5kWの出力ピークでパルス・レーザー・ビームを放射することができるパルス・レーザーであって、照射ヘッド(4)を備えるレーザーと、
パルス・レーザー・ビーム波長を通すことができ、該金属部品と該ビームとの間に配置され、該液体媒体(2)中に浸漬されるガラス界面(5)と、
液体媒体の循環システム(8)であって、該循環システムの全体または一部が、該部品と該ガラス界面との間に配置され、該界面(5)と該金属部品(1)との間に配置された該液体媒体を該部品に沿って方向付けることができる、液体媒体の循環システム(8)と
を備える、デバイス。
1. A device for decontaminating gas-containing metal parts with a laser in a liquid medium, comprising:
a chamber (3) containing a liquid medium in which the metal part is immersed;
A pulsed laser capable of emitting a pulsed laser beam at a wavelength of 1,000 nm to 1,080 nm, a fluence of 30 J/cm 2 to 200 J/cm 2 , and a power peak of 1.2 kW to 7.5 kW. a laser with an irradiation head (4);
a glass interface (5) capable of passing a pulsed laser beam wavelength and positioned between said metal part and said beam and immersed in said liquid medium (2);
A liquid medium circulation system (8), wholly or partly located between the part and the glass interface, between the interface (5) and the metal part (1) a liquid medium circulation system (8) capable of directing said liquid medium along said component disposed in said device.
前記ガラス界面(5)が、恒久的なまたは分離可能な手法で、フック・システム(9)によって前記パルス・レーザーの前記照射ヘッド(4)に接続されるか、または前記レーザー照射ヘッドに、好ましくは前記ヘッドの前面に組み込まれる、請求項6に記載のデバイス。 Said glass interface (5) is connected in a permanent or separable manner to said irradiation head (4) of said pulsed laser by means of a hook system (9) or to said laser irradiation head, preferably 7. The device of claim 6, wherein is incorporated into the front face of the head. 前記照射ヘッド(4)が、密閉チャンバ(10)に封入される、請求項6または7に記載のデバイス。 8. Device according to claim 6 or 7, wherein the irradiation head (4) is enclosed in a closed chamber (10). 前記液体媒体の前記循環システム(8)が、モータ(7)とノズル(6)とを備え、該ノズルが、前記液体媒体(2)に浸漬され、前記金属部品に平行な軸線に沿って、前記界面(5)と前記金属部品(1)との間に配置される、請求項6から8のいずれか一項に記載のデバイス。 said circulation system (8) of said liquid medium comprising a motor (7) and a nozzle (6) immersed in said liquid medium (2) along an axis parallel to said metal part, Device according to any one of claims 6 to 8, arranged between said interface (5) and said metal part (1). 一端が前記液体媒体と接触し、他端が前記液体を回収するチャンバと接触しているチューブと、該チューブに直接または間接的に接続され、前記液体を吸引することができるポンプとを含む、液体回収システムを備える、請求項6から9のいずれか一項に記載のデバイス。
a tube having one end in contact with the liquid medium and the other end in contact with a chamber for collecting the liquid; and a pump directly or indirectly connected to the tube and capable of aspirating the liquid. 10. A device according to any one of claims 6 to 9, comprising a liquid recovery system.
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