[发明专利]成型部件的表面的激光净化

说明书

技术领域

本发明涉及借助于激光束对成型部件(profiled part)的表面进行净化(特别是放射性净化/去污)。

成型部件意味着相对于其横截面具有相对大的长度的部件，其中该横截面保持恒定不变。这可以为例如通过热轧或冷拔获得的冶金产品。这还可以为(并且本发明将特别处理这种情况)核燃料元件细棒。

更具体地说，本发明涉及从成型部件的表面去除材料，其包括使该部件的表面经受以紫外线方式发射的脉冲激光束的冲击以及同时通过过滤器吸取从该成型部件的表面去除的材料。

然而，本发明可以应用于需要从这种部件的表面去除材料层的所有工业领域中。

背景技术

核燃料元件细棒(或针)由包含在护套中的可裂变材料柱形成。该护套通常为在其端部设有焊接插头的金属管。例如，可裂变材料以料片方式被引入护套中。

将料片引入其护套中具有可能污染细棒的外表面、特别是更靠近护套的“鼻部”的细棒的端部的潜在危险。

基于以下原因，该细棒的净化被证明是必需的。技术规格要求细棒的残余污染小于一定的阈值：不稳定污染为0.4Bq/dm²，并且固定污染/固着污染为83Bq/dm²。这些阈值通过在工厂中进行的细棒的处理被证明正确地用于限制。

存在于细棒上的污染物由源自于燃料料片的构成材料的亚微(超细)微粒组成。如果可裂变材料由MOX(混合氧化物)料片组成，这些微粒为UO₂、PuO₂和它们的混合物。细棒的护套应具有优异的机械强度，并应当保持该机械强度，直到燃料的寿命结束为止。这些特征通过护套的最初外观的保持明显地示出：白色、明亮和均匀。应当尤其保持韧性，从而使得由反应炉中温度和压力的变化产生的反复变形不会导致断裂。它们可有利地由称为Zircaloy^的锆合金制成。

在报刊杂志中公开的核净化方面的极少的激光清洁项目在美国和法国获得。在八十年代初期，美国能源部(DOE)提出利用能量激光净化核设施。主要的公开结果在1992年和1996年之间由在《艾姆斯激光净化项目》范围内的艾姆斯实验室团队获得。它们使用100瓦(248纳米，27纳秒)KrF受激准分子激光器和Q开关(1064纳米，100纳秒)Nd:YAG激光器来研究在金属表面(铝、钢、铜、金属丝)上的放射性氧化物的位移。此烧蚀方法的有效性被证明在周围气体的较大电离电势的情况下较大。为较好地覆盖该表面以及减少再沉积，聚焦射束的圆柱形物镜被使用。这些实验采用假的污染物、放射性样品以及源自于核设施的大尺寸设备而进行。净化效率对于这些特定应用而言通常是足够的。Nd:YAG激光器被推荐使用，以产生一原型，其波长(1064纳米)可通过常规光纤(光学纤维)有效传送。

其它项目集中在净化混凝土上。在这种情况下，污染物深入地扩散并且净化可通过去除厚的混凝土层(几毫米)而获得。对于这些实验，能量红外激光器例如CO₂或Nd:YAG激光器被使用。为此，基于Nd:YAG的净化激光器的原型接着在美国阿贡国立实验室中被设计，并且它可测试以解除核反应堆。近来，开始设计作为军用激光武器的称为COIL(化学氧气碘激光器)的化学激光器已经被提出用于拆除核设施，其以超过1kW的功率运行。

从1999年开始，法国的R&D已经跟随相同的路线。利用Nd:YAG和准分子激光器进行了实验。EP-A-0 520 847公开了一种用于净化来自于核设施的蒸汽发生器的基于激光的工具。FR-A-2 774 801公开了一种借助于激光束净化核燃料细棒的方法和装置。由这些文献披露的技术的结果未被公开。

LEXDIN原型由《原子能供给》(法国核能机构)在树脂玻璃腔室的净化情况下(参见J.R.COSTES等，《紫外线激光器的净化：LEXDIN原型》，CEA，1996)被设计和测试。此原型使用XeC1激光器和用于传送激光束的反射镜。

用于对源自于蒸汽发生器的污染样品(钢、铬镍铁合金)的干和热清洁的Nd:YAG激光器和KrF准分子激光器之间的比较研究被实施。在大气情况下，激光的波长具有轻微的影响。在采用限制等离子体的液膜的情况下，可以提高清洁效率(参见FR-A-2 700 882)。与干式清洁相比，净化系数在水膜时为30倍，在0.5M硝酸膜时为85倍，以及在5M硝酸膜时为650倍。