RU2411044C2 - Лазерная дезактивация поверхности профилированных деталей - Google Patents
Лазерная дезактивация поверхности профилированных деталей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2411044C2 RU2411044C2 RU2007126851/15A RU2007126851A RU2411044C2 RU 2411044 C2 RU2411044 C2 RU 2411044C2 RU 2007126851/15 A RU2007126851/15 A RU 2007126851/15A RU 2007126851 A RU2007126851 A RU 2007126851A RU 2411044 C2 RU2411044 C2 RU 2411044C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- particles
- laser beams
- laser
- laser beam
- profiled part
- Prior art date
Links
- 238000005202 decontamination Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 230000003588 decontaminative effect Effects 0.000 title claims abstract description 31
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 17
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 13
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 12
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 8
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract description 6
- 238000011109 contamination Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000010327 methods by industry Methods 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 22
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 6
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 229910001093 Zr alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 3
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920005372 Plexiglas® Polymers 0.000 description 1
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 1
- PRXLCSIMRQFQMX-UHFFFAOYSA-N [O].[I] Chemical compound [O].[I] PRXLCSIMRQFQMX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000010622 cold drawing Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000005108 dry cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 1
- 229910001026 inconel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2/00—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor
- A61L2/02—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor using physical phenomena
- A61L2/08—Radiation
- A61L2/10—Ultraviolet radiation
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2/00—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor
- A61L2/02—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor using physical phenomena
- A61L2/08—Radiation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B08—CLEANING
- B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
- B08B5/00—Cleaning by methods involving the use of air flow or gas flow
- B08B5/04—Cleaning by suction, with or without auxiliary action
-
- 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
- G21F9/001—Decontamination of contaminated objects, apparatus, clothes, food; Preventing contamination thereof
- G21F9/005—Decontamination of the surface of objects by ablation
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2202/00—Aspects relating to methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects
- A61L2202/10—Apparatus features
- A61L2202/12—Apparatus for isolating biocidal substances from the environment
- A61L2202/122—Chambers for sterilisation
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Cleaning In General (AREA)
- Dental Tools And Instruments Or Auxiliary Dental Instruments (AREA)
Abstract
Группа изобретений относится к лазерной дезактивации поверхности профилированных деталей и может быть использована для дезактивации стержней ядерного топлива. Дезактивацию осуществляют посредством последовательного воздействия на части поверхности профилированной детали (3) импульсными лазерными пучками с длиной волны в ультрафиолетовой области, позволяющими удалять поверхностный слой профилированной детали в виде частиц, а затем посредством отсасывания извлекают упомянутые частицы. Лазерные пучки распределяют таким образом, чтобы одновременно облучать контур обрабатываемой части профилированной детали. Способ осуществляют в устройстве, содержащем камеру обработки (1) с отверстием (2) для прохода профилированной детали (3), позволяющим последовательно вводить части поверхности профилированной детали в зону обработки (4) и средства транспортировки лазерных пучков к камере обработки. Камера обработки включает в себя оптические пути (11, 12), обеспечивающие проход импульсных лазерных пучков и средства отсасывания для извлечения частиц. Группа изобретений обеспечивает лазерную дезактивацию поверхности профилированных деталей внутри ядерной установки для ее очистки и демонтажа. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к дезактивации (в частности, к радиоактивной дезактивации) поверхности профилированных деталей с помощью лазерного пучка.
Под профилированной деталью подразумевается деталь с относительно большой длиной по отношению к поперечному сечению, которое при этом остается постоянным. Речь может идти о металлургическом изделии, получаемом, например, с помощью горячей прокатки или холодной вытяжки. Речь может также идти о стержнях ядерного топлива (настоящее изобретение относится к этому случаю).
Более конкретно изобретение относится к удалению материала с поверхности профилированных деталей при воздействии на поверхность детали пульсирующим лазерным пучком в ультрафиолетовой области с одновременным отсасыванием через фильтр удаляемого с поверхности профилированной детали материала.
Однако изобретение может быть использовано во всех областях промышленности, где имеется необходимость удалять какой-либо слой материала с поверхности подобного рода деталей.
Уровень техники
Стержень (или сердечник) с ядерным топливом состоит из столбика расщепляющегося материала, заключенного в оболочку. Эта оболочка обычно представляет собой металлическую трубку, снабженную приваренными с обоих торцов заглушками. Расщепляющийся материал вводится в оболочку в виде таблеток.
Введение таблеток в оболочку представляет потенциальный риск загрязнения наружной поверхности стержня, в особенности торца стержня, соединенного с загрузочным «носиком».
Дезактивация стержня оказывается необходимой по следующим причинам. Технические условия требуют, чтобы остаточное загрязнение стержней было ниже определенного порога: 0,4 Бк/дм2 для лабильного загрязнения и 83 Бк/дм2 для фиксированного загрязнения. Эти пороги обусловлены неограниченными манипуляциями со стержнями на заводе.
Присутствующее на стержнях загрязнение состоит из субмикронных частиц материала, образующего топливные таблетки. В том случае, когда расщепляющийся материал состоит из таблеток МОХ (mixed oxide, смешанный оксид), эти частицы состоят из UO2, из РuO2 и их смеси. Оболочка стержней должна обладать хорошей механической прочностью и сохранять ее до израсходования горючего. Об этой характеристике, в частности, должно свидетельствовать сохранение первоначального внешнего вида оболочки: белая, блестящая и однородная. Оболочка должна, в частности, оставаться пластичной с тем, чтобы повторяющиеся деформации, обусловленные изменениями температуры и давления в реакторах, не повлекли за собой растрескивания. Целесообразно выполнять эти оболочки из циркониевого сплава, называемого циркалоем (Zircaloy®).
В Соединенных Штатах Америки и Франции были опубликованы в открытой печати несколько проектов очистки с помощью лазера для ядерной дезактивации. В начале 1980-х годов Американский департамент по энергии (DOE, US Department of Energy) предложил использовать для дезактивации ядерных установок высокомощные лазеры. Основные опубликованные результаты были получены в период от 1992 до 1996 года сотрудниками лаборатории из Эймса в рамках проекта «Ames Laser Decontamination Project» (Эймский проект по лазерной дезактивации). Одновременно они использовали эксимерный KrF-лазер мощностью 100 Вт (248 нм, 27 нс) и Nd-лазер YAG Q-switch (1064 нм, 100 не) для изучения перемещения радиоактивного оксида по металлическим поверхностям (алюминий, сталь, медь, проволока). Эффективность такого способа удаления загрязнения оказалась тем более высокой, чем выше потенциал ионизации окружающего газа. С целью хорошего покрытия поверхности и уменьшения возврата частиц использовали фокусирующие пучок цилиндрические объективы. Эти опыты проводили с искусственными загрязнениями, радиоактивными образцами и крупногабаритной аппаратурой, полученными с ядерных установок. Эффективность дезактивации в этих конкретных случаях была в целом удовлетворительной. Для разработки прототипа был предложен лазер Nd:YAG, поскольку его длина волны (1064 нм) может эффективно передаваться с помощью обычных оптических волокон.
Другие проекты концентрируются вокруг дезактивации бетона. В этом случае загрязнители диффундируют вглубь и дезактивации можно достичь путем удаления толстого слоя бетона (в несколько миллиметров). В этих экспериментах использовали мощные инфракрасные лазеры типа СO2 или Nd:YAG. С этой целью в лаборатории «The Argon National Laboratory» был разработан прототип очищающего лазера и он был, по-видимому, испытан для отбраковки ядерного реактора. Недавно для разборки ядерных установок был предложен химический лазер с названием COIL (Chemical Oxygen Iodine Laser), первоначально задуманный в качестве военного лазерного оружия и работающий с мощностью более 1 кВт.
Начиная с 1999 года, тем же путем идут французские научно-исследовательские и опытно-конструкторские организации. Проведены опыты с лазером Nd:YAG и эксимерным лазером. В ЕР-А-0520847 раскрыт инструмент на основе лазера для дезактивации парогенератора ядерных установок. В FR-A-2774801 раскрыты способ и установка для дезактивации стержней ядерного топлива посредством лазерного пучка. Результаты методов, представленных в этом документе. раскрыты не были.
Комиссариатом по атомной энергии был разработан и испытан прототип LEXDIN для случая дезактивации камеры из оргстекла (см. Costes et al. "Decontamination by ultraviolet laser: the LEXDIN prototype" (Дезактивация с помощью ультрафиолетового лазера: прототип LEXDIN), CEA, 1996). В этом прототипе используется XeCl-лазер и зеркала для передачи лазерного пучка.
С целью сухой горячей очистки загрязненных образцов (сталь, Inconel), взятых с парогенератора, было проведено сравнительное исследование на лазере Nd:YAG и эксимерном KrF-лазере. В атмосфере воздуха наблюдалось небольшое влияние длины волны лазера. Эффективность очистки, возможно, позволила бы повысить ограничивающая плазму жидкая пленка (см. FR-A-2700882). По сравнению с очисткой сухим способом коэффициент дезактивации с водяной пленкой оказался в 30 раз выше, с пленкой из 0,5 М азотной кислоты в 85 раз выше и с пленкой из 5 М азотной кислоты в 650 раз выше.
Другие проекты дезактивации с помощью лазерного пучка предпринимались с приведением в действие эксимерного XeCl-лазера, лазера Nd:YAG (6 +нс) и ксенонового лазера с импульсной лампой (200 мс). Однако насколько известно, ни одна из систем дезактивации с помощью лазера не эксплуатировалась внутри какой-либо ядерной установки для ее очистки и демонтажа.
Раскрытие изобретения
В настоящем изобретении предлагается способ лазерной дезактивации и устройство для осуществления этого способа, которое может эксплуатироваться внутри ядерной установки.
Первым объектом настоящего изобретения является способ лазерной дезактивации поверхности профилированных деталей, который состоит в следующем:
- последовательно подвергают части поверхности профилированной детали воздействию импульсных лазерных пучков с длинами волн в ультрафиолетовой области, позволяющими удалять поверхностный слой профилированной детали в виде частиц, причем лазерные пучки распределяют таким образом, чтобы одновременно облучать контур обрабатываемой части профилированной детали;
- извлекают упомянутые частицы посредством отсасывания.
Предпочтительно получать указанные лазерные пучки путем разделения основного лазерного пучка таким образом, чтобы эти пучки обладали одинаковой энергией. Предпочтительно также, чтобы все указанные полученные разделением лазерные пучки проходили после разделения главного лазерного пучка путь одинаковой длины. Извлечение указанных частиц осуществляют с помощью фильтра.
Вторым объектом изобретения является устройство для лазерной дезактивации поверхности профилированных деталей, характеризующееся тем, что оно содержит:
- камеру обработки с отверстием для прохода указанной профилированной детали, позволяющим последовательно вводить части поверхности профилированной детали в зону обработки, и при этом камера обработки содержит, кроме того, оптические пути, обеспечивающие проход импульсных лазерных пучков с длинами волн в ультрафиолетовой области и позволяющие удалять поверхностный слой профилированной детали в виде частиц, причем эти оптические пути распределены таким образом, чтобы одновременно покрывать каждую обрабатываемую часть поверхности профилированной детали, причем камера обработки содержит также средства отсасывания для извлечения указанных частиц;
- средства транспортировки указанных лазерных пучков к камере обработки.
Средства отсасывания предпочтительно включают средства введения газового потока, расположенные так, чтобы газ проходил указанные оптические пути до попадания в зону обработки, откуда он направляется к камере для сбора указанных частиц.
Камера для сбора частиц предпочтительно содержит средства фильтрации указанных частиц. Оптические пути могут содержать средства для задержки указанных частиц, предназначенные для удерживания удаленных частиц, которые могли бы распространяться в направлении противоположном потоку газа.
Оптические пути предпочтительно представляют собой каналы, обеспечивающие прохождение лазерных пучков и имеющие герметичные окна со стороны наружной части устройства.
Средства транспортировки указанных лазерных пучков предпочтительно содержат средства разделения основного лазерного пучка для получения указанных лазерных пучков с одинаковой энергией. Эти средства для разделения основного лазерного пучка могут содержать пучки оптических волокон. Они могут содержать полуотражающие зеркала и зеркала полного отражения. Средства разделения основного лазерного пучка предпочтительно обеспечивают прохождение лазерных пучков по траекториям равной длины.
Краткое описание чертежей
Изобретение будет лучше понято и выявятся другие его преимущества и особенности при чтении описания, которое приведено ниже, с использованием не ограничивающих изобретения примеров, сопровождаемых прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг.1А - вид в поперечном разрезе камеры обработки устройства дезактивации профилированной детали согласно настоящему изобретению;
фиг.1В - вид в плоскости В-В фиг.1А;
фиг.2 - первая схема разделения основного лазерного пучка на четыре дезактивационных лазерных пучка, которая может быть реализована в устройстве настоящего изобретения;
фиг.3 - вторая схема разделения основного лазерного пучка на четыре дезактивационных лазерных пучка, которая может быть реализована в устройстве настоящего изобретения;
фиг.4 - третья схема разделения основного лазерного пучка на четыре дезактивационных лазерных пучка, которая может быть реализована в устройстве настоящего изобретения;
фиг.5 - четвертая схема разделения основного лазерного пучка на четыре дезактивационных лазерных пучка, которая может быть реализована в устройстве настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
При облучении поверхности с помощью импульсного лазера часть энергии лазера поглощается материалом, что создает температурный градиент по толщине материала, который зависит от поглощающей способности материала для данной длины волны лазера. В основе явления абляции лежат в основном три процесса: термический механизм, механический механизм и фотохимический механизм. Эти механизмы тесно связаны между собой, но в зависимости от природы подложки, от длины волны и от продолжительности лазерного импульса один из этих механизмов становится в процессе абляции преобладающим.
Поглощающая способность металлических материалов тем более значима, чем короче длина волны лазера. Высокоэнергетичные фотоны (4-8 эВ) эксимерных лазеров поглощаются в тонком слое материала (в несколько нанометров), а длина термодиффузии обычно имеет порядок одного микрометра. Фотоны передают свою энергию электронам материала, которые, утрачивая возбуждение, вызывают нагрев облучаемого материала. Когда температура поглотившего лазерную энергию объема превышает температуру испарения материала, начинается процесс абляции. Этот инициируемый теплом процесс абляции характеризуется образованием плазмы, состоящей из электронов и нейтральных и ионизированных частиц из облученной подложки и окружающего газа. Эта плазма распространяется перпендикулярно поверхности материала. Высокая поглощающая способность подложки в УФ области позволяет повышать температуру лишь в небольшом объеме и, следовательно, удалять лишь тонкий слой материала, ограничивая тепловые эффекты на большей глубине. Небольшие по продолжительности импульсы эксимерных лазеров дополнительно ограничивают диффузию тепла и соответственно термические эффекты внутри не подвергшегося абляции объема.
Для малых плотностей энергии излучения достигаемая на поверхности температура недостаточна для того, чтобы вызвать испарение материала, но поглощение энергии поверхностью и/или соединениями (частицами, слоями), которые на ней находятся, приводит к быстрому повышению их температуры. Это может привести к резкому расширению нагреваемых объемов и, если ускорение, которое тогда передается осадившимся на поверхности соединениям, является достаточным, они могут быть выброшены с поверхности. Этот процесс абляции механического происхождения не изменяет структуру и морфологию подложки. Он является преобладающим при удалении микрочастиц с помощью лазера. Этот процесс может осуществляться сухим способом путем непосредственного облучения поверхности лазерным пучком или влажным способом путем нанесения перед облучением на поверхность жидкой пленки. В последнем случае выбрасывание частиц происходит в результате абляции пленки. На этом базируется удаление оксидных частиц. Такой способ эффективен, поскольку материалы (подложка и частицы) сильно поглощают ультрафиолетовое лазерное излучение.
Процессы, инициируемые облучением поверхности ультрафиолетовым пучком, могут также иметь фотохимическую природу, когда энергия фотонов (4-8 эВ) превышает энергию связи облучаемых соединений. Такой процесс абляции фотохимической природы происходит главным образом в случае таких подложек, как полимеры. Основными областями применения являются снятие лакокрасочного покрытия и гравировка полимерных материалов.
Изобретение относится к способу удаления материала с поверхности профилированной детали, заключающемуся в воздействии на поверхность профилированной детали пульсирующим пучком лазера, излучающегося в ультрафиолетовой области, и одновременном отсасывании удаляемого с поверхности профилированной детали материала через фильтр. Это механический механизм, который реализуется посредством изобретения.
Устройство для дезактивации профилированных деталей согласно настоящему изобретению содержит камеру обработки, находящуюся при пониженном давлении, и систему формирования лазерного пучка.
Камера обработки 1 представлена на фиг.1А и 1В. Она имеет центральное отверстие 2, через которое вводится обрабатываемая профилированная деталь 3. Обработка профилированной детали 3 производится в зоне, обозначенной на фиг.1А позицией 4. Зона 4 соответствует месту схождения четырех оптических путей 11, 12, 13 и 14 одинаковой длины, расположенных вдоль двух ортогональных осей. Оптические пути 11, 12, 13 и 14 перекрыты окнами 21, 22, 23 и 24 соответственно, которые обеспечивают герметичность камеры 1 обработки по отношению к наружному окружению и которые обеспечивают проход необходимых для дезактивации лазерных пучков.
Подвергаемую дезактивации профилированную деталь вводят в камеру 1 обработки через центральное отверстие 2, снабженное оборудованной шариковой обоймой (не показана), обеспечивающей безупречную центровку детали. Профилированную деталь 3 перемещают через камеру с заданной скоростью. Параметры: скорость перемещения детали и частота лазерных пучков позволяют получить необходимое для дезактивации число лазерных импульсов.
Один или несколько вакуумных насосов позволяют создавать внутри камеры обработки пониженное давление, что позволяет отсасывать загрязнители с помощью системы фильтров с очень высокой эффективностью.
Воздух проникает в дезактивационную камеру двумя путями: через выходное отверстие 5 для профилированных деталей и через кольцевые камеры 6, расположенные около окон и сообщающиеся с оптическими путями через каналы 9. Такая конфигурация позволяет также избежать повторного осаждения загрязнителей на окнах, что могло бы ухудшить эффективность дезактивации. При воздействии лазерных пучков на поверхность профилированной детали 3 частицы отсасываются за счет пониженного давления внутри камеры дезактивации. Эти частицы направляются под углом 45° по отношению к падающему лазерному пучку в кольцевую сборную камеру 7 с тем, чтобы быть затем захваченными фильтрами с очень высокой эффективностью. Чтобы сделать отсасывание эффективным, его осуществляют как можно более близко к зоне обработки 4. На траекториях лазерных пучков, т.е. по оптическим путям 11, 12, 13 и 14 расположены прорези 8, целью которых является воспрепятствовать удаленным частицам осаждаться на внутренней поверхности окон 21, 22, 23 и 24.
Лазерные пучки для обработки преимущественно получают разделением основного лазерного пучка. Каждый из этих падающих лазерных пучков проходит равное расстояние от точки разделения основного лазерного пучка до зоны обработки, что обеспечивает безупречную равномерность обработки. Несколько лазерных пучков позволяют одновременно облучать контур профилированной детали. В описанном здесь примере используется четыре полученных разделением пучка, но число таких пучков может быть и другим.
Основной лазерный пучок может транспортироваться с помощью пучка оптических волокон. Полученные разделением или вторичные лазерные пучки создаются в этом случае путем разделения основного пучка оптических волокон.
Основной лазерный пучок может транспортироваться путем отражения зеркалами. Вторичные лазерные пучки создаются разделением основного лазерного пучка с помощью зеркал и разделительных пластин.
Контур отсасывания вырываемых частиц определяется довольно небольшими участками прохода, что позволяет поддерживать высокие скорости истечения (газа с частицами) и таким образом ограничивать осаждение частиц, которые могут прилипать к поверхностям за счет механических сил или ван-дер-ваальсовых сил, потенциал которых в зависимости от материалов может достигать от 2 до 5 эВ.
Фиг.2-5 представляют разные принципиальные схемы разделения основного лазерного пучка на четыре дезактивационных пучка, которые могут быть осуществлены в устройстве согласно настоящему изобретению.
На схеме фиг.2 основной лазерный пучок 30, сформированный с помощью линзы 31, направляется на зеркало 32 с 50%-ным отражением. Зеркало 32 разделяет основной лазерный пучок на два пучка 33 и 34, которые направляются к зеркалам со 100%-ным отражением, соответственно 35 и 36. Пучки 33 и 34 отражаются далее в направлении к зеркалам с 50%-ным отражением, соответственно 37 и 38. После этого пучок 33 разделяется на два вторичных пучка 39 и 40, которые направляются соответственно зеркалами со 100%-ным отражением 41 и 42 к поверхности профилированной детали 3. Пучок 34 также разделяется на два вторичных пучка 43 и 44, которые направляются соответственно зеркалами со 100%-ным отражением 45 и 46 к поверхности профилированной детали 3. Четыре вторичных пучка 39,40,43 и 44 обладают одинаковой энергией и проходят до профилированной детали 3 одно и то же расстояние.
На схеме фиг.3 основной лазерный пучок транспортируется с помощью основного пучка 50 оптических волокон. Основной пучок 50 оптических волокон разделен на четыре вторичных пучка 51, 52, 53 и 54 оптических волокон одинаковой длины (вопреки тому, что показано на схеме фиг.3, которая является принципиальной схемой). Вторичные пучки 51, 52, 53 и 54 волокон подводятся к восстанавливающим форму пучка оптическим устройствам соответственно 55, 56, 57 и 58, которые создают пучки соответственно 59, 60, 61 и 62 с одинаковой энергией, которые падают на поверхность профилированной детали 3.
На схеме фиг.4 основной лазерный пучок 70 направляется на зеркало 71 с 50%-ным отражением. Зеркало 71 разделяет основной лазерный пучок на два пучка 72 и 73, которые направляются к другим зеркалам с 50%-ным отражением, соответственно 74 и 75. Пучок 72 разделяется на два вторичных пучка 76 и 77, которые направляются к профилированной детали 3: вторичный пучок 77 - непосредственно, а вторичный пучок 76 - посредством двух зеркал 78 и 79 со 100%-ным отражением. Пучок 73 также разделяется на два вторичных пучка 80 и 81, которые направляются к профилированной детали 3: вторичный пучок 81 - непосредственно, а вторичный пучок 80 - посредством двух зеркал 82 и 83 со 100%-ным отражением. В результате этого профилированная деталь 3 подвергается воздействию четырех параллельных пучков с равной энергией.
На схеме фиг.5 показана такая же структура, что и на схеме фиг.4. На схеме фиг.5 на траектории вторичных пучков 76, 77, 80 и 81, падающих на поверхность профилированной детали 3, добавлены фокусирующие оптические устройства, соответственно 84, 85, 86 и 87. В этом случае профилированная деталь 3 подвергается воздействию четырех сходящихся пучков с равной энергией.
Claims (13)
1. Способ лазерной дезактивации поверхности профилированной детали, характеризующийся тем, что последовательно воздействуют на части поверхности профилированной детали импульсными лазерными пучками с длиной волны в ультрафиолетовой области, позволяющими удалять поверхностный слой профилированной детали в виде частиц, при этом лазерные пучки распределены таким образом, что позволяют одновременно облучать контур обрабатываемой части профилированной детали; и извлекают упомянутые частицы посредством отсасывания.
2. Способ по п.1, в котором лазерные пучки получают разделением основного лазерного пучка, и они обладают одинаковой энергией.
3. Способ по п.2, в котором каждый из полученных при разделении лазерных пучков проходит после разделения основного лазерного пучка по траектории одинаковой длины.
4. Способ по п.1, в котором извлечение частиц осуществляют с помощью фильтра.
5. Устройство для лазерной дезактивации поверхности профилированных деталей, включающее в себя: камеру обработки с отверстием для прохода профилированной детали, позволяющим последовательно вводить части поверхности профилированной детали в зону обработки, и при этом камера обработки включает в себя оптические пути, обеспечивающие проход импульсных лазерных пучков с длинами волн в ультрафиолетовой области, позволяющих удалять поверхностный слой профилированной детали в виде частиц, причем оптические пути распределены таким образом, чтобы одновременно покрывать каждую обрабатываемую часть поверхности профилированной детали, при этом камера обработки содержит также средства отсасывания для извлечения частиц; и средства транспортировки лазерных пучков к камере обработки.
6. Устройство по п.5, в котором средства отсасывания включают средства для введения газового потока, расположенные так, что газ проходит через оптические пути перед попаданием в зону обработки, откуда он направляется к камере для сбора частиц.
7. Устройство по п.6, в котором камера для сбора частиц содержит средство отфильтровывания частиц.
8. Устройство по п.6, в котором оптические пути включают средства для улавливания частиц, предназначенные для задержки удаленных частиц, которые могут распространяться в направлении, противоположном газовому потоку.
9. Устройство по п.5, в котором оптические пути представляют собой каналы, обеспечивающие проход лазерных пучков, с герметичными окнами с наружной стороны устройства.
10. Устройство по п.5, в котором средства транспортировки лазерных пучков содержат средства разделения основного лазерного пучка для получения лазерных пучков с одинаковой энергией.
11. Устройство по п.10, в котором средства разделения основного лазерного пучка содержат пучки оптических волокон.
12. Устройство по п.10, в котором средства разделения основного лазерного пучка содержат полуотражающие зеркала и зеркала полного отражения.
13. Устройство по п.10, в котором средства разделения основного лазерного пучка являются средствами, обеспечивающими прохождение лазерными пучками траекторий равной длины.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0452967A FR2879101B1 (fr) | 2004-12-14 | 2004-12-14 | Decontamination laser de la surface d'une piece profilee. |
| FR0452967 | 2004-12-14 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007126851A RU2007126851A (ru) | 2009-01-27 |
| RU2411044C2 true RU2411044C2 (ru) | 2011-02-10 |
Family
ID=34952977
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007126851/15A RU2411044C2 (ru) | 2004-12-14 | 2005-12-12 | Лазерная дезактивация поверхности профилированных деталей |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20080121248A1 (ru) |
| EP (1) | EP1827511B1 (ru) |
| JP (1) | JP2008523374A (ru) |
| CN (1) | CN101123999A (ru) |
| AT (1) | ATE442867T1 (ru) |
| DE (1) | DE602005016716D1 (ru) |
| FR (1) | FR2879101B1 (ru) |
| RU (1) | RU2411044C2 (ru) |
| WO (1) | WO2006064156A1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2492939C1 (ru) * | 2012-02-27 | 2013-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр инноваций и кооперации" | Ультрафиолетовый светодиодный облучатель |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2894711B1 (fr) | 2005-12-09 | 2009-04-10 | Cogema | Dispositif et procede de decontamination automatisee d'un crayon de combustible nucleaire |
| US20110147350A1 (en) * | 2010-12-03 | 2011-06-23 | Uvtech Systems Inc. | Modular apparatus for wafer edge processing |
| CA2886729C (en) * | 2014-03-28 | 2022-06-14 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Method of seamless bonding and device therefor |
| US10790070B2 (en) | 2018-09-10 | 2020-09-29 | Savannah River Nuclear Solutions, Llc | Radiation detectors employing contemporaneous detection and decontamination |
| DE112019004630T5 (de) * | 2018-09-17 | 2021-06-02 | Grouper Blanking, Llc | Verfahren zum Vorbereiten eines Aluminiummetallteils zum Schweißen |
| DE102019101095A1 (de) * | 2019-01-16 | 2020-07-16 | RWE Nuclear GmbH | Verfahren und Vorrichtung zum Aufbereiten eines kontaminierten Werkstücks |
| CN110061445B (zh) * | 2019-03-15 | 2024-08-09 | 国网陕西省电力公司电力科学研究院 | 一种三路共轴透射式co2激光烧蚀装置 |
| CN111872549B (zh) * | 2020-06-25 | 2022-04-26 | 扬州哈登塑料技术有限公司 | 一种高效型焊接设备 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BE759411A (fr) * | 1969-11-26 | 1971-04-30 | Siemens Ag | Dispositif de nettotage d'extremites de tubes, notamment d'extremites de tubes d'enveloppe de barreau de combustible pour reacteur nucleaire |
| GB2066999B (en) * | 1980-01-04 | 1984-01-04 | Allsop Inc | Video player/recorder cleaning apparatus and method |
| FR2674983B1 (fr) * | 1991-04-05 | 1994-08-05 | Framatome Sa | Procede et equipement de travail au laser dans une zone contaminee d'une installation nucleaire. |
| FR2678418B1 (fr) * | 1991-06-26 | 1994-08-05 | Framatome Sa | Procede de travail au laser dans une zone contaminee d'une installation nucleaire, et equipement pour sa mise en óoeuvre. |
| FR2708877B1 (fr) * | 1993-08-12 | 1995-11-03 | Onet | Procédé et dispositif de décontamination autocontrôlé de surfaces par laser. |
| KR970011129B1 (ko) * | 1993-08-24 | 1997-07-07 | 대우전자 주식회사 | 테이프레코드의 헤드 클리닝장치 |
| FR2752325B1 (fr) * | 1996-08-06 | 1998-10-09 | Cogema | Procede et dispositif de depouissierage de pastilles de combustible nucleaire au moyen d'un faisceau laser |
| FR2774801B1 (fr) * | 1998-02-09 | 2000-03-24 | Cogema | Procede et installation de decontamination de crayons de combustible nucleaire au moyen d'un faisceau laser |
| DE10215162B4 (de) * | 2002-04-05 | 2006-01-05 | Lavision Biotec Gmbh | Strahlteilervorrichtung und Laserrastermikroskop |
-
2004
- 2004-12-14 FR FR0452967A patent/FR2879101B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2005
- 2005-12-12 DE DE602005016716T patent/DE602005016716D1/de active Active
- 2005-12-12 EP EP05824697A patent/EP1827511B1/fr not_active Not-in-force
- 2005-12-12 WO PCT/FR2005/051071 patent/WO2006064156A1/fr active Application Filing
- 2005-12-12 CN CNA2005800418740A patent/CN101123999A/zh active Pending
- 2005-12-12 RU RU2007126851/15A patent/RU2411044C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2005-12-12 AT AT05824697T patent/ATE442867T1/de not_active IP Right Cessation
- 2005-12-12 JP JP2007544964A patent/JP2008523374A/ja active Pending
- 2005-12-12 US US11/793,109 patent/US20080121248A1/en not_active Abandoned
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2492939C1 (ru) * | 2012-02-27 | 2013-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр инноваций и кооперации" | Ультрафиолетовый светодиодный облучатель |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2879101A1 (fr) | 2006-06-16 |
| JP2008523374A (ja) | 2008-07-03 |
| WO2006064156A1 (fr) | 2006-06-22 |
| DE602005016716D1 (de) | 2009-10-29 |
| RU2007126851A (ru) | 2009-01-27 |
| ATE442867T1 (de) | 2009-10-15 |
| FR2879101B1 (fr) | 2007-03-02 |
| CN101123999A (zh) | 2008-02-13 |
| US20080121248A1 (en) | 2008-05-29 |
| EP1827511B1 (fr) | 2009-09-16 |
| EP1827511A1 (fr) | 2007-09-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2411044C2 (ru) | Лазерная дезактивация поверхности профилированных деталей | |
| Delaporte et al. | Dry excimer laser cleaning applied to nuclear decontamination | |
| CN108260349B (zh) | 用于降低光电子产率和/或二次电子产率的方法和装置 | |
| Delaporte et al. | Radioactive oxide removal by XeCl laser | |
| CN113523578A (zh) | 飞机蒙皮化学辅助湿式激光脱漆方法 | |
| Vatry et al. | Studies of laser-induced removal mechanisms for tokamak-like particles | |
| Padma Nilaya et al. | Laser-assisted cleaning: Dominant role of surface | |
| Zhao et al. | SG-II-Up prototype final optics assembly: optical damage and clean-gas control | |
| Nilaya et al. | Study of laser assisted decontamination of commonly used clad surfaces | |
| EP1542813B1 (en) | Surface treatment of concrete | |
| Widdowson et al. | Detritiation of JET tiles by laser cleaning | |
| Shu et al. | Tritium decontamination of TFTR DT plasma facing components using an ultra violet laser | |
| Costes et al. | Decontamination by ultraviolet laser: The LEXDIN prototype | |
| Myshkin et al. | Laser Decontamination of a Fuel-Element Surface from Uranium-Plutonium Fuel Particles | |
| RU2740533C1 (ru) | Устройство оптической очистки твердой поверхности от наночастиц | |
| Zhou et al. | Basic study on laser ablation surface cleaning of nuclear facility | |
| Milijanic et al. | Possibilities of a metal surface radioactive decontamination using a pulsed CO2 laser | |
| Boquillon et al. | Principle of surface cleaning by laser impact | |
| Sentis et al. | Cleaning of large area by excimer laser ablation | |
| Coad et al. | Detritiation of tiles from tokamaks by laser cleaning | |
| Zhou et al. | High-power laser-fibers structure for surface ablation cleaning under complicated circumstance | |
| Zhou et al. | Estimation of laser ablation surface cleaning efficiency | |
| Delaporte et al. | Why Using Laser for Dust Removal from Tokamaks | |
| JP2022550787A (ja) | 液体媒体中でのレーザー照射を用いたガスを含有する金属部品の除染方法 | |
| Costa et al. | Study on the potential of laser ablation to decontaminate radioactive waste |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20111213 |