(57)【要約】【課題】核燃料ペレットの表面（照射面）に形成されるレーザビームの横断面のビーム強度分布を均一化させる。【解決手段】核燃料ペレット２を周方向Ｌに回動させ、レーザビームＢのビーム径を変化させる。ビーム径が変化された拡大ビームＢ１をシリンドリカルレンズアレイ２２ａ，２２ｂに透過させることによって、複数の分割ビーム群Ｂ２に分割させる。続けて、分割ビーム群Ｂ２を重畳させることで、ビーム強度分布の均一な横断面を有する線状ビームＢ３を成形させ、線状ビームＢ３を回動される核燃料ペレット２の周側面に照射させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス状のレーザビームを核燃料ペレットの表面に照射することによって、前記核燃料ペレットの表面に付着するダストを除去する方法であって、
前記核燃料ペレットを周方向に回動させる工程と、
前記レーザビームのビーム径を変化させる工程と、
ビーム径が変化されたレーザビームから、ビーム強度分布の均一な横断面を有する線状ビームに成形させる工程と、
前記線状ビームを回動される前記核燃料ペレットの周側面に照射させる工程とを有することを特徴とする核燃料ペレットのクリーニング方法。
【請求項２】
ビーム径が変化されたレーザビームをシリンドリカルレンズアレイに透過させることによって、前記レーザビームを複数の分割ビーム群に分割させ、前記分割ビーム群を重畳させることを特徴とする請求項１に記載の核燃料ペレットのクリーニング方法。
【請求項３】
ビーム径が変化されたレーザビームを板状のカライドスコープの入射端面から入射し、出射端面から出射させることを特徴とする請求項１に記載の核燃料ペレットのクリーニング方法。
【請求項４】
パルス状のレーザビームを核燃料ペレットの表面に照射することによって、前記核燃料ペレットの表面に付着するダストを除去する方法であって、
前記レーザビームのビーム径を変化させる工程と、
ビーム径を変化されたレーザビームから、ビーム強度分布の均一な横断面を有する円状ビームに成形させる工程と、
前記円状ビームを前記核燃料ペレットの端面に照射させる工程を有することを特徴とする核燃料ペレットのクリーニング方法。
【請求項５】
ビーム径が変化されたレーザビームを円柱形状のカライドスコープの入射端面から入射し、出射端面から出射させることを特徴とする請求項４に記載の核燃料ペレットのクリーニング方法。
【請求項６】
前記核燃料ペレットに対して、ほぼ水平方向から前記レーザビームを照射することを特徴とする請求項１又は４に記載の核燃料ペレットのクリーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、核燃料ペレットの製造工程にて核燃料ペレット表面に付着したダストの除去技術に係り、特に、パルス状のレーザビームを核燃料ペレット表面に照射してダストを脱離させて除去する核燃料ペレットのクリーニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力産業にて使用される核燃料ペレットは、粉末処理工程から成形工程、焼結工程、研削工程の順にて製造される。研削工程では、焼結された核燃料ペレットが砥石によって精密に削られ、核燃料ペレットの直径がミクロンのオーダーで仕上げられる。
【０００３】
研削工程にて核燃料ペレットが削られる際、削り屑（ダスト）が核燃料ペレット表面に付着する。核燃料ペレット表面に付着したダストは、研削工程以後の工程、例えば、検査工程に係る機器に付着する恐れがあり、核燃料ペレットを燃料棒に充填する際、燃料棒の外表面に付着・堆積する。よって、機器性能の劣化や環境汚染の拡大を招く可能性がある。
【０００４】
特に、核燃料ペレットとして、ＭＯＸ（混合酸化物）ペレットを製造する場合、ＭＯＸ核燃料ペレット表面に付着したダストが拡散する。このダストの拡散による管理区域外部への汚染拡大の防止が重要な課題となる。
【０００５】
よって、研削工程以後、核燃料ペレット表面に付着したダストを除去するクリーニングを必要とするが、焼結工程を経て、ダストが付着した核燃料ペレット表面の構造が問題となる。
【０００６】
また、焼結工程を経た核燃料ペレット表面は、ポーラスな構造をもつ。よって、核燃料ペレット表面を拭き取る方法、直接吸引によって捕集する方法等を採用して、核燃料ペレット表面のダストの除去を図っても、十分なクリーニング効果は得られない。
【０００７】
そこで、核燃料ペレットのクリーニング方法として、パルス状のレーザビームの照射による衝撃を使用する方法が近年提案されている。核燃料ペレット表面に照射するレーザビームは、照射面を円形、楕円形または矩形に成形される。そして、照射による衝撃で核燃料ペレット表面からダストを脱離させ、脱離したダストを吸引等により捕集する（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１０−８２８８７号公報（第４頁−第７頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
パルス状のレーザビームの照射による衝撃を使用する方法では、核燃料ペレット表面の損傷および物性変化を発生させない閾値と、核燃料ペレット表面に付着するダストの除去に必要な閾値とからビーム強度（エネルギー密度）を選定する。ここで、核燃料ペレット表面の損傷および物性変化の閾値とは、核燃料ペレットが損傷および物性変化を受けないビーム強度の上限値である一方、付着物の除去閾値とは付着物を十分除去するのに必要なビーム強度の下限値である。
【０００９】
すなわち、ビーム強度が表面の損傷および物性変化の閾値を超えて強すぎると核燃料ペレット表面の損傷および物性変化が生じる一方、ビーム強度がダスト除去に要求される閾値より低く弱すぎると核燃料ペレット表面に付着するダストの除去が不十分となる。
【００１０】
図１１は、レーザビームＢの横断面におけるビーム強度分布図である。
【００１１】
一般に、レーザビームＢの横断面（照射面）のビーム強度分布はガウス分布に近い場合が多く、図１１に示されたように、光軸付近はビーム強度が強く、光軸から離れるにつれてビーム強度が指数関数的に弱くなる。
【００１２】
よって、図１１に示されたレーザビームＢの横断面のように、レーザビームＢの光軸を中心としてｘ，ｙ方向に関するビーム強度分布の偏りが存在する。すなわち、レーザビームＢの横断面には、ビーム強度の強い部分と弱い部分が存在するのでビーム強度を選定しても、実際のレーザビームＢの横断面にはビーム強度幅が発生する。
【００１３】
従って、核燃料ペレットが損傷および物性変化を受けないレーザビームＢのビーム強度の上限値と、付着物の除去閾値とは付着物を十分除去するのに必要なパルスレーザのビーム強度の下限値との範囲内にビーム強度幅を収めることが必要となる。しかしながら、ビーム強度幅を所要の範囲内に収めることは、技術的に極めて困難である。
【００１４】
したがって、特許文献１に示された核燃料ペレットからダストを除去する方法および装置によると、核燃料ペレット表面の損傷および物性変化の発生の恐れがあったり、または、核燃料ペレット表面に付着するダストの除去が不十分になったりする恐れがある。
【００１５】
また、特許文献１に示された核燃料ペレットからダストを除去する方法および装置は、核燃料ペレットに対して、鉛直上方向からレーザビームを照射することを特徴とする。鉛直上方向からのレーザビーム照射によって、核燃料ペレット表面から鉛直上方向に一旦脱離したダストは、自然法則（重力の作用方向）に従って鉛直下方向に移動して核燃料ペレットに再付着する。よって、核燃料ペレットに再付着しないように、脱離したダストを吸引捕集するが、吸引捕集するための吸引力の方向が自然法則に逆行しているため吸引効率が悪い。
【００１６】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、核燃料ペレットの表面（照射面）に形成されるレーザビームの横断面のビーム強度分布を均一化させて、ビーム強度幅をダスト除去に最適なビーム強度範囲内に収めることで、核燃料ペレット表面を損傷させることなく効率的にダストを除去できる核燃料ペレットのクリーニング方法を提供することを目的とする。
【００１７】
また、本発明の他の目的は、自然法則を利用することで核燃料ペレットから脱離したダストの再付着を防止して、効率的にダストを除去できる核燃料ペレットのクリーニング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明に係る核燃料ペレットのクリーニング方法は、上述した課題を解決するために、パルス状のレーザビームを核燃料ペレットの表面に照射することによって、前記核燃料ペレットの表面に付着するダストを除去する方法であって、前記核燃料ペレットを周方向に回動させる工程と、前記レーザビームのビーム径を変化させる工程と、ビーム径が変化されたレーザビームから、ビーム強度分布の均一な横断面を有する線状ビームに成形させる工程と、前記線状ビームを回動される前記核燃料ペレットの周側面に照射させる工程とを有する。
【００１９】
また、本発明に係る核燃料ペレットのクリーニング方法は、パルス状のレーザビームを核燃料ペレットの表面に照射することによって、前記核燃料ペレットの表面に付着するダストを除去する方法であって、前記レーザビームのビーム径を変化させる工程と、ビーム径を変化されたレーザビームから、ビーム強度分布の均一な横断面を有する円状ビームに成形させる工程と、前記円状ビームを前記核燃料ペレットの端面に照射させる工程を有する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る核燃料ペレットのクリーニング方法によると、核燃料ペレット表面を損傷させることなく効率的にダストを除去できる。
【００２１】
また、本発明によると、自然法則を利用することで核燃料ペレットから脱離したダストの再付着を防止して、効率的にダストを除去できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係る核燃料ペレットのクリーニング方法の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００２３】
なお、添付図面中、同一の構成要素には同一符号を付して重複した説明を省略する。
【００２４】
図１は、本発明に係る核燃料ペレットのクリーニング方法の第１の実施形態であって、核燃料ペレットのクリーニング装置を示す概略図である。
【００２５】
図１は、クリーニング装置１を示し、このクリーニング装置１には、核燃料ペレット２の軸がｘ方向に設置され、レーザビームＢの光軸が、核燃料ペレット２の周側面である円柱側面に対して直交するようにｚ方向から照射される。そして、レーザビームＢの横断面を所要形状に成形するために、クリーニング走査光学系３として、レーザ入射光学系５と、レーザ調整光学系６と、レーザ照射光学系７とを有する。
【００２６】
なお、図１に示されたクリーニング装置１では、レーザビームＢの光軸が、核燃料ペレット２の円柱側面に対して直交するようにｚ方向から照射されるが、レーザビームＢの照射方向は、厳密にｚ方向を条件とするものではなく、ほぼｚ方向からの照射で構わない。
【００２７】
レーザ入射光学系５は、レーザ光源（図示しない）から光ファイバ等の移送光学系に光学的に接続され、レーザ光源から出力されるレーザビームＢのビーム径を拡大・平行化あるいは擬似平行化させる。レーザ入射光学系５には、例えば、テレスコープ２１を備える。
【００２８】
レーザ調整光学系６は、拡大・平行化あるいは擬似平行化された拡大ビームＢ１を多数の分割ビーム群Ｂ２に分割させる。レーザ調整光学系６には、例えば、２種類のシリンドリカルレンズアレイ２２ａ，２２ｂの組み合わせがある。
【００２９】
図２は、シリンドリカルレンズアレイ２２ａ，２２ｂの構造を示す概略図である。
【００３０】
図２に示されたシリンドリカルレンズアレイ２２ａは、１方向のみに湾曲した半円柱状の各シリンドリカルレンズ（レンズ幅ｐａ）２３ａがフラットな透明基板２４ａ上にアレイ状にて整列配列されて構成される。図２には、シリンドリカルレンズアレイ２２ａのセグメント数を、例えば、５とした例を示す。
【００３１】
ここで、シリンドリカルレンズアレイ２２ａを構成するシリンドリカルレンズ２３ａの透明基板２４ａ方向から平行光が入射され、この平行光が集光される点を焦点とし、シリンドリカルレンズ２３ａの焦点距離をｆａとする。なお、図２に示されるシリンドリカルレンズアレイ２２ａは、アレイのセグメント数が、例えば５の場合を示すが、特に、セグメント数を５に限定するものではない。
【００３２】
図２には便宜上、三次元の方向α，β，γが示され、図１に示されたシリンドリカルレンズアレイ２２ａは、図２のα方向を図１のｙ方向に、図２のβ方向を図１のｘ方向に、図２のγ方向を図１のｚ方向にそれぞれ対応させて設置したものである。すなわち、図１に示されたシリンドリカルレンズアレイ２２ａの各シリンドリカルレンズ２３ａは、ｚ方向に凸の曲率を有し、この凸のレンズ面がｙ方向に延びている。
【００３３】
一方、シリンドリカルレンズアレイ２２ｂについてもシリンドリカルレンズアレイ２２ａと同様の構成とし、シリンドリカルレンズアレイ２２ａを９０度回動させた配置関係に設置される。図１に示されたシリンドリカルレンズアレイ２２ｂは、図２のα方向を図１のｘ方向に、図２のβ方向を図１のｙ方向に、図２のγ方向を図１のｚ方向にそれぞれ対応させて設置したものである。すなわち、図１に示されたシリンドリカルレンズアレイ２２ｂの各シリンドリカルレンズ２３ｂは、ｚ方向に凸の曲率を有し、この凸のレンズ面がｘ方向に延びている。
【００３４】
なお、図１に示されたクリーニング装置１では、拡大、平行化あるいは擬似平行化された拡大ビームＢ１を、まず、シリンドリカルレンズアレイ２２ａによってｘ方向に一次分割して、続いて、シリンドリカルレンズアレイ２２ｂによってｙ方向に二次分割させたが、シリンドリカルレンズアレイ２２ａ，２２ｂの配置を逆にしてもよい。
【００３５】
また、図１に示されたクリーニング装置１のレーザ照射光学系７は、分割された分割ビーム群Ｂ２を集光・重畳する。レーザ照射光学系７には、例えば、集光レンズ２５が備えられる。核燃料ペレット２から脱離するダストを遮断するため、集光レンズ２５の下流側にウィンドウ２６が設置される。
【００３６】
さらに、図１に示すように、ウィンドウ２６を通過した集光レンズ２５の光学系の焦点距離、すなわち、集光レンズ２５の空気換算時の光学的な焦点距離をｆ１とすると共に、核燃料ペレット２の円柱側面と集光レンズ２５の基点中心との距離をｆ１とする。
【００３７】
加えて、核燃料ペレット２の円柱側面近傍に、線状ビームＢ３の照射によって核燃料ペレット２表面から脱離したダストを吸引する吸引手段２７が備えられる。
【００３８】
ところで、図１に示されたクリーニング装置１にて、ウィンドウ２６を通過した集光レンズ２５の焦点位置に形成される横断面（面Ｇ）のｘ方向の幅をＤｘ、ｙ方向の幅をＤｙとすると、ｘ方向幅Ｄｘ、ｙ方向幅Ｄｙは、
［数１］
Ｄｘ＝ｐａ・ｆ１／ｆａ
Ｄｙ＝ｐｂ・ｆ１／ｆｂ
によって表される。
【００３９】
ここで、ウィンドウ２６を通過した集光レンズ２５の焦点位置に形成される横断面Ｇのｘ方向幅Ｄｘは、例えば、核燃料ペレット２の１個分あるいは数個分のｘ方向の長さよりやや長く設定するのが好ましい。よって、ｘ方向幅Ｄｘを、例えば、１０ｍｍ〜２０ｍｍに設定するために、シリンドリカルレンズ２３ａの幅ｐａと、シリンドリカルレンズ２３ａの焦点距離ｆａと、ウィンドウ２６を通過した集光レンズ２５の焦点距離ｆ１とを決定する。
【００４０】
一方、ウィンドウ２６を通過した集光レンズ２５の焦点位置に形成される横断面Ｇのｙ方向幅Ｄｙは、例えば、核燃料ペレット２の直径の１／５倍以下とするのが最適であることが分かっている。よって、ｙ方向幅Ｄｙを、例えば、１ｍｍ〜２ｍｍに設定するために、シリンドリカルレンズ２３ｂの幅ｐｂと、シリンドリカルレンズ２３ｂの焦点距離ｆｂと、ウィンドウ２６を通過した集光レンズ２５の焦点距離ｆ１とを決定する。
【００４１】
このように、ウィンドウ２６を通過した集光レンズ２５の焦点位置に形成される横断面Ｇについて、所要のｘ方向幅Ｄｘ、ｙ方向幅Ｄｙを設定する。そして、レーザビームＢから、所要の横断面Ｇを有する線状ビームＢ３を成形するためのクリーニング走査光学系３を設計する。
【００４２】
続いて、クリーニング装置１のクリーニング走査光学系３の作用を説明する。
【００４３】
図１に示されたクリーニング装置１では、レーザ光源（図示しない）から出力されたパルス状のレーザビームＢは、レーザ入射光学系５であるテレスコープ２１により、シリンドリカルレンズアレイユニット２２に適したビーム径に拡大・擬似平行化され、拡大ビームＢ１となる。そして、拡大ビームＢ１は、レーザ調整光学系６であるシリンドリカルレンズアレイ２２ａに入射される。
【００４４】
シリンドリカルレンズアレイ２２ａでは、拡大ビームＢ１をアレイのセグメント数に対応してｘ方向に数分割、例えば５分割させて一次分割させる。続いて、シリンドリカルレンズアレイ２２ｂによってｙ方向に数分割、例えば５分割させて二次分割させ、多数の分割ビーム群Ｂ２となる。この結果、拡大ビームＢ２は、シリンドリカルレンズアレイ２２ａ，２２ｂによって、５×５に分割された横断面網点状の分割ビーム群Ｂ２となる。分割ビーム群Ｂ２は、ビーム照射光学系７である集光レンズ２５に入射される。
【００４５】
続いて、５×５に分割された横断面網点状の分割ビーム群Ｂ２は、それぞれ集光レンズ２５により集光される。なお、集光レンズ２５の下流側に設置されるウィンドウ２６によって分割ビーム群Ｂ２の集光方向および集光位置は若干影響を受ける。
【００４６】
さらに、分割ビーム群Ｂ２は、ウィンドウ２６を通過した集光レンズ２５の焦点位置に形成される横断面Ｇにてそれぞれ重畳されて線状ビームＢ３となり、横断面Ｇにおける線状ビームＢ３のビーム強度分布が均一化される。
【００４７】
図３は、線状ビームＢ３の横断面Ｇにおけるビーム強度分布図である。
【００４８】
図１に示された横断面（照射面）Ｇでは、レーザビームＢが線状ビームＢ３に成形される。横断面Ｇにおける線状ビームＢ３は、図３に示されるビーム強度分布のように、線状ビームＢ３の光軸を中心としてｘ，ｙ方向に関するビーム強度分布の偏りが修正され、ビーム強度分布が線状ビームＢ３の横断面Ｇ全体にわたり均一化される。
【００４９】
加えて、図１に示されたクリーニング装置１にて、核燃料ペレット２はローラ等の手段により周方向Ｌに一定の速度で回動させられる。そして、核燃料ペレット２を周方向Ｌに回動させながら、クリーニング装置１によって成形された線状ビームＢ３の横断面Ｇを核燃料ペレット２の円柱側面に接させるように照射させる。このように、効率よく核燃料ペレット２の円柱側面全体のダストを脱離させることができ、脱離されたダストは、吸引手段２７によって側方から捕集される。
【００５０】
なお、核燃料ペレット２の回動速度は、横断面Ｇのｙ方向幅ＤｙとレーザビームＢの繰返し周波数とに依存し、適切なパルス重畳数となるよう選定される。
【００５１】
また、図１のｘ方向に核燃料ペレット２を複数配列して核燃料ペレット群を形成させ、核燃料ペレット群を回動させながらｘ方向に所要の速度にて移動走査することで、複数の核燃料ペレット２を連続的にクリーニングすることができる。
【００５２】
図１に示されたクリーニング装置１を用いると、レーザビームＢを集光させたときの焦点位置と核燃料ペレット２の表面（照射面）とを接させ、焦点位置に形成される線状ビームＢ３の横断面Ｇのビーム強度分布を均一化させる。そして、ビーム強度幅をダスト除去に最適なビーム強度範囲内に収めることで、核燃料ペレット表面２を損傷させることなく効率的にダストを除去できる。
【００５３】
また、線状ビームＢ３を核燃料ペレット２の水平方向から照射すると、核燃料ペレット２から脱離したダストは鉛直下方向へ降下するので、降下位置に吸引手段２７を設けることで、核燃料ペレット２への再付着を防止して、効率的にダストを除去できる。
【００５４】
図４は、本発明に係る核燃料ペレットのクリーニング方法の第２の実施形態であって、核燃料ペレットのクリーニング装置を示す概略図である。
【００５５】
図４は、クリーニング装置１Ａを示し、このクリーニング装置１Ａには、核燃料ペレット２の軸がｘ方向に設置され、レーザビームＢの光軸が、核燃料ペレット２の周側面である円柱側面に対して直交するようにｚ方向から照射される。そして、レーザビームＢの横断面を所要形状に成形するために、クリーニング走査光学系３Ａとして、レーザ入射光学系５と、レーザ調整光学系６と、レーザ照射光学系７とを有する。
【００５６】
なお、図４に示されたクリーニング装置１Ａでは、レーザビームＢの光軸が、核燃料ペレット２の円柱側面に対して直交するようにｚ方向から照射されるが、レーザビームＢの照射方向は、厳密にｚ方向を条件とするものではなく、ほぼｚ方向からの照射で構わない。
【００５７】
レーザ入射光学系５は、レーザ光源（図示しない）から光ファイバ等の移送光学系に光学的に接続され、レーザ光源から出力されるレーザビームＢのビーム径を拡大・平行化あるいは擬似平行化させる。レーザ入射光学系５には、例えば、レーザビームＢを移送する光ファイバ３１と、光ファイバ３１から出射された拡大ビームＢ１１を擬似平行化するコリメートレンズ３２とがそれぞれ備えられる。
【００５８】
光ファイバ３１はコア径ｄを有し、コリメートレンズ３２は焦点距離ｆ２をもつ。なお、光ファイバ３１の出射端面とコリメートレンズ３２の基点中心との距離をｆ２とする。
【００５９】
レーザ調整光学系６は、拡大・平行化あるいは擬似平行化された拡大ビームＢ１１を多数の分割ビーム群Ｂ１２に分割させる。レーザ調整光学系６には、例えば、シリンドリカルレンズアレイ２２が備えられる。
【００６０】
シリンドリカルレンズアレイ２２は、図２に示されたシリンドリカルレンズアレイ２２ａ（２２ｂ）と同様の構成である。なお、図４に示されたシリンドリカルレンズアレイ２２は、図２のα方向を図４のｙ方向に、図２のβ方向を図４のｘ方向に、図４のγ方向を図４のｚ方向にそれぞれ対応させて設置したものである。すなわち、図４に示されたシリンドリカルレンズアレイ２２は、ｚ方向に凸の曲率を有し、この凸のレンズ面がｙ方向に延びている。
【００６１】
なお、図４に示されるシリンドリカルレンズアレイ２２は、アレイのセグメント数が、例えば５の場合を示すが、特に、セグメント数を５に限定するものではない。
【００６２】
また、図４に示されたクリーニング装置１Ａのレーザ照射光学系７は、分割された分割ビーム群Ｂ１２を集光・重畳する。例えば、レーザ照射光学系７には、集光レンズ２５が備えられる。核燃料ペレット２から脱離するダストを遮断するため、集光レンズ２５の下流側にウィンドウ２６が設置される。
【００６３】
ところで、図４に示されたクリーニング装置１Ａにて、ウィンドウ２６を通過した集光レンズ２５の焦点位置に形成される横断面（面Ｇ）のｘ方向の幅をＤｘ、ｙ方向の幅をＤｙとすると、ｘ方向幅Ｄｘ、ｘ方向幅Ｄｙは、
［数２］
Ｄｘ＝ｐ・ｆ１／ｆ
Ｄｙ＝ｄ・ｆ１／ｆ２
によって表される。
【００６４】
ここで、ウィンドウ２６を通過した集光レンズ２５の焦点位置に形成される横断面Ｇのｘ方向幅Ｄｘは、例えば、核燃料ペレット２の１個分あるいは数個分のｘ方向の長さよりやや長く設定するのが好ましい。よって、ｘ方向幅Ｄｘを、例えば、１０ｍｍ〜２０ｍｍに設定するために、シリンドリカルレンズ２３の幅ｐと、シリンドリカルレンズ２３の焦点距離ｆと、ウィンドウ２６を通過した集光レンズ２５の焦点位置ｆ１とを決定する。
【００６５】
一方、ウィンドウ２６を通過した集光レンズ２５の焦点位置に形成される横断面Ｇのｙ方向幅Ｄｙは、例えば、核燃料ペレット２の直径の１／５倍以下とするのが最適であることが分かっている。よって、ｙ方向幅Ｄｙを、例えば、１ｍｍ〜２ｍｍに設定するために、コア径ｄと、ウィンドウ２６を通過した集光レンズ２５の焦点位置ｆ１と、コリメートレンズ３２の焦点距離ｆ２とを決定する。
【００６６】
このように、ウィンドウ２６を通過した集光レンズ２５の焦点位置に形成される横断面Ｇについて、所要のｘ方向幅Ｄｘ、ｙ方向幅Ｄｙを設定する。そして、レーザビームＢから、所要の横断面Ｇを有する線状ビームＢ１３を成形するためのクリーニング走査光学系３Ａを設計する。
【００６７】
続いて、クリーニング装置１Ａのクリーニング走査光学系３Ａの作用を説明する。
【００６８】
図４に示されたクリーニング装置１Ａでは、レーザ光源（図示しない）から出力されたパルス状のレーザビームＢは、光ファイバ３１を通じて移送され、光ファイバ３１の出射端面からコリメートレンズ３２に出射される。さらに、レーザビームＢは、コリメートレンズ３２により、レーザ調整光学系６であるシリンドリカルレンズアレイ２２に適したビーム径に擬似平行化される。擬似平行化された平行ビームＢ１１は、シリンドリカルレンズアレイ２２に入射される。
【００６９】
シリンドリカルレンズアレイ２２では、平行ビームＢ１１をアレイのセグメントに対応してｘ方向に数分割、例えば、５分割させて多数の分割ビーム群Ｂ１２を得る。この結果、平行ビームＢ１１は、シリンドリカルレンズアレイ２２によって、ｘ方向に５分割された分割ビーム群Ｂ１２となる。分割ビーム群Ｂ１２は、ビーム照射光学系７である集光レンズ２５に入射される。
【００７０】
続いて、ｘ方向に５分割された分割ビーム群Ｂ１２は、それぞれ集光レンズ２５により集光される。なお、集光レンズ２５の下流側に設置されるウィンドウ２６によって分割ビーム群Ｂ１２の集光方向および集光位置は若干影響を受ける。
【００７１】
さらに、ｘ方向に５分割された分割ビーム群Ｂ１２は、ウィンドウ２６を通過した集光レンズ２５の焦点位置に形成される横断面Ｇにてそれぞれ重畳されて線状ビームＢ１３となり、図３に示されたように、横断面Ｇにおける線状ビームＢ１３のビーム強度分布が均一化される。
【００７２】
加えて、図４に示されたクリーニング装置１Ａにて、核燃料ペレット２はローラ等の手段により周方向Ｌに一定の速度で回動させられる。そして、核燃料ペレット２を周方向Ｌに回動させながら、クリーニング装置１Ａによって成形された線状ビームＢ１３の横断面Ｇを核燃料ペレット２の円柱側面に接させるように照射させる。このように、効率よく核燃料ペレット２の円柱側面全体のダストを脱離させることができ、脱離されたダストは、吸引手段２７によって側方から捕集される。
【００７３】
なお、核燃料ペレット２の回動速度は、横断面Ｇのｙ方向幅ＤｙとレーザビームＢの繰返し周波数とに依存し、適切なパルス重畳数となるよう選定される。
【００７４】
また、図４のｘ方向に核燃料ペレット２を複数配列して核燃料ペレット群を形成させ、核燃料ペレット群を回動させながらｘ方向に所要の速度にて走査することで、複数の核燃料ペレット２を連続的にクリーニングすることができる。
【００７５】
さらに、図４のクリーニング装置１Ａでは１本の光ファイバ３１でレーザビームＢを移送する場合を説明したが、複数本の光ファイバ３１でレーザビームＢを移送する場合は、ｚ方向に軸をもつ複数の光ファイバ３１の出射端面をｘ，ｙ方向に配列させることで、クリーニング装置１Ａと同様の作用および効果を得ることができる。
【００７６】
図４に示されたクリーニング装置１Ａを用いると、レーザビームＢを集光させたときの焦点位置と核燃料ペレット２の表面（照射面）とを接させ、焦点位置に形成される線状ビームＢ１３の横断面Ｇのビーム強度分布を均一化させる。そして、ビーム強度幅をダスト除去に最適なビーム強度範囲内に収めることで、核燃料ペレット表面２を損傷させることなく効率的にダストを除去できる。
【００７７】
また、線状ビームＢ１３を核燃料ペレット２の水平方向から照射すると、核燃料ペレット２から脱離したダストは鉛直下方向へ降下するので、降下位置に吸引手段２７を設けることで、核燃料ペレット２への再付着を防止して、効率的にダストを除去できる。
【００７８】
図５は、本発明に係る核燃料ペレットのクリーニング方法の第３の実施形態であって、核燃料ペレットのクリーニング装置を示す概略図である。
【００７９】
図５は、クリーニング装置１Ｂを示し、このクリーニング装置１Ｂには、核燃料ペレット２の軸がｘ方向に設置され、レーザビームＢの光軸が、核燃料ペレット２の周側面である円柱側面に対して直交するようにｚ方向から照射される。そして、レーザビームＢの横断面を所要形状に成形するために、クリーニング走査光学系３Ｂとして、レーザ入射光学系５と、レーザ調整光学系６と、レーザ照射光学系７とを有する。
【００８０】
なお、図５に示されたクリーニング装置１Ｂでは、レーザビームＢの光軸が、核燃料ペレット２の円柱側面に対して直交するようにｚ方向から照射されるが、レーザビームＢの照射方向は、厳密にｚ方向を条件とするものではなく、ほぼｚ方向からの照射で構わない。
【００８１】
レーザ入射光学系５は、レーザ光源（図示しない）から光ファイバ等の移送光学系に光学的に接続され、レーザ光源から出力されるレーザビームＢを収斂し、レーザビームＢの横断面と、レーザ調整光学系６に備えるカライドスコープ３６の入射端面の形状とを一致させる。レーザ入射光学系５には、例えば、２種類のシリンドリカルレンズ３５ａ，３５ｂが備えられる。
【００８２】
シリンドリカルレンズ３５ａは、ｚ方向に曲率を有し、この凸のレンズ面がｘ方向に延びている一方、シリンドリカルレンズ３５ｂは、ｚ方向に曲率を有し、この凸のレンズ面がｙ方向に延びている。
【００８３】
なお、シリンドリカルレンズ３５ａ，３５ｂは、凹レンズでも凸レンズでも良く、シリンドリカルレンズ３５ａ，３５ｂのそれぞれの基点中心が互いに平行するように設けられる。また、シリンドリカルレンズ３５ａ，３５ｂのそれぞれの焦点距離は、収斂ビームＢ２１の横断面が板状のカライドスコープ３６の入射端面に一致するように選定される。
【００８４】
レーザ調整光学系６は、シリンドリカルレンズ３５ｂから出射される収斂ビームＢ２１の出力密度を均一化させる。レーザ調整光学系６には、例えば、カライドスコープ３６が備えられる。
【００８５】
カライドスコープ３６は、収斂ビームＢ２１を内部反射させる材料で作られた板状の光学素子であり、側面（ｘ−ｚ面，ｙ−ｚ面）の内側表面には反射コーティングが施される。シリンドリカルレンズ３５にて収斂された収斂ビームＢ２１は、カライドスコープ３６内部にて多重反射し、カライドスコープ３６の出射端面では、ビーム強度が均一化される。ここで、カライドスコープ３６内部にて収斂ビームＢ２１が、例えば、３〜５回程度反射されるように、カライドスコープ３６の長さ（ｚ方向の幅）とのシリンドリカルレンズ３５の焦点距離が選定される。なお、カライドスコープ３６のｘ方向の幅をＷｘ、ｙ方向の幅をＷｙとする。
【００８６】
レーザ照射光学系７は、カライドスコープ３６から出射される均一化ビームＢ２２を縮小投影する。レーザ照射光学系７には、例えば、縮小倍率ｎの結像レンズ３７が備えられる。核燃料ペレット２から脱離するダストを遮断するため、結像レンズ３７の下流側にウィンドウ２６が設置される。
【００８７】
ところで、図５に示されたクリーニング装置１Ｂにて、ウィンドウ２６を通過した結像レンズ３７の焦点位置に形成される横断面（面Ｇ）のｘ方向の幅をＤｘ、ｙ方向の幅をＤｙとすると、ｘ方向幅Ｄｘ、ｙ方向幅Ｄｙは、
［数３］
Ｄｘ＝Ｗｘ・ｎ
Ｄｙ＝Ｗｙ・ｎ
によって表される。
【００８８】
ここで、ウィンドウ２６を通過した結像レンズ３７の焦点位置に形成される横断面Ｇのｘ方向幅Ｄｘは、例えば、核燃料ペレット２の１個分あるいは数個分のｘ方向の長さよりやや長く設定するのが好ましい。よって、ｘ方向幅Ｄｘを、例えば、１０ｍｍ〜２０ｍｍに設定するために、カライドスコープ３６のｘ方向の幅Ｗｘと、結像レンズ３７の縮小倍率ｎとを決定する。
【００８９】
一方、ｙ方向幅Ｄｙは、例えば、核燃料ペレット２の直径の１／５倍以下とするのが最適であることが分かっている。よって、ｙ方向幅Ｄｙを、例えば、１ｍｍ〜２ｍｍに設定するために、カライドスコープ３６のｙ方向の幅Ｗｙと、結像レンズ３７の縮小倍率ｎとを決定する。
【００９０】
このように、ウィンドウ２６を通過した結像レンズ３７の焦点位置に形成される横断面Ｇについて、所要のｘ方向幅Ｄｘ、ｙ方向幅Ｄｙを設定する。そして、レーザビームＢから、所要の横断面Ｇを有する線状ビームＢ２３を成形するためのクリーニング走査光学系３Ｂを設計する。
【００９１】
続いて、クリーニング装置１Ｂのクリーニング走査光学系３Ｂの作用を説明する。
【００９２】
図５に示されたクリーニング装置１Ｂでは、レーザ光源（図示しない）から出射されたレーザビームＢは、２種類のシリンドリカルレンズ３５ａ，３５ｂにより、ｘ、ｙ方向に収斂される。収斂ビームＢ２１は、レーザ調整光学系６である板状のカライドスコープ３６の入射端面の形状と一致しており、収斂ビームＢ２１は、レーザ調整光学系６である板状のカライドスコープ３６の入射端面からカライドスコープ３６内部に導入される。
【００９３】
カライドスコープ３６の入射端面から入射した収斂ビームＢ２１は、板状のカライドスコープ３６の内側面で３〜５回程度反射する。カライドスコープ３６の出射端面にて、収斂ビームＢ２１のビーム強度分布は均一化され、カライドスコープ３６の出射端面から均一化ビームＢ２２として出射される。
【００９４】
続いて、板状のカライドスコープ３６から出射された均一化ビームＢ２２は、レーザ照射光学系７である結像レンズ３７により縮小投影される。なお、結像レンズ３７の下流側に設置されるウィンドウ２６によって均一化ビームＢ２２の集光方向および集光位置は若干影響を受ける。
【００９５】
さらに、均一化ビームＢ２２は、ウィンドウ２６を通過した結像レンズ３７の焦点位置に形成される横断面Ｇにて線状ビームＢ２３となり、図３に示されたように、横断面Ｇにおける線状ビームＢ２３のビーム強度分布が均一化される。
【００９６】
加えて、図５に示されたクリーニング装置１Ｂにて、核燃料ペレット２はローラ等の手段により周方向Ｌに一定の速度で回動させられる。そして、核燃料ペレット２を周方向Ｌに回動させながら、クリーニング装置１Ｂによって成形された線状ビームＢ２３の横断面Ｇを核燃料ペレット２の円柱側面に接させるように照射させる。このように、効率よく核燃料ペレット２の円柱側面全体のダストを脱離させることができ、脱離されたダストは、吸引手段２７によって側方から捕集される。
【００９７】
なお、核燃料ペレット２の回動速度は、横断面Ｇのｙ方向幅ＤｙとレーザビームＢの繰返し周波数とに依存し、適切なパルス重畳数となるよう選定される。
【００９８】
また、図５のｘ方向に核燃料ペレット２を複数配列して核燃料ペレット群を形成させ、核燃料ペレット群を回動させながらｘ方向に所要の速度にて走査することで、複数の核燃料ペレット２を連続的にクリーニングすることができる。
【００９９】
図５に示されたクリーニング装置１Ｂを用いると、レーザビームＢを集光させたときの焦点位置と核燃料ペレット２の表面（照射面）とを接させ、焦点位置に形成される線状ビームＢ２３の横断面Ｇのビーム強度分布を均一化させる。そして、ビーム強度幅をダスト除去に最適なビーム強度範囲内に収めることで、核燃料ペレット表面２を損傷させることなく効率的にダストを除去できる。
【０１００】
また、線状ビームＢ２３を核燃料ペレット２の水平方向から照射すると、核燃料ペレット２から脱離したダストは鉛直下方向へ降下するので、降下位置に吸引手段２７を設けることで、核燃料ペレット２への再付着を防止して、効率的にダストを除去できる。
【０１０１】
図６は、本発明に係る核燃料ペレットのクリーニング方法の第４の実施形態であって、核燃料ペレットのクリーニング装置を示す概略図である。
【０１０２】
図６は、クリーニング装置１Ｃを示し、このクリーニング装置１Ｃには、核燃料ペレット２の軸がｘ方向に設置され、レーザビームＢの光軸が、核燃料ペレット２の周側面である円柱側面に対して直交するようにｚ方向から照射される。そして、レーザビームＢの横断面を所要形状に成形するために、クリーニング走査光学系３Ｃとして、レーザ入射光学系５と、レーザ調整光学系６と、レーザ照射光学系７とを有する。
【０１０３】
なお、図６に示されたクリーニング装置１Ｃでは、レーザビームＢの光軸が、核燃料ペレット２の円柱側面に対して直交するようにｚ方向から照射されるが、レーザビームＢの照射方向は、厳密にｚ方向を条件とするものではなく、ほぼｚ方向からの照射で構わない。
【０１０４】
レーザ入射光学系５は、レーザ光源（図示しない）から光ファイバ等の移送光学系に光学的に接続され、レーザ光源から出力されるレーザビームＢを移送させる。レーザ入射光学系５には、例えば、光ファイバ３１が備えられる。
【０１０５】
レーザ調整光学系６は、光ファイバ３１から出射される拡大ビームＢ３１の出力密度を均一化させる。レーザ調整光学系６には、例えば、カライドスコープ３６が備えられる。
【０１０６】
カライドスコープ３６は、拡大ビームＢ３１を内部反射させる材料で作られた板状の光学素子であり、側面（ｘ−ｚ面，ｙ−ｚ面）の内側表面には反射コーティングが施される。光ファイバ３１から出射された拡大ビームＢ３１は、カライドスコープ３６内部にて多重反射し、カライドスコープ３６の出射端面では、ビーム強度が均一化される。ここで、カライドスコープ３６内部にて拡大ビームＢ３１が、例えば、３〜５回程度反射されるように、カライドスコープ３６の長さ（ｚ方向の幅）と光ファイバ３１との焦点距離が選定される。なお、カライドスコープ３６のｘ方向の幅をＷｘ、ｙ方向の幅をＷｙとする。
【０１０７】
図７は、光ファイバ３１および板状のカライドスコープ３６を示す斜視図である。
【０１０８】
図７に示された光ファイバ３１およびカライドスコープ３６は、図６に示された光ファイバ３１およびカライドスコープ３６のＳ−Ｓ斜視図を示す。７本一列に配置された光ファイバ３１から出射された拡大ビーム３１が、板状のカライドスコープ３６の入射端面に入射できるように、光ファイバ３１とカライドスコープ３６とが所要の間隔をもって設置される。図７に示される光ファイバ３１の設置は７本一列であるが、７本一列に限定するものではない。
【０１０９】
図６に示されたクリーニング装置１Ｃのレーザ照射光学系７は、カライドスコープ３６から出射される均一化ビームＢ３２を縮小投影させる。レーザ照射光学系７は、例えば、縮小倍率ｎの結像レンズ３７が備えられる。核燃料ペレット２から脱離するダストを遮断するため、結像レンズ３７の下流側にウィンドウ２６が設置される。
【０１１０】
ところで、図６に示されたクリーニング装置１Ｃにて、ウィンドウ２６を通過した結像レンズ３７の焦点位置に形成される横断面（面Ｇ）のｘ方向の幅をＤｘ、ｙ方向の幅をＤｙとすると、ｘ方向幅Ｄｘ、ｙ方向幅Ｄｙは、
［数４］
Ｄｘ＝Ｗｘ・ｎ
Ｄｙ＝Ｗｙ・ｎ
によって表される。
【０１１１】
ここで、ｘ方向幅Ｄｘは、例えば、核燃料ペレット２の１個分あるいは数個分のｘ方向の長さよりやや長く設定するのが好ましい。よって、ｘ方向幅Ｄｘを、例えば、１０ｍｍ〜２０ｍｍに設定するために、カライドスコープ３６のｘ方向の幅Ｗｘと、結像レンズ３７の縮小倍率ｎとを決定する。
【０１１２】
一方、ｙ方向幅Ｄｙは、例えば、核燃料ペレット２の直径の１／５倍以下とするのが最適であることが分かっている。よって、ｙ方向幅Ｄｙを、例えば、１ｍｍ〜２ｍｍに設定するために、カライドスコープ３６のｙ方向の幅Ｗｙと、結像レンズ３７の縮小倍率ｎとを決定する。
【０１１３】
このように、ウィンドウ２６を通過した結像レンズ３７の焦点位置に形成される横断面Ｇについて、所要のｘ方向幅Ｄｘ、ｙ方向幅Ｄｙを設定する。そして、レーザビームＢから、所要の横断面Ｇを有する線状ビームＢ３３を成形するためのクリーニング走査光学系３Ｃを設計する。
【０１１４】
続いて、クリーニング装置１Ｃのクリーニング走査光学系３Ｃの作用を説明する。
【０１１５】
図６に示されたクリーニング装置１Ｃでは、レーザ光源（図示しない）から出力されたパルス状のレーザビームＢは、光ファイバ３１を通じて移送され、光ファイバ３１の出射端面から出射された拡大ビームＢ３１は、ビーム調整光学系６である板状のカライドスコープ３６の入射端面からカライドスコープ３６内部に導入される。
【０１１６】
カライドスコープ３６の入射端面から入射した収斂ビームＢ３１は、板状のカライドスコープ３６の内側面で３〜５回程度反射する。カライドスコープ３６の出射端面にて、拡大ビームＢ３１のビーム強度分布は均一化され、カライドスコープ３６の出射端面から均一化ビームＢ３２として出射される。
【０１１７】
続いて、板状のカライドスコープ３６から出射された均一化ビームＢ３２は、ビーム照射光学系７である結像レンズ３７により縮小投影される。なお、結像レンズ３７の下流側に設置されるウィンドウ２６によって均一化ビームＢ３２の集光方向および集光位置は若干影響を受ける。
【０１１８】
さらに、均一化ビームＢ３２は、ウィンドウ２６を通過した結像レンズ３７の焦点位置に形成される横断面Ｇにて線状ビームＢ３３となり、図３に示されたように、横断面Ｇにおける線状ビームＢ３３のビーム強度分布が均一化される。
【０１１９】
加えて、図６に示されたクリーニング装置１Ｃにて、核燃料ペレット２はローラ等の手段により周方向Ｌに一定の速度で回動させられる。そして、核燃料ペレット２を周方向Ｌに回動させながら、クリーニング装置１Ｃによって成形された線状ビームＢ３３の横断面Ｇを核燃料ペレット２の円柱側面に接させるように照射させる。このように、効率よく核燃料ペレット２の円柱側面全体のダストを脱離させることができ、脱離されたダストは、吸引手段２７によって側方から捕集される。
【０１２０】
なお、核燃料ペレット２の回動速度は、横断面Ｇのｙ方向幅ＤｙとレーザビームＢの繰返し周波数とに依存し、適切なパルス重畳数となるよう選定される。
【０１２１】
また、図６のｘ方向に核燃料ペレット２を複数配列して核燃料ペレット群を形成させ、核燃料ペレット群を回動させながらｘ方向に所要の速度にて走査することで、複数の核燃料ペレット２を連続的にクリーニングすることができる。
【０１２２】
図６に示されたクリーニング装置１Ｃを用いると、レーザビームＢを集光させたときの焦点位置と核燃料ペレット２の表面（照射面）とを接させ、焦点位置に形成される線状ビームＢ３３の横断面Ｇのビーム強度分布を均一化させる。そして、ビーム強度幅をダスト除去に最適なビーム強度範囲内に収めることで、核燃料ペレット表面２を損傷させることなく効率的にダストを除去できる。
【０１２３】
また、線状ビームＢ３３を核燃料ペレット２の水平方向から照射すると、核燃料ペレット２から脱離したダストは鉛直下方向へ降下するので、降下位置に吸引手段２７を設けることで、核燃料ペレット２への再付着を防止して、効率的にダストを除去できる。
【０１２４】
図８は、本発明に係る核燃料ペレットのクリーニング方法の第５の実施形態であって、核燃料ペレットのクリーニング装置を示す概略図である。
【０１２５】
図８は、クリーニング装置１Ｄを示し、このクリーニング装置１Ｄには、核燃料ペレット２の軸がｚ方向に設置され、レーザビームＢの光軸が、核燃料ペレット２の端面に対して直交するようにｚ方向から照射される。そして、レーザビームＢの横断面を所要形状に成形するために、クリーニング走査光学系３Ｄとして、レーザ入射光学系５と、レーザ調整光学系６と、レーザ照射光学系７とを有する。
【０１２６】
なお、図８に示されたクリーニング装置１Ｄでは、レーザビームＢの光軸が、核燃料ペレット２の端面に対して直交するようにｚ方向から照射されるが、レーザビームＢの照射方向は、厳密にｚ方向を条件とするものではなく、ほぼｚ方向からの照射で構わない。
【０１２７】
レーザ入射光学系５は、レーザ光源（図示しない）から光ファイバ等の移送光学系に光学的に接続されレーザ光源から出力されるレーザビームＢのビーム径を集光させる。レーザ入射光学系５には、例えば、集光レンズ２５が備えられる。
【０１２８】
集光レンズ２５の焦点距離は、集光ビームＢ４１の横断面が円柱形状のカライドスコープ３６の入射端面に一致するように選定される。
【０１２９】
レーザ調整光学系６は、集光された集光ビームＢ４１の出力密度を均一化させる。レーザ調整光学系６には、例えば、円柱形状のカライドスコープ３８が備えられる。
【０１３０】
カライドスコープ３８は、レーザビームを内部反射させる材料で作られた円柱形状の光学素子であり、周面の内側表面には反射コーティングが施される。集光レンズ２５にて集光された集光ビームＢ４１は、カライドスコープ３８内部にて多重反射し、カライドスコープ３８の出射端面では、ビーム強度が均一化される。ここで、カライドスコープ３８内部にて集光ビームＢ４１が、例えば、３〜５回程度反射されるように、カライドスコープ３８の長さ（ｚ方向の幅）との集光レンズ２５の焦点距離が選定される。なお、カライドスコープ３８の径をｒとする。
【０１３１】
レーザ照射光学系７は、拡大された均一化ビームＢ４２を縮小投影させる。レーザ照射光学系７には、例えば、縮小倍率ｎの結像レンズ３７が備えられる。核燃料ペレット２から脱離するダストを遮断するため、結像レンズ３７の下流側にウィンドウ２６が設置される。
【０１３２】
ところで、図８に示されたクリーニング装置１Ｄにて、ウィンドウ２６を通過した結像レンズ３７の焦点位置に形成される横断面（面Ｈ）の径をＲとすると、径Ｒは、
［数５］
Ｒ＝ｒ・ｎ
によって表される。
【０１３３】
ここで、ウィンドウ２６を通過した結像レンズ３７の焦点位置に形成される横断面Ｈの径Ｒは、例えば、核燃料ペレット２の直径のよりもやや大きくすることが望ましい。よって、径Ｒを、例えば、１０ｍｍ〜２０ｍｍに設定するために、カライドスコープ３８の径ｒと、結像レンズ３７の縮小倍率ｎとを決定する。
【０１３４】
このように、ウィンドウ２６を通過した結像レンズ３７の焦点位置に形成される横断面Ｈについて、所要の径Ｒを設定する。そして、レーザビームＢから、最所要の横断面Ｈを有する円状ビームＢ４３を成形するためのクリーニング走査光学系３Ｄを設計する。
【０１３５】
続いて、クリーニング装置１Ｄのクリーニング走査光学系３Ｄの作用を説明する。
【０１３６】
図８に示されたクリーニング装置１Ｄでは、レーザ光源（図示しない）から出力されたパルス状のレーザビームＢは、集光レンズ２５により集光ビームＢ４１に集光され、ビーム調整光学系６である円柱形状のカライドスコープ３８の入射端面からカライドスコープ３８内部に導入される。
【０１３７】
カライドスコープ３８の入射端面から入射した集光ビームＢ４１は、円柱形状のカライドスコープ３８の内側面で３〜５回程度反射する。カライドスコープ３８の出射端面にて、集光ビームＢ４１のビーム強度分布は均一化され、カライドスコープ３８の出射端面から均一化ビームＢ４２として出射する。
【０１３８】
続いて、円状のカライドスコープ３８から出射された均一化ビームＢ４２は、ビーム照射光学系７である結像レンズ３７により縮小投影される。なお、結像レンズ３７の下流側に設置されるウィンドウ２６によって均一化ビームＢ４２の集光方向および集光位置は若干影響を受ける。
【０１３９】
さらに、均一化ビームＢ４２は、ウィンドウ２６を通過した結像レンズ３７の焦点位置に形成される横断面Ｈにて円状ビームＢ４３となり、横断面Ｈにおける円状ビームＢ４３のビーム強度分布が均一化される。
【０１４０】
図９は、円状ビームＢ４３の横断面Ｈにおけるビーム強度分布図である。
【０１４１】
図８に示された横断面（照射面）Ｈでは、レーザビームＢが円状ビームＢ４３に成形される。横断面Ｈにおける円状ビームＢ４３は、図９に示されるビーム強度分布のように、円状ビームＢ４３の光軸を中心としてｘ，ｙ方向に関するビーム強度分布の偏りが修正され、ビーム強度分布が円状ビームの横断面Ｈ全体にわたり均一化される。
【０１４２】
加えて、図８に示されたクリーニング装置１Ｄによって成形された円状ビームＢ４３を核燃料ペレット２の端面に照射させる。このように、効率よく核燃料ペレット２の端面全体のダストを脱離させることができ、脱離されたダストは、吸引手段２７によって側方から捕集される。
【０１４３】
なお、図８に示されたクリーニング装置１Ｄでは、核燃料ペレット２の一方の端面に円状ビームＢ４３を照射させているが、他の端面にも同時に円状ビームＢ４３を照射させれば、効率よく核燃料ペレット２の両端面を同時にクリーニングできる。
【０１４４】
また、図８のｘ方向に核燃料ペレット２を複数配列して核燃料ペレット群を形成させ、核燃料ペレット群をｘ方向に所要の速度にて走査することで、複数の核燃料ペレット２を連続的にクリーニングすることができる。
【０１４５】
図８に示されたクリーニング装置１Ｄを用いると、レーザビームＢを集光させたときの焦点位置と核燃料ペレット２の表面（照射面）とを接させ、焦点位置に形成される円状ビームＢ４３の横断面Ｈのビーム強度分布を均一化させる。そして、ビーム強度幅をダスト除去に最適なビーム強度範囲内に収めることで、核燃料ペレット表面２を損傷させることなく効率的にダストを除去できる。
【０１４６】
また、円状ビームＢ４３を核燃料ペレット２の水平方向から照射すると、核燃料ペレット２から脱離したダストは鉛直下方向へ降下するので、降下位置に吸引手段２７を設けることで、核燃料ペレット２への再付着を防止して、効率的にダストを除去できる。
【０１４７】
図１０は、本発明に係る核燃料ペレットのクリーニング方法の第６の実施形態であって、核燃料ペレットのクリーニング装置を示す概略図である。
【０１４８】
図１０は、クリーニング装置１Ｅを示し、このクリーニング装置１Ｅには、核燃料ペレット２の軸がｚ方向に設置され、レーザビームＢの光軸が、核燃料ペレット２の端面に対して直交するようにｚ方向から照射される。そして、レーザビームＢの横断面を所要形状に成形するために、クリーニング走査光学系３Ｅとして、レーザ入射光学系５と、レーザ照射光学系７とを有する。
【０１４９】
なお、図１０に示されたクリーニング装置１Ｅでは、レーザビームＢの光軸が、核燃料ペレット２の端面に対して直交するようにｚ方向から照射されるが、レーザビームＢの照射方向は、厳密にｚ方向を条件とするものではなく、ほぼｚ方向からの照射で構わない。
【０１５０】
レーザ入射光学系５には、例えば、レーザビームＢを移送する光ファイバ３１が設置される。なお、光ファイバ３１はコア径ｄを有する。
【０１５１】
レーザ照射光学系７は、拡大された拡大ビームＢ５１を縮小投影させる。レーザ照射光学系７には、例えば、縮小倍率ｎの結像レンズ３７が備えられる。核燃料ペレット２から脱離するダストを遮断するため、結像レンズ３７の下流側にウィンドウ２６が設置される。
【０１５２】
ところで、図１０に示されたクリーニング装置１Ｅにて、ウィンドウ２６を通過した結像レンズ３７の焦点位置に形成される横断面（面Ｈ）の径をＲとすると、径Ｒは、
［数６］
Ｒ＝ｄ・ｎ
によって表される。
【０１５３】
ここで、ウィンドウ２６を通過した結像レンズ３７の焦点位置に形成される横断面Ｈの径Ｒは、例えば、核燃料ペレット２の直径よりもやや大きくすることが望ましい。よって、径Ｒを、例えば、１０ｍｍ〜２０ｍｍに設定するために、光ファイバ３１のコア径ｄと、結像レンズ３７の縮小倍率ｎとを決定する。
【０１５４】
このように、ウィンドウ２６を通過した結像レンズ３７の焦点位置に形成される横断面Ｈについて、所要の径Ｒを設定する。そして、レーザビームＢから、所要の横断面Ｈを有する円状ビームＢ５２を成形するためのクリーニング走査光学系３Ｅを設計する。
【０１５５】
続いて、クリーニング装置１Ｅのクリーニング走査光学系３Ｅの作用を説明する。
【０１５６】
図１０に示されたクリーニング装置１Ｅでは、レーザ光源（図示しない）から出力されたパルス状の光ファイバ３１をレーザビームＢは、光ファイバ３１通じて移送され、光ファイバ３１の出射端面から出射される。
【０１５７】
続いて、拡大された拡大ビームＢ５１は、レーザ照射光学系７である結像レンズ３７にて縮小投影される。なお、結像レンズ３７の下流側に設置されるウィンドウ２６によって拡大ビームＢ５１の集光方向および集光位置は若干影響を受ける。
【０１５８】
さらに、拡大ビームＢ５１は、ウィンドウ２６を通過した結像レンズ３７の焦点位置に形成される横断面Ｈにて円状ビームＢ５２となり、図９に示されたように、横断面Ｈにおける円状ビームＢ５２のビーム強度分布が均一化される。
【０１５９】
加えて、図１０に示されたクリーニング装置１Ｅによって成形された円状ビームＢ５２を核燃料ペレット２の端面に照射させる。このように、効率よく核燃料ペレット２の端面全体のダストを脱離させることができ、脱離されたダストは、吸引手段２７によって側方から捕集される。
【０１６０】
なお、図１０に示されたクリーニング装置１Ｅでは、核燃料ペレット２の一方の端面に円状ビームＢ５２を照射させているが、他の端面にも同時に円状ビームＢ５２を照射させれば、効率よく核燃料ペレット２の両端面を同時にクリーニングできる。
【０１６１】
また、図１０のｘ方向に核燃料ペレット２を複数配列して核燃料ペレット群を形成させ、核燃料ペレット群をｘ方向に所要の速度にて走査することで、複数の核燃料ペレット２を連続的にクリーニングすることができる。
【０１６２】
図１０に示されたクリーニング装置１Ｅを用いると、レーザビームＢを集光させたときの焦点位置と核燃料ペレット２の表面（照射面）とを接させ、焦点位置に形成される円状ビームＢ５２の横断面Ｈのビーム強度分布を均一化させる。そして、ビーム強度幅をダスト除去に最適なビーム強度範囲内に収めることで、核燃料ペレット表面２を損傷させることなく効率的にダストを除去できる。
【０１６３】
また、円状ビームＢ５２を核燃料ペレット２の水平方向から照射すると、核燃料ペレット２から脱離したダストは鉛直下方向へ降下するので、降下位置に吸引手段２７を設けることで、核燃料ペレット２への再付着を防止して、効率的にダストを除去できる。
【図面の簡単な説明】
【０１６４】
【図１】本発明に係る核燃料ペレットのクリーニング方法の第１の実施形態であって、核燃料ペレットのクリーニング装置を示す概略図。
【図２】シリンドリカルレンズアレイの概略図。
【図３】線状ビームの横断面におけるビーム強度分布図。
【図４】本発明に係る核燃料ペレットのクリーニング方法の第２の実施形態であって、核燃料ペレットのクリーニング装置を示す概略図。
【図５】本発明に係る核燃料ペレットのクリーニング方法の第３の実施形態であって、核燃料ペレットのクリーニング装置を示す概略図。
【図６】本発明に係る核燃料ペレットのクリーニング方法の第４の実施形態であって、核燃料ペレットのクリーニング装置を示す概略図。
【図７】光ファイバおよび板状のカライドスコープの構成を示す斜視図。
【図８】本発明に係る核燃料ペレットのクリーニング方法の第５の実施形態であって、核燃料ペレットのクリーニング装置を示す概略図。
【図９】円状ビームの横断面におけるビーム強度分布図。
【図１０】本発明に係る核燃料ペレットのクリーニング方法の第６の実施形態であって、核燃料ペレットのクリーニング装置を示す概略図。
【図１１】レーザビームの横断面におけるビーム強度分布図。
【符号の説明】
【０１６５】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ  クリーニング装置
２  核燃料ペレット
２２ａ，２２ｂ  シリンドリカルレンズアレイ
３６  板状のカライドスコープ
３８  円柱形状のカライドスコープ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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