JPH09222498A - レーザー除染法 - Google Patents

レーザー除染法

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JPH09222498A
JPH09222498A JP8052500A JP5250096A JPH09222498A JP H09222498 A JPH09222498 A JP H09222498A JP 8052500 A JP8052500 A JP 8052500A JP 5250096 A JP5250096 A JP 5250096A JP H09222498 A JPH09222498 A JP H09222498A
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幸喜 清水
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SANGYO SOUZOU KENKYUSHO
SANGYO SOZO KENKYUSHO
Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan
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SANGYO SOUZOU KENKYUSHO
SANGYO SOZO KENKYUSHO
Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザー照射部の周辺における突起部の発生
を空間的に制御することにより、汚染物質の再凝固や再
付着の影響が無く、平滑で且つ除染深さを深くでき、清
浄度の高い除染面が得られるようにする。 【解決手段】 ガス供給ノズル３０内に集光レンズ３２
を組み込み、汚染部材１４の表面に沿って相対的に移動
させつつ、ガスを供給すると共にレーザー光３８を照射
することにより、汚染表面層を連続的に溶融又は蒸発さ
せて除去し清浄化する。ここでガスはレーザー光軸３８
ａに対し非対称となるように供給する。例えばレーザー
光軸がノズル軸３０ａに一致し、且つノズル開口面３６
がレーザー光軸に対して傾いたガス供給ノズルを、その
ノズル軸が汚染部材の法線方向に一致し、且つノズル開
口面が汚染部材表面に対してノズル移動方向前方に開く
向きに設置し、ガスをレーザー光軸に対して斜め方向に
供給する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、汚染部材（除染対
象物）にレーザー光を照射することにより、汚染表面層
を溶融又は蒸発させて除去する方法に関するものであ
る。この技術は、特に限定されるものではないが、例え
ば原子炉のような放射線環境下におかれた部材の表面か
ら、放射性汚染物質を除去することにより汚染部材を清
浄化（除染）するのに有効である。
【０００２】
【従来の技術】各種の原子力関連施設等において、設備
や機器の中には放射線に曝されて、その表面に放射性汚
染物質の薄い層が形成されることがある。このような放
射性汚染物質の層の存在は、検査や保守・修理等を行う
作業者に対して、作業時間を含めて様々な制約を及ぼ
す。そこで、それらの作業を安全に行えるようにするた
めに、設備や機器の表面の放射性汚染物質を除染（清浄
化）する方法が開発されている。その一つに、レーザー
光を照射することにより汚染表面層を溶融又は蒸発させ
て除去するレーザー除染法がある。
【０００３】従来のレーザー除染法の一例を図６に示
す。ガス供給ノズル１０内に集光レンズ１２を組み込
み、該ガス供給ノズル１０を汚染部材１４の表面に沿っ
て相対的に移動させつつ、汚染物質１４に向けてガスを
供給すると共にレーザー光を照射する。ガス供給ノズル
１０は、円筒状部材の先端部（図６では下部）が窄まっ
た形状をなし、先端のノズル開口面１６が汚染部材１４
に対して正対する構造となっている。ここでガス供給ノ
ズル１０のノズル軸（中心軸）１０ａはレーザー光１８
の光軸１８ａと一致する。ガス供給ノズル１０の側面に
はガス導入口２０，２１が設けられ、そのガス導入口２
０，２１を通ってガス供給ノズル１０内にガスが供給さ
れる。汚染部材１４に対するガス供給ノズル１０の移動
方向（レーザー光走査方向）を矢印Ｓで示す。
【０００４】集光レンズ１２によって集光されたレーザ
ー光１８が汚染部材１４に照射すると、レーザー光が照
射した汚染部材１４の表面層（汚染表面層）は急速に加
熱され、溶融又は蒸発、あるいはそれら両方の過程が発
生する。そこで溶融物質又は蒸発物質を飛散又は移動さ
せると、汚染表面層が除去され、汚染部材１４のレーザ
ー照射部１４ａが除染されることになる。ここでガス供
給ノズル１０のノズル開口面１６から供給されるガス
は、前記溶融物質又は蒸発物質の空間的制御（溶融物質
や蒸発物質をガス分子の運動エネルギー又はガスの動圧
によりレーザー照射部１４ａから外部に移動させるこ
と）及びレーザー照射部１４ａでの酸化反応の防止等の
役割を果たす。
【０００５】汚染部材１４の表面上でのレーザー光１８
の形状は、集光レンズ１２が球面レンズの場合は点状
に、また円筒面レンズの場合は線状になる。そこでレー
ザー光１８を走査するか、または汚染部材１４を移動す
ることにより、それぞれ線状または面状の除染表面を得
ることができる。一般に除染の面積処理速度は速いこと
が望まれるので、集光レンズ１２としては円筒面レンズ
を用いることが多い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このような方法により
レーザー光１８を汚染部材１４の表面に照射した場合、
汚染部材１４の表面の溶融層が蒸発反力の影響により、
レーザー照射部周囲方向に押し出されたり、また飛散し
た溶融物質や蒸発物質が再付着する。そのためにレーザ
ー照射部の表面プロファイルは図７のＡに示すようにな
ることが多い。即ち、レーザー照射部の周囲に突起部２
２が発生する。
【０００７】このような状態で、前記のようにレーザー
光を走査するか、あるいは汚染部材１４を移動させる
と、この現象が繰り返されるためにレーザー照射部の表
面プロファイルは図７のＢに示すようになる。即ち、レ
ーザー照射部の表面の凹凸が大きく、且つ有効な除去深
さが得られない。また溶融物質や蒸発物質は汚染されて
いるために、その再凝固や再付着の影響を受けたレーザ
ー照射面は十分な除染が行われないという問題も生じ
る。
【０００８】本発明の目的は、上記のような従来技術の
欠点を解消し、レーザー照射部の周辺における突起部の
発生を空間的に制御することにより、汚染物質の再凝固
や再付着の影響の無い、平滑で且つ清浄度の高い除染面
が得られるレーザー除染法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、ガス供給ノズ
ル内に集光レンズを組み込み、該ガス供給ノズルを汚染
部材表面に沿って相対的に移動させつつ、汚染部材に向
けてガスを供給すると共に前記集光レンズで集光したレ
ーザー光を照射することにより、汚染表面層を連続的に
溶融又は蒸発させて除去し前記汚染部材を清浄化するレ
ーザー除染法である。ここで本発明の特徴は、ガスをレ
ーザー光軸に対し非対称となるように供給する点にあ
る。
【００１０】具体的には、レーザー光軸がノズル軸に一
致し、且つノズル開口面がレーザー光軸に対して傾いた
構造のガス供給ノズルを、そのノズル軸が汚染部材の法
線方向に一致し、且つノズル開口面が汚染部材表面に対
してノズル移動方向前方に開く向きに設置し、ガスをレ
ーザー光軸に対して斜め方向に供給する構成がある。あ
るいは、レーザー光軸がノズル軸と平行で、且つ偏心し
た構造のガス供給ノズルを、ガスの流れの中心がレーザ
ー光軸よりもノズル移動方向後方となるように設置する
方法もある。
【００１１】
【発明の実施の形態】ノズル開口面を汚染部材表面に対
してノズル移動方向前方に開く向きに設置すると、ガス
はノズル軸に対して対称には供給されない。即ち、供給
されるガスの速度ベクトルは、レーザー光の走査方向と
一致する方向の成分を多く含む分布となる。そのため、
飛散した溶融物質や蒸発物質はレーザー光の走査方向と
一致する方向の力を受け、レーザー照射部の表面プロフ
ァイルを見ると、突起部は常に走査方向前方にのみ発生
するようになる。それによって、再凝固や再付着の影響
の無い平滑で除去深さの深い除染表面が得られる。ガス
供給ノズルをノズル軸から偏心させて、ガスの流れの中
心をレーザー光軸よりもノズル移動方向後方となるよう
に設置した場合も、照射したレーザー光によって飛散し
た溶融物質や蒸発物質はレーザー光の走査方向と一致す
る方向の力を受けるため、同様の効果が得られる。
【００１２】
【実施例】図１は本発明に係るレーザー除染法の一実施
例を示す説明図である。基本的には、従来技術と同様、
ガス供給ノズル３０内に集光レンズ３２を組み込み、該
ガス供給ノズル３０を汚染部材１４の表面に沿って相対
的に矢印Ｓ方向に移動させつつ汚染部材１４に向けてガ
スを供給すると共にレーザー光を照射することにより、
汚染表面層を連続的に溶融又は蒸発させて除去し清浄化
する方法である。
【００１３】ここでガス供給ノズル３０は、ほぼ円筒状
をなす部材の先端部（図１においては下部）に窄まった
逆円錐台状の部分を設け、その先端を斜切してノズル開
口面３６としている。つまりレーザー光３８の光軸３８
がノズル軸（中心軸）３０ａに一致するようになってい
るが、ノズル開口面３６はレーザー光軸３８ａに対して
傾いた（垂直ではない）構造をなしている。そして、こ
のガス供給ノズル３０を、そのノズル軸３０ａが汚染部
材１４の法線方向に一致し、且つノズル開口面３６が汚
染部材１４の表面に対してレーザー走査方向（ノズル移
動方向）Ｓの前方に開く向きに設置する。ガスは、ガス
供給ノズル３０の側壁に設けたガス導入口４０，４１か
ら送り込まれ、ガス供給ノズル３０の先端開口からはレ
ーザー光軸３８ａに対して斜め方向に汚染部材１４に対
して供給される。
【００１４】ここで使用するレーザーは、汚染表面層を
溶融又は蒸発させるのに十分な強度のレーザー光を照射
しうるものであればいかなる種類のレーザーでも使用可
能である。その例としては、ＣＯ2 レーザー、ＣＯレー
ザー、ヨウ素レーザー、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー、銅蒸気
レーザー、エキシマレーザー等がある。集光レンズとし
ては、従来技術と同様、円筒面レンズでもよいし球面レ
ンズ等でもよい。
【００１５】レーザー装置（図示せず）から出射したレ
ーザー光３８は、集光レンズ３２により集光され、汚染
部材１４の表面を照射する。レーザー照射部を符号１４
ａで示す。一方ガス導入口４０，４１から導入されるガ
スは、ノズル開口面３６から汚染部材１４に向けて供給
されるが、ノズル開口面３６が上記のように傾斜してい
るために、ノズル軸３０ａ（この実施例ではレーザー光
軸３８ａと一致する）に対して対称には供給されない。
即ち、ノズル開口面３６から供給されるガスの速度ベク
トルを見ると、レーザー光の走査方向Ｓと一致する方向
の成分を多く含むような分布となる。そのため、汚染部
材の溶融層又は蒸発物質は矢印Ｓで示す走査方向の力を
受け、その結果、レーザー照射部の表面プロファイル
は、図２のＢに示すように、突起部４２がノズル開口面
の開いた方向のみに発生するようになる。そこでレーザ
ー光３８を走査すると、前記突起部４２は常に走査方向
Ｓの前方のみに発生することになり、図２のＢに示すよ
うに、再凝固や再付着の影響の無い平滑で除去深さの深
い除染表面が得られる。
【００１６】ここで使用するガスとしてはＡｒ、Ｈｅ、
Ｎ2 等の不活性ガスが適している。しかし酸化が許容さ
れる場合、あるいは酸化熱を利用する場合には、空気や
Ｏ2も利用できる。更に除染と同時に何らかの表面処理
を施す場合は、その処理に応じた別の種類のガスを用い
る場合もある。つまり供給するガスは、溶融物質又は蒸
発物質の空間的制御及びレーザー照射面の酸化反応の防
止、その他の表面処理などの機能を果たすものである。
ここで空間的制御とは、溶融物質や蒸発物質をガス分子
の運動エネルギー又はガスの動圧によりレーザー照射部
から外部に移動させることである。この目的のみのため
であれば、いかなるガスでも使用可能である。一方、酸
化防止のためには、上記のようにＡｒ、Ｈｅ、Ｎ2 等の
不活性ガスが適している。ガスは、その他に、生成物質
（例えば溶融又は蒸発過程により生成した汚染物微粒
子）をフィルタ等まで輸送する機能を果たすこともあ
る。
【００１７】上記の実施例では、ガス導入口をノズル移
動方向の前方と後方の両方に設けているが、ガス導入口
をノズル移動方向前方のみとすることにより、より大き
な効果が得られる場合がある。あるいは、図３に示すよ
うに、ノズル移動方向前方のガス導入口４４を斜め下向
きに取り付けることにより、より大きな効果が得られる
場合もある。基本的な構成は図１の場合と同様であるか
ら、対応する部材に同一符号を付し、それらについての
説明は省略する。
【００１８】図４は本発明に係るレーザー除染法の他の
実施例を示している。この例は、ガス供給ノズル形状は
基本的には従来と同様であるが、レーザー光軸の位置を
変えている。ガス供給ノズル５０は、円筒状部材の先端
部（図４では下部）が窄まった形状をなし、円筒状部材
の内部に集光レンズ５２が組み込まれ、先端のノズル開
口面５６が汚染部材１４に対して正対する構造である。
ガス供給ノズル５０の側面にはガス導入口６０，６１が
設けられ、そのガス導入口６０，６１を通ってガス供給
ノズル５０内にガスが供給される。汚染部材１４に対す
るガス供給ノズル５０の移動方向（レーザー光走査方
向）を矢印Ｓで示す。この実施例では、レーザー光５８
のレーザー光軸５８ａがノズル軸５０ａと平行で、且つ
偏心した構造とする。そしてガス供給ノズル５０を、ガ
スの流れの中心（ノズル軸５０ａの位置）がレーザー光
軸５８ａよりもノズル移動方向後方となるように設置す
る。この構造にすると、レーザー照射部１４ａに対して
ガスが非対称に、走査方向Ｓの反対側に多く供給される
ため、レーザー照射部の表面プロファイルは図２のＡと
同様になり、図２のＢと同様、再凝固や再付着の影響の
無い平滑で除去深さの深い除染表面が得られる。
【００１９】レーザー光軸の位置を所定の状態に偏心さ
せるためには、図４の構成のガス供給ノズル５０の上端
形状を工夫して、図５に示すような構成とするのも有効
である。つまり、ガス供給ノズル５０の上端にレーザー
装置あるいはレーザー導光装置（図示せず）を装着する
ための取り付け穴６６をノズル軸５０ａから偏心させて
形成しておけば、レーザー装置あるいはレーザー導光装
置を取り付け穴６６に装着することで自動的にレーザー
光軸５８ａとノズル軸５０ａが所定の距離だけ偏心した
状態を実現できる。
【００２０】上記の各実施例は、放射性汚染物質により
汚染された部材の除染について説明したが、本発明はそ
れに限らず金属表面の錆や各種材質の塗装やコーティン
グの除去等にも同様に適用できることは言うまでもな
い。
【００２１】
【発明の効果】本発明は上記のように、ガスをレーザー
光軸に対し非対称に供給するように構成したので、溶融
物質や蒸発物質の再凝固や再付着の影響が無く、表面を
平滑にできると共に除去深さを深くでき、そのため健全
性が高く、除染係数の高い（清浄度の高い）除染表面が
得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るレーザー除染法の一実施例を示す
説明図。
【図２】それによるレーザー照射部の説明図。
【図３】本発明の他の実施例を示す説明図。
【図４】本発明の更に他の実施例を示す説明図。
【図５】本発明の他の実施例を示す説明図。
【図６】従来技術の一例を示す説明図。
【図７】そのレーザー照射部の説明図。
【符号の説明】
１０，３０，５０ ガス供給ノズル １４ 汚染部材 １２，３２，５２ 集光レンズ １６，３６，５６ ノズル開口面 １８，３８，５８ レーザー光 ２０，２１，４０，４１，４４，６０，６１ ガス導入
口
フロントページの続き (72)発明者 清水 幸喜 千葉県柏市高田1201 財団法人産業創造研 究所レーザー研究センター内 (72)発明者 佐藤 俊一 千葉県柏市高田1201 財団法人産業創造研 究所レーザー研究センター内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガス供給ノズル内に集光レンズを組み込
    み、該ガス供給ノズルを汚染部材表面に沿って相対的に
    移動させつつ、汚染部材に向けてガスを供給すると共に
    前記集光レンズで集光したレーザー光を照射することに
    より、汚染表面層を連続的に溶融又は蒸発させて除去し
    前記汚染部材を清浄化するレーザー除染法において、 ガスをレーザー光軸に対し非対称となるように供給する
    ことを特徴とするレーザー除染法。
  2. 【請求項２】 レーザー光軸がノズル軸に一致し、且つ
    ノズル開口面がレーザー光軸に対して傾いた構造のガス
    供給ノズルを、そのノズル軸が汚染部材の法線方向に一
    致し、且つノズル開口面が汚染部材表面に対してノズル
    移動方向前方に開く向きに設置し、ガスをレーザー光軸
    に対して斜め方向に供給する請求項１記載のレーザー除
    染法。
  3. 【請求項３】 レーザー光軸がノズル軸と平行で、且つ
    偏心した構造のガス供給ノズルを、ガスの流れの中心が
    レーザー光軸よりもノズル移動方向後方となるように設
    置する請求項１記載のレーザー除染法。
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