RU2319238C2 - Method for removing radioactive film from material surfaces - Google Patents
Method for removing radioactive film from material surfaces Download PDFInfo
- Publication number
- RU2319238C2 RU2319238C2 RU2005127022/06A RU2005127022A RU2319238C2 RU 2319238 C2 RU2319238 C2 RU 2319238C2 RU 2005127022/06 A RU2005127022/06 A RU 2005127022/06A RU 2005127022 A RU2005127022 A RU 2005127022A RU 2319238 C2 RU2319238 C2 RU 2319238C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- film
- radioactive
- laser radiation
- laser
- film material
- Prior art date
Links
Landscapes
- Cleaning In General (AREA)
- Laser Beam Processing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области обработки материалов с радиоактивным загрязнением, в частности с помощью лазера, и может быть использовано при дезактивации оборудования, поверхности которого загрязнены радионуклидами.The invention relates to the field of processing materials with radioactive contamination, in particular using a laser, and can be used to decontaminate equipment whose surfaces are contaminated with radionuclides.
Известен способ дезактивации лазером загрязненной радионуклидами поверхности /1/, в котором импульсный лазерный луч формируют за пределами зоны радиоактивного загрязнения, транспортируют указанный луч с помощью оптического волокна в рабочую зону лазерной дезактивационной установки, находящуюся в непосредственной близости от дезактивируемой поверхности, а затем направляют лазерный луч на дезактивируемую поверхность. 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.There is a method of laser decontamination of a surface contaminated with radionuclides / 1 /, in which a pulsed laser beam is formed outside the zone of radioactive contamination, the specified beam is transported using optical fiber to the working area of the laser decontamination unit, located in close proximity to the surface to be decontaminated, and then the laser beam is directed on a decontaminated surface. During the laser operation period, a special protective or, in the corresponding sense, active gas is sent to the working area of the laser decontamination installation. The working area of the installation is limited and during the laser operation, the gas contained in this limited space is pumped out.
В ходе дезактивации с применением известного способа /1/ существует большая опасность радиоактивного заражения территории вне зоны обработки, т.к. продукты дезактивации транспортируются при помощи газа. Объемы использованного газа достаточно велики. Велика и возможность распространения экологически вредных продуктов очистки.During decontamination using the known method / 1 / there is a great danger of radioactive contamination of the territory outside the treatment area, because decontamination products are transported by gas. The volumes of gas used are quite large. Great is the possibility of the distribution of environmentally harmful cleaning products.
Известен также способ удаления радиоактивной пленки с поверхностей объекта, предусматривающий формирование пучка лазерного излучения и последующее сканирование сформированным пучком по загрязненной поверхности объекта через слой вещества, удаляющего радиоактивную пленку /2/.There is also a method of removing a radioactive film from the surfaces of an object, providing for the formation of a beam of laser radiation and subsequent scanning of the formed beam along the contaminated surface of the object through a layer of a substance that removes the radioactive film / 2 /.
В известном способе в качестве вещества, удаляющего радиоактивную пленку, используют слой жидкости, потоком которой омывают загрязненные поверхности объекта. Сканирование сформированным лазерным пучком по загрязненным поверхностям объекта осуществляется через слой омывающей жидкости.In the known method as a substance that removes the radioactive film, use a layer of liquid, the flow of which is washed the contaminated surface of the object. Scanning by a formed laser beam over contaminated surfaces of an object is carried out through a layer of washer fluid.
Применение жидкости в качестве вещества, удаляющего радиоактивные загрязнения, является более эффективным, чем применение газа /1/, с точки зрения ограничения возможности распространения продуктов очистки и уменьшения их объема. Тем не менее, потенциальная опасность распространения экологически вредных продуктов очистки в процессе удаления радиоактивной пленки остается достаточно высокой, а количество жидких радиоактивных отходов достаточно велико. Так, например, при дезактивации крупногабаритного оборудования, объем жидких радиоактивных отходов может достигать нескольких тысяч кубических метров. Их обработка, обеспечивающая экологическую безопасность, трудоемка и требует значительных финансовых затрат.The use of liquid as a substance that removes radioactive contaminants is more effective than the use of gas / 1 /, from the point of view of limiting the possibility of distribution of cleaning products and reduce their volume. Nevertheless, the potential danger of the spread of environmentally harmful cleaning products during the removal of the radioactive film remains quite high, and the amount of liquid radioactive waste is quite large. So, for example, during the decontamination of bulky equipment, the volume of liquid radioactive waste can reach several thousand cubic meters. Their processing, ensuring environmental safety, is laborious and requires significant financial costs.
Задачей создания предлагаемого способа является повышение эффективности процесса удаления радиоактивной пленки за счет уменьшения потенциальной опасности радиоактивного заражения в процессе дезактивации при одновременном уменьшении объемов продуктов дезактивации.The task of creating the proposed method is to increase the efficiency of the process of removing the radioactive film by reducing the potential danger of radioactive contamination in the decontamination process while reducing the volume of decontamination products.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе удаления радиоактивной пленки с поверхностей объекта, включающем формирование пучка лазерного излучения и последующее сканирование сформированным пучком по загрязненной поверхности объекта через слой вещества, удаляющего радиоактивную пленку, в качестве вещества, удаляющего радиоактивную пленку используют прозрачный для лазерного излучения пленочный материал, который перед сканированием размещают между источником лазерного излучения и загрязненной поверхностью объекта, затем производят сканирование по всей загрязненной поверхности объекта лазерным пучком, интенсивность излучения которого удовлетворяет соотношению:The problem is solved due to the fact that in the method of removing the radioactive film from the surfaces of the object, including the formation of a beam of laser radiation and subsequent scanning by the formed beam on the contaminated surface of the object through a layer of a substance that removes the radioactive film, transparent laser radiation film material, which before scanning is placed between the laser radiation source and the contaminated surface of the object, it scans across the fouled surface of the object with a laser beam, the intensity of radiation which satisfies the relation:
0,1qth<q<qth,0,1q th <q <q th ,
где q - интенсивность лазерного излучения на загрязненной поверхности объекта;where q is the intensity of laser radiation on the contaminated surface of the object;
qth - граница интенсивности лазерного излучения, соответствующая температуре кипения материала удаляемой радиоактивной пленки при нормальном давлении,q th is the boundary of the intensity of laser radiation corresponding to the boiling point of the material of the removed radioactive film at normal pressure,
а после окончания сканирования пленочный материал удаляют.and after the scan, the film material is removed.
В ряде случаев целесообразно, чтобы пленочный материал со стороны, обращенной к загрязненной поверхности объекта, был дополнительно снабжен слоем сорбирующего материала.In some cases, it is advisable that the film material from the side facing the contaminated surface of the object was additionally provided with a layer of sorbent material.
Пленочный материал целесообразно располагать на расстоянии не менее 0,1 мм от поверхности объекта.It is advisable to place the film material at a distance of not less than 0.1 mm from the surface of the object.
Целесообразно также, чтобы диаметр пятна лазерного излучения на загрязненной поверхности объекта составлял не менее 1 мм2.It is also advisable that the diameter of the laser spot on the contaminated surface of the object is at least 1 mm 2 .
Применение в качестве вещества, удаляющего радиоактивную пленку не газообразного, не жидкого, а твердого вещества, в частности пленочного материала, значительно снижает потенциальную опасность распространения в процессе дезактивации экологически вредных продуктов очистки за счет образования непосредственно у обрабатываемой поверхности твердых радиоактивных отходов. Снижается вероятность радиоактивного загрязнения окружающей среды и поражения персонала, занятого в процессе дезактивации. Процессы утилизации и переработки твердых радиоактивных отходов являются более безопасными по сравнению с процессами утилизации и переработки газов и жидкостей. Кроме того, объем твердых радиоактивных отходов, по сравнению с жидкими, при дезактивации того же самого оборудования, меньше на 2÷3 порядка. Указанные выше преимущества позволяют значительно сократить затраты на дезактивацию оборудования.The use as a substance that removes a radioactive film of not gaseous, not liquid, but solid, in particular film material, significantly reduces the potential risk of the spread of environmentally harmful cleaning products during decontamination due to the formation of solid radioactive waste directly on the treated surface. The likelihood of radioactive pollution of the environment and the defeat of personnel involved in the decontamination process is reduced. The processes for utilization and processing of solid radioactive waste are safer than the processes for utilization and processing of gases and liquids. In addition, the volume of solid radioactive waste, compared with liquid, during decontamination of the same equipment, is 2–3 orders of magnitude less. The above advantages can significantly reduce the cost of decontamination of equipment.
В предлагаемом способе сканирование пучком лазерного излучения по загрязненной поверхности объекта осуществляется через пленочный материал, который прозрачен для лазерного излучения. При этом в радиоактивной пленке, находящейся на поверхности обрабатываемого объекта, возникают термические напряжения, энергия которых преобразуется в кинетическую энергию движения фрагмента радиоактивной пленки от поверхности объекта. На практике наблюдается отслаивание пленки от поверхности объекта, сопровождаемое характерным звуком. Отслоившаяся радиоактивная пленка движется в направлении, перпендикулярном поверхности обрабатываемого объекта, и оседает на прозрачном для лазерного излучения пленочном материале.In the proposed method, the scanning beam of laser radiation on the contaminated surface of the object is carried out through a film material that is transparent to laser radiation. In this case, thermal stresses arise in the radioactive film located on the surface of the object being processed, the energy of which is converted into the kinetic energy of the movement of the fragment of the radioactive film from the surface of the object. In practice, peeling of the film from the surface of the object is observed, accompanied by a characteristic sound. The exfoliated radioactive film moves in a direction perpendicular to the surface of the object being processed, and settles on a film material transparent to laser radiation.
При условии, что интенсивность лазерного излучения на загрязненной поверхности объекта в процессе удаления радиоактивной пленки q≥qth, происходит процесс испарения материала радиоактивной пленки, сопровождающийся сильным выносом продуктов испарения; может также происходить разрушение пленочного материала, через который осуществляется сканирование лазерным излучением, плавление и испарение основного материала обрабатываемого объекта. При этом радиоактивная пленка частично вплавляется, а частично испаряясь, оседает обратно на поверхности обрабатываемого объекта.Provided that the intensity of the laser radiation on the contaminated surface of the object during the removal of the radioactive film q≥q th , the process of evaporation of the material of the radioactive film occurs, accompanied by a strong removal of evaporation products; the destruction of the film material through which scanning by laser radiation, melting and evaporation of the main material of the processed object can also occur. In this case, the radioactive film is partially fused, and partially evaporating, settles back on the surface of the treated object.
Экспериментально установлено, что при интенсивности лазерного излучения на загрязненной поверхности объекта q≤0,1qth, отрыв радиоактивной пленки от поверхности обрабатываемого объекта практически прекращается.It was experimentally established that when the laser radiation intensity on the contaminated surface of the object q≤0,1q th , the separation of the radioactive film from the surface of the treated object practically ceases.
После окончания сканирования лазерным излучением по всей поверхности обрабатываемого объекта пленочный материал с осевшей на него радиоактивной пленкой удаляют из зоны обработки и помещают, например, в контейнер.After scanning with laser radiation over the entire surface of the treated object, the film material with the radioactive film deposited on it is removed from the treatment area and placed, for example, in a container.
Наличие на пленочном материале со стороны, обращенной к загрязненной поверхности обрабатываемого объекта, сорбирующего материала способствует более эффективному удержанию радиоактивной пленки на его поверхности.The presence on the film material from the side facing the contaminated surface of the treated object, sorbent material contributes to a more effective retention of the radioactive film on its surface.
При условии, что прозрачный для лазерного излучения пленочный материал размещен на расстоянии 0,1 мм и менее, наблюдается его деформация, а в ряде случаев и прогорание за счет температурного влияния плазменного факела, возникающего над обрабатываемой поверхностью.Provided that the film material transparent to laser radiation is placed at a distance of 0.1 mm or less, its deformation is observed, and in some cases, burnout due to the temperature effect of the plasma plume arising above the surface being treated.
Экспериментально установлено, что в случае размещения пленочного материала на расстоянии, превышающем 50 мм от обрабатываемой поверхности, количество собранных на пленочном материале отходов начинает снижаться за счет того, что материал удаляемой радиоактивной пленки не полностью долетает до пленочного материала, частично разлетаясь и возвращаясь обратно.It was experimentally established that if the film material is placed at a distance exceeding 50 mm from the surface to be treated, the amount of waste collected on the film material begins to decrease due to the fact that the material of the removed radioactive film does not completely reach the film material, partially scattering and returning back.
При размере пятна лазерного излучения на загрязненной поверхности обрабатываемого объекта меньше, чем 1 мм2, снижается производительность способа. Кроме того, в указанном диапазоне интенсивности лазерного излучения q [МВт/см2] в ряде случаев наблюдается разрушение материала пленки и вплавление ее в обрабатываемую поверхность. Максимальный размер пятна лазерного излучения ограничивается диапазоном интенсивности излучения, в котором реализуется предлагаемый способ. Экспериментально установлено, что при размере пятна лазерного излучения, превышающем 20 см2, наблюдается неравномерное отслаивание пленки от поверхности объекта, вызванное перераспределением в ней термических напряжений.When the size of the laser radiation spot on the contaminated surface of the treated object is less than 1 mm 2 , the productivity of the method is reduced. In addition, in the indicated range of laser radiation intensity q [MW / cm 2 ], in some cases, the destruction of the film material and its fusion into the treated surface are observed. The maximum spot size of the laser radiation is limited by the range of radiation intensity in which the proposed method is implemented. It was established experimentally that when the laser spot size exceeding 20 cm 2, there is uneven peeling of the film from the surface of the object caused by the redistribution of thermal stresses therein.
Предлагаемый способ поясняется чертежом, где представлена схема процесса удаления радиоактивной пленки с загрязненной поверхности объекта, где: 1 - обрабатываемый объект (основной материал), 2 - плотный тонкий оксидный слой, 3 - удаленная радиоактивная пленка, 4 - прозрачный для лазерного излучения пленочный материал, 5 - лазерный луч, 6 - радиоактивная пленка на загрязненной поверхности объекта, VSC - скорость сканирования. Стрелкой обозначено направление движения лазерного луча.The proposed method is illustrated in the drawing, which shows a diagram of the process of removing a radioactive film from a contaminated surface of an object, where: 1 - a processed object (main material), 2 - a dense thin oxide layer, 3 - a removed radioactive film, 4 - a film material transparent to laser radiation, 5 - laser beam, 6 - radioactive film on the contaminated surface of the object, V SC - scanning speed. The arrow indicates the direction of movement of the laser beam.
Предлагаемый способ был опробован при очистке стальных фрагментов демонтированного ядерного реактора. Был использован 1.06 μm 10 ns Nd YAG-лазер.The proposed method was tested when cleaning steel fragments of a dismantled nuclear reactor. A 1.06 μm 10 ns Nd YAG laser was used.
Между источником лазерного излучения и загрязненной поверхностью обрабатываемого объекта 1 с радиоактивной пленкой 6 на расстоянии 10 мм от загрязненной поверхности был размещен прозрачный для лазерного излучения пленочный материал 4, в частности лавсан с клеевой основой, со стороны, обращенной к обрабатываемой поверхности.Between the laser radiation source and the contaminated surface of the treated object 1 with the radioactive film 6 at a distance of 10 mm from the contaminated surface, a film material 4 transparent to the laser radiation was placed, in particular a polyester with an adhesive base, from the side facing the treated surface.
Было установлено, что температура кипения материала радиоактивной пленки 6 при нормальном давлении составляет 2500°С. Этой температуре соответствовала интенсивность лазерного излучения qth=150 МВт/см2. Сканирование по всей поверхности через прозрачный для лазерного излучения пленочный материал 4 осуществлялось лазерным лучом 5, интенсивность излучения которого на поверхности обрабатываемого объекта составляла 100 МВт/см2. Размер пятна лазерного излучения на поверхности объекта составлял 6 мм. В процессе сканирования радиоактивная пленка 6 отслаивалась, перемещаясь в сторону пленочного материала 4, и плотно прилипала к нему, образуя на нем слой радиоактивной пленки 3. После окончания сканирования пленочный материал был удален с помощью специального перемоточного устройства и помещен в контейнер, что полностью исключает распространение экологически вредных продуктов очистки. Объем контейнера в 103 раз меньше, чем объем жидкости, использованной для удаления пленки с аналогичного фрагмента ядерного реактора.It was found that the boiling point of the material of the radioactive film 6 at normal pressure is 2500 ° C. This temperature corresponded to the laser radiation intensity q th = 150 MW / cm 2 . Scanning over the entire surface through a film material 4 transparent to laser radiation was carried out by a laser beam 5, the radiation intensity of which on the surface of the treated object was 100 MW / cm 2 . The size of the laser radiation spot on the surface of the object was 6 mm. During the scanning process, the radioactive film 6 exfoliated, moving toward the film material 4, and adhered tightly to it, forming a layer of radioactive film 3 on it. After scanning, the film material was removed using a special rewinder and placed in a container, which completely eliminates the spread environmentally harmful cleaning products. The volume of the container is 10 3 times less than the volume of liquid used to remove the film from a similar fragment of a nuclear reactor.
Источники информацииInformation sources
1. Патент Российской Федерации №2084978, заявл. 24.03.92, опубл. 20.07.07, МПК 6: G21F 9/28. «Способ дезактивации поверхности и устройство для дезактивации лазером поверхности».1. Patent of the Russian Federation No. 2084978, the application. 03.24.92, publ. 07.20.07, IPC 6: G21F 9/28. "A method of surface decontamination and a device for laser decontamination of the surface."
2. Патент Российской Федерации №2212067, заявл. 13.12.01, опубл. 10.09.03, МПК 7: G21F 9/00. «Способ удаления радиоактивной пленки с поверхностей объекта и устройство для его осуществления» - прототип.2. Patent of the Russian Federation No. 22212067, decl. 12/13/01, publ. 09/10/03, IPC 7: G21F 9/00. "A method of removing a radioactive film from the surfaces of an object and a device for its implementation" - prototype.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005127022/06A RU2319238C2 (en) | 2005-08-23 | 2005-08-23 | Method for removing radioactive film from material surfaces |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005127022/06A RU2319238C2 (en) | 2005-08-23 | 2005-08-23 | Method for removing radioactive film from material surfaces |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005127022A RU2005127022A (en) | 2007-02-27 |
| RU2319238C2 true RU2319238C2 (en) | 2008-03-10 |
Family
ID=37990521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005127022/06A RU2319238C2 (en) | 2005-08-23 | 2005-08-23 | Method for removing radioactive film from material surfaces |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2319238C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
-
2005
- 2005-08-23 RU RU2005127022/06A patent/RU2319238C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
|---|---|
| RU2005127022A (en) | 2007-02-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3044188B2 (en) | Laser decontamination method | |
| CN108260349B (en) | Method and device for reducing the photoelectron yield and/or the secondary electron yield | |
| JP2013108977A (en) | Laser decontamination device | |
| Matthews et al. | Phase modulation and morphological evolution associated with surface-bound particle ablation | |
| US20100269851A1 (en) | Nuclear decontamination device and a method of decontaminating radioactive materials | |
| KR20090023269A (en) | Device and method for treating and/or decontaminating surfaces | |
| JP2006312197A (en) | Cutting device and method for lining steel sheet | |
| US20080121248A1 (en) | Laser Decontamination of the Surface of a Profiled Part | |
| JP2007315995A (en) | Method and device for decontaminating surface peripheral portion polluted by radioactive isotope, without remelting, re-diffusion and redeposition by using nonthermal laser exfoliation | |
| RU2319238C2 (en) | Method for removing radioactive film from material surfaces | |
| Rode et al. | Ultrafast laser ablation for restoration of heritage objects | |
| Kumar et al. | A comparative study on laser induced shock cleaning of radioactive contaminants in air and water | |
| Veiko et al. | Laser decontamination of radioactive nuclides polluted surfaces | |
| Mateo et al. | Laser cleaning: an alternative method for removing oil-spill fuel residues | |
| Delaporte et al. | Radioactive oxide removal by XeCl laser | |
| Carvalho et al. | Growth of micrometric oxide layers to explore laser decontamination of metallic surfaces | |
| RU2468457C1 (en) | Method for removing radioactive film from object surface | |
| US8288680B1 (en) | Thin film remediation and edge deletion process | |
| RU2104846C1 (en) | Material surface cleaning method | |
| US7521001B2 (en) | Surface treatment of concrete | |
| Stipp et al. | Surface contaminants’ incorporation after nanosecond laser ablation | |
| WO2004028713A1 (en) | Surface treatment of concrete | |
| Gao et al. | Experimental simulation of radioactive decontamination with Excimer laser | |
| Polić et al. | Laser cleaning of corrosion, efficient and environmentally friendly method | |
| Zhou et al. | High-power laser-fibers structure for surface ablation cleaning under complicated circumstance |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080824 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20111020 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130824 |