KR102515792B1 - 화이버 레이저의 충격파를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

화이버 레이저의 충격파를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화이버 레이저의 충격파를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치에 관한 것으로, 그 목적은 제염챔버 내의 베이스 상에 배치된 제염 대상체를 레이저 거리측정유닛으로 스캔하여 제염 대상체의 전체 형상 및 치수를 자동으로 설정하고, 열 발생이 없는 화이버 레이저의 충격파를 사용하여 설정된 형상 및 치수에 의거하여 자동으로 제염 대상체 상에 고착된 방사성물질 및 방사성물질에 의해 오염된 오염층을 제염 대상체의 표면으로 부터 확실하고 신속하게 제거하는 동시에 외부와 구획되고 용이하게 개폐되는 제염챔버를 구비하여 제염으로 발생되는 분진으로 인한 방사능 오염의 확산을 확실하게 방지할 수 있도록 하는 것이며, 그 구성은 철제 평판인 베이스와; 상기 베이스 상에 고정설치되는 챔버 프레임과; 상면 중앙부에 배기구를 갖고, 하면이 개방된 사각뿔 형상의 플렉시블한 방수막으로서, 하단부를 따라 장착되는 자석부재를 구비하고, 상기 챔버 프레임의 사방측면 및 천정부 외측 전체에 덮혀씌워져 제염챔버를 형성하고, 상하방향으로 개폐되는 챔버형성막과; 상기 챔버형성막의 배기구와 연통되게 연결되고, 배기구를 통해 배기되는 공기를 흡기하여 여과하는 공기여과유닛과; 화이버 레이버 충격파를 생성하고 공급하는 화이버 레이저 충격파 발진기와, 상기 화이버 레이저 충격파 발진기로 부터 생성되어 공급되는 화이버 레이저 충격파를 제염 대상체에 조사하는 화이버 레이저 충격파 조사 헤드로 이루어진 화이버 레이저 충격파 조사기와; 상기 챔버 프레임 상에 작동가능하게 장착되고, 상기 화이버 레이저 충격파 조사기의 화이버 레이저 충격파 조사 헤드를 상하, 전후, 좌우로 이송하는 화이버 레이저 충격파 조사 헤드 이송장치와; 상기 공기여과유닛과 연통되게 연결되고, 상기 화이버 레이저 충격파 조사 헤드의 외측에 장착되어 비산되는 제염 비산물을 흡기하는 제염 비산물 흡기구와; 상기 화이버 레이저 충격파 조사 헤드의 외측면에 수직으로 장착되고, 상기 화이버 레이저 충격파 조사 헤드와 제염 대상물 사이의 거리를 측정하고, 그 측정값을 송신하는 레이저 거리측정유닛와; 상기 공기여과유닛, 화이버 레이저 충격파 조사기, 화이버 레이저 충격파 조사 헤드 이송장치 및 레이저 거리측정유닛과 각각 연결되고, 상기 공기여과유닛, 화이버 레이저 충격파 조사기, 화이버 레이저 충격파 조사 헤드 이송장치의 작동을 제어하는 동시에 상기 레이저 거리측정유닛의 측정신호에 따라 화이버 레이저 충격파 조사 헤드 이송장치의 작동을 제어하는 제어부와; 상기 제어부와 연결되고, 제어부에 작업자의 명령을 입력하는 조작반으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

화이버 레이저의 충격파를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치 및 그 제어방법{A radioactive decontamination device of metal surfaces using a shock wave of fiber laser and control method thereof}
본 발명은 화이버 레이저의 충격파를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제염 대상체를 레이저 거리측정기로 스캔하여 제염 대상체의 전체 형상 및 치수를 자동으로 설정하고, 화이버 레이저(Fiber Laser)의 충격파(Shock Wave)를 이용하여 제염 대상체 표면의 방사능물질 및 방사능물질에 오염된 금속 표면의 도장, 산화물 및 기타 이물질 등을 자동으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라 작업장 내의 방사능물질 등 오염물의 확산도 확실하게 방지할 수 있도록 한 레이저를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 가동중이거나 또는 영구정지되어 해체되는 원자력발전소에서는 다양한 방사성폐기물이 발생되며, 이러한 방사성폐기물 중 극저준위로 분류된 방사성폐기물은 표면에 대한 제염작업을 실시한 후 자체 처분하도록 하고 있다.
본 발명은 이러한 극저준위 방사성폐기물 중 금속폐기물 표면에 대한 레이저 제염에 관한 것임으로 이하 본 명세서에서는 극저준위 방사성 금속폐기물에 대한 레이저 제염에 대하여만 기술된다는 것을 양지하기 바란다.
방사성 금속폐기물에 대한 종래의 레이저 제염장치는 광집속 레이저를 금속폐기물의 표면에 조사하여 표면 상에 고착된 방사성물질 및 방사성물질에 의해 오염된 오염층을 열팽창시켜 금속폐기물의 표면으로부터 박리(剝離)되도록 하는 것이며, 그 구성은 표면이 방사능에 의해 오염된 처리대상물이 회전가능하게 지지되는 프레임과; 상기 프레임에 설치되어 상기 처리대상물을 길이방향 중심선을 중심으로 회전시키는 배관 회전부와; 상기 처리대상물에 고착된 방사능 오염층이 열팽창에 의해 상기 처리대상물으로부터 분리될 수 있게 상기 방사능 오염층이 가열될 수 있도록 상기 처리대상물의 외주면 또는 내주면에 레이저를 조사하고, 상기 처리대상물 내부에 인입되어 상기 처리대상물 내벽면에 레이저를 조사하는 내부조사유닛을 갖는 광조사부를 구비하고 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 종래의 레이저 제염장치는 국내 등록특허 제10-2031039호의 등록특허공보에 게시되어 있다.
그러나, 이러한 구성의 종래의 레이저 제염장치는 고온의 열을 조사하는 융발 레이저를 이용하여 제염 대상체에 대한 제염을 실시하는 것으로써, 방사성 금속폐기물에 광집적 레이저를 조사하여 금속폐기물 표면상에 고착된 방사성물질 및 그에 의해 오염된 오염층을 고온으로 가열하는 제염하는 방식임으로 고열이 금속폐기물의 심층부까지 전도되어 금속폐기물의 물성변화를 유발시킬 수 있고, 고온으로 가열된 방사성물질의 기화현상 및 방사성물질에 의한 오염된 오염층의 예기치 못한 화학반응이 발생으로 인한 공기 오염이 유발 될 수 있을 뿐만 아니라 제염효율도 저조하다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같이 제반되는 종래의 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 그 목적은 고열 발생이 없는 화이버 레이저의 충격파를 이용하여 극저분위 방사성 금속폐기물에 대한 제염을 자동으로 실시하는 것으로써, 제염챔버 내의 베이스 상에 배치된 제염 대상체를 레이저 거리측정유닛으로 스캔하여 제염 대상체의 전체 형상 및 치수를 자동으로 설정하고, 열 발생이 없는 화이버 레이저의 충격파를 사용하여 설정된 형상 및 치수에 의거하여 자동으로 제염 대상체 상에 고착된 방사성물질 및 방사성물질에 의해 오염된 오염층을 제염 대상체의 표면으로 부터 확실하고 신속하게 제거하는 동시에 외부와 구획되고 용이하게 개폐되는 제염챔버를 구비하여 제염으로 발생되는 분진으로 인한 방사능 오염의 확산을 확실하게 방지할 수 있는 화이버 레이저의 충격파를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 본 발명에 따른 화이버 레이저의 충격파를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치의 작동을 제어하여 제염 대상체에 대한 제염을 효과적으로 실시될 수 있도록 하는 화이버 레이저의 충격파를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치의 제어방법을 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은 레이저를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치에 있어서, 상기 방사능 오염 제거 장치는 철제 평판인 베이스와; 상기 베이스 상에 고정설치되는 챔버 프레임과; 상면 중앙부에 배기구를 갖고, 하면이 개방된 사각뿔 형상의 플렉시블한 방수막으로서, 하단부를 따라 장착되는 자석부재를 구비하고, 상기 챔버 프레임의 사방측면 및 천정부 외측 전체에 덮어 씌워져 제염챔버를 형성하고, 상하방향으로 개폐되는 챔버형성막과; 상기 챔버형성막의 배기구와 연통되게 연결되고, 배기구를 통해 배기되는 공기를 흡기하여 여과하는 공기여과유닛과; 화이버 레이저 충격파를 생성하고, 공급하는 화이버 레이저 충격파 발진기와, 상기 화이버 레이저 충격파 발진기로 부터 공급되는 화이버 레이저 충격파를 제염 대상체에 조사하는 화이버 레이저 충격파 조사 헤드로 이루어진 화이버 레이저 충격파 조사기와; 상기 챔버 프레임 상에 작동가능하게 장착되고, 상기 화이버 레이저 충격파 조사기의 화이버 레이저 충격파 조사 헤드를 상하, 전후, 좌우로 이송하는 화이버 레이저 충격파 조사 헤드 이송장치와; 상기 공기여과유닛과 연통되게 연결되고, 상기 화이버 레이저 충격파 조사 헤드의 외측에 장착되어 비산되는 제염 비산물을 흡기하는 제염 비산물 흡기구와; 상기 화이버 레이저 충격파 조사 헤드의 외측면에 수직으로 장착되고, 상기 화이버 레이저 충격파 조사 헤드와 제염 대상물 사이의 거리를 측정하고, 그 측정값을 송신하는 레이저 거리측정유닛와; 상기 공기여과유닛, 화이버 레이저 충격파 조사기, 화이버 레이저 충격파 조사 헤드 이송장치 및 레이저 거리측정유닛과 각각 연결되고, 상기 공기여과유닛, 화이버 레이저 충격파 조사기, 화이버 레이저 충격파 조사 헤드 이송장치의 작동을 제어하는 동시에 상기 레이저 거리측정유닛의 측정신호에 따라 화이버 레이저 충격파 조사 헤드 이송장치의 작동을 제어하는 제어부와; 상기 제어부와 연결되고, 제어부에 작업자의 명령을 입력하는 조작반으로 구성되는 것을 특징으로 하는 화이버 레이저의 충격파를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치에 의해 달성된다.
상기 본 발명의 다른 목적은 철제 평판인 베이스와; 상기 베이스 상에 고정설치되는 챔버 프레임과; 상면 중앙부에 배기구를 갖고, 하면이 개방된 사각뿔 형상의 플렉시블한 방수막으로서, 하단부를 따라 장착되는 자석부재를 구비하고, 상기 챔버 프레임의 사방측면 및 천정부 외측 전체에 덮혀씌워져 챔버를 형성하고, 상하방향으로 챔버를 개폐하는 챔버형성막과; 상기 챔버형성막의 배기구와 연통되게 연결되고, 배기구를 통해 배기되는 공기를 여과하는 공기여과유닛과; 화이버 레이저 충격파를 생성하여 공급하는 화이버 레이저 충격파 발진와, 상기 화이버 레이저 충격파 발진기기로 부터 생성되어 공급되는 화이버 레이저 충격파를 제염 대상체에 조사하는 화이버 레이저 충격파 조사 헤드로 이루어진 화이버 레이저 충격파 조사기와; 상기 챔버 프레임 상에 작동가능하게 장착되고, 상기 화이버 레이저 충격파 조사기의 화이버 레이저 충격파 조사 헤드를 상하, 전후, 좌우로 이송하는 화이버 레이저 충격파 조사 헤드 이송장치와; 상기 공기여과유닛과 연통되게 연결되고, 상기 화이버 레이저 충격파 조사 헤드의 외측에 장착되어 비산되는 제염 비산물을 흡기하는 제염 비산물 흡기구와; 상기 화이버 레이저 충격파 조사 헤드의 외측면에 수직으로 장착되고, 상기 화이버 레이저 충격파 조사 헤드와 제염 대상물 사이의 거리를 측정하고, 그 측정값을 송신하는 레이저 거리측정유닛와; 상기 공기여과유닛, 화이버 레이저 충격파 조사기, 화이버 레이저 충격파 조사 헤드 이송장치 및 레이저 거리측정유닛과 각각 연결되고, 상기 공기여과유닛, 화이버 레이저 충격파 조사기, 화이버 레이저 충격파 조사 헤드 이송장치의 작동을 제어하는 동시에 상기 레이저 거리측정유닛의 측정신호에 따라 화이버 레이저 충격파 조사 헤드 이송장치의 작동을 제어하는 제어부와; 상기 제어부와 연결되고, 제어부에 작업자의 명령을 입력하는 조작반으로 구성되는 화이버 레이저의 충격파를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치의 제어방법에 있어서, 상기 제어방법은 개방된 챔버형성막을 통해 베이스의 제염구역 내에 제염 대상체를 배치시키고, 챔버형성막을 하방으로 내려 제염챔버가 형성되면, 공기여과유닛를 가동시켜 제염 비산물 흡기구 및 챔버형성막의 배기구를 통해 제염챔버 내의 공기를 흡기하여 여과시키는 공기여과단계와; 상기 공기여과단계가 실행되면, 제염챔버 내의 베이스 상에 기설정된 사각형의 제염구역의 일측 코너부인 시작점에서 부터 시작점과 대각선 상에 위치된 타측 코너부의 종료점까지 레이저 거리측정유닛을 지그재그 형태로 이송시켜 레이저 거리측정유닛으로 부터 조사되는 거리측정레이저로 제염구역을 스캔하여 제염구역 내에 배치된 제염 대상처의 형상을 파악하고, 파악된 제염 대상체의 형상의 각 치수를 설정하는 제염 대상체의 형상 스캔 및 치수 설정단계와; 상기 제염 대상체의 형상 스캔 및 치수 설정단계가 완료되면, 제염 대상체의 설정된 형상 및 치수에 의거하여 화이버 레이저 충격파 조사기의 화이버 레이저 충격파 조사 헤드를 설정된 제염 대상체의 시작점에서 종료점까지 지그재그 선상을 따라 이송시키며 화이버 레이저 충격파를 조사하여 제염 대상체의 제염을 실시하고, 종료점에 도달하였을 때 화이버 레이저 충격파의 조사를 중지하고, 화이버 레이저 충격파 조사 헤드를 베이스의 제염구역 내의 시작점으로 복귀시키는 화이버 레이저 충격파 제염단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 화이저 레이저의 충격파를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치의 제어방법에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 레이저를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치 및 그 제어방법은 제염챔버 내의 베이스 상에 배치된 제염 대상체를 스캔하여 제염 대상체의 전체 형상 및 치수를 자동으로 설정하고, 설정된 형상 및 치수에 의거하여 열 발생이 없는 화이버 레이저를 이용하여 제염 대상체에 대한 제염을 실시함으로써, 고열로 인한 제염 대상체의 물성 변화, 방사성물질의 기화현상 및 방사성물질에 의해 오연된 오염층의 화학반응의 발생 없이 제염을 안전하고 신속하고 확실하게 실시할 수 있으면서도 방사능 오염의 확인도 확실하게 방지할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 화이버 레이저의 충격파를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치의 설치상태도이고,
도 2는 본 발명에 따른 화이버 레이저의 충격파를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치 중 베이스 상에 설치된 챔버 프레임을 도시한 사시도이고,
도 3a 밑 도 3b는 본 발명에 따른 화이버 레이저의 충격파를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치 중 챔버 프레임의 전체 외측에 씌워져 제염챔버를 형성하는 챔버형성막을 도시한 사시도 및 단면하여 도시한 종단면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 화이버 레이저의 충격파를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치 중 베이스 상에 설치된 화이버 레이저 충격파 조사 헤드 이송장치를 도시한 설치상태 사시도이고,
도 5는 도 4의 A-A선을 따라 단면하여 도시한 화이버 레이저 충격파 조사 헤드 이송장치 중 전후이송지지대 및 좌우이공대의 설치상태 단면도이고,
도 6a는 본 발명에 따른 화이버 레이저의 충격파를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치 중 베이스의 제염구역 상에 제염 대상체가 배치된 상태를 도시한 평면도이고,
도 6b는 본 발명에 따른 화이버 레이저의 충격파를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치 중 베이스의 제염구역을 레이저 거리측정유닛에서 조사되는 거리측정레이저로 스캔하여 제염구역 내에 배치된 제염 대상체의 형상을 파악하고, 전체 형상의 치수를 설정하고, 화이버 레이저 충격파 조사 헤드와 제염 대상체 사이의 거리를 측정하는 상태를 설명하는 설명도이고,
도 7은 본 발명에 따른 화이버 레이저의 충격파를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치 중 제어부와 연결되어 작동이 제어되는 구성요소들의 상호 유기적인 상관관계를 예시하는 블록도이며,
도 8은 본 발명에 따른 화이버 레이저의 충격파를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치의 제어방법을 예시한 흐름도이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 내지 도 6b을 참조하면, 본 발명에 따른 레이저를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치(10)는 운전중이거나 또는 영구정지되어 폐전된 원자력발전소에서 발생되는 극저준위 방사성폐기물, 특히 방사성 금속폐기물(이하 '제염 대상체'라함)을 자체 처분하기 위한 저처리 작업으로 방사성 금속폐기물을 화이버 레이저의 충격파를 이용하여 제염하기 위한 것으로써, 그 구성은 베이스(20)와, 챔버 프레임(30)과, 챔버형성막(40)과, 공기여과유닛(50)과, 화이버 레이저 충격파 조사기(60)와, 화이버 레이저 충격파 조사 헤드 이송장치(70)와, 제염 비산물 흡기구(80)와, 레이저 거리측정유닛(90)과, 제어부(100)와, 조작반(110)으로 구성된다.
상기 베이스(20)는 철제 평판이며, 상면에는 제염구역(DA, Decontamination Area))가 표시되며, 제염 대상체(200)는 상기 베이스(20)의 제염구역(DA) 내에 배치된 상태에서 제염이 실시된다.
상기 챔버 프레임(30)은 상기 베이스(20) 상에 제염 챔버(구획된 공간으로써, 제염중 발생되는 오염물이 확산되는 것을 방지하고 집진을 용이하게 한다)을 형성하기 위한 것으로써, 상기 베이스(20) 상에 고정설치되며, 그 구성은 4개의 수직지지대(31)와, 4개의 가로지지대(32)와, 천정형성대(33)와, 4개의 천정형성대 지지대(44)로 이루어진다.
상기 4개의 수직지지대(31)는 상기 베이스(20)의 상면 각 코너부에 수직으로 고정 설치된다.
상기 4개의 가로지지대(32)는 상기 수직지지대(31)의 상단부를 사각 평면으로 연결한다.
상기 천정형성대(33)는 링 형상을 갖고 상기 가로지지대가 형성하는 사각 평면의 중앙부 상측에 수평으로 위치된다.
상기 4개의 천정형성대 지지대(34)는 상기 가로지지대(32)에 의해 형성되는 사각 평면의 각 코너부와 상기 천정형성대(33) 사이에 경사지게 설치되어 상기 천정형성대(33)를 지지한다.
상기 챔버형성막(40)은 상면 중앙부에 배기구(41)를 갖고, 하면이 개방된 사각뿔 형상의 플렉시블한 방수막으로서, 하단부를 따라 장착되는 자석부재(42)를 구비하고, 상기 챔버 프레임(30)의 사방측면 및 천정부 외측 전체에 덮혀씌워져 제염 챔버를 형성하고, 상하 방향으로 개폐된다. 즉, 챔버형성막(40)은 상기 챔버 프레임(30)의 수직지지대(31)를 따라 상방으로 올힌 후, 고정구(별도의 끈이나 고리, 도시되지 않음)로 구성하면, 제염 챔버가 제거되는 동시에 베이스(20) 상에서의 제염 대상체(200)의 배치 작업 등을 용이하게 할 수 있고, 제염작업을 위한 베이스(20)의 제염구역(DA) 내에 제염 대상체(200)의 배치작업이 완료되면, 챔버형성막(40)을 하방으로 내려 하단부를 베이스(20)의 상면에 믹착시킨다. 이때 쳄버헹성막(40)의 하단부를 따라 장착된 자석부재(42)의 자기력에 의해 철판인 베이스(20)와 자석부재(42)가 밀착됨으로 배이스(20) 상에 제염 챔버가 형성되는 동시에 제염 시 비산되는 오염물의 확산을 방지할 수 있다.
상기 공기여과유닛(50)은 상기 챔버형성막(40)의 배기구(41)와 연통되게 연결되고, 배기구(41)를 통해 배기되는 공기를 흡기하여 여과하는 것으로써, 2개 이상의 공기필터(51)(52)와 공기 흡입용 송풍기(53)를 구비한다.
상기 화이버 레이저 충격파 조사기(60)는 건식 제염방식으로 사용할 수 있는 화이버 레이저 충격파를 생성하고, 제염 대상체(200)에 조사는 것으로써, 화이버 레이저 충격파는 공기의 광학 절연파괴 현상을 발생시켜 표면 상에 고착된 입자를 제거하는데 절연파괴에 의하여 강한 충격파가 생성되고, 충격파면 전후의 압력 차이에 의하여 발생하게 되는 유동에 의하여 표면에서 입자가 제거되는 것이며, 이러한 화이버 레이저 충격파를 생성하여 공급하는 화이버 레이저 충격파 발진기(61)와, 상기 화이버 레이저 충격파 발진기(61)로 부터 생성되어 공급되는 화이버 레이저 충격파를 제염 대상체(200)에 조사하는 화이버 레이저 충격파 조사 헤드(62)로 이루어진다.
상기 화이버 레이저 충격파 조사 헤드 이송장치(70)는 상기 챔버 프레임(30) 상에 작동가능하게 장착되고, 상기 화이버 레이저 충격파 조사기(60)의 화이버 레이저 충격파 조사 헤드(62)를 상하, 전후, 좌우로 이송하는 것으로써, 그 구성은 4개의 수직이송축(71)과, 4개의 수직이송축 구동수단(72)과, 수직이송지지대(73)와, 2개의 전후이송축(74)과, 2개의 전후이송축 구동수단(75)과, 전후이송지지대(76)와, 좌우이송축(77)과, 좌우이송축 구동수단(78)과, 좌우이송대(79)로 구성된다.
상기 4개의 수직이송축(71)은 외주면을 따라 형성되는 나사부과 일단부에 기어부(71a)를 갖고, 챔버 프레임(30)의 수직지지대(31)과 일정간격져서 평행하고, 정역 회전가능하게 설치되고, 화이버 레이저 충격파 조사기(60)의 화이버 레이저 충격파 조사 헤드(62)를 상하 방향으로 이송시키는 역할을 한다.
상기 4개의 수직이송축 구동수단(72)은 제어부(100)와 각각 연결되고, 상기 수직이송축(71)의 기어부(71a)와 연결되도록 설치되어 제어부(100)의 제어에 따라 상기 수직이송축(71)을 정역 회전시킨다.
상기 수직이송지지대(73)는 사각틀 형상이며, 내주면을 따라 나사부를 갖고 상면 각 코너부에 수직으로 관통형성되어 상기 수직이송축(71)과 정역 회전가능하게 나사조립되는 수직이송축 조립공(73a)을 갖고, 상기 수직이송축(71)을 따라 상하 작동된다.
상기 2개의 전후이송축(74)은 외주면을 따라 형성되는 나사부와 일단부에 기어부(74a)를 갖고, 상기 수직이송지지대(73)의 대향되는 상면에 상호 평행하고 정역 회전가능하게 설치되고, 화이버 레이저 충격파 조사기(60)의 화이버 레이저 충격파 조사 헤드(62)를 전후 방향으로 이송시키는 역할을 한다.
상기 2개의 전후이송축 구동수단(75)은 제어부(100)와 각각 연결되고, 상기 전후이송축(74)의 기어부(74a)와 연결되도록 설치되어 제어부(100)의 제어에 따라 상기 전후이송축(74)을 정역 회전시킨다.
상기 전후이송지지대(76)은 막대 형상이며, 내주면를 따라 형성되는 나사부를 갖고 전면 양단부에 관통형성되어 상기 전후이송축(74)과 정역 회전가능하게 나사조립되는 전후이송축 조립공(76a)을 갖고, 전후이송축(74)을 따라 전후 작동된다.
상기 좌우이송축(77)은 외주면을 따라 형성되는 나사부와 일단부에 기어부(77a)를 갖고, 상기 전후이송지지대(76)의 하면을 따라 정역 회전가능하게 설치되고, 화이버 레이저 충격파 조사기(60)의 화이버 레이저 충격파 조사 헤드(62)를 좌우 방향으로 이송시키는 역할을 한다.
상기 좌우이송축 구동수단(78)은 제어부(100)와 각각 연결되고, 상기 좌우이송축(77)의 기어부(77a)와 연결되도록 설치되어 제어부(100)의 제어에 따라 상기 좌우이송축(77)을 정역 회전시킨다.
상기 좌우이송대(79)는 내부면을 따라 형성되는 나사부를 갖고 측면부에 관통형성되어 상기 좌우이송축(77)과 정역 회전가능하게 나사조립되는 좌우이송축 조립공(79a)을 갖는 블록으로서, 좌우이송축(77)을 따라 좌우작동되고, 하면부 상에 화이버 레이저 조사기(60)의 화이버 조사 헤드(62), 제염 비산물 흡기구(80) 및 레이저 거리측정유닛(90)이 장착된다.
상기 제염 비산물 흡기구(80)는 상기 공기여과유닛(50)과 연통되게 연결되고, 상기 화이버 레이저 조사 헤드(62)의 외측에 장착되어 비산되는 제염 비산물을 흡기한다.
상기 레이저 거리측정유닛(90)은 거리측정레이저(DML, Distance Measuribg Laser)를 조사하여 거리를 측정하고, 측정된 거리값을 송신하는 것으로써, 상기 화이버 레이저 조사 헤드(62)의 외측면에 수직으로 장착되고, 상기 화이버 레이저 충격파 조사 헤드(62)와 제염 대상물(200) 사이의 거리를 측정하고, 그 측정값을 송신한다.
상기 제어부(100)는 상기 공기여과유닛(50), 화이버 레이저 충격파 조사기(60), 화이버 레이저 충격파 조사 헤드 이송장치(70) 및 레이저 거리측정유닛(90)과 각각 연결되고, 상기 공기여과유닛(50), 화이버 레이저 충격파 조사기(60), 화이버 레이저 충격파 조사 헤드 이송장치(70)의 작동을 제어하는 동시에 상기 레이저 거리측정유닛(90)의 측정신호에 따라 화이버 레이저 충격파 조사 헤드 이송장치(70)의 작동을 제어한다.
상기 조작반(110)은 상기 제어부(100)와 연결되고, 제어부(100)에 작업자의 명령을 입력한다.
도 1, 도 6b 네지 도 8을 참조하면, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 화이버 레이저의 충격파를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치(10)를 효율적으로 제어하기 위한 제어방법은 공기여과단계(S100)와, 제염 대상체의 형상 스캔 및 치수 설정단계(S200)와, 화이버 레이저 충격파 제염단계(S300)로 구성된다.
상기 공기여과단계(S100)는 개방된 챔버형성막(40)을 통해 베이스(20)의 제염구역(DA) 내에 제염 대상체(200)를 배치시키고, 챔버형성막(40)을 하방으로 내려 제염 챔버가 형성되면, 공기여과유닛(50)를 가동시켜 제염 비산물 흡기구(80) 및 챔버형성막(40)의 배기구(41)를 통해 제염챔버 내의 공기를 흡기하여 여과시킨다.
상기 제염 대상체의 형상 스캔 및 치수 설정단계(S200)는 상기 공기여과단계(S100)가 실행되면, 제염챔버 내의 베이스(20) 상에 기설정된 사각형의 제염구역(DA)의 일측 코너부인 시작점에서 부터 시작점과 대각선 상에 위치된 타측 코너부의 종료점까지 레이저 거리측정유닛(60)을 지그재그 형태로 이송시켜 베이스(20)의 제염구역(DA)을 레이저 거리측정유닛(90)에서 조사되는 거리측정레이저(DML)로 스캔하여 제염구역(DA) 내에 배치된 제염 대상체(200)의 형상을 파악하고, 파악된 제염 대상체(200)의 전체 형상의 각 치수를 설정한다. 이때 상기 제염 대상체의 형상 스캔 및 치수 설정단계(S200)는 레이저 거리측정유닛(60)를 높이가 '0' 인 베이스(20)의 상면을 기준으로 일정 높이로 유지시킨 상태, 즉 제염구역(DA) 상에 배치된 제염 대상체(200)의 가장 높은 위치 보다 높은 위치에 레이저 거리측정유닛(60)를 위치시킨 상태로 지그재그 형태의 이동경로를 따라 수평으로 이동시키고, 이동되는 동안 연속으로 높이를 측정하여 스캔하고, 높이의 변화가 시작되는 위치와 다시 높이가 '0'이 되는 위치의 좌표값으로 제염 대상체(200)의 전체 형상 및 형상의 각 치수를 2차원적으로 설정한다.
상기 화이버 레이저 충격파 제염단계(S300)는 상기 제염 대상체의 형상 스캔 및 치수 설정단계(S200)가 완료되면, 제염 대상체(200)의 설정된 형상 및 치수에 의거하여 화이버 레이저 충격파 조사기(60)의 화이버 레이저 충격파 조사 헤드(62)를 설정된 제염 대상체(200)의 시작점에서 종료점까지 지그재그 선상을 따라 이송시키며 화이버 레이저 충격파를 조사하여 제염 대상체(200)의 제염을 실시하고, 종료점에 도달하였을 때 화이버 레이저 충격파의 조사를 중지하고, 화이버 레이저 충격파 조사 헤드(62)를 베이스(20)의 제염구역(DA) 내의 시작점으로 복귀시킨다. 이때, 상기 화이버 레이저 충격파 제염단계(S300)는 제염 대상체(200)의 설정된 형상 및 치수에 의거하여 화이버 레이저 충격파 조사기(60)의 화이버 레이저 충격파 조사 헤드(62)를 설정된 제염 대상체(200)의 시작점에서 종료점까지 지그재그 선상을 따라 이송시키며 화이버 레이저 충격파를 조사하여 제염 대상체(200)의 제염을 실시할 때 화이버 레이저 충격파 조사 헤드(62)와 제염 대상체(200)의 표면 사이의 거리값이 기설정된 값으로 유지되도록 화이버 레이저 충격파 조사 헤드(62)가 제염 대상체(200) 표면의 높이에 따라 상하 작동된다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 화이버 레이저의 충격파를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치 및 그 제어방법은 고열 발생이 없고, 제염성능이 우수한 화이버 레이저의 충격파를 이용하여 극저준위 방사성폐기물 중 방사성 금속폐기물에 대한 제염을 실시함으로써 금속폐기물의 물성 변화를 발생시키거나 방사성물질의 기화 및 방사성물질에 의해 오염된 도료 등의 오염층의 화학반응으로 인한 유해가스의 발생으로 인한 공기 오염을 활실하게 방지함은 물론, 작업 공간과 구획된 제염공간 내에서 제염이 실시됨으로 오염물의 확산을 방지하는 동시에 집진효율을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 제염 대상체에 대한 형상 및 치수에 대한 설정 및 설치값에 의거한 정확하고 신속한 제염이 자동으로 실시됨으로 작업자를 방사능 피폭으로부터 보호할 수 있는 장점이 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 화이버 레이저 충격파를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치
20: 베이스 30: 챔버 프레임
40: 챔버형성막 41: 배기구
42: 자석부재 50: 공기여과유닛
60: 화이버 레이저 충격파 조사기 61: 화이버 레이저 충격파 발진기
62: 화이버 레이저 충격파 조사 헤드
70: 화이버 레이저 충격파 조사 헤드 이송장치
80: 제염 비산물 흡기구 90: 레이저 거리측정유닛
100: 제어부 110: 조작반
200: 제염 대상체 DA: 제염구역
DML: 거리측정레이저

Claims (7)

  1. 레이저를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치에 있어서,
    상기 방사능 오염 제거 장치는,
    철제 평판인 베이스(20)와;
    상기 베이스(20) 상에 고정설치되는 챔버 프레임(30)과;
    상면 중앙부에 배기구(41)를 갖고, 하면이 개방된 사각뿔 형상의 플렉시블한 방수막으로서, 하단부를 따라 장착되는 자석부재(42)를 구비하고, 상기 챔버 프레임(30)의 사방측면 및 천정부 외측 전체에 덮혀씌워져 제염 챔버를 형성하고, 상하방향으로 개폐되는 챔버형성막(40)과;
    상기 챔버형성막(40)의 배기구(41)와 연통되게 연결되고, 배기구(41)를 통해 배기되는 공기를 흡기하여 여과하는 공기여과유닛(50)과;
    화이버 레이저 충격파를 생성하여 공급하는 화이버 레이저 충격파 발진기(61)와, 상기 화이버 레이저 충격파 발진기(61)로 부터 공급되는 화이버 레이저 충격파를 제염 대상체(200)에 조사하여 제염을 실행하는 화이버 레이저 충격파 조사 헤드(62)로 이루어진 화이버 레이저 충격파 조사기(60)와;
    상기 챔버 프레임(30) 상에 작동가능하게 장착되고, 상기 화이버 레이저 충격파 조사기(60)의 화이버 레이저 충격파 조사 헤드(62)를 상하, 전후, 좌우로 이송하는 화이버 레이저 충격파 조사 헤드 이송장치(70)와;
    상기 공기여과유닛(50)과 연통되게 연결되고, 상기 화이버 레이저 충격파 조사 헤드(62)의 외측에 장착되어 비산되는 제염 비산물을 흡기하는 제염 비산물 흡기구(80)와;
    상기 화이버 레이저 충격파 조사 헤드(62)의 외측면에 수직으로 장착되고, 상기 화이버 레이저 충격파 조사 헤드(62)와 제염 대상물(200) 사이의 거리를 측정하고, 그 측정값을 송신하는 레이저 거리측정유닛(90)와;
    상기 공기여과유닛(50), 화이버 레이저 충격파 조사기(60), 화이버 레이저 충격파 조사 헤드 이송장치(70) 및 레이저 거리측정유닛(90)과 각각 연결되고, 상기 공기여과유닛(50), 화이버 레이저 충격파 조사기(60), 화이버 레이저 충격파 조사 헤드 이송장치(70)의 작동을 제어하는 동시에 상기 레이저 거리측정유닛(90)의 측정신호에 따라 화이버 레이저 충격파 조사 헤드 이송장치(70)의 작동을 제어하는 제어부(100)와;
    상기 제어부(100)와 연결되고, 제어부(100)에 작업자의 명령을 입력하는 조작반(110)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 화이버 레이저의 충격파를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 프레임(30)은,
    베이스(20)의 상면 각 코너부에 수직으로 고정설치되는 4개의 수직지지대(31)와,
    상기 수직지지대(31)의 상단부를 사각 평면으로 연결하는 4개의 가로지지대(32)와,
    링 형상을 갖고 상기 가로지지대가 형성하는 사각 평면의 중앙부 상측에 수평으로 위치되는 천정형성대(33)와,
    상기 가로지지대(32)에 의해 형성되는 사각 평면의 각 코너부와 상기 천정형성대(33) 사이에 경사지게 설치되어 상기 천정형성대(33)를 지지하는 4개의 천정형성대 지지대(34)로 구성되는 것을 특징으로 하는 화이버 레이저의 충격파를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화이버 레이저 충격파 조사 헤드 이송장치(70)는,
    외주면을 따라 형성되는 나사부과 일단부에 기어부(71a)를 갖고, 챔버 프레임(30)의 수직지지대(31)과 일정간격져서 평행하고, 정역 회전가능하게 설치되는 4개의 수직이송축(71)과;
    제어부(100)와 각각 연결되고, 상기 수직이송축(71)의 기어부(71a)와 연결되도록 설치되어 제어부(100)의 제어에 따라 상기 수직이송축(71)을 정역 회전시키는 4개의 수직이송축 구동수단(72)과;
    사각틀 형상이며, 내주면을 따라 나사부를 갖고 상면 각 코너부에 수직으로 관통형성되어 상기 수직이송축(71)과 정역 회전가능하게 나사조립되는 수직이송축 조립공(73a)을 갖고, 상기 수직이송축(71)을 따라 상하 작동되는 수직이송지지대(73)와;
    외주면을 따라 형성되는 나사부와 일단부에 기어부(74a)를 갖고, 상기 수직이송지지대(73)의 대향되는 상면에 상호 평행하고 정역 회전가능하게 설치되는 2개의 전후이송축(74)과;
    제어부(100)와 각각 연결되고, 상기 전후이송축(74)의 기어부(74a)와 연결되도록 설치되어 제어부(100)의 제어에 따라 상기 전후이송축(74)을 정역 회전시키는 2개의 전후이송축 구동수단(75)과;
    막대 형상이며, 내주면를 따라 형성되는 나사부를 갖고 전면 양단부에 관통형성되어 상기 전후이송축(74)과 정역 회전가능하게 나사조립되는 전후이송축 조립공(76a)을 갖고, 전후이송축(74)을 따라 전후 작동되는 전후이송지지대(76)와;
    외주면을 따라 형성되는 나사부와 일단부에 기어부(77a)를 갖고, 상기 전후이송지지대(76)의 하면을 따라 정역 회전가능하게 설치되는 좌우이송축(77)과;
    제어부(100)와 각각 연결되고, 상기 좌우이송축(77)의 기어부(77a)와 연결되도록 설치되어 제어부(100)의 제어에 따라 상기 좌우이송축(77)을 정역 회전시키는 좌우이송축 구동수단(78)과;
    내부면을 따라 형성되는 나사부를 갖고 측면부에 관통형성되어 상기 좌우이송축(77)과 정역 회전가능하게 나사조립되는 좌우이송축 조립공(79a)을 갖는 블록으로서, 좌우이송축(77)을 따라 좌우작동되고, 하면부 상에 화이버 레이저 충격파 조사기(60)의 화이버 레이저 충격파 조사 헤드(62), 제염 비산물 흡기구(80) 및 레이저 거리측정유닛(90)이 장착되는 좌우이송대(79)로 구성되는 것을 특징으로 하는 화이버 레이저의 충격파를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 공기여과유닛(50)은,
    2개 이상의 공기필터(51)(52)와 공기 흡입용 송풍기(53)를 구비한 것을 특징으로 하는 화이버 레이저의 충격파를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치.
  5. 철제 평판인 베이스와; 상기 베이스 상에 고정설치되는 챔버 프레임과; 상면 중앙부에 배기구를 갖고, 하면이 개방된 사각뿔 형상의 플렉시블한 방수막으로서, 하단부를 따라 장착되는 자석부재를 구비하고, 상기 챔버 프레임의 사방측면 및 천정부 외측 전체에 덮혀씌워져 챔버를 형성하고, 상하방향으로 챔버를 개폐하는 챔버형성막과; 상기 챔버형성막의 배기구와 연통되게 연결되고, 배기구를 통해 배기되는 공기를 여과하는 공기여과유닛과; 화이버 레이저 충격파를 생성하여 공급하는 화이버 레이저 충격파 발진와, 상기 화이버 레이저 충격파 발진기기로 부터 생성되어 공급되는 화이버 레이저 충격파를 제염 대상체에 조사하는 화이버 레이저 충격파 조사 헤드로 이루어진 화이버 레이저 충격파 조사기와; 상기 챔버 프레임 상에 작동가능하게 장착되고, 상기 화이버 레이저 충격파 조사기의 화이버 레이저 충격파 조사 헤드를 상하, 전후, 좌우로 이송하는 화이버 레이저 충격파 조사 헤드 이송장치와; 상기 공기여과유닛과 연통되게 연결되고, 상기 화이버 레이저 충격파 조사 헤드의 외측에 장착되어 비산되는 제염 비산물을 흡기하는 제염 비산물 흡기구와; 상기 화이버 레이저 충격파 조사 헤드의 외측면에 수직으로 장착되고, 상기 화이버 레이저 충격파 조사 헤드와 제염 대상물 사이의 거리를 측정하고, 그 측정값을 송신하는 레이저 거리측정유닛와; 상기 공기여과유닛, 화이버 레이저 충격파 조사기, 화이버 레이저 충격파 조사 헤드 이송장치 및 레이저 거리측정유닛과 각각 연결되고, 상기 공기여과유닛, 화이버 레이저 충격파 조사기, 화이버 레이저 충격파 조사 헤드 이송장치의 작동을 제어하는 동시에 상기 레이저 거리측정유닛의 측정신호에 따라 화이버 레이저 충격파 조사 헤드 이송장치의 작동을 제어하는 제어부와; 상기 제어부와 연결되고, 제어부에 작업자의 명령을 입력하는 조작반으로 구성되는 화이버 레이저의 충격파를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치의 제어방법에 있어서,
    상기 제어방법은,
    개방된 챔버형성막을 통해 베이스(20)의 제염구역(DA) 내에 제염 대상체(200)를 배치시키고, 챔버형성막(40)을 하방으로 내려 제염챔버가 형성되면, 공기여과유닛(50)를 가동시켜 제염 비산물 흡기구(80) 및 챔버형성막(40)의 배기구(41)를 통해 제염챔버 내의 공기를 흡기하여 여과시키는 공기여과단계(S100)와;
    상기 공기여과단계(S100)가 실행되면, 제염챔버 내의 베이스(20) 상에 기설정된 사각형의 제염구역(DA)의 일측 코너부인 시작점에서 부터 시작점과 대각선 상에 위치된 타측 코너부의 종료점까지 레이저 거리측정유닛(90)을 지그재그 형태로 이송시켜 레이저 거리측정유닛(90)으로 부터 조사되는 거리측정레이저(DML)로 제염구역(DA)을 스캔하여 제염구역(DA) 내에 배치된 제염 대상처(200)의 형상을 파악하고, 파악된 제염 대상체(200)의 형상의 각 치수를 설정하는 제염 대상체의 형상 스캔 및 치수 설정단계(S200)와;
    상기 제염 대상체의 형상 스캔 및 치수 설정단계(S200)가 완료되면, 제염 대상체의 설정된 형상 및 치수에 의거하여 화이버 레이저 충격파 조사기(60)의 화이버 레이저 충격파 조사 헤드(62)를 설정된 제염 대상체(200)의 시작점에서 종료점까지 지그재그 선상을 따라 이송시키며 화이버 레이저 충격파를 조사하여 제염 대상체(200)의 제염을 실시하고, 종료점에 도달하였을 때 화이버 레이저 충격파의 조사를 중지하고, 화이버 레이저 충격파 조사 헤드(62)를 베이스(20)의 제염구역(DA) 내의 시작점으로 복귀시키는 화이버 레이저 충격파 제염단계(S300)로 구성되는 것을 특징으로 하는 화이저 레이저의 충격파를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치의 제어방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제염 대상체의 형상 스캔 및 치수 설정단계(S200)는,
    레이저 거리측정유닛(90)를 높이가 '0' 인 베이스(20)의 상면을 기준으로 일정 높이(제염 대상체(200)의 가장 높은 높이 보다 높은 위치)로 유지시킨 상태로 지그재그 형태의 이동경로를 따라 수평으로 이동시키고, 이동되는 동안 연속으로 높이를 측정하여 스캔하고, 높이의 변화가 시작되는 위치와 다시 높이가 '0'이 되는 위치의 좌표값으로 제염 대상체(200)의 전체 형상 및 형상의 각 치수를 2차원적으로 설정하는 것을 특징으로 하는 화이버 레이저의 충격파를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치의 제어방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 화이버 레이저 충격파 제염단계(S300)는,
    제염 대상체(200)의 설정된 형상 및 치수에 의거하여 화이버 레이저 충격파 조사기(60)의 화이버 레이저 충격파 조사 헤드(62)를 설정된 제염 대상체(200)의 시작점에서 종료점까지 지그재그 선상을 따라 이송시키며 화이버 레이저 충격파를 조사하여 제염 대상체(200)의 제염을 실시할 때 화이버 레이저 충격파 조사 헤드(62)와 제염 대상체(200)의 표면 사이의 거리값이 기설정된 값으로 유지되도록 화이버 레이저 충격파 조사 헤드(62)가 제염 대상체 표면의 높이에 따라 상하 작동되는 것을 특징으로 하는 화이버 레이저의 충격파를 이용한 금속 표면의 방사능 오염 제거 장치의 제어방법.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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