[发明专利]用于放射性去污的复合式纳秒激光去污装置及去污方法

说明书

本发明公开了一种用于放射性去污的复合式纳秒激光去污装置及去污方法，协作去污方法包括以下步骤：驱动复合式纳秒激光去污装置的光学模组在待去污工件的上方作扫描式步进移动，相邻两次步进移动之间存在预设的时间间隔，每次步进移动之后，先启动高效纳秒激光器，并在运行第一时间段后停止，间隔第二时间段后启动超高能纳秒激光器，并在运行第三时间段后停止，且停止超高能纳秒激光器至下一次启动高效纳秒激光器之间间隔第四时间段；光学模组按照以上作步进移动，直至完成对待去污工件上表面的扫描。本发明的两路激光间隔协作复合作业，仅需一次扫描即可完成待去污表面附着物去污和放射性构件的深度剥离解控去污，提高去污效率。

技术领域

本发明涉及核工业去污领域，尤其涉及一种用于放射性去污的复合式纳秒激光去污装置及去污方法。

背景技术

中国是世界上核设施建设规模最大国家之一，国家大力推进能源结构战略性调整，重点发展核能的同时，但有关核设施退役的新技术研发相对滞后，在今后相当长一段时间，我国可能将面临逐渐增多的民用核与辐射设施退役活动，届时产生的放射性废物需要安全的清除和管理，所以对核设施退役技术的研究已经刻不容缓。同时，核设施所特有的放射性附着物以及复杂的附着物类型对激光去污工艺提出很多特殊技术要求，因此，绿色、非接触、自动化、无人化、信息化和智能化的激光去污在核设施去污领域的研究迫在眉睫。

核设施运行后，不可避免产生需要退役的放射性构件。核设施放射性构件退役需要进行拆除、去污等技术处理。反应堆工程退役和一般设施拆除不同，核反应堆退役是是一个复杂的过程，其最大特点是经过几十年运行的反应堆已成为很强的放射源，各部位都受过不同程度的中子活化和放射性核素污染。因此，核设施退役是难度大、时间长、耗资多而又是非做不可的工作。

核设施废金属类别有：不锈钢、碳钢、镍和镍基合金等，不含活化产物，废金属的几何形状也千差万别，暂占用暂存场地的贮存面积较大。需要采用合适的废金属去污技术，考虑放射性废金属的种类、几何形状、污染核素、污染水平等，参考国家现行标准(清洁解控水平、放射性废物分类、个人剂量限值等)，研发合适的废金属去污设备，有效处理放射性污染的废金属，方便拆卸解体，以达到减小废金属尺寸或清洁解控的目的。

核设施放射性金属固废处理对先进去污技术需求迫切。传统的机械打磨、化学溶解、液体强力冲洗及超声等去污方法存在效率低、环境污染、精度差等局限，无法满足高效、精准、环保去污要求。工程实践中采用的传统去污方法存在诸多实施困难，如：二次废物量过大、人员受照剂量超标、废物回收困难等一系列问题。相比传统的去污方法，激光去污具有非接触、定位精确、效率高、可控性强及环境无污染等特点。具有传统去污方法无法比拟的优势，通过与现代智能控制技术的融合，可满足核领域去污高效、安全、环保等高端需求。

激光去污的实质其实就是激光与污物层的复杂的物理化学作用，即通过连续或脉冲激光的激光克服污物与基材表面之间结合力，使污物脱离基材表面而达到清洗的目的。主要机制有：第一、激光光束产生的热输出直接传导给污物，污物受热膨胀并持续积累，从而产生足以脱离基材表面的膨胀力；第二、高能量的激光束在焦点处产生几百度或者上千度的高温，使污染物瞬间膨胀燃烧、汽化、蒸发或分解；第三、高能量密度的脉冲激光冲击波作用的污物上，使其产生高频率振动从而脱离基材表面。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种用于放射性去污的复合式纳秒激光去污装置及去污方法，技术方案如下：

一方面，提供了一种用于放射性去污的复合式纳秒激光去污装置，包括高效纳秒激光器、超高能纳秒激光器、第一准直隔离器、第二准直隔离器、合束镜、X振镜、Y振镜、场镜、驱动机构及控制器；

所述高效纳秒激光器的输出端通过第一光缆与所述第一准直隔离器的输入端连接，所述超高能纳秒激光器的输出端通过第二光缆与所述第二准直隔离器的输入端连接，所述第一准直隔离器和第二准直隔离器分别对应所述合束镜的两个入光口，所述X振镜用于对所述合束镜的出光进行X方向扫描，所述Y振镜用于对所述合束镜的出光进行Y方向扫描；所述场镜设置在所述X振镜和Y振镜的出光侧；