RU2084978C1 - Method and device for laser decontamination of surfaces - Google Patents

Method and device for laser decontamination of surfaces Download PDF

Info

Publication number
RU2084978C1
RU2084978C1 SU925011049A SU5011049A RU2084978C1 RU 2084978 C1 RU2084978 C1 RU 2084978C1 SU 925011049 A SU925011049 A SU 925011049A SU 5011049 A SU5011049 A SU 5011049A RU 2084978 C1 RU2084978 C1 RU 2084978C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser beam
amplifier
zone
laser
electrode
Prior art date
Application number
SU925011049A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Картри Жан-Пьер
Original Assignee
Фраматом
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Фраматом filed Critical Фраматом
Application granted granted Critical
Publication of RU2084978C1 publication Critical patent/RU2084978C1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/0035—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like
    • B08B7/0042—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like by laser
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/28—Treating solids
    • G21F9/30—Processing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/002—Component parts or details of steam boilers specially adapted for nuclear steam generators, e.g. maintenance, repairing or inspecting equipment not otherwise provided for
    • F22B37/003—Maintenance, repairing or inspecting equipment positioned in or via the headers
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/001—Decontamination of contaminated objects, apparatus, clothes, food; Preventing contamination thereof
    • G21F9/005—Decontamination of the surface of objects by ablation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Cleaning In General (AREA)

Abstract

FIELD: laser decontamination of surfaces in radioactive zones of nuclear units. SUBSTANCE: pulsing or pulse laser beam is shaped beyond radioactive contamination zone in optical laser; this laser beam is conveyed to zone in direct proximity of mentioned surface and in this zone pulse or pulsing laser beam is amplified by special amplifier whereupon this beam is passed to mentioned surface. Method and device may be used for decontamination of inner surfaces of primary circuit of water-cooled and water-moderated nuclear reactors. EFFECT: improved safety and facilitated procedure. 13 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение касается способа работы с лазером в зоне радиоактивного заражения ядерной установки и устройства для его осуществления. The present invention relates to a method of working with a laser in the zone of radioactive contamination of a nuclear installation and a device for its implementation.

Данное изобретение применяется, в частности, для дезактивации с помощью лазерного луча в водной или газообразной среде поверхностей, загрязненных отложениями радиоактивных материалов таких, например, как окислы активированных металлов, с целью в определенной степени снизить уровень радиоактивности этих поверхностей и обеспечить, таким образом, возможность доступа или подхода к ним обслуживающего персонала. The present invention is used, in particular, for decontamination using a laser beam in an aqueous or gaseous environment of surfaces contaminated with deposits of radioactive materials such as, for example, oxides of activated metals, with the aim of reducing to a certain extent the level of radioactivity of these surfaces and thus ensuring access or approach to them by staff.

Предлагаемое изобретение, в частности, имеет отношение к первичному контуру ядерных теплоэлектроцентралей на воде под давлением и особенно это изобретение касается водяной рубашки парогенераторов таких теплоэлектроцентралей и системы трубопроводов первичного контура этих установок. The present invention, in particular, relates to the primary circuit of nuclear heat and power plants on water under pressure, and especially this invention relates to a water jacket of steam generators of such heat and power plants and the piping system of the primary circuit of these plants.

Для таких ядерных установок дезактивация может оказаться необходимой в случае проверки или ремонта соответствующего оборудования, осуществляемых в зоне радиоактивного заражения теплоэлектроцентрали, например, при замене парогенераторов, а также при разрушении или демонтаже этой ядерной установки. For such nuclear installations, decontamination may be necessary if the relevant equipment is inspected or repaired in the radioactive contamination zone of the cogeneration plant, for example, when steam generators are replaced, or when this nuclear installation is destroyed or dismantled.

В настоящее время известно достаточно много способов дезактивации, например:
выброс абразивных частиц для абразивного удаления пленки радиоактивного окисла в среде, соприкасающейся с поверхностью, подвергшейся радиоактивному заражению, или химическое растворение этой пленки специальными растворителями. Этот способ имеет тот недостаток, что при его использовании образуется значительное количество жидких или газообразных пыленасыщенных отходов, которым необходима весьма дорогостоящая обработка.Currently, there are many methods of decontamination, for example:
emission of abrasive particles for abrasive removal of a film of radioactive oxide in a medium in contact with a surface exposed to radioactive contamination, or chemical dissolution of this film with special solvents. This method has the disadvantage that when it is used, a significant amount of liquid or gaseous dust-saturated waste is generated, which requires a very expensive treatment.

дезактивация при помощи обработки поверхностей, подвергшихся радиоактивному загрязнению, лазерным лучом. В соответствии с одним из известных способов дезактивации этого типа, описанном в патенте FR-A-2 525 380, лазерный луч формируется и излучается на входе в водяную рубашку ядерной установки и посылается на внутренние стенки этой рубашки при помощи ориентируемых в пространстве зеркал, закрепленных на трубной плите. Этот способ уже по самой своей концепции и даже при использовании импульсного лазера с высокой плотностью энергии луча не позволяет вполне однородным образом провести обработку всех поверхностей внутренней полости водяной рубашки, имеющих радиоактивное загрязнение. decontamination by treating surfaces exposed to radioactive contamination with a laser beam. In accordance with one of the known methods of decontamination of this type, described in patent FR-A-2 525 380, a laser beam is generated and emitted at the entrance to the water jacket of the nuclear installation and is sent to the inner walls of this shirt using space-oriented mirrors mounted on pipe plate. This method, by its very conception and even when using a pulsed laser with a high beam energy density, does not allow a completely uniform way to process all the surfaces of the inner cavity of a water jacket having radioactive contamination.

Предлагаемое изобретение имеет задачей обеспечить возможность достаточно эффективной работы по дезактивации при помощи лазера в зонах радиоактивного загрязнения. The present invention has the task of ensuring the possibility of sufficiently effective decontamination with a laser in areas of radioactive contamination.

Для решения поставленной задачи в данном изобретении предлагается способ, в соответствии с которым импульсный или пульсирующий лазерный луч формируется и излучается за пределами зоны радиоактивного загрязнения, подлежащей дезактивации. Далее этот лазерный луч соответствующим образом транспортируется в зону, располагающуюся в непосредственной близости от поверхности, дезактивацию которой предполагается проводить упомянутым выше способом. В специальном усилителе, располагающемся в упомянутой выше зоне, лазерный луч усиливается и уже этот усиленный луч направляется на обрабатываемую поверхность с радиоактивным загрязнением. В случае необходимости усиленный лазерный луч может направляться на нужный участок обрабатываемой поверхности посредством зеркала. To solve this problem, the present invention proposes a method in which a pulsed or pulsed laser beam is formed and emitted outside the zone of radioactive contamination to be decontaminated. Further, this laser beam is appropriately transported to an area located in close proximity to the surface, the decontamination of which is supposed to be carried out by the above-mentioned method. In a special amplifier located in the aforementioned zone, the laser beam is amplified and this amplified beam is already directed onto the treated surface with radioactive contamination. If necessary, the amplified laser beam can be directed to the desired area of the treated surface by means of a mirror.

В соответствии с другими своими характеристиками предлагаемый способ работы с лазером в зоне радиоактивного загрязнения отличается тем, что:
транспортировка лазерного луча от его источника в зону радиоактивного загрязнения к устройству усиления луча осуществляется с помощью оптического волокна световода,
в рабочую зону лазерной дезактивационной установки в период работы лазера направляется специальный защитный или в соответствующем смысле активный газ,
пространство рабочей зоны установки ограничивается и в период работы лазера осуществляется откачка газа, содержащегося в этом ограниченном пространстве,
лазерный луч после излучения, транспортировки к рабочей зоне и усиления пропускается через отверстие в электроде, параллельно расположенном по отношению к обрабатываемой поверхности, причем этим электродом и упомянутой выше поверхностью в период работы лазера создается электрическое поле,
для дезактивации поверхности, загрязненный радиоактивными материалами, используется лазерный луч, который после усиления обладает энергией в импульсе от 0,3 до 5 джоулей или более, причем продолжительность импульса лазерного излучения составляет от 10 до 30 нс, а плотность энергии на обрабатываемой поверхности колеблется в пределах от 1 до 15 Дж/ см 2.In accordance with its other characteristics, the proposed method of working with a laser in a radioactive contamination zone is characterized in that:
transportation of the laser beam from its source to the radioactive contamination zone to the beam amplification device is carried out using an optical fiber of the fiber,
during the laser operation period, a special protective or, in the corresponding sense, active gas is directed into the working area of the laser decontamination installation,
the space of the working zone of the installation is limited and during the operation of the laser, the gas contained in this limited space is pumped out,
the laser beam after radiation, transportation to the working area and amplification is passed through a hole in the electrode parallel to the surface to be treated, with this electrode and the surface mentioned above, an electric field is created during the period of the laser’s operation,
for decontamination of the surface, contaminated with radioactive materials, a laser beam is used, which after amplification has an energy in the pulse of 0.3 to 5 joules or more, the duration of the laser pulse being from 10 to 30 ns, and the energy density on the treated surface ranges from from 1 to 15 J / cm 2 .

Задача данного изобретения состоит также в том, чтобы предложить специальное устройство, предназначенное для практической реализации способа работы с лазером в зоне радиоактивного загрязнения в соответствии с данным изобретением. Предлагаемое устройство отличается тем, что содержит:
импульсный квантовый генератор или пульсирующий лазер, расположенный за пределами обрабатываемой зоны радиоактивного загрязнения,
усилитель лазерного луча,
средства для транспортировки пульсирующего лазерного луча от импульсного квантового генератора или импульсного лазера до входа упомянутого выше усилителя лазерного луча,
средство для перемещения усилителя лазерного луча параллельно упомянутой выше обрабатываемой поверхности с радиоактивным загрязнением и в непосредственной близости от этой поверхности.The objective of the invention is to offer a special device designed for the practical implementation of the method of working with a laser in the zone of radioactive contamination in accordance with this invention. The proposed device is characterized in that it contains:
a pulsed quantum generator or pulsed laser located outside the treated area of radioactive contamination,
laser beam amplifier,
means for transporting a pulsed laser beam from a pulsed quantum generator or pulsed laser to the input of the aforementioned laser beam amplifier,
means for moving the laser beam amplifier parallel to the above-treated surface with radioactive contamination and in the immediate vicinity of this surface.

В соответствии с другими своими особенностями предлагаемое устройство отличается тем, что:
в качестве источника лазерного луча используется квантовый генератор типа IIo-VAG, сапфировый или рубиновый лазер или лазерный эксимер, причем в случае необходимости этот источник лазерного луча оснащается гауссовым зеркалом,
упомянутое выше средство транспортировки лазерного луча от его источника до усилителя лазерного луча могут представлять собой оптическое волокно,
в составе предлагаемого устройства длина упомянутого выше волоконно-оптического средства транспортировки лазерного луча от его источника до усилителя составляет, по меньшей мере, 15 метров,
в комплекс используемого оборудования входит отражающее зеркало, установленное на выходе из усилителя лазерного луча и в случае необходимости имеющее возможность перемещаться относительно выхода этого усилителя.In accordance with its other features, the proposed device is characterized in that:
as a laser beam source, a IIo-VAG type quantum generator, a sapphire or ruby laser or a laser excimer is used, and if necessary, this laser beam source is equipped with a Gaussian mirror,
the aforementioned means of transporting the laser beam from its source to the laser beam amplifier may be an optical fiber,
as part of the proposed device, the length of the above-mentioned fiber-optic means of transporting a laser beam from its source to the amplifier is at least 15 meters,
the complex of equipment used includes a reflecting mirror mounted at the output of the laser beam amplifier and, if necessary, having the ability to move relative to the output of this amplifier.

Ниже будет дано описание примеров практической реализации и применения предлагаемого изобретения со ссылками на приведенные чертежи, на которых: фиг. 1 схематично представлено устройство для дезактивации поверхности с радиоактивным загрязнением при помощи лазера в соответствии с предлагаемым изобретением; фиг. 2 в увеличенном масштабе один из элементов этого устройства, фиг. 3 другой возможный вариант реализации элемента предлагаемого устройства, аналогично элементу, показанному на фиг. 2; фиг. 4 - вид части другого варианта практической реализации предлагаемого устройства для дезактивации с помощью лазера. Below, a description will be given of examples of practical implementation and application of the invention with reference to the drawings, in which: FIG. 1 schematically shows a device for decontamination of a surface with radioactive contamination using a laser in accordance with the invention; FIG. 2 on an enlarged scale one of the elements of this device, FIG. 3, another possible embodiment of an element of the device according to the invention, similar to the element shown in FIG. 2; FIG. 4 is a view of a part of another embodiment of a practical implementation of the proposed device for laser decontamination.

На фиг. 1 в осевом сечении представлен один из двух отсеков 1 водяной рубашки 2 парогенератора ядерного реактора теплоэлектроцентрали с использованием воды под давлением. Этот отсек 1 водяной рубашки ограничен сверху трубной плитой 3. Одна из боковых стенок этого отсека образована вертикальной перегородкой 4, делящей полость упомянутой выше водяной рубашки пополам. С другой стороны и снизу этот отсек ограничен полусферической стенкой 5 водяной рубашки, в которой устроен смотровой люк-лаз 6. In FIG. 1 shows in axial section one of two compartments 1 of a water jacket 2 of a steam generator of a nuclear reactor of a combined heat and power plant using water under pressure. This compartment 1 of the water jacket is bounded above by the tube plate 3. One of the side walls of this compartment is formed by a vertical partition 4 dividing the cavity of the above water jacket in half. On the other hand, and from below, this compartment is bounded by the hemispherical wall 5 of the water jacket, in which the inspection manhole 6 is arranged.

На фиг. 1 представлено также специальное оборудование 7, приспособленное для того, чтобы обеспечивать дезактивацию лазерным лучом тех поверхностей, которые внутри ограничивают объем отсека 1. In FIG. 1 also presents special equipment 7, adapted to ensure that the laser beam deactivates those surfaces that inside limit the volume of compartment 1.

Комплекс этого оборудования включает внешнюю аппаратуру 8, располагающуюся снаружи по отношению к водяной рубашке парогенератора ядерного реактора, внутри специального помещения, соответствующим образом защищенного от воздействия радиации, и внутреннюю аппаратуру 9, располагающуюся внутри отсека 1 упомянутой выше водяной рубашки и вводимую во внутреннюю полость этой рубашки через упомянутый выше смотровой люк-лаз. The complex of this equipment includes external equipment 8 located outside the water jacket of the nuclear reactor steam generator, inside a special room adequately protected from radiation, and internal equipment 9 located inside the compartment 1 of the aforementioned water jacket and introduced into the internal cavity of this shirt through the aforementioned manhole.

В состав аппаратуры 8 входит пульт управления 10, генераторная установка, обеспечивающая питание оборудования электрической энергией и необходимыми газами или жидкостями 11, генератор импульсного лазерного луча 12, состоящий из квантового генератора (лазера) и включенного последовательно с ним, в случае необходимости предварительного усиления лазерного луча, и откачивающего насоса 13, на выходе которого предусматривается установка специального фильтра 14. The equipment 8 includes a control panel 10, a generator set that provides power to the equipment with electric energy and the necessary gases or liquids 11, a pulsed laser beam generator 12, consisting of a quantum generator (laser) and connected in series with it, if necessary, preliminary amplification of the laser beam , and a pump out pump 13, the output of which provides for the installation of a special filter 14.

В состав внутренней аппаратуры 9 входит усилитель лазерного луча 15 и ограничительная камера 16, размещенная на держателе 17. Вход усилителя 15 связан с выходом квантового генератора 12 при помощи волоконно-оптического кабеля 18 многофункционального типа, имеющего длину, по меньшей мере, 15 м. Ограничительная камера 16 соединена, с одной стороны, при помощи трубопровода 19 с источником защитного (нейтрального или раскисляющего) или активного газа, поступающего из генератора 11, и с другой стороны, через трубопровод 20 с фильтром 14 и отсасывающим насосом 13. Держатель 17 выполнен на оконечной части манипулятора специального робота, схематически представленного в виде рычага 21 и дистанционно управляемого выше пульта управления 10. Применение робота дает возможность без риска для жизни обслуживающего персонала располагать аппаратуру 9 против любого участка поверхностей 3, 4 или 5 с радиоактивным загрязнением и в непосредственной близости от них. The internal equipment 9 includes a laser beam amplifier 15 and a restriction chamber 16 located on the holder 17. The input of the amplifier 15 is connected to the output of the quantum generator 12 by means of a fiber-optic cable 18 of a multifunctional type having a length of at least 15 m. the chamber 16 is connected, on the one hand, via a pipe 19 with a source of protective (neutral or deoxidizing) or active gas coming from the generator 11, and on the other hand, through a pipe 20 with a filter 14 and a suction pump ohm 13. The holder 17 is made on the end of the manipulator of a special robot, schematically represented in the form of a lever 21 and remotely controlled above the control panel 10. The use of the robot makes it possible without risk to the life of maintenance personnel to place equipment 9 against any part of the surfaces 3, 4 or 5 s radioactive contamination and in their immediate vicinity.

Внутренняя аппаратура 9 более детально представлена на фиг. 2. Как видно на этом рисунке, усилитель лазерного луча 15 размещен в корпусе 22, закрепленном на держателе 17 и оборудованном специальными каналами 23 для подвода электропитания, 24 для подвода охлаждающей воды и 25 для удаления этой охлаждающей воды после отбора тепла от работающего усилителя. Каналы 23 и 25 соединены магистралью 26 (фиг. 1) с генераторной установкой 11. Корпус 12 на своем входном торце имеет отверстие, в котором закреплен конец волокно-оптического кабеля. Входное оптическое устройство 27 позволяет подать на вход усилителя 15 пучок параллельных лучей диаметром, равным диаметру стержня или активного элемента этого усилителя. Этот параллельный лазерный луч выходит усиленным на другом конце усилителя 15, и его диаметр уменьшается выходной оптической системой 28. Затем этот усиленный узкий пульсирующий лазерный луч, параллельный оси усилителя, выводится из корпуса 22 через выходное отверстие 29. Internal equipment 9 is presented in more detail in FIG. 2. As can be seen in this figure, the laser beam amplifier 15 is placed in a housing 22 mounted on a holder 17 and equipped with special channels 23 for supplying power, 24 for supplying cooling water and 25 for removing this cooling water after taking heat from the working amplifier. The channels 23 and 25 are connected by a highway 26 (Fig. 1) to the generator set 11. The housing 12 at its input end has a hole in which the end of the fiber optic cable is fixed. The input optical device 27 allows you to apply to the input of the amplifier 15 a beam of parallel rays with a diameter equal to the diameter of the rod or the active element of this amplifier. This parallel laser beam emerges amplified at the other end of the amplifier 15, and its diameter is reduced by the output optical system 28. Then this amplified narrow pulsed laser beam parallel to the axis of the amplifier is output from the housing 22 through the outlet 29.

На конце держателя 17, расположенном ближе к обрабатываемой поверхности, расположена рамка 30, в которой смонтированы несколько свободно скользящих в ней стержней 31, параллельных продольной оси X-X усилителя лазерного луча 15 и подпружиненных цилиндрическими пружинами 32 в направлении, противоположном направлению расположения этого усилителя. At the end of the holder 17, located closer to the surface to be machined, there is a frame 30 in which several rods 31 freely sliding in it are mounted parallel to the longitudinal axis X-X of the laser beam amplifier 15 and spring-loaded with coil springs 32 in the opposite direction to that of the amplifier.

Камера 16, которая выполнена в форме чашки, имеет дно 33, перпендикулярное продольной оси X-X усилителя лазерного луча и прикрепленное к концам подпружиненных стержней 31. Боковая стенка камеры 16 одной своей стороной соединяется с дном камеры, а ее свободная сторона оборудована роликами 35. Дно 33 камеры 16 имеет отверстие 36, расположенное по оси X-X. Диаметр этого отверстия немного превышает диаметр выходящего из оптической системы усилителя параллельного лазерного луча 37. The chamber 16, which is made in the shape of a cup, has a bottom 33, perpendicular to the longitudinal axis XX of the laser beam amplifier and attached to the ends of the spring-loaded rods 31. The side wall of the chamber 16 is connected to the bottom of the chamber with its one side, and its free side is equipped with rollers 35. The bottom 33 chamber 16 has an opening 36 located along the axis XX. The diameter of this hole is slightly larger than the diameter of the parallel laser beam amplifier 37 emerging from the optical system.

В качестве лазера 12 используется квантовый генератор оптического диапазона, позволяющий транспортировать лазерный луч при помощи волоконно-оптического кабеля. Здесь могут использоваться, в частности, квантовые генераторы типа d-VAG (длина волны излучения 1,06 мкм), рубиновый или сапфировый квантовый генератор (длина волны излучения в среднем 0,78 мкм) или лазерный аксимер (длины волны излучения 0,3 мкм). Квантовый генератор выбранного типа излучает импульсы электромагнитных колебаний продолжительностью от 10 до 30 нс. Этот квантовый генератор 12 и усилитель лазерного луча 15 регулируется таким образом, чтобы получать на выходе усиленный лазерный луч 37, энергия которого в импульсе составляет от 0,3 до 5 джоулей и даже более, а плотность энергии достигает от 1,0 до 15 Дж/см2.As a laser 12, a quantum oscillator of the optical range is used, which makes it possible to transport a laser beam using a fiber optic cable. Here, in particular, d-VAG type quantum generators (radiation wavelength 1.06 μm), a ruby or sapphire quantum generator (average radiation wavelength 0.78 μm), or laser excimer (radiation wavelength 0.3 μm) can be used here ) A quantum generator of the selected type emits pulses of electromagnetic waves lasting from 10 to 30 ns. This quantum generator 12 and the laser beam amplifier 15 is controlled in such a way as to obtain an output of the amplified laser beam 37, the energy of which in the pulse is from 0.3 to 5 joules and even more, and the energy density reaches from 1.0 to 15 J / cm 2 .

В процессе функционирования предлагаемого дезактивационного устройства ролики 35 прижимаются к обрабатываемой поверхности с радиоактивным загрязнением под действием силы, определяемой параметрами пружин 32. В представленном на фиг. 2 примере этой поверхностью является перегородка 4 водяной рубашки парогенератора. In the process of functioning of the proposed decontamination device, the rollers 35 are pressed against the treated surface with radioactive contamination under the action of a force determined by the parameters of the springs 32. In FIG. 2 example of this surface is the partition 4 of the water jacket of the steam generator.

Защитный или специальный активный газ постоянно вентилирует внутреннюю полость камеры 16 и пульсирующий или импульсный лазерный луч, сформированный в квантовом генераторе 12, переданный в радиоактивную зону по волоконно-оптическому кабелю 18 и усиленный в устройстве 15, непосредственно направляется в форме параллельного пучка 37 на обрабатываемую загрязненную поверхность перпендикулярно к ней. В результате перемещения держателя 17 при помощи робота 21 могут быть обработаны все поверхности внутренней полости водяной рубашки парогенератора, имеющие радиоактивное загрязнение и требующие дезактивации. A protective or special active gas constantly ventilates the internal cavity of the chamber 16 and a pulsating or pulsed laser beam formed in a quantum generator 12, transmitted to the radioactive zone via a fiber-optic cable 18 and amplified in the device 15, is directly sent in the form of a parallel beam 37 to the processed contaminated the surface is perpendicular to it. As a result of the movement of the holder 17 with the help of the robot 21, all surfaces of the inner cavity of the water jacket of the steam generator having radioactive contamination and requiring decontamination can be treated.

Названная выше величина используемой в данном случае плотности энергии выбирается таким образом, чтобы обеспечить соответствующее тепловое проникновение на всю толщину или на часть толщины, по меньшей мере, подлежащего удалению слоя радиоактивных оксидов. При этом каждый лазерный импульс создает ударную волну в этом слое. Использование в процессе дезактивации с помощью лазерного луча нейтрального или раскисляющего (восстанавливающего) газа продувки уменьшает степень окисления очищаемой поверхности, тогда как использование активного газа, например, кислорода, позволяет увеличить толщину слоя оксидов, затрагиваемую воздействием направленных на этот слой лазерных импульсов. Таким образом, выбор конкретного газа, используемого для продувки рабочей зоны устройства дезактивации с использованием лазерного луча, должен осуществляться в зависимости от конкретных условий в каждом случае применения предлагаемой установки. The above-mentioned value of the energy density used in this case is selected in such a way as to ensure adequate thermal penetration of the entire thickness or part of the thickness of at least the layer of radioactive oxides to be removed. Moreover, each laser pulse creates a shock wave in this layer. The use of a neutral or deoxidizing (reducing) gas during the laser beam decontamination reduces the oxidation state of the surface being cleaned, while the use of an active gas, for example, oxygen, makes it possible to increase the thickness of the oxide layer affected by the action of laser pulses directed to this layer. Thus, the choice of the specific gas used to purge the working area of the decontamination device using a laser beam should be carried out depending on the specific conditions in each case of the application of the proposed installation.

Использование многофункционального волоконно-оптического кабеля для транспортировки не усиленного специально лазерного луча обеспечивает существенное преимущество, связанное с распределением энергии в луче на выходе их упомянутого выше кабеля, а значит и на уровне рабочего пятна этого луча на обрабатываемой поверхности. Действительно, в этом случае распределение энергии оказывается практически постоянным на всей площади рабочего пятна этого лазерного луча. Это распределение графически представляется в форме почти прямоугольного зубца, тогда как график распределения энергии в лазерном луче в случае его передачи на значительное расстояние по воздуху имеет выраженный центральный пик или максимум. Необходимо, однако, чтобы используемое в данном случае для транспортировки лазерного луча оптическое волокно имело достаточно большую длину с тем, чтобы гомогенизация энергии была корректной. Эта длина должна составлять, по меньшей мере, 15 метров. При использовании по тем или иным причинам оптического волокна меньшей длины можно в некоторых случаях применить в квантовом генераторе 12 так называемое гауссово зеркало, известное само по себе и обеспечивающее достаточно равномерное распределение энергии в лазерном луче. The use of a multifunctional fiber-optic cable for transporting a specially non-amplified laser beam provides a significant advantage associated with the distribution of energy in the beam at the output of the cable mentioned above, and therefore at the level of the working spot of this beam on the treated surface. Indeed, in this case, the energy distribution is almost constant over the entire area of the working spot of this laser beam. This distribution is graphically represented in the form of an almost rectangular tooth, while the graph of the energy distribution in the laser beam in the case of its transmission over a considerable distance through the air has a pronounced central peak or maximum. However, it is necessary that the optical fiber used in this case for transporting the laser beam be sufficiently long so that the energy homogenization is correct. This length should be at least 15 meters. When, for one reason or another, using a shorter optical fiber, it is possible in some cases to use the so-called Gaussian mirror in quantum generator 12, known per se and providing a fairly uniform distribution of energy in the laser beam.

Совершенно очевидно, что, чем более равномерное распределение энергии в луче удается обеспечить, тем более эффективно может работать такая дезактивационная установка, причем при меньшей мощности используемого квантового генератора, что является несомненным преимуществом. It is obvious that the more uniform the distribution of energy in the beam can be achieved, the more efficiently such a decontamination installation can work, and with a lower power of the used quantum generator, which is an undoubted advantage.

Использование усилителя квантового луча 15, расположенного в непосредственной близости дезактивируемой поверхности, обеспечивает также многочисленные преимущества предлагаемого способа и оборудования для его практической реализации:
квантовый генератор или лазер 12 располагается за пределами зоны радиоактивного загрязнения,
лазерный луч от генератора 12 может быть транспортирован с помощью оптического волокна в зону, находящуюся в непосредственной близости от обрабатываемой поверхности, с использованием уже упомянутых выше преимуществ именно такой передачи лазерного луча. Использование этих преимуществ может оказаться под вопросом в том случае, если вся необходимая для эффективной обработки загрязненной поверхности энергия будет излучаться непосредственно квантовым генератором 12, из-за того, что возможности передачи мощности лазерного луча волоконно-оптическими средствами ограничены,
весьма существенным преимуществом данного способа лазерной дезактивации и устройства для его практической реализации является то обстоятельство, что расстояние между обрабатываемой поверхностью и выходным отверстием 29 лазерного луча из усилителя не является критической величиной и поддерживать это расстояние строго постоянным нет необходимости, поскольку лазерный луч 37 является существенно параллельным лучом и падает он на обрабатываемую поверхность перпендикулярно к ней.The use of a quantum beam amplifier 15, located in the immediate vicinity of the surface to be decontaminated, also provides numerous advantages of the proposed method and equipment for its practical implementation:
a quantum generator or laser 12 is located outside the zone of radioactive contamination,
the laser beam from the generator 12 can be transported using optical fiber to an area located in the immediate vicinity of the surface being processed, using the advantages of such a laser beam mentioned above. The use of these advantages may be called into question if all the energy necessary for the effective treatment of the contaminated surface is radiated directly by the quantum generator 12, due to the fact that the possibilities of transmitting the power of the laser beam by fiber-optic means are limited,
a very significant advantage of this method of laser decontamination and a device for its practical implementation is the fact that the distance between the surface to be treated and the exit hole 29 of the laser beam from the amplifier is not a critical quantity and it is not necessary to maintain this distance strictly constant, since the laser beam 37 is substantially parallel beam and it falls on the work surface perpendicular to it.

Другой вариант практической реализации внутренней аппаратуры лазерной дезактивационной установки 9A представлен на фиг. 3. Этот вариант отличается от внутренней аппаратуры 9, показанной на фиг. 2, тем, что держатель 17 устроен таким образом, что ось X-X усилителя лазерного луча располагается параллельно к обрабатываемой поверхности. Соответственно, подпружиненные стержни 31 располагаются перпендикулярно к этой оси. Кроме того, на том же держателе 17 закреплено зеркало 38, отражающая поверхность которого наклонена под углом 45o и обеспечивает поворот лазерного луча, выходящего из усилителя, к расположенному напротив этого зеркала отверстию 36 рабочей камеры 16. Показанный на фиг. 3 вариант практической реализации лазерной установки в соответствии с предлагаемым изобретением функционирует так же, как было описано выше. Это вариант конструктивного построения установки применяется, в частности, при работе с лазером в пространствах ограниченных габаритов, например, для осуществления дезактивации стенок первичных трубопроводов.Another embodiment of the practical implementation of the internal equipment of the laser decontamination unit 9A is shown in FIG. 3. This option is different from the internal equipment 9 shown in FIG. 2, in that the holder 17 is arranged so that the axis XX of the laser beam amplifier is parallel to the work surface. Accordingly, the spring-loaded rods 31 are perpendicular to this axis. In addition, a mirror 38 is fixed on the same holder 17, the reflective surface of which is inclined at an angle of 45 ° and allows the laser beam to exit from the amplifier to the opening 36 of the working chamber 16 opposite to this mirror. Shown in FIG. 3 embodiment of a practical implementation of the laser installation in accordance with the invention operates in the same way as described above. This embodiment of the constructive construction of the installation is used, in particular, when working with a laser in spaces of limited dimensions, for example, for the implementation of decontamination of the walls of primary pipelines.

Вариант конструктивного построения дезактивационной лазерной установки, показанный на фиг. 3, может быть модифицирован следующим образом: конструктивный узел, содержащей рабочую камеру 16, подпружиненные стержни 31 и зеркало 38, может быть связан с держателем 17 посредством другого, промежуточного, держателя, закрепленного подвижным образом на упомянутом выше держателе 17 и способного совершать поступательное и /или вращательное движение относительно оси X-X усилителя лазерного луча. Таким образом, для каждого положения усилителя, определяемого положением держателя 17, можно обеспечить эффективную обработку достаточно протяженной зоны поверхности при любой ее форме. The embodiment of the decontamination laser unit shown in FIG. 3 can be modified as follows: a structural unit containing a working chamber 16, spring-loaded rods 31 and a mirror 38 can be connected to the holder 17 by means of another, intermediate, holder fixed movably on the holder 17 mentioned above and capable of translational and / or rotational motion about axis XX of the laser beam amplifier. Thus, for each position of the amplifier, determined by the position of the holder 17, it is possible to provide effective processing of a sufficiently extended surface area in any form.

В отличие от описанных выше средств продувки рабочей зоны дезактивационной лазерной установки в соответствии с предлагаемым изобретением нейтральным или активным газом для отсоса продуктов обработки загрязненной поверхности на фиг. 4 показаны другие средства захвата частиц радиоактивных оксидов, оторванных от обрабатываемой поверхности воздействием лазерного луча. В этом случае речь идет об электроде 39, удерживаемом параллельно обрабатываемой поверхности с помощью специальных распорок, не показанных на приведенном рисунке. В этом электроде выполнено отверстие 40, сквозь которое проходит лазерный луч 37. На этом электроде от источника электропитания 41 создается высокий электрический потенциал относительно обрабатываемой поверхности. При этом частицы радиоактивных оксидов, оторванные от обрабатываемой поверхности воздействием лазерного луча и ионизированные им, притягиваются к упомянутому выше электроду 39. In contrast to the means described above for purging the working area of a decontamination laser system according to the invention with neutral or active gas for suctioning the products of processing the contaminated surface in FIG. 4 shows other means of trapping particles of radioactive oxides torn from the treated surface by the action of a laser beam. In this case, we are talking about the electrode 39, held parallel to the surface being processed using special spacers, not shown in the figure. A hole 40 is made in this electrode, through which a laser beam 37 passes. At this electrode, a high electric potential is created relative to the surface being processed from the power supply 41. In this case, particles of radioactive oxides, torn from the treated surface by the action of a laser beam and ionized by it, are attracted to the aforementioned electrode 39.

Claims (13)

1. Способ дезактивации поверхности, расположенной в зоне радиоактивного загрязнения ядерной установки, включающий обработку поверхности импульсным лазерным лучом, отличающийся тем, что импульсный лазерный луч формируют за пределами зоны радиоактивного загрязнения, транспортируют указанный луч с помощью оптического волокна в рабочую зону, находящуюся в непосредственной близости от дезактивируемой поверхности, и в этой зоне указанный луч усиливают посредством усилителя и направляют усиленный лазерный луч на дезактивируемую поверхность, причем лазерный луч после усиления имеет в импульсном режиме энергию 0,3 5,0 Дж или более, длительность 10 30 нс, а плотность энергии 1 15 Дж/см2.1. The method of decontamination of the surface located in the zone of radioactive contamination of a nuclear installation, including surface treatment with a pulsed laser beam, characterized in that the pulsed laser beam is formed outside the zone of radioactive contamination, the specified beam is transported by optical fiber to the working area in close proximity from the deactivated surface, and in this zone, the specified beam is amplified by an amplifier and the amplified laser beam is directed to the deactivated surface Th, wherein the laser beam after amplification in a pulsed mode has energy of 0.3 J 5.0 or more, a duration of 10 30 ns and the energy density January 15 J / cm 2. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что усиленный лазерный луч направляют на дезактивируемую поверхность посредством отражающего зеркала. 2. The method according to claim 1, characterized in that the amplified laser beam is directed to a decontaminated surface by means of a reflective mirror. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в рабочую зону в период работы лазера подают защитный или активный газ. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a protective or active gas is supplied to the working area during the period of laser operation. 4. Способ по одному из пп.1 3, отличающийся тем, что ограничивают рабочую зону и в период работы лазера откачивают газ, содержащийся в ограниченной зоне. 4. The method according to one of claims 1 to 3, characterized in that they limit the working area and during the period of laser operation pump out the gas contained in the restricted area. 5. Способ по одному из пп.1 4, отличающийся тем, что параллельно указанной поверхности размещают электрод с отверстием, пропускают через отверстие электрода усиленный лазерный луч и между указанным электродом и указанной поверхностью создают электрическое поле. 5. The method according to one of claims 1 to 4, characterized in that an electrode with an opening is placed parallel to the indicated surface, an amplified laser beam is passed through the electrode opening, and an electric field is created between the indicated electrode and the specified surface. 6. Устройство для дезактивации лазером поверхности, находящейся в зоне радиоактивного загрязнения ядерной установки, включающее генератор импульсного лазерного луча, оптически связанный с поверхностью, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит усилитель лазерного луча и оптическое волокно для транспортировки импульсного лазерного луча до входа указанного усилителя, при этом в качестве генератора использован оптический квантовый генератор типа Nd YAG или сапфировый квантовый генератор или лазерный эксимер, причем генератор расположен за пределами зоны радиоактивного загрязнения и связан с усилителем посредством оптического волокна, которое имеет длину по меньшей мере 15 м, а усилитель снабжен средством для перемещения усилителя параллельно указанной поверхности в непосредственной близости от нее. 6. Device for laser decontamination of a surface located in the zone of radioactive contamination of a nuclear installation, including a pulsed laser beam generator optically coupled to a surface, characterized in that the device further comprises a laser beam amplifier and an optical fiber for transporting the pulsed laser beam to the input of the specified amplifier, in this case, an optical quantum generator of the Nd YAG type or a sapphire quantum generator or a laser excimer was used as a generator, moreover Op located outside the contaminated zone and is connected to the amplifier by the optical fiber, which has a length of at least 15 m, and the amplifier is provided with means for moving the amplifier parallel to said surface in close proximity thereto. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что генератор импульсного лазерного луча снабжен гауссовым отражательным зеркалом. 7. The device according to claim 6, characterized in that the pulsed laser beam generator is equipped with a Gaussian reflective mirror. 8. Устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит отражательное зеркало, установленное на выходе усилителя. 8. The device according to claim 6 or 7, characterized in that the device further comprises a reflective mirror mounted at the output of the amplifier. 9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что отражательное зеркало выполнено подвижным относительно усилителя. 9. The device according to claim 8, characterized in that the reflective mirror is movable relative to the amplifier. 10. Устройство по п. 6 или 7, отличающееся тем, что оно дополнительно включает ограничительную камеру, выполненную с возможностью перемещения совместно с указанным усилителем и оборудованную средствами откачки. 10. The device according to p. 6 or 7, characterized in that it further includes a restriction chamber made with the possibility of movement together with the specified amplifier and equipped with pumping facilities. 11. Устройство по п.9, отличающееся тем, что оно дополнительно включает ограничительную камеру, выполненную с возможностью перемещения совместно с зеркалом и оборудованную средствами откачки. 11. The device according to claim 9, characterized in that it further includes a restrictive chamber made with the possibility of movement together with the mirror and equipped with pumping facilities. 12. Устройство по п.10 или 11, отличающееся тем, что ограничительная камера снабжена средствами подачи в нее защитного или активного газа. 12. The device according to claim 10 or 11, characterized in that the restriction chamber is equipped with means for supplying a protective or active gas to it. 13. Устройство по пп.6-12, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит электрод, имеющий отверстие и средства для создания электрического поля между электродом и указанной поверхностью, при этом электрод установлен параллельно указанной поверхности и выполнен подвижным совместно с усилителем. 13. The device according to claims 6-12, characterized in that it further comprises an electrode having an opening and means for creating an electric field between the electrode and said surface, wherein the electrode is mounted parallel to said surface and made movable together with the amplifier.
SU925011049A 1991-04-05 1992-03-24 Method and device for laser decontamination of surfaces RU2084978C1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9104189 1991-04-05
FR919104189A FR2674983B1 (en) 1991-04-05 1991-04-05 LASER WORKING PROCESS AND EQUIPMENT IN A CONTAMINATED AREA OF A NUCLEAR FACILITY.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2084978C1 true RU2084978C1 (en) 1997-07-20

Family

ID=9411538

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU925011049A RU2084978C1 (en) 1991-04-05 1992-03-24 Method and device for laser decontamination of surfaces

Country Status (9)

Country Link
EP (1) EP0507641B1 (en)
KR (1) KR920020528A (en)
CA (1) CA2062623A1 (en)
DE (1) DE69204879T2 (en)
ES (1) ES2078681T3 (en)
FR (1) FR2674983B1 (en)
RU (1) RU2084978C1 (en)
TW (1) TW201356B (en)
ZA (1) ZA922453B (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003032324A1 (en) * 2001-10-08 2003-04-17 Lev Nikolaevich Maximov Method for recycling spent nuclear fuel (snf) and device for carrying out said method
RU2468457C1 (en) * 2011-08-03 2012-11-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" Method for removing radioactive film from object surface

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69612411T2 (en) * 1995-01-31 2001-12-06 Toshiba Kawasaki Kk Underwater treatment process and system
GB2391691B (en) * 2002-08-07 2006-02-08 Remote Marine Systems Ltd Method and apparatus for removing material from a target object
FR2879101B1 (en) * 2004-12-14 2007-03-02 Cogema LASER DECONTAMINATION OF THE SURFACE OF A PROFILE PIECE.
FR2894711B1 (en) 2005-12-09 2009-04-10 Cogema DEVICE AND METHOD FOR AUTOMATED DECONTAMINATION OF A NUCLEAR FUEL PEN
CN104438227B (en) * 2013-09-16 2018-12-18 上海海固电器设备有限公司 A kind of aircraft illiteracy paint laser cleaning equipment
CN104438230A (en) * 2014-11-17 2015-03-25 成都莱普科技有限公司 Industrial product laser cleaning system and control method thereof
FR3100002B1 (en) 2019-08-21 2021-11-19 Onet Tech Cn Process for decontaminating by pulsed laser a metal part comprising on its surface a layer of metal oxides
CN112605068A (en) * 2020-12-15 2021-04-06 湖南大学 Irradiation-resistant variable-focus laser cleaning device and using method
CN113198802B (en) * 2021-05-17 2022-07-12 圣同激光设备(上海)有限公司 Large-breadth laser cleaning machine

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
LU71852A1 (en) * 1975-02-14 1977-01-05
GB2118028B (en) * 1982-04-05 1985-12-18 Maxwell Lab Inc Decontaminating surfaces
CA1198482A (en) * 1982-04-14 1985-12-24 Thaddeus A. Wojcik Laser decontamination method
JPS61242273A (en) * 1985-04-18 1986-10-28 株式会社フジタ Method and apparatus for cutting reinforced concrete structure
JPS63241399A (en) * 1987-03-30 1988-10-06 株式会社東芝 Laser decontaminator

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Патент Франции N 2525380, кл. G 21 F 9/30, 1983. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003032324A1 (en) * 2001-10-08 2003-04-17 Lev Nikolaevich Maximov Method for recycling spent nuclear fuel (snf) and device for carrying out said method
RU2468457C1 (en) * 2011-08-03 2012-11-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" Method for removing radioactive film from object surface

Also Published As

Publication number Publication date
ES2078681T3 (en) 1995-12-16
FR2674983B1 (en) 1994-08-05
CA2062623A1 (en) 1992-10-06
KR920020528A (en) 1992-11-21
EP0507641A1 (en) 1992-10-07
ZA922453B (en) 1993-10-04
TW201356B (en) 1993-03-01
EP0507641B1 (en) 1995-09-20
DE69204879T2 (en) 1996-04-04
FR2674983A1 (en) 1992-10-09
DE69204879D1 (en) 1995-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5780806A (en) Laser ablation system, and method of decontaminating surfaces
EP0091646B1 (en) Laser decontamination method
RU2084978C1 (en) Method and device for laser decontamination of surfaces
US5986234A (en) High removal rate laser-based coating removal system
US4920994A (en) Laser removal of sludge from steam generators
US5151134A (en) Method and a device for cleaning a surface with a laser
US6288362B1 (en) Method and apparatus for treating surfaces and ablating surface material
RU2084976C1 (en) Method and device for laser treatment of surfaces
ZA200807439B (en) Device and method for the treatment and/or decontamination of surfaces
US20090224178A1 (en) Method and device for laser ablation of a surface coating from a wall, such as a coat of paint in a nuclear plant
JP2007181830A (en) Process and apparatus for cleaning or decontaminating object by ultraviolet laser beam
WO1999037363A1 (en) Method for treating materials, especially biological tissues, using light induction and device for realising the same
JPH10502166A (en) Pollution removal method
US11819887B2 (en) Laser system for non-contact and selective removal of corrosion from tubes internal surfaces
US20120053387A1 (en) Surface-cleaning method and device using a laser beam
JPH04109200A (en) Laser decontaminating device
RU2037342C1 (en) Method of cleaning surfaces of materials, device used
RU2104846C1 (en) Material surface cleaning method
JPH0718138B2 (en) Shellfish removal device
Junichi et al. Application of chemical oxygen iodine laser (COIL) for dismantling of nuclear facilities
Demmer et al. Testing and evaluation of light ablation decontamination
Milijanic et al. Possibilities of a metal surface radioactive decontamination using a pulsed CO2 laser
Ferguson et al. Laser ablation system, and method of decontaminating surfaces
Uehara et al. Laser peening systems for preventive maintenance against stress corrosion cracking in nuclear power reactors
Costes et al. Decontamination by ultraviolet laser: The LEXDIN prototype