[发明专利]核设施表面污染金属部件精准无损激光去污方法

说明书

本发明涉及核设施表面污染金属部件去污技术领域，公开了一种核设施表面污染金属部件精准无损激光去污方法，按照以下步骤进行：S1、将激光器对准待去污部件的污染区域，然后使用纳秒激光按照预设的扫描路径进行纳秒激光处理，除去待去污金属部件表面的放射性污染物；S2、将激光器对准纳秒激光处理过的区域，然后按照预设的扫描路径进行皮秒激光复合处理，以修复纳秒激光去污后形成的熔池坑表面，降低金属部件表面的粗糙度，使表面结构和性能得到优化。皮秒激光复合处理是指纳秒激光处理一定时间后在相同位置上进行皮秒激光处理，即纳秒激光在前，皮秒激光在后，两个步骤协同作用。

技术领域

本发明涉及核设施表面污染金属部件去污技术领域，特别是涉及一种核设施表面污染金属部件精准无损激光去污方法。

背景技术

核电站反应堆内金属零部件在运行的过程中，放射性污染物沉积在其表面，金属表面的放射性物质主要是指含有⁶⁰Co，¹³⁷Cs，¹³²Sb，⁹⁵Nb这些放射性核素的氧化物和腐蚀产物，不是放射线照射零部件本身产生的放射性物质。而是反应堆在运行过程中，燃料组件中释放的裂变产物、一回路冷却水中的杂质受中子照射活化形成的活化产物、结构材料腐蚀产物的活化产物等随着冷却水的循环日积月累的沉积在金属部件(管道、阀门和水泵)的表面。需要定期进行简易的表面去污，去除金属表面的放射性核素使其达到解控水平，有利于工作人员在保证安全的条件下对核设施进行在役检查、定期试验、预防性维修，并保障核电站的运行安全。

目前通常采用的放射性去污方法为机械物理法和化学法，前者包括机械擦拭、高压水冲洗等，后者主要以强酸、强碱溶液溶解表层氧化污染物。现有的机械物理法和化学法都是针对表面松散的污染物，如风管表面的污染物，较易去除，去污效率可达95％以上。针对沉积渗透到氧化层和腐蚀层中的污染物，这两种方法去污效率差，仅为30％～50％。且均易产生大量放射性废液，二次废物量大，可能存在放射性废物残留；同时，多为人工近距离操作，威胁操作人员健康。激光去污作为新兴表面去污的技术，无污染物沉积、二次废物产生量少、易于实现自动化，在放射性金属表面去污领域具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有的放射性去污方法对沉积渗透到氧化层和腐蚀层中的污染物去除效果差，且会造成大量二次废物。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种核设施表面污染金属部件精准无损激光去污方法，按照以下步骤进行：

S1、将激光器对准待去污部件的污染区域，然后使用纳秒激光按照预设的扫描路径进行纳秒激光处理，除去待去污金属部件表面的放射性污染物；

S2、将激光器对准纳秒激光处理完成的区域，然后按照预设的扫描路径进行皮秒激光复合处理，以修复纳秒激光去污后形成的熔池坑表面，降低金属部件表面的粗糙度，使表面结构和性能得到优化。皮秒激光复合处理是指纳秒激光处理一定时间后在相同位置上进行皮秒激光处理，即纳秒激光在前，皮秒激光在后，两个步骤协同作用。

优选的，所述纳秒激光的激光器为Nd：YAG脉冲激光器，波长1064nm，光斑直径200μm，焦距为148mm；所述皮秒激光的激光器为Nd：YAG脉冲激光器，波长1064nm，光斑直径50μm，焦距为148mm。

优选的，所述预设的扫描路径是“S”型扫描、单向扫描、“回”字形扫描中的至少一种或者两种的组合，扫描搭接率40％～80％，脉冲搭接率30％～80％，所述纳秒激光处里和所述皮秒激光复合处理的扫描搭接率和脉冲搭接率均可为上述值，纳秒激光的扫描宽度为10～100mm，皮秒激光的扫描宽度为10～100mm。扫描搭接率为光斑在扫描方向的重叠率；脉冲搭接率为光斑在脉冲方向的重叠率。