(57)【要約】      （修正有）【課題】固体物質の表面から物体を除去する。【解決手段】固体物質１１２を処理するために、固体物質１１２を流体に浸漬させて、流体および固体物質１１２にレーザー１０４のパルスを方向付けることによって固体物質１１２を処理するためのシステム。実施形態は、除去される物質をさらに限定する、比較的穏やかな、エネルギー効率のよい、制御された方法で、コンクリート、レンガ、または岩もしくは鉱物の表面層１１０を除去する。【選択図】図１Ａ
2019063872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、前記方法は、
前記物質の前記表面と液体との接触面をもたらす前記液体で前記物質を覆うステップと、
前記物質の前記表面と光のパルスとの相互作用が、前記液体と前記物質の前記表面との前記接触面において一時的熱水層を生成する局所圧力および温度を生じさせるように、前記物質の前記表面に前記光のパルスを方向付けるステップであって、前記一時的熱水層は少なくとも部分的に前記物質を溶解するステップとを備える方法。
【請求項２】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付ける前記ステップは、前記物質の前記表面に光のパルスを方向付けるためのレーザーを使用することを備える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付ける前記ステップは、前記物質の前記表面に光のパルスを方向付けるための可視または紫外線波長のレーザーを使用することを備える請求項１に記載の方法。
【請求項４】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付ける前記ステップは、前記物質の前記表面に光のパルスを方向付けるための可視または紫外線波長のレーザーのアレイを使用することを備える請求項１に記載の方法。
【請求項５】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付ける前記ステップは、前記物質の前記表面と前記光のパルスとの相互作用が、前記液体と前記物質の前記表面との前記接触面において一時的熱水層を生成する局所圧力および温度を生じさせるように、前記物質の前記表面に前記光のパルスを方向付けることを備え、前記一時的熱水層は前記液体内に懸濁される粒子を生成する前記物質を少なくとも部分的に溶解する請求項１に記載の方法。
【請求項６】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、汚染物質は前記物質に関連付けられ、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付ける前記ステップは、前記物質の前記表面と前記光のパルスとの相互作用が、前記液体と前記物質の前記表面との前記接触面において一時的熱水層を生成する局所圧力および温度を生じさせるように、前記物質の前記表面に前記光のパルスを方向付けることを備え、前記一時的熱水層は前記液体内に懸濁される粒子を生成する前記物質を少なくとも部分的に溶解し、前記汚染物質を少なくとも部分的に溶解または除去する請求項１に記載の方法。
【請求項７】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、ベリリウム汚染物質は前記物質に関連付けられ、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付ける前記ステップは、前記物質の前記表面と前記光のパルスとの相互作用が、前記液体と前記物質の前記表面との前記接触面において一時的熱水層を生成する局所圧力および温度を生じさせるように、前記物質の前記表面に前記光のパルスを方向付けることを備え、前記一時的熱水層は前記液体内に懸濁される粒子を生成する前記物質を少なくとも部分的に溶解し、前記ベリリウム汚染物質を少なくとも部分的に溶解または除去する請求項１に記載の方法。
【請求項８】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、放射能汚染物質は前記物質に関連付けられ、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付ける前記ステップは、前記物質の前記表面と前記光のパルスとの相互作用が、前記液体と前記物質の前記表面との前記接触面において一時的熱水層を生成する局所圧力および温度を生じさせるように、前記物質の前記表面に前記光のパルスを方向付けることを備え、前記一時的熱水層は前記液体内に懸濁される粒子を生成する前記物質を少なくとも部分的に溶解し、前記放射能汚染物質を少なくとも部分的に溶解または除去する請求項１に記載の方法。
【請求項９】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、希土酸化物汚染物質は前記物質に関連付けられ、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付ける前記ステップは、前記物質の前記表面と前記光のパルスとの相互作用が、前記液体と前記物質の前記表面との前記接触面において一時的熱水層を生成する局所圧力および温度を生じさせるように、前記物質の前記表面に前記光のパルスを方向付けることを備え、前記一時的熱水層は前記液体内に懸濁される粒子を生成する前記物質を少なくとも部分的に溶解し、前記希土酸化物汚染物質を少なくとも部分的に溶解または除去する請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、前記物質を液体で覆う前記ステップは、前記物質を酸性の液体で覆うことを備える請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、前記物質を液体で覆う前記ステップは、前記物質をアルカリ性の液体で覆うことを備える請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付ける前記ステップは、前記物質の前記表面に光のパルスを方向付けるためのレーザーを使用することを備え、前記光のパルスは重複する配置で前記物質の前記表面に方向付けられる請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付ける前記ステップは、複数のパルスが重複するように、前記物質の前記表面に光の前記複数のパルスを方向付けるためのレーザーを使用することを備える請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、前記物質の前記表面に光の複数の第２のパルスを方向付けるための第２のレーザーを使用することをさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、前記物質の前記表面に光の第２の複数のパルスを方向付けるための第２のレーザーを使用することをさらに備え、前記物質の前記表面に方向付けられる光の前記複数のパルスを重複させるように、光の前記第２の複数のパルスは前記物質の前記表面に方向付けられる請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、汚染物質は前記物質に関連付けられ、前記方法は、
前記物質の前記表面と液体との接触面をもたらす前記液体で前記物質を覆うステップと、
前記物質の前記表面と光のパルスとの相互作用が、前記液体と前記物質の前記表面との前記接触面において一時的熱水層を生成する局所圧力および温度を生じさせるように、前記物質の前記表面に前記光のパルスを方向付けるステップであって、前記一時的熱水層は前記液体内に懸濁される粒子を生成する前記物質を少なくとも部分的に溶解し、前記汚染物質を少なくとも部分的に溶解または除去するステップとを備える方法。
【請求項１７】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、汚染物質は前記物質に関連付けられ、ベリリウム汚染物質は前記物質に関連付けられ、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付ける前記ステップは、前記物質の前記表面と前記光のパルスとの相互作用が、前記液体と前記物質の前記表面との前記接触面において一時的熱水層を生成する局所圧力および温度を生じさせるように、前記物質の前記表面に前記光のパルスを方向付けることを備え、前記一時的熱水層は前記液体内に懸濁される粒子を生成する前記物質を少なくとも部分的に溶解し、前記ベリリウム汚染物質を少なくとも部分的に溶解または除去する請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、汚染物質は前記物質に関連付けられ、放射能汚染物質は前記物質に関連付けられ、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付ける前記ステップは、前記物質の前記表面と前記光のパルスとの相互作用が、前記液体と前記物質の前記表面との前記接触面において一時的熱水層を生成する局所圧力および温度を生じさせるように、前記物質の前記表面に前記光のパルスを方向付けることを備え、前記一時的熱水層は前記液体内に懸濁される粒子を生成する前記物質を少なくとも部分的に溶解し、前記放射能汚染物質を少なくとも部分的に溶解または除去する請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、汚染物質は前記物質に関連付けられ、希土酸化物汚染物質は前記物質に関連付けられ、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付ける前記ステップは、前記物質の前記表面と前記光のパルスとの相互作用が、前記液体と前記物質の前記表面との前記接触面において一時的熱水層を生成する局所圧力および温度を生じさせるように、前記物質の前記表面に前記光のパルスを方向付けることを備え、前記一時的熱水層は前記液体内に懸濁される粒子を生成する前記物質を少なくとも部分的に溶解し、前記希土酸化物汚染物質を少なくとも部分的に溶解または除去する請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、汚染物質は前記物質に関連付けられ、鉛汚染物質は前記物質に関連付けられ、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付ける前記ステップは、前記物質の前記表面と前記光のパルスとの相互作用が、前記液体と前記物質の前記表面との前記接触面において一時的熱水層を生成する局所圧力および温度を生じさせるように、前記物質の前記表面に前記光のパルスを方向付けることを備え、前記一時的熱水層は前記液体内に懸濁される粒子を生成する前記物質を少なくとも部分的に溶解し、前記鉛汚染物質を少なくとも部分的に溶解または除去する請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、汚染物質は前記物質に関連付けられ、含鉛ペイント汚染物質は前記物質に関連付けられ、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付ける前記ステップは、前記物質の前記表面と前記光のパルスとの相互作用が、前記液体と前記物質の前記表面との前記接触面において一時的熱水層を生成する局所圧力および温度を生じさせるように、前記物質の前記表面に前記光のパルスを方向付けることを備え、前記一時的熱水層は前記液体内に懸濁される粒子を生成する前記物質を少なくとも部分的に溶解し、前記含鉛ペイント汚染物質を少なくとも部分的に溶解または除去する請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
物質を処理するための装置であって、前記物質は表面を有し、前記装置は、
前記物質の前記表面と液体との接触面をもたらす前記液体で前記物質を覆うための手段と、
前記物質の前記表面と光のパルスとの相互作用が、前記液体と前記物質の前記表面との前記接触面において一時的熱水層を生成する局所圧力および温度を生じさせるように、前記物質の前記表面に前記光のパルスを方向付けるための手段であって、前記一時的熱水層は少なくとも部分的に前記物質を溶解する手段とを備える装置。
【請求項２３】
物質を処理するための装置であって、前記物質は表面を有し、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付けるための前記手段は、前記物質の前記表面に光のパルスを方向付けるためのレーザー手段を備える請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
物質を処理するための装置であって、前記物質は表面を有し、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付けるための前記手段は、前記物質の前記表面に光のパルスを方向付けるための可視または紫外線波長のレーザー手段を備える請求項２２に記載の装置。
【請求項２５】
物質を処理するための装置であって、前記物質は表面を有し、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付けるための前記手段は、前記物質の前記表面に光のパルスを方向付けるための可視または紫外線波長のレーザー手段のアレイを備える請求項２２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項の下に、あらゆる目的のために参照により全体として本明細書に援用される、「ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ
ｌａｓｅｒ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｏｆ  ｓｏｌｉｄｓ」と題する、２０１３年１月１５日に出願した米国仮特許出願第６１／７５２、８２３号明細書の利益を主張するものである。
【０００２】
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項の下に、あらゆる目的のために参照により全体として本明細書に援用される、「ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｌａｓｅｒ−ｅｎｈａｎｃｅｄ
ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｏｆ  ｍｉｎｅｒａｌｓ  ａｎｄ  ｄｅｂｒｉｓ  ｖｉａ  ａｃｉｄ  ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ａｎｄ  ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ」と題する、２０１３年１月１５日に出願した米国仮特許出願第６１／７５２、９０１号明細書の利益を主張するものである。
【０００３】
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項の下に、あらゆる目的のために参照により全体として本明細書に援用される、「ｐｅｒｉｏｄｉｃ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｌａｓｅｒ−ｄｒｉｖｅｎ  ｓａｍｐｌｅ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」と題する、２０１３年１月１８日に出願した米国仮特許出願第６１／７５４、１４２号明細書の利益を主張するものである。
【０００４】
連邦政府支援の研究または開発に基づいて行われた特許出願についての権利に関する陳述
米国政府は、ローレンスリバモア国立研究所（Ｌａｗｒｅｎｃｅ  Ｌｉｖｅｒｍｏｒｅ
Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ）の運営に対する米国エネルギー省（Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｅｎｅｒｇｙ）とローレンスリバモアナショナルセキュリティ（Ｌａｗｒｅｎｃｅ  Ｌｉｖｅｒｍｏｒｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｅｃｕｒｉｔｙ、ＬＬＣ）との間の契約第ＤＥ−ＡＣ５２−０７ＮＡ２７３４４号に従って本出願における権利を有する。
【０００５】
本出願は、処理に関し、さらに詳細には、レーザー駆動の熱水処理に関する。
【背景技術】
【０００６】
コンクリート、レンガ、および岩／鉱物のような物質の表面の除去は、コンクリートの研磨もしくは強力アブレイシブウォータージェットまたは電気放電衝撃チッピングおよびフレーキングを介して達成されうる。空中でコンクリートをその沸点／剥離点／亀裂点まで加熱するために５ｋＷのレーザーを使用する、レーザースカブリングが実証されてきた。これらのプロセスはいずれも、その主要なメカニズムとして表面の一時的な溶解を採用するものではなく、いずれも物質除去の穏やかなμｍスケールの制御をもたらすものではない。
【０００７】
「レーザーピーニング」は、金属製ターゲットと水との接触面においてプラズマおよび逆伝搬衝撃波を生じさせるために、水中に浸漬されている金属製ターゲットにも方向付けられた強力レーザーパルスを使用する。レーザーパルスと金属製ターゲットとの相互作用は、浸漬されているか否かにかかわらず、レーザーパルスと、コンクリート、レンガ、または岩のような誘電性ターゲットとの間の相互作用とは基本的に異なっている。金属のような伝導体は、誘電体よりもはるかに高い電気伝導率を有し、金属製ターゲットに突き当たるレーザー光は、多くとも数μｍの表皮厚さの範囲内に完全に吸収される。エネルギー効率のよい、穏やかな、制御されたプロセスに使用することは不適切とされるような、極めて高出力のレーザーパルスの場合を除いて、誘電体は、はるかに長い侵入深度にわたり光を吸収する。金属は、レーザーパルスを非常に強く吸収するので、浸漬された金属と浸漬流体との接触面において高い温度および圧力を生じさせることが比較的容易であることは、驚くにはあたらない。
【０００８】
熱水処理は、石英［ＳｉＯ２］およびエメラルド［Ｂｅ３（Ａｌ、Ｃｒ）２Ｓｉ６Ｏ１６］を含む物質の精製結晶を成長させるための技法である。熱水処理に関する情報は、論文「Ｐｕｌｓａｔｉｏｎ  ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ  ａｔ  ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｇｒｏｗｔｈ（ｂｅｒｙｌ  ａｓ  ｅｘａｍｐｌｅ）」Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ  ２０６、２０３−２１４（１９９９）、Ｖ．Ｇ．Ｔｈｏｍａｓ、Ｓ．Ｐ．Ｄｅｍｉｎ、Ｄ．Ａ．Ｆｏｕｒｓｅｎｋｏ、Ｔ．Ｂ．Ｂｅｋｋｅｒ著、および論文「ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ  ｇｒｏｗｔｈ  ｏｆ  α−ｑｕａｒｔｚ  ｕｓｉｎｇ  ｈｉｇｈ−ｐｕｒｉｔｙ  α−ｃｒｉｓｔｏｂａｌｉｔｅ  ａｓ  ｆｅｅｄ
ｍａｔｅｒｉａｌ」Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｂｕｌｌｅｔｉｎ  ２８、１２０１−１２０８（１９９３）、Ｍ．  ＨｏｓａｋａおよびＴ．Ｍｉｙａｔａ著に提供されている。緑柱石の平均成長温度は約６００°Ｃであり、所与の温度における純水について圧力は１．５ｋｂａｒであった。実施の期間は、１５から２５日間であり、成長率は０．１ｍｍ／日であった。石英の場合、成長は、５〜２２日間行われた。７５％を超える高度な充填での成長において、石英の成長率は、Ｚ方向に約０．２〜０．６ｍｍ／日であり、Ｘ方向に約０．１〜０．２ｍｍ／日であった。従来の熱水処理では、持続的な高い温度および圧力に耐えることができる格納容器を必要とし、プロセスには非常に時間がかかる。したがって、従来の熱水プロセスは、建物などの広大な表面を処理することには、実際的な応用が見込めない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
開示される装置、システム、および方法の特徴および利点は、以下の説明から明らかとなろう。出願人は、装置、システム、および方法の広範な提示をもたらすために、図面および固有の実施形態の例を含むこの説明を提供する。本出願の精神および範囲内のさまざまな改変および変更は、この説明から、および装置、システム、ならびに方法の実施によって、当業者には明らかとなろう。装置、システム、および方法の範囲は、開示される特定の形態に限定されることが企図されているわけではなく、本出願は、特許請求の範囲によって定義される装置、システム、および方法の精神および範囲内に含まれるすべての変更、等価物、および代替を対象とする。
【００１０】
本出願は、物質を処理するために、物質を流体に浸漬させて、流体および物質にレーザーパルスを方向付けることによって物質を処理するための装置、システム、および方法を対象とする。
【００１１】
目的は、固形物質の表面から物体を除去するための改善された手段および方法を提供することである。
【００１２】
さらなる目的は、除去される物質をさらに限定する、比較的穏やかな、エネルギー効率のよい、制御された方法で、コンクリート、レンガ、または岩もしくは鉱物の表面を除去するための、パルスレーザーベースの方法を提供することである。
【００１３】
さらなる目的は、除去される物質をさらに限定する、比較的穏やかな、エネルギー効率のよい、制御されたプロセスで、少なくとも一時的な方法で、熱水処理を実行することのできる流体に浸漬されうるかまたは流動流体で覆われうるコンクリート、レンガ、または岩もしくは鉱物の表面を除去するための、パルスレーザーベースの方法を提供することである。
【００１４】
さらなる目的は、除去される物質をさらに限定する、比較的穏やかな、エネルギー効率のよい、制御されたプロセスで、流体に浸漬されうるかまたは流動流体で覆われうる、鉛系ペイントを含む塗装表面、またはその他の重金属化合物で汚染されている表面に含まれる、コンクリート、レンガ、または岩もしくは鉱物の表面からの汚染物質を除去するための、パルスレーザーベースの方法を提供することである。
【００１５】
さらなる目的は、コンクリート、レンガ、または岩もしくは鉱物の表面から汚染物質を除去するため、および汚染除去の進行中に、リアルタイムで、汚染物質の濃度を監視するための、パルスレーザーベースの方法を提供することである。
【００１６】
さらなる目的は、汚染除去される表面上に水を沈滞または流体媒体として使用して、ベリリウムおよび／またはその酸化物ならびにその他のベリリウム化合物またはアクチニドおよび／またはそれらの酸化物ならびにその他のアクチニド化合物から表面の汚染除去を実行するための、パルスレーザーベースの方法を提供することである。
【００１７】
さらなる目的は、鉱石の希土酸化物の濃度を分析するための方法を提供することである。
【００１８】
さらなる目的は、コンクリート、レンガ、または岩もしくは鉱物におけるさまざまな元素対深度の濃度プロファイルを測定するための、パルスレーザーベースの分析方法を提供することである。
【００１９】
さらなる目的は、熱水処理の影響を受けやすい物質を再結晶させるための、迅速で、比較的エネルギー効率のよい方法を提供することである。
【００２０】
その他の目的および利点は、以下の説明および添付の図面から明らかとなろう。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
出願人の装置、システム、および方法に関する追加の情報は、Ｒ．Ｍａｒｉｅｌｌａ、Ａ．Ｒｕｂｅｎｃｈｉｋ、Ｍ．Ｎｏｒｔｏｎ、およびＧ．Ｄｏｎｏｈｕｅによる論文「Ｌａｓｅｒ  ｃｏｍｍｉｎｕｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ  ｓａｍｐｌｅｓ」Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  １１４（２０１３）において提供されている。Ｒ．Ｍａｒｉｅｌｌａ、Ａ．Ｒｕｂｅｎｃｈｉｋ、Ｍ．Ｎｏｒｔｏｎ、およびＧ．Ｄｏｎｏｈｕｅによる論文「Ｌａｓｅｒ  ｃｏｍｍｉｎｕｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ  ｓａｍｐｌｅｓ」Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  １１４（２０１３）は、あらゆる目的のためにこの参照により本明細書に援用される。
【００２２】
装置、システム、および方法には、変更および代替的形態の余地がある。固有の実施形態は、一例として示される。装置、システム、および方法が、開示される特定の形態に限定されないことを理解されたい。装置、システム、および方法は、特許請求の範囲によって定義される本出願の精神および範囲に含まれるすべての変更、等価物、および代替を対象とする。
【００２３】
本明細書に組み入れられ、その一部をなす添付の図面は、上記に示される概要と併せて、装置、システム、および方法の固有の実施形態を表し、固有の実施形態の詳細な説明は、装置、システム、および方法の原理を説明する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１Ａ】固形物質の表面の初期吸収および加熱を示す図である。
【図１Ｂ】一時的に加熱されて加圧された水の層の拡大を示す図である。
【図１Ｃ】後処理の岩および付近の水を示す図である。
【図２】プロファイリングのための装置、システム、および方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図面、以下の詳細な説明、および組み入れられた資料を参照すると、固有の実施形態の説明を含む、装置、システム、および方法に関する詳細な情報が提供される。詳細な説明は、装置、システム、および方法の原理を説明する役割を果たす。装置、システム、および方法には、変更および代替的形態の余地がある。本出願は、開示される特定の形態に限定されることはない。本出願は、特許請求の範囲によって定義される装置、システム、および方法の精神および範囲に含まれるすべての変更、等価物、および代替を対象とする。
【００２６】
本出願は、物質の除去または変質を扱う。開示されるのは、流体に浸漬される個体を除去および／または変質するために光エネルギーのパルスを使用する方法を実施する装置およびシステムである。わずかに沈滞しているかまたは意図的に流れている／対流している状態がありうる、浸漬流体は、光エネルギーのパルスを伝搬する必要があり、個体は、これらの光エネルギーのパルスをその表面で吸収する必要がある。１つの装置およびシステムは、パルス光エネルギーの光源としてレーザーからの紫外線光のパルスを使用するものであり、浸漬流体として水を使用するものである。新しい装置、システム、および方法により使用可能な操作には少なくとも次の３つの領域がある。
【００２７】
領域１−  より低い出力領域：一時的溶解を介する表面物質の精製／再結晶
領域２−  適度な出力領域：一時的溶解を介する表面物質の除去
領域３−  より高い出力領域：一時的溶解および個体内の密着力／付着力の阻害を介する表面物質の除去
領域１および２は、個体の表面を除去および／または変質するための、制御された、比較的穏やかな、良好に限定された方法を提供する。次いで、ターゲットは、例として、コンクリート、レンガ、またはさまざまな岩または鉱物であってもよい。表面の不揮発性の有毒性および／または放射能汚染がある場合、このレーザー駆動熱水処理［「ＬＤＨＰ」］は、除去された有害物質を、特に処理中に有害浮遊粒子を解放することなく収容しながら、表面を汚染除去するための新しい方法および手段を提供する。
【００２８】
水に浸漬されるケイ酸塩物質の場合、二酸化ケイ素［ＳｉＯ２］の精製／再結晶は、ＬＤＨＰにより通常観察される。
【００２９】
ターゲットが、浸漬されるコンクリートである場合、ＬＤＨＰは、コンクリートの表面自体と共に、表面に付着／結合している物質をセメント除去するように効果的に調整されうる。これは、塗料内または塗料の下の、固体表面にもありうる汚染を含む、コンクリート表面の塗料および汚染を除去することを含む。
【００３０】
本出願の１つの態様は、物質の除去であるが、精製結晶の成長は、その成長が熱水プロセスを介して達成されえる場合、種結晶の生成または既存の結晶の表面の精製に適用可能となりうるもう１つの態様である。
【００３１】
ＬＤＨＰが提供する物質の穏やかで制御された除去の１つの適用は、すでに実行されている場合もある汚染除去の検証を含む、分析を目的とする、汚染対深度のプロファイリングである。
【００３２】
基本的に、この適用は、化学および物理学における新しい領域、つまり一時的熱水状態、の発見に基づいており、この状態には、適度な出力のレーザーパルスを透過性浸漬流体に通し、それらのパルスを、塗装済みのものを含むコンクリート、レンガ、または岩のような、多結晶誘電体の表面に方向付けることによって到達されてもよい。この新しい領域は、浸漬されるターゲット物質が、可視または最も紫外線光［「ＵＶ」光］の場合のような、レーザー光に透過的である場合に、およびターゲットが、たとえば［ＵＶグレードの石英ガラス］の場合は、到達されえない。この理由により、装置、システム、および方法は、報告されるようにパルスを望ましい表面に当てるために、ＵＶグレードの石英ガラスウィンドウおよび水またはその他の透明流体にレーザーパルスを通すことによって、塗装済みサンプルを含むコンクリート、レンガ、岩のようなサンプルと共に使用することができる。パルス幅およびエネルギー密度［「フルエンス」］は、かなり広い範囲内に含まれ、しかもエネルギー効率のよい、穏やかで制御され、限定された、ターゲット物質の除去および／または再結晶を生成するが、ターゲットと水のような隣接の流体の両方を、より高い温度、および流体がターゲット物質の多くまたは全部の大幅に増大した溶解力を呈する温度まで迅速に加熱するために、ターゲット物質の表面に十分なエネルギーが沈積される必要がある。このプロセスは、いくつかの原理に基づいている。
【００３３】
−  レーザーパルスに対する流体の透過性
−  浸漬される固体ターゲット物質の表面のレーザーパルスの吸収
−  レーザーパルス吸収の大きさに対して吸収されるレーザーパルスエネルギーの熱伝導の率よりも小さいレーザーパルスの幅
−  流体の溶解力の増大が圧力の増大に依存する場合、レーザーパルスの幅は、固体の表面におけるより高い流体圧力が消散する時間よりも短くなくてはならない
−  固体表面の局所的加熱、およびこの熱の隣接流体への急速な伝導による、流体の溶解力の増大
レーザー駆動の熱水処理［「ＬＤＨＰ」］
本出願において使用されるように、「熱水（ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ）」という用語は、流体が室温を超える温度および大気圧を超える圧力の条件に追い込まれる状況を意味し、この条件において流体は関心対象の物質の溶解力の大幅な増大を呈する。たとえば、水の場合、これをその超臨界状態に追い込むには、＞３７４°Ｃの温度および＞２１８ａｔｍの圧力が必要になり、超臨界水は石英およびその他の酸化物を、室温および大気圧において水が溶解するよりもはるかに大きく溶解する。
【００３４】
本出願において使用されるように、「汚染物質（ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｓ）」という用語は、主要物質に見出される少数元素または少数化合物を意味する。
【００３５】
出願人の方法およびシステムの実施の例では、以下のものを使用する。
【００３６】
＃１−  浸漬されるターゲット物質の急速な加熱をもたらすために十分な輝度「単位面積あたりの出力」およびフルエンス［単位面積あたりのエネルギー］を持つ光のパルスをターゲット物質に供給することができるレーザー
＃２−  液体水のような流体に懸濁されるかまたは流体で覆われるターゲット物質を収容するための、レーザーパルスに透過的な、石英ガラスのような、少なくとも１つのウィンドウを持つ、チャンバーまたはその他の方法、または商用レーザーピーニングにおいて使用される水のような、ターゲット物質の表面上に被覆または覆いの流体の流れを生成するための方法
＃３−  レーザー光に透過的であり、高圧および高温において、関心対象の物質の溶解力の大幅な増大を呈する流体
＃４−  浸漬流体と適合し、加熱されるのに十分な強さのレーザー光を吸収し、溶解力を増大させるように隣接する流体を同時に、一時的に加熱して加圧するターゲット物質
例
出願人は、装置、システム、および方法のさまざまな例を構成し、試験した。コンクリート、レンガ、および珪岩ターゲットについて、２つのレーザーおよび光の３つの波長、ならびにフルエンスおよび光度の範囲が、良好に使用された。［珪岩は、本来砂岩であったものから形成された、変成岩である。］
１つのレーザーは、１０５３ｎｍの基本出力を備え、倍周波数装置により５２７ｎｍの光を放出することができるか、または３倍周波数装置により出力が１５ｍｍ×１７ｍｍのほぼ長方形である３５１ｎｍの光を放出することができ、名目上平坦な輝度プロファイル、および８から２０ｎｓの間で調整可能なパルス幅を備える、Ｎｄ：ガラスのジグザグスラブ増幅器に基づくカスタムメイドのレーザーであった。一部の実験について、ＵＶ透過レンズが、ターゲット表面上のスポットサイズを減らすために使用された。
【００３７】
第２のレーザーは、１２×３０ｍｍスポットに２４８ｎｍ波長で２５ｎｓの光パルスを生成する、商用エキシマレーザー［Ｃｏｈｅｒｅｎｔ−Ｌａｍｂｄａ  Ｐｈｙｓｉｋ  ＬＰＸ３００レーザー］であった。この後者のレーザーは、ターゲット表面上のスポットサイズを減らすためにＵＶ透過レンズと共に使用された。
【００３８】
本出願において説明されるＬＤＨＰの例示の実験では、大気に開放され、脱イオン水で部分的に満たされ、レーザーパルスがシステム内に入るのを許容するＵＶグレードの石英ガラスのウィンドウを備える、ステンレススチールチャンバーを使用した。出願人は、ＬＤＨＰが研究されたチャンバーを密閉しようと試みなかったが、中間の温度および圧力において動作することができる密閉チャンバーが使用されえなかった根本的な理由はなく、また密閉チャンバーが、ＬＤＨＰレーザーパルスによってターゲット表面から放出されたガスをサンプリングすることができた水またはその他の流体上に設置されたチューブまたはその他のガスフローデバイスと共に使用されえなかった根本的な理由もない。これは、質量分析計またはイオン易動度分光測定式探知機のような、監視装置に、放出されたガスを押し流すための、窒素またはアルゴンのようなサンプリングガスのフローの意図的な使用を含むことができる。これは、たとえば、続いて固体内に取り込まれたラドンまたはその他の希ガスに崩壊した固体ターゲット内の放射性物質があった場合、有用となりうる。
【００３９】
本出願において説明されるＬＤＨＰの例示の実験では、水を浸漬流体として使用し、数ｃｍ以下の伝達距離の場合、水は、１０００ｎｍから２００ｎｍの波長の光に透過的である。
【００４０】
珪岩、コンクリート、レンガの効果的な吸収は、物質の熱水処理の条件を達成するのに十分に高かった。５２７ｎｍおよび３５１ｎｍのレーザー波長は共にＬＤＨＰを実証し、前者は主として、ほぼ０．８Ｊ／ｃｍ２のフルエンスで珪岩の表面上に二酸化珪素の再結晶を生成し、３５１ｎｍレーザーパルスは主として、７Ｊ／ｃｍ２および３．５Ｊ／ｃｍ２のフルエンスで珪岩から物質を除去した。コンクリートの場合、コンクリートへの０．４Ｊ／ｃｍ２の３５１ｎｍレーザーパルスは、セメントを優先的に除去した。ほぼ２ｍｍ×５ｍｍスポットに集光された０．６Ｊの、２４８ｎｍエキシマレーザーは主として、商用珪岩床張りから物質を除去し、コンクリート砂利から、優先的にセメントを除去した。
【００４１】
レーザー強化された溶解および再結晶
ＬＤＨＰ後の珪岩サンプルの検査は、１つの驚くべき現象を明らかにした−物質除去ゾーンの周囲は比較的大きい、無色の結晶であったが、後に比較的純粋なＳｉＯ２と識別した。珪岩上に出現した無色の結晶は、たとえ通常の研磨しきい値に満たないレーザーフルエンスであっても物質の何らかの変化が行われていたことの現れであったので、次の実験において、コンクリートの破片に向けて２．５ｃｍ２面積の未集光のレーザーを使用して、目に見えるくぼみを生じることなく進んだ除去物質を測定した。結果として得られたサブｐｍスケールの粒子の分布は、事実上、珪岩［岩］への集光レーザーから観察した粒子の分布と同一であった。サンプルを計量すると、除去率４．５＊１０４ｇ／Ｊまたは除去エネルギー２．２ｋＪ／ｇで重量減少を示したが、これは二酸化ケイ素の蒸発エネルギー１０ｋＪ／ｇよりもはるかに小さく、したがって我々のメカニズムは直接蒸発よりもはるかに効率が高い。一時的な表面付近の、高温高圧水が大幅に高められた溶解力を有し、たとえＳｉＯ２が大気圧条件下で水に溶けないとしても、珪岩のＳｉＯ２成分を含む、加熱された固体表面を効果的に溶解したという事実によって、我々はこの結果を説明する。
【００４２】
これ以降、図面、特に図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｃを参照するが、紫外線レーザーパルス、吸収固体としてケイ酸塩岩、および浸漬流体として水を使用する、プロセスの概略的な表示が提供される。図１Ａは、固形物質の表面の初期吸収および加熱を示す図であり、同時に水を加熱して、表面層の多くまたは全部を一時的に溶解する。図１Ｂは、一時的に加熱されて加圧された水の層の拡大を示す図であり、層が冷えて拡大すると、形成する過飽和溶液からナノ結晶を生成する。図１Ｃは、プロセス後の岩および近隣の水を示す図であり、形成されたナノ結晶および固体表面に再結晶したＳｉＯ２の可能な懸濁を示している。レーザーパルスが関心対象の表面を照射し、その表面がレーザーパルスエネルギーを吸収することができる限りにおいて、固体ターゲット物質の物理的な配向は関連しない。
【００４３】
試験装置１００は、図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｃに示される。試験装置１００は、容器１０２、レーザー１０４、レーザービーム１０６、水槽１０８、加熱層１１０、および固体１１２を含む。図１Ａは、固形物質１１２の表面の初期吸収および加熱を示すが、同時に水１０８を加熱して、表面層１１０の多くまたは全部を一時的に溶解する。
【００４４】
図１Ｂは、一時的に加熱されて加圧された水の層１１４の拡大を示すが、層が冷えて拡大すると、形成する過飽和溶液からナノ結晶１１６を生成する。
【００４５】
図１Ｃは、プロセス後の岩および近隣の水を示すが、形成されたナノ結晶１１８および固体表面に再結晶したＳｉＯ２の可能な懸濁を示している。レーザーパルスが関心対象の表面を照射し、その表面がレーザーパルスエネルギーを吸収することができる限りにおいて、固体ターゲット物質の物理的な配向は関連しない。
【００４６】
出願人は、次のようなイベントのシーケンスが生じると判断した：個体ターゲットの表面上のレーザーパルスの吸収が、表面を加熱し、並行して、コンクリートまたはその他の表面と接触して、おそらくはわずかｎｓまたはμｓほどの時間スケールで、慣性により保持された高圧および高温の水の一時的な薄い層を生成する。この時間中、酸素およびその他の成分の熱水強化された溶解が進行する。薄い層が拡大して冷えると、一時的に溶解した素地は沈殿して、かなりの程度までサブμｍスケールの粒子を形成し、固体表面と直接接触すると、付着性結晶を形成する。
【００４７】
第２のレーザーパルスが、つぶれる気泡が表面に当たるのと同時、または少し前に、表面に当たる場合、局所の圧力および温度、ひいては溶解が高められると出願人は判断した。コンクリートまたはその他の表面のレーザー粉砕の任意の適用がいずれにせよパルス列により行われる可能性が高いので、気泡の形成およびつぶれの自然な緩和周波数と合うようにパルスの時間分離を調整することはかなり適合する。出願人は、１５ｎｓの０．４Ｊ／ｃｍ２、３５１ｎｍの光を使用した研究について、以下に示されるＡｌｌｏｎｃｌｅらによる公開されたデータに基づいて、緩和時間が１４０μｓであったと推定する。すなわち、表面に形成される気泡の自然関係時間に基づいて、表面の粉砕の特に効率的な繰り返し率がありうる。
【００４８】
出願人は、浸漬水に現れた細い粒径の粒子の分布を観察した。異なるサンプルからの粒径分布は、相互に類似しており、固体ターゲットの粒状物および粒径とは異なっていた。
【００４９】
原理上は、出願人の装置、システム、および方法は、パルスあたりより低い総エネルギーおよびより小さいレーザースポットまたはガウスもしくはその他のピーク輝度プロファイルにより実施されうるが、好ましい実施形態は、より高いパルスエネルギーの、ＳＬＡＢレーザーによって生成されるようなフラットトップの輝度プロファイル、または商用エキシマレーザーによって一般に生成されるような準フラットトップの輝度プロファイルを使用するものとし、ピークプロファイルによるレーザーが使用される必要がある場合、好ましい実施形態は、ビームホモジェナイザーを、おそらくは結像光学系と組み合わせて、スポットサイズを望ましい面積に調整し、処理を実行するものとする。これらの考慮事項の理由は、ＬＤＨＰには輝度とフルエンスの最小しきい値があって、フラットトップの輝度プロファイルのより大きいビームが、ＬＤＨＰのターゲット物質上で合計ビームスポットのより多くの部分を使用して、ピーク輝度プロファイルのレーザースポットの場合よりもさらに均一にプロセスを実行するようになっているためである。最小しきい値は物質によって異なり、出願人が観察した最小しきい値は、コンクリート内のセメントの場合の８から２５ｎｓのＵＶレーザーパルスの約０．４Ｊ／ｃｍ２であり、最大値は、淡色の砂または石英の場合の同様の幅のＵＶレーザーパルスの約１．５から２Ｊ／ｃｍ２である。
【００５０】
ピコ秒またはフェムト秒のレーザーパルスを放射するレーザーがあるとしても、それらは好ましい実施形態には含まれないが、その１つの主要な理由は、たとえどのようなパルス幅であっても、光の所与の波長に対して、個体ターゲット物質は、レーザーパルスが直接にターゲット物質を加熱するために十分な光エネルギーを吸収する必要があるからである。したがって、より短いレーザーパルスは、ターゲット物質および隣接する流体を加熱するために同量のエネルギーを供給するよう、より高い輝度を有する必要がある［フルエンス＝輝度＊パルス幅］。より高い輝度は、個体ターゲットとその浸漬流体との間の接触面に絶縁破壊およびプラズマを生じさせる高い可能性を伴っている。絶縁破壊およびプラズマの発生は、ＬＤＨＰが浸漬流体とレーザーパルスにより加熱される固体ターゲットとの間の密接な接触を必要とするため、ＬＤＨＰにとって望ましくない。
【００５１】
通常はポルトランドセメント［加熱ＣａＣＯ３］、砂、およびおそらくはより大きい砂利を含むコンクリートは、このプロセスにより効果的にセメント除去される不純物を含む物質の例である。プロセスが一時的溶解のステップを組み入れていることの証拠は、観察された粒径が出発物質［たとえば、セメントの場合、サイズ分布自体が極めて広範であり、通常、サブマイクロメーター程度から１００μｍまでの２０または３０にわたる］の粒状物または粒径に依存しないが、一連の固体ターゲットについて相互に類似していることである。粒径の分布のサブμｍの特性はまた、核形成および粒子の成長を通じて、懸濁またはコロイドを形成する、過飽和層を経た溶解層からの急速な変化と一致する。
【００５２】
適度な輝度およびフルエンスは、エネルギー効率の高い限定されたプロセスをもたらすために使用されてもよく、また使用される必要があるが、それは、絶縁破壊がなく、プロセスがプラズマの形成を介して進行しないからである。実際、前述のように、固体ターゲットと浸漬流体との密接な接触が直接溶解に必要とされ、プラズマの形成は密接な接触を阻害するので、絶縁破壊およびプラズマの形成は望ましくない。また、ターゲット物質は、昇華または沸点まで加熱される必要はなく、このことは、このプロセスの十分に改善されたエネルギー効率とその比較的穏やかで限定された特性を明らかにしている。
【００５３】
照射される表面に隣接する層を囲む流体は、表面に隣接する流体の層の圧力および温度の増加を限定する役割を果たすので、圧力容器は必要ない。［ＣａＣＯ３とＣａＯの混合物である］コンクリート内のセメントの迅速な除去のためのメカニズムは、現時点では知られていないが、高圧の高温（ｈｉｇｈ−Ｔ）の水が、ＣａＣＯ３の形状である方解石を溶解するという証拠がある。
【００５４】
これ以降図２を参照して、プロファイリングのための装置、システム、および方法が説明される。装置、システム、および方法は、概して参照数表示２００によって指定される。装置、システム、および方法は、プロファイリングされる表面２０２に方向付けられた水２０４を使用する。水２０４は、水被覆２０８を形成する。レーザー光源２１０は、レーザービーム２１２を生成する。レーザービーム２１２は、水被覆２０８、およびプロファイリングされる表面２０２に方向付けられる。水２０４は、フロー方向２１４を経て廃棄物コレクタ２１６に移動する。これは、流体収集およびアーカイブシステム２２０のためのフローをもたらす。汚染のリアルタイム分析監視またはその他の組成的分析のためのＩＣＰ−ＭＳへのオプションのフロー２１８が示される。
【００５５】
説明されているＬＤＨＰは、ここでは、パルス化プロセスである。そのようなものとして、各パルスエネルギーおよびフルエンスは、物質を、穏やかに、被包された方法で除去するように調整されてもよい。物理的配置が流れる被覆の１つである場合、水のような通過する流体は、そのパルス中に除去されたすべての非ガス物質を収集して、それらをレーザーが表面に当たるスポットから運び出す。たとえば流体をチューブに吸い込み、そのフローを複数容器の受液器に通すことによってなど、液体フローを各パルスから収集することによって、各パルスによって除去された物質は、後の分析のために流体の各自のアリコートでアーカイブされてもよい。関心対象の物質についての全体的プロセスをあらかじめ知っていること、または関心対象の場所のＬＤＨＰ中に行われた測定のいずれかにより、オペレータは、スポットエリアおよび除去される物質の深度を知った上で、関心対象の物質の濃度を、各アリコートごとに、表面濃度対深度に定量的に変換することができ、したがって関心対象の物質の濃度をプロファイリングすることができる。このようにして、汚染物質の濃度対深度のプロファイルを測定することができる。
【００５６】
例：エネルギーコストＯ＊＝４ｋＪ／ｇ［１０．６ｋＪ／ｃｍ３と同等］による、珪岩または類似した床張りまたは建築材料［密度＝２．６５ｇ／ｃｍ３］のベリリウムとその化合物対深度のプロファイル、珪岩表面上の流動被覆として水、および２４８ｎｍ波長のＵＶレーザーパルスを使用。
【００５７】
０．１ｃｍ２のスポットサイズおよび０．２ＪのパルスエネルギーによるパルスＵＶレーザーを使用すると、各レーザーパルスは、珪岩の０．０００１９ｃｍ厚さの層を除去することになり、これはレーザーパルスあたり１．９μｍの深度が除去されたと表明されてもよい。したがって、原理上、汚染物質としてのベリリウムの濃度は、およそ２μｍの精度で測定されうる。流水の速さおよびベリリウムのさまざまな化学形態の分析技法の感度のような、実際的な考慮事項は、このプロファイリング測定の全体的な感度を制限することになる。
【００５８】
ベリリウムに汚染された表面の汚染除去に関して認識している人々との出願人の議論において、そのような表面に関連する主な健康リスクは、ベリリウムおよび／またはその化合物の［再］エーロゾル化であり、これは吸入および場合によっては急性の化学肺臓炎またはベリリウム肺症をまねく可能性がある。
【００５９】
浸漬された岩、コンクリート、またはレンガを一時的に溶解して、表面と共に除去される何らかの汚染物質を本質的に含む、一時的熱水プロセスの上記で説明される装置、システム、および方法において、汚染除去を実行する際に建物周囲を移動する大型機器の存在は、水の被覆の下に浸漬されていないベリリウム汚染物質をかき乱してエーロゾル化する可能性がある。装置、システム、および方法は、レーザー処置に先だって、ベリリウム汚染物質の偶発的なエーロゾル化を防ぎ、しかもレーザー処理を大きく妨げることのない方法で、表面を下処理することを含む。実際、これは、表面処置−表面の塗装の進捗の目に見える指示としての役割を果たすことができる。通常の塗料は、二酸化チタンから成り、ラテックスまたはその他の有機結合材を伴う。これらの物質は、パルスＵＶレーザー駆動の熱水プロセスによって、引き続き水の被覆の下に浸漬されているため、依然としてベリリウム汚染物質を限定して含んでいる、基礎をなすコンクリート、石、またはレンガを露出させることによって、容易に除去される。最終的な効果は、全体的な汚染除去プロセスを、健康リスクを低減しながら、環境的に安全なものにすることである。
【００６０】
直前の段で説明されている、プロファイリング技法を実行する間、主フローとＩＣＰ−ＭＳとの間に正確に測定された［６０マイクロリットル／ｓのような］流量のＡｇｉｌｅｎｔ７５００のような小型チューブを、入力噴霧器［および必要に応じて溶媒剥離剤］に取り付けることができ、分析計器が、ベリリウムおよびその化合物ならびに類似する汚染物質による汚染のレベルに関して即座のフィードバックを提供し、同時に、必要に応じて、除去のポイントの物理的位置を追跡可能な、アリコートで、除去された物質の大多数をアーカイブする機能を提供できるようにすることができる。
【００６１】
ＩＣＰ−ＭＳシステムへの流量と主フローへの流量との比率を測定することによって、ＩＣＰ−ＭＳで測定されたベリリウムの濃度を、プロファイリングされる表面上のベリリウムの濃度に変換することができる。これは、ＬＤＨＰプロファイリング分析手順が、表面上にベリリウムの存在がないことの確認として使用されるとすれば、かなり価値のあるものとなりうる。
【００６２】
プロセスを加速するため、出願人は、浸漬液体として、酸または塩基もしくは特定のターゲット物質に最適な塩を使用して、溶解速度を高めることを提案する、ただし、これらの流体への追加化学物質の存在がターゲット物質の表面へのレーザーパルスの伝達を妨げない限りにおいて使用するものとする。たとえば、すべての硝酸塩および酢酸塩は溶解性であるため、希硝酸または希酢酸をすべての金属を溶液内に保持することができる。このプロセスを最適化するために、実証的研究が必要とされる。
【００６３】
上記の説明は、多くの詳細および細部を含むが、これらは本出願の範囲を限定するものと解釈されるべきではなく、装置、システム、および方法の現在好ましい実施形態の一部の例示を単に提供するものとして解釈されるべきである。その他の実施態様／機能強化および変形は、本特許文献において説明され例示される内容に基づいて行われてもよい。本明細書において説明される実施形態の特徴は、方法、装置、モジュール、システム、およびコンピュータプログラム製品のすべての可能な組み合わせにおいて一体化されてもよい。別個の実施形態のコンテキストで本特許文献において説明される特定の特徴はまた、単一の実施形態において組み合わせて実施されてもよい。逆に、単一の実施形態のコンテキストで説明されるさまざまな特徴はまた、別個に、または任意の適切な部分的組み合わせで、複数の実施形態において実施されてもよい。さらに、特徴は、上記で特定の組み合わせにおいて動作するものとして説明され、そのようなものとして当初請求項の範囲に記載されうるが、請求項に係る組み合わせからの１つまたは複数の特徴は、場合によっては、組み合わせから削除されてもよく、請求項に係る組み合わせは、部分的組み合わせ、または部分的組み合わせの変形を対象にしてもよい。同様に、操作は、図面において特定の順序で示されているが、これはそのような操作が示されている特定の順序または順次に実行されること、または望ましい結果を達成するためにすべての例示されている操作が実行されることを要求するものと解釈されるべきではない。さらに、上記で説明される実施形態におけるさまざまなシステムコンポーネントの分離は、すべての実施形態においてそのような分離を要求するものと解釈されるべきではない。
【００６４】
したがって、本出願の範囲が、当業者には明らかとなりうるその他の実施形態を完全に包含することが理解されよう。特許請求の範囲において、単数形での要素の参照は、特に明示的に記載のない限り、「１つまたは複数（ｏｎｅ  ｏｒ  ｍｏｒｅ）」を意味し、「唯一の（ｏｎｅ  ａｎｄ  ｏｎｌｙ  ｏｎｅ）」を意味することは企図されていない。当業者に知られている上記で説明される好ましい実施形態の要素に対するすべての構造的および機能的等価物は、参照により本明細書に明確に援用され、本特許請求の範囲によって包含されることが企図される。さらに、デバイスが、本発明の装置、システム、および方法による解決が求められているありとあらゆる問題に対処する必要はなく、デバイスは本特許請求の範囲によって包含される。その上、本開示における要素またはコンポーネントはいずれも、その要素またはコンポーネントが特許請求の範囲に明示的に記載されているかどうかにかかわらず、公衆に専用であることを企図されていない。本明細書におけるクレームエレメントはいずれも、「手段（ｍｅａｎｓ  ｆｏｒ）」という句を使用する明示的な記載がない限り、米国特許法第１１２条６節の下に解釈されるものとする。
【００６５】
装置、システム、および方法は、さまざまな変更および代替の形態の余地があってもよいが、固有の実施形態は、図面において例として示されており、本明細書において詳細に説明されている。しかし、本出願が、開示される特定の形態に限定されることは企図されていないことを理解されたい。むしろ、本出願は、以下の添付の特許請求の範囲によって定義される、本出願の精神および範囲に含まれるすべての変更、等価物、および代替を対象とするものである。
【図１Ａ】
2019063872.tif 000003
【図１Ｂ】
2019063872.tif 000004
【図１Ｃ】
2019063872.tif 000005
【図２】
2019063872.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成30年10月29日(2018.10.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、前記方法は、
前記物質の前記表面と液体との接触面をもたらす前記液体で前記物質を覆うステップと、
前記物質の前記表面と光のパルスとの相互作用が、前記液体と前記物質の前記表面との前記接触面において一時的熱水層を生成する局所圧力および温度を生じさせるように、前記物質の前記表面に前記光のパルスを方向付けるステップであって、前記一時的熱水層は少なくとも部分的に前記物質を溶解するステップとを備える方法。
【請求項２】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付ける前記ステップは、前記物質の前記表面に光のパルスを方向付けるためのレーザーを使用することを備える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付ける前記ステップは、前記物質の前記表面に光のパルスを方向付けるための可視または紫外線波長のレーザーを使用することを備える請求項１に記載の方法。
【請求項４】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付ける前記ステップは、前記物質の前記表面に光のパルスを方向付けるための可視または紫外線波長のレーザーのアレイを使用することを備える請求項１に記載の方法。
【請求項５】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付ける前記ステップは、前記物質の前記表面と前記光のパルスとの相互作用が、前記液体と前記物質の前記表面との前記接触面において一時的熱水層を生成する局所圧力および温度を生じさせるように、前記物質の前記表面に前記光のパルスを方向付けることを備え、前記一時的熱水層は前記液体内に懸濁される粒子を生成する前記物質を少なくとも部分的に溶解する請求項１に記載の方法。
【請求項６】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、汚染物質は前記物質に関連付けられ、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付ける前記ステップは、前記物質の前記表面と前記光のパルスとの相互作用が、前記液体と前記物質の前記表面との前記接触面において一時的熱水層を生成する局所圧力および温度を生じさせるように、前記物質の前記表面に前記光のパルスを方向付けることを備え、前記一時的熱水層は前記液体内に懸濁される粒子を生成する前記物質を少なくとも部分的に溶解し、前記汚染物質を少なくとも部分的に溶解または除去する請求項１に記載の方法。
【請求項７】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、ベリリウム汚染物質は前記物質に関連付けられ、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付ける前記ステップは、前記物質の前記表面と前記光のパルスとの相互作用が、前記液体と前記物質の前記表面との前記接触面において一時的熱水層を生成する局所圧力および温度を生じさせるように、前記物質の前記表面に前記光のパルスを方向付けることを備え、前記一時的熱水層は前記液体内に懸濁される粒子を生成する前記物質を少なくとも部分的に溶解し、前記ベリリウム汚染物質を少なくとも部分的に溶解または除去する請求項１に記載の方法。
【請求項８】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、放射能汚染物質は前記物質に関連付けられ、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付ける前記ステップは、前記物質の前記表面と前記光のパルスとの相互作用が、前記液体と前記物質の前記表面との前記接触面において一時的熱水層を生成する局所圧力および温度を生じさせるように、前記物質の前記表面に前記光のパルスを方向付けることを備え、前記一時的熱水層は前記液体内に懸濁される粒子を生成する前記物質を少なくとも部分的に溶解し、前記放射能汚染物質を少なくとも部分的に溶解または除去する請求項１に記載の方法。
【請求項９】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、希土酸化物汚染物質は前記物質に関連付けられ、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付ける前記ステップは、前記物質の前記表面と前記光のパルスとの相互作用が、前記液体と前記物質の前記表面との前記接触面において一時的熱水層を生成する局所圧力および温度を生じさせるように、前記物質の前記表面に前記光のパルスを方向付けることを備え、前記一時的熱水層は前記液体内に懸濁される粒子を生成する前記物質を少なくとも部分的に溶解し、前記希土酸化物汚染物質を少なくとも部分的に溶解または除去する請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、前記物質を液体で覆う前記ステップは、前記物質を酸性の液体で覆うことを備える請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、前記物質を液体で覆う前記ステップは、前記物質をアルカリ性の液体で覆うことを備える請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、時間で分離された光のパルスを前記物質の前記表面に方向付ける前記ステップは、前記物質の前記表面に光のパルスを方向付けるためのレーザーを使用することを備える請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付ける前記ステップは、複数のパルスが重複するように、前記物質の前記表面に光の前記複数のパルスを方向付けるためのレーザーを使用することを備える請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、前記物質の前記表面に光の複数の第２のパルスを方向付けるための第２のレーザーを使用することをさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、前記物質の前記表面に光の第２の複数のパルスを方向付けるための第２のレーザーを使用することをさらに備え、前記物質の前記表面に方向付けられる光の前記複数のパルスを重複させるように、光の前記第２の複数のパルスは前記物質の前記表面に方向付けられる請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、汚染物質は前記物質に関連付けられ、前記方法は、
前記物質の前記表面と液体との接触面をもたらす前記液体で前記物質を覆うステップと、
前記物質の前記表面と光のパルスとの相互作用が、前記液体と前記物質の前記表面との前記接触面において一時的熱水層を生成する局所圧力および温度を生じさせるように、前記物質の前記表面に前記光のパルスを方向付けるステップであって、前記一時的熱水層は前記液体内に懸濁される粒子を生成する前記物質を少なくとも部分的に溶解し、前記汚染物質を少なくとも部分的に溶解または除去するステップとを備える方法。
【請求項１７】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、汚染物質は前記物質に関連付けられ、ベリリウム汚染物質は前記物質に関連付けられ、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付ける前記ステップは、前記物質の前記表面と前記光のパルスとの相互作用が、前記液体と前記物質の前記表面との前記接触面において一時的熱水層を生成する局所圧力および温度を生じさせるように、前記物質の前記表面に前記光のパルスを方向付けることを備え、前記一時的熱水層は前記液体内に懸濁される粒子を生成する前記物質を少なくとも部分的に溶解し、前記ベリリウム汚染物質を少なくとも部分的に溶解または除去する請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、汚染物質は前記物質に関連付けられ、放射能汚染物質は前記物質に関連付けられ、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付ける前記ステップは、前記物質の前記表面と前記光のパルスとの相互作用が、前記液体と前記物質の前記表面との前記接触面において一時的熱水層を生成する局所圧力および温度を生じさせるように、前記物質の前記表面に前記光のパルスを方向付けることを備え、前記一時的熱水層は前記液体内に懸濁される粒子を生成する前記物質を少なくとも部分的に溶解し、前記放射能汚染物質を少なくとも部分的に溶解または除去する請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、汚染物質は前記物質に関連付けられ、希土酸化物汚染物質は前記物質に関連付けられ、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付ける前記ステップは、前記物質の前記表面と前記光のパルスとの相互作用が、前記液体と前記物質の前記表面との前記接触面において一時的熱水層を生成する局所圧力および温度を生じさせるように、前記物質の前記表面に前記光のパルスを方向付けることを備え、前記一時的熱水層は前記液体内に懸濁される粒子を生成する前記物質を少なくとも部分的に溶解し、前記希土酸化物汚染物質を少なくとも部分的に溶解または除去する請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、汚染物質は前記物質に関連付けられ、鉛汚染物質は前記物質に関連付けられ、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付ける前記ステップは、前記物質の前記表面と前記光のパルスとの相互作用が、前記液体と前記物質の前記表面との前記接触面において一時的熱水層を生成する局所圧力および温度を生じさせるように、前記物質の前記表面に前記光のパルスを方向付けることを備え、前記一時的熱水層は前記液体内に懸濁される粒子を生成する前記物質を少なくとも部分的に溶解し、前記鉛汚染物質を少なくとも部分的に溶解または除去する請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、汚染物質は前記物質に関連付けられ、含鉛ペイント汚染物質は前記物質に関連付けられ、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付ける前記ステップは、前記物質の前記表面と前記光のパルスとの相互作用が、前記液体と前記物質の前記表面との前記接触面において一時的熱水層を生成する局所圧力および温度を生じさせるように、前記物質の前記表面に前記光のパルスを方向付けることを備え、前記一時的熱水層は前記液体内に懸濁される粒子を生成する前記物質を少なくとも部分的に溶解し、前記含鉛ペイント汚染物質を少なくとも部分的に溶解または除去する請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
物質を処理するための装置であって、前記物質は表面を有し、前記装置は、
前記物質の前記表面と液体との接触面をもたらす前記液体で前記物質を覆うための手段と、
前記物質の前記表面と光のパルスとの相互作用が、前記液体と前記物質の前記表面との前記接触面において一時的熱水層を生成する局所圧力および温度を生じさせるように、前記物質の前記表面に前記光のパルスを方向付けるための手段であって、前記一時的熱水層は少なくとも部分的に前記物質を溶解する手段とを備える装置。
【請求項２３】
物質を処理するための装置であって、前記物質は表面を有し、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付けるための前記手段は、前記物質の前記表面に光のパルスを方向付けるためのレーザー手段を備える請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
物質を処理するための装置であって、前記物質は表面を有し、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付けるための前記手段は、前記物質の前記表面に光のパルスを方向付けるための可視または紫外線波長のレーザー手段を備える請求項２２に記載の装置。
【請求項２５】
物質を処理するための装置であって、前記物質は表面を有し、光のパルスを前記物質の前記表面に方向付けるための前記手段は、前記物質の前記表面に光のパルスを方向付けるための可視または紫外線波長のレーザー手段のアレイを備える請求項２２に記載の装置。
【請求項２６】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、前記方法は、
前記物質の表面と液体との接触面をもたらす前記液体で前記物質を覆うステップと、
前記光のパルスと前記物質の表面との相互作用が、前記液体と前記物質の表面との接触面に一時的熱水層を生成する局所的な圧力及び温度を生成するように、前記物質の表面上に光のパルスを向け、前記一時的熱水層は、前記物質を少なくとも部分的に溶解する、ステップと、を備え、
前記物質は、固体誘電物質である、方法。
【請求項２７】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、前記方法は、
前記物質の表面と液体との接触面をもたらす前記液体で前記物質を覆うステップと、
前記光のパルスと前記物質の表面との相互作用が、前記液体と前記物質の表面との接触面に一時的熱水層を生成する局所的な圧力及び温度を生成するように、前記物質の表面上に光のパルスを向け、前記一時的熱水層は、前記物質を少なくとも部分的に溶解する、ステップと、を備え、
前記物質は、コンクリート、レンガ、岩石、鉱物、および/または珪岩のうちの1つを含む、方法。
【請求項２８】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、前記方法は、
前記物質の表面と液体との接触面をもたらす前記液体で前記物質を覆うステップと、
前記光のパルスと前記物質の表面との相互作用が、前記液体と前記物質の表面との接触面に一時的熱水層を生成する局所的な圧力及び温度を生成するように、前記物質の表面上に光のパルスを向け、前記一時的熱水層は、物質を少なくとも部分的に溶解する、ステップと、
前記溶解された物質および前記液体を受け取る廃棄物コレクタをもたらすステップと、
流体収集およびアーカイブシステムをもたらし、前記流体収集およびアーカイブシステムを前記廃棄物コレクタに接続し、前記流体収集およびアーカイブシステムは、前記溶解された物質および前記液体を受け取る、ステップと、を備える、方法。
【請求項２９】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、前記方法は、
前記物質の表面と液体との接触面をもたらす前記液体で前記物質を覆うステップと、
前記光のパルスと前記物質の表面との相互作用が、前記液体と前記物質の表面との接触面に一時的熱水層を生成する局所的な圧力及び温度を生成するように、前記物質の表面上に光のパルスを向け、前記一時的熱水層は、少なくとも部分的に前記物質を溶解させ、それによって除去された物質を生成する、ステップと、
除去された物質を受け取る廃棄物コレクタをもたらすステップと、
誘導結合質量分析計器をもたらし、前記誘導結合質量分析計器を前記廃棄物コレクタに接続し、前記誘導結合質量分析計器が前記除去された物質を受け取る、ステップと、を備える、方法。
【請求項３０】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、汚染物質は前記物質に関連付けられ、前記方法は、
前記物質の表面と液体との接触面をもたらす前記液体で前記物質を覆うステップと、
前記光のパルスと前記物質の表面との相互作用が、前記液体と前記物質の表面との接触面に一時的熱水層を生成する局所的な圧力及び温度を生成するように、前記物質の表面上に光のパルスを向け、前記一時的熱水層は、前記液体中に懸濁された粒子を生成する物質を少なくとも部分的に溶解し、且つ、汚染物質を少なくとも部分的に溶解または除去する、ステップと、
前記溶解された物質および前記除去された汚染物質を受け取る廃棄物コレクタをもたらすステップと、
流体収集およびアーカイブシステムをもたらすとともに、前記流体収集およびアーカイブシステムを前記廃棄物コレクタに接続し、前記流体収集およびアーカイブシステムは、前記溶解物質および前記除去された汚染物質を受け取る、ステップと、を備える、方法。
【請求項３１】
物質を処理する方法であって、前記物質は表面を有し、汚染物質は前記物質に関連付けられ、前記方法は、
前記物質の表面と液体との接触面をもたらす前記液体で前記物質を覆うステップと、
前記光のパルスと前記物質の表面との相互作用が、前記液体と前記物質の表面との接触面に一時的熱水層を生成する局所的な圧力及び温度を生成するように、前記物質の表面上に光のパルスを向け、前記熱水層は、前記液体中に懸濁された粒子を生成する物質を少なくとも部分的に溶解し、汚染物質を少なくとも部分的に溶解または除去する、ステップと、
前記溶解された物質および前記除去された汚染物質を受け取る廃棄物コレクタをもたらすステップと、
誘導結合質量分析計器をもたらすとともに、前記誘導結合質量分析計器を前記廃棄物コレクタに接続し、前記誘導結合質量分析計器は、前記溶解物質および前記除去された汚染物質を受け取る、ステップと、を備える、方法。
【請求項３２】
前記方法は、プラズマを生成することを含まない、請求項１に記載の方法。
【請求項３３】
物質を処理する方法であって、前記物質は多孔質物質表面を有し、汚染物質は前記物質に関連付けられ、
流体の源をもたらすステップと、
流体の源からの流体を、前記多孔質物質表面上に導いて、前記物質表面と前記流体との接触面をもたらし、流体シースが、前記物質表面と前記流体との前記接触面に生成される、ステップと、
所定のパルスフルエンスを有する複数のレーザビームパルスを生成するレーザーをもたらすステップと、
前記レーザーからのレーザービームを、前記流体シースを通って前記物質上、多孔質物質表面上、および汚染物質上に向けるステップと、を備え、
前記レーザービームは、前記物質と、前記多孔質物質の表面と、前記汚染物と、前記レーザービームとの相互作用を生成するものであり、
前記レーザービームの所定のパルスフルエンスは、前記流体と多孔質物質の表面との接触面に一時的熱水層を生成するように、前記物質と前記汚染物質との関係で、前記多孔質物質表面における局所的な圧力上昇および局所的な温度上昇を生じさせるのに十分なものとして選択されるものであり、
前記一時的熱水層によって生成された局所的な圧力および局部的な温度上昇は、前記多孔質物質表面の一部を少なくとも部分的に且つ一時的に除去し、前記多孔質物質の表面に本来的に含まれる汚染物質を少なくとも部分的に且つ一時的に除去し、前記多孔質物質表面から除去された物質の混合物と共に除去された汚染物質を一緒に混合して前記流体シース内に捕捉するものであり、
前記流体シースおよび除去された物質と除去された汚染物質との混合物を受け取る廃棄物コレクタをもたらすステップを、備える、方法。
【請求項３４】
固体物質を処理する方法であって、前記物質は物質表面を有し、汚染物質は前記物質表面に関連付けられ、前記方法は、
流体の源をもたらすステップと、
前記源からの流体で前記固体物質表面を覆うことにより、前記固体物質表面と前記流体との接触面をもたらすステップと、
前記流体が透明であり、前記レーザービームが前記流体を通過するようにするレーザービームを生成するレーザーをもたらすステップと、
前記レーザービームを、前記流体を介して前記固体物質表面に向け、前記レーザービームは、前記物質表面によって吸収される、ステップと、を備え、
前記レーザービームの吸収は、局所的な圧力及び温度を上昇させ、前記流体と前記物質表面との接触面における溶解力が増大した一時的熱水層を生成するものであり、
前記一時的熱水層は、前記物質を少なくとも部分的に且つ一時的に溶解し、前記流体中の物質および汚染物質を除去する、方法。
【請求項３５】
前記方法は、前記固体物質上にくぼみを形成することを含まず、前記一時的な溶解は、前記物質の多数の化合物の表面を再結晶化および精製することによって汚染物質を除去する、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記固体物質の一時的な溶解および密着力／付着力の阻害を介して前記物質表面を除去して、下にある物質を露出させ、それによってレーザービームが吸収されたくぼみを形成することをさらに含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
固体物質を処理する方法であって、前記物質は物質表面を有し、汚染物質は前記物質表面に関連付けられ、前記方法は、
水の源をもたらすステップと、
前記固体物質表面を前記源からの水で覆い、それによって前記固体物質表面と前記水との接触面をもたらすステップと、
水が透過するように水が透過するようにレーザービームを生成するレーザーをもたらすステップと、
前記レーザービームを、前記水を介して前記固体物質表面に向け、前記レーザービームは前記物質表面によって吸収される、ステップと、を備え、
前記レーザービームの吸収は、所的な圧力及び温度を上昇させ、前記水と前記物質表面との接触面における溶解力が増大した熱水層を生成するものであり、
前記一時的熱水層は、前記物質を少なくとも部分的に且つ一時的に溶解し、前記水中の前記物質および汚染物質を除去する、方法。