(57)【要約】【課題】  除染中の放射性同位元素の浸透や汚染が汚染物質の軽微な内面、あるいは汚染されていない内面への再拡散を防ぎ、再汚染を無くす、あるいは最小にする、水噴流導光レーザー剥離による除染方法を提供する。【解決手段】  放射性同位元素に汚染された表面を持つ部品、構造物などを水噴流導光レーザー照射により、照射表面近傍に発生する熱がその被対象物全体の温度を上げないように周囲の水や水噴流により十分冷却を保持して、且つレーザー照射された表面近傍部位を蒸発させ、除去するところの水噴流導光レーザー剥離を用いて再溶融無く、再拡散無く、且つ再汚染無く除染する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高い圧力を水に印加し、小さな円形断面の鏡状内面を持つ開口あるいは鏡状内面を持つ筒から水を噴流として数十センチ程度以上にわたり放出させ、この噴流の進行方向と同じ方向に水噴流中内に高出力のレーザーを入射し、水中から気中境界面への光の全反射条件である臨界角度以下でレーザーが水中から気中境界面へ進行するように入射角度と光学系を調整し、鏡面状内面内と水噴流内にて全反射を繰り返して、あたかも水噴流中を通信用石英製光ファイバー中のようにレーザー光を導光させ、放射性同位元素に汚染された表面をこの噴流とその中を導光されたレーザーによって衝撃し、照射し、局所的に短時間あるいは連続的に加熱し、放射性同位元素に汚染された表面を蒸発剥離させ、水噴流とレーザーの同時投入により、対象物全体として温度上昇させず、通常の溶融や蒸発のような温間加工や熱間加工では無い、冷間加工の一種として、比較的低温を保持し、除染することを特徴とする、放射性同位元素に汚染された表面を水噴流導光レーザー剥離を用いて低温にて再汚染少なく除染する方法。
【請求項２】
水噴流導光レーザーによって蒸発除去あるいは、剥離させられた放射性同位元素を含む表面物質が再度照射領域に戻り、あるいはその熱が伝導、輻射、対流等によって照射領域表面周辺の温度を上昇させ、同表面周辺を溶融し、汚染が軽微な、あるいは汚染されていない内面に拡散し、再汚染が頻繁かつ多量に発生することを防ぐために、単位レーザー出力あたりの噴流水量を多くし、あるいは単位噴流水量あたりのレーザー出力を少なくし、あるいは別の流体、具体的には気体、液体、縣濁液噴霧物、霧状噴霧物、液体と気体などの流体を単独にて、あるいは固体微粒子と流体を同時に、別の水噴流を追加して、照射領域の効率的、局所的冷却により照射領域温度を上昇させない、あるいはこれらレーザーとレーザー以外の物質の融合作用により力学的に切削、あるいは単に移動させ、あるいは複合的に巻き込んで、近接部位に配置した排気管で回収分別することによって結果的に照射領域から除くことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
化学反応及び／又は機械的手段と水噴流導光レーザー剥離とを併用することにより、あるいは最初から最後まで水噴流導光レーザー剥離のみにより除染を行うことを特徴とする、請求項１又は請求項２記載の方法。
【請求項４】
蒸気発生器、原子炉圧力容器、保管容器などの水中において水噴流導光レーザーの照射を妨げないように、同時に水噴流とその中のレーザー光が自由に通過できる気体で充填された領域を確保するために周囲環境の水を高圧気体で排除された領域を確保し、同時に全反射条件を満足させるように水噴流と周囲環境の水とを接触させないために高圧気体を筒状に水噴流導光レーザーの照射と同軸、同一方向にて、水噴流周囲を鞘状に囲むように放出する気体噴流を形成し、さらにこの放出気体噴流と水噴流とレーザーによって剥離除染された物質を排気管から吸引廃棄することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
レーザー集束レンズ及びレーザー窓からなるレーザー光学系と、レーザー光学系に隣接して設けられた互いに同軸の高圧水噴流導入部及び高圧気体噴流導入部とから構成され、水噴流導光レーザーと同軸上に周囲を鞘状に囲む高圧気体噴流によって周囲環境の水を排除した、水噴流導光レーザーの光導に必要な気体空間を形成し、この空間内で水噴流導光レーザー照射することにより、RIを含む表面固着皮膜をレーザー照射によって発生する表面近傍の熱が周辺部に熱伝達され、周囲の水および水噴流で冷却されるために、照射対象物全体の温度が上昇することなく、対象物照射部分は十分に冷却され、且つレーザーにより蒸発除去され、冷間加工的な蒸発・除去が行われる、放射性同位元素に汚染された表面を水噴流導光レーザー剥離を用いて低温にて再汚染少なく除染する装置。
【請求項６】
蒸気発生器、原子炉圧力容器、保管容器などの水中において水噴流導光レーザーの照射を妨げないように水を気体で加圧排水された領域を確保するために、半密閉式不完全水封部を備えた直径方向は水圧に耐える機械構造体であって、レーザー照射面にほぼ垂直な方向に広い範囲で傾けることが可能な伸縮自在のベローズ様ダクトや他の伸縮可能な部位を備え、水中での水噴流導光レーザー剥離照射により、放射性同位元素を含む表面固着皮膜を蒸発除去し、このレーザーの熱が照射対象物全体へ熱伝達される前に対流蒸発、輻射、伝熱によって冷却保持し、更に照射局所に気体又は液体からなる流体を吹付け、剥離された固着層破片を排気管から吸引排気する冷間加工的な低温作業を行うことを特徴とする放射性同位元素に汚染された表面を水噴流導光レーザー剥離を用いて低温にて再汚染少なく除染する装置。
【請求項７】
水噴流導光レーザー剥離による除去部位近傍において、あるいは剥離除去後、排気管で回収分別された放射性同位元素が集積される部分近傍において重量計、放射線量及び線量率を放射線検出器を用いて、表面あるいは背面の温度を赤外線放射温度計を用いて、あるいは剥離物質の元素を分光検出器などで剥離除染過程を監視することを特徴とする請求項５又は請求項６記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、加速器、原子炉、放射性同位元素製造工場、核燃料工場、核燃料再処理工場などの周辺において使用される数多くの放射性同位元素を取り扱う機器施設装置において、多くの放射性同位元素に汚染されている装置表面近傍部位を水噴流導光レーザーを照射することにより、汚染物質が存在する領域から近接する周辺に、照射領域での汚染物質の蒸発あるいは流体での汚染物質の除去によって生じた放射性同位元素を含む物質の輸送と剥離を同時に行うことを、水噴流導光レーザー低温剥離除染と呼び、これを用いて再溶融無く、再拡散無く、且つ再汚染無く除染する方法とその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、放射性汚染物資を除去する場合には、次の方法がとられている。
【０００３】
（１）放射性同位元素からの表面線量率を勘案し、作業者の被爆量管理を行いながら放射性同位元素に汚染された表面を物理的、機械的にサンドブラスト、グラインダー、表面研削工具通常レーザーなどを用いて除去する方法。
【０００４】
（２）放射性同位元素で汚染された表面固着皮膜をキレート剤、酸など薬剤で化学的に腐食させて除去する方法。
【０００５】
（３）気中あるいは真空中にて連続波レーザー、長パルスレーザー、10ピコ秒より十分に長いパルス幅の短パルスレーザーを放射性同位元素を含む表面固着皮膜に照射し、溶融、熱蒸発させる方法。
【０００６】
（４）放射性同位元素で汚染された表面固着皮膜を電解研磨液に浸漬させ、電気化学的に電解研磨する方法。
【０００７】
（５）放射性同位元素で汚染された表面固着皮膜を塩素ガス雰囲気中でレーザー照射し，金属表面の汚染物質を酸化物などから昇華性あるいは水溶性の塩化物に変換して除去する方法。
【０００８】
（６）放射性同位元素で汚染された表面固着皮膜にゲル除染剤を塗布してレーザーを照射し，レーザー誘起化学反応により汚染物質を除去する方法。
【０００９】
（７）冷間加工の一種である気中、水中で研磨剤をいれたあるいは入れない水ジェットを用いて放射性同位元素で汚染された表面固着皮膜を物理的機械的に除去する方法。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記のような放射性同位元素で汚染された表面固着皮膜を除去する方法は利用実績があり、広く用いられているが、対象物、場所、形状等の適用可能条件が厳しく、応用範囲がかなり限定され、１００％除染できるわけで無く、半分以上は除去除染可能であるが、大きな割合で固着した放射性同位元素の大きな部分が残留する場合が多く、その除染能力効果が限られており、次のような課題がある。
【００１１】
放射性同位元素で汚染された表面固着皮膜を除去するための連続波あるいは長パルスレーザー照射溶融蒸発方法は、これらは本質的に熱間あるいは温間加工方法で、除去過程で基本的には表面固着皮膜と構造材の双方の表面は照射されて局所的に融点あるいは沸点温度以上に上昇し、双方の層が溶融・蒸発し、さらに亀裂や割れがこの除去作業中に発生し、進展している。このため表面固着皮膜の放射性同位元素は構造材の表面に局所的に、再溶融し、再拡散する。
【００１２】
また、放射性同位元素で汚染された表面固着皮膜を除去する物理的機械的な方法は、これらは本質的に冷間加工方法で、除去過程で基本的には表面固着皮膜と構造材の双方の表面とサンドブラスト、グラインダー、表面研削工具などの接触する粒子、刃物、工具の表面は局所的に千数百度以上に上昇し、機械的に亀裂や割れがこの除去作業中に発生し、進展している。このため表面固着皮膜の放射性同位元素は構造材の表面に局所的に、再溶融し、汚染が軽微な内面、あるいは汚染されていない内面に再拡散し、再汚染するので完全な除去除染が困難である。
【００１３】
通常、表面固着皮膜の下層の構造材表面は製造時に不可避的に冷間加工されており、割れ感受性と引張残留応力が集中するので、除染以前の製造工程や運転中に割れがすでに進展しており、水腐食環境下でこの割れ感受性がある表面から応力腐食割れが長い年月にわたり深く進展し、この割れに沿って深い領域まで放射性同位元素が侵入する。除染時の酸などの薬剤によってもたらされる強い腐食環境下では応力腐食割れがさらに短時間に大きく進展し、この割れに沿って広く深い領域まで放射性同位元素が侵入する。このため表面固着皮膜の放射性同位元素と同様に放射性同位元素は構造材の表面から内部に直接輸送され、再浸透し、汚染が軽微な内面、あるいは汚染されていない内面に拡散し、再汚染するので完全な除染が困難である。
【００１４】
そこで、この発明は、上記のように、すでに除染前に製造工程や運転中の応力腐食割れ等により深く広く浸透、拡散し、汚染していた放射性同位元素が除去できない恐れもなく、使用する連続波、極短パルスあるいは長パルスにより、表面固着皮膜と構造材の双方の表面は照射されて局所的に融点沸点温度以上に上昇し、双方の層が溶融・蒸発し、さらに亀裂や割れがこの除去作業中に発生し、進展している。このため表面固着皮膜の放射性同位元素は構造材の表面に局所的に、再溶融し、汚染が軽微な内面、あるいは汚染されていない内面に拡散する。
【００１５】
この発明においては、使用する酸などの薬剤によって表面の冷間加工跡が応力腐食割れによって割れ進展し、放射性同位元素が浸透、拡散し、再汚染する恐れもなく、使用環境、有効性、適用対象、適用場所、その他の適用条件に制限がほとんどない、容易に、安価で、通常の除染方法よりもはるかに高い除染率を実現し、除染中の放射性同位元素の浸透や汚染が軽微な内面、あるいは汚染されていない内面への再拡散を防ぎ、再汚染を無くす、あるいは最小にする、水噴流導光レーザー剥離による除染方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明の「放射性同位元素に汚染された表面を水噴流導光レーザー剥離を用いて再汚染少なく容易に低温にて除染する方法とその装置」は、加速器、原子炉、放射性同位元素製造工場、核燃料工場、核燃料再処理工場など放射性同位元素に汚染された表面を持つ部品、構造物などを水噴流導光レーザー照射により、照射表面近傍に発生する熱がその被対象物全体の温度を上げないように周囲の水や水噴流により十分冷却を保持して、且つレーザー照射された表面近傍部位を蒸発させ、除去するところの水噴流導光レーザー剥離を用いて、その部位の再溶融無く、再拡散無く、且つ再汚染無く除染することを特徴としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
この発明においては、水噴流導光レーザーを用いて、図１の様に照射し、気中にて低温でのレーザー剥離により、汚染物質の再溶融無く、再拡散無く、且つ再汚染無く除染する。即ち、図１に示されるように、ステンレス鋼製コールド構造材１のＲＩ（放射性同位元素）を含む表面固着層皮膜７に、冷間加工的作業を行う水噴流導光レーザー２として、連続波あるいパルスレーザーが水噴流とともに照射され、更に、その領域に除去用気体または液体などからなる流体３が吹き付けられ、その照射領域からＲＩで汚染された固着層破片が剥離除去される。その剥離された固着層破片は吸入排気管４を通して吸引、除去される。その結果、ステンレス鋼製コールド構造材の表面固着層皮膜部分からは、蒸発剥離の際に生ずる汚染剥離皮膜による再汚染無く、再拡散なしに汚染物質が除去される。また、その剥離汚染の過程をモニターするために、重量計、分光器あるいは放射線検出器などを用いた除染モニター６により、その除染過程が観察される。
【００１８】
図2のように、水噴流導光レーザーと同軸上に周囲を鞘状に囲む高圧気体噴流によって周囲環境の水を排除した、水噴流導光レーザーの光導に必要な気体空間を形成し、この空間内で水噴流導光レーザー照射することにより、RIを含む表面固着皮膜をレーザー照射によって発生する表面近傍の熱が周辺部に熱伝達され、周囲の水および水噴流で冷却されるために、照射対象物全体の温度が上昇することなく、対象物照射部分は十分に冷却され、且つレーザーにより蒸発除去され、冷間加工的な蒸発・除去が行われる。
【００１９】
即ち、図２に示されるように、レーザー光学系１の前面からＲＩを含む表面固着皮膜１０の汚染局所に向けて高圧気体噴流５を周囲の水中環境６の水中に噴射し、その周囲環境の水を排除し、その水中に気体噴流による光学系からその汚染局所に至る鞘状の気体空間を形成する。更に、レーザー光学系の前面から高圧水噴流５をその気体空間内に噴射し、その空間内に水噴流を形成する。その水噴流中にレーザー光２をレーザー窓３を通して照射し、その空間内に水噴流導光レーザーを形成する。水噴流内のレーザー光は、この水噴流導光レーザーを囲む鞘状の気体空間内面で全反射７して水噴流中を進み、汚染局所に照射される。レーザー光により照射された固着皮膜が局所蒸発８し、剥離された固着層破片１１が生ずる。この破片が鞘状空間を形成するために使用された高圧気体噴流および水噴流導光レーザーの水噴流により除去される。蒸発局所近傍がレーザーと同時に投入される水噴流及び周囲環境の水より冷却されるので、この剥離除染は冷間加工的に行われる。
【００２０】
さらに図3のように同軸上に周囲を鞘状高圧気体噴流に囲まれた水噴流導光レーザーを、水中の被剥離除染対象物に接した高圧気体で周囲の水を排除した比較的広い空間に、形成して水噴流導光レーザー剥離照射を行い、RIを含む表面固着皮膜を被剥離除染対象物全体を低温に保ったまま蒸発除去し、さらに気体、液体などの流体を吹き付け、剥離された固着層破片が効率よく、排気管から吸引排気され、低温が保持されたままにて表面近傍から剥離され、除染される。
【００２１】
即ち、加圧気体導入口、開放水封部８、伸縮圧縮部６及び半密閉式不完全水封部７を備えたパイプ構造体を、その伸縮部を伸縮してその水封部をステンレス鋼構造体２のＲＩを含む表面固着皮膜３に押付け、その水封部と固着皮膜表面との間で半密閉式不完全水封７を形成する。次に、加圧気体導入口から加圧気体を圧入し、水中環境１０内にあるステンレス鋼構造材２のＲＩを含む表面固着皮膜３近傍の水を排除し、加圧気体による空間を形成する。この空間を通して水噴流導光レーザー１からなる非熱的レーザーを固着皮膜に照射し、同時に破片除去用気体４を吹付け、固着層破片５を除去し、排気管を通して除去する。この空間内に貯まった水は開放水封部８を経て除去され、又かかる剥離除去過程を剥離除染モニター（発光元素分析器、あるいは放射線検出器）９を使用して監視する。
【００２２】
剥離表面に対して垂直入射照射でない、より水平に近い浅い角度で照射し、剥離物質が反跳する方向がレーザー入射方向と干渉することが少ない方向とする事によって、衝撃剥離する残渣の自動的反跳除去が容易に実現するように、また高温の反跳残渣が照射面に堆積しない様にする。この近傍に排気管を剥離物の除去を容易にするように低温を保ちやすいように配置し、吸引する。
【００２３】
比較的高温の残渣や照射面が空気中の酸素と反応して酸化し、高熱を発生しないように希ガス等の不活性ガスを含む流体の噴射で空気を照射面から遮断隔離し、温度上昇を防ぎながら、照射面から残渣を水噴流を用いて、さらに水噴流導光レーザーの水噴流とは独立に水、ガス、あるいは混合物噴射で吹き飛ばし高速で除去する。
【００２４】
照射とガス遮断を容易にするためにガスの流れとレーザー照射方向をできれば同軸あるいは概略同方向とする。またガスが照射面を覆いやすいように流れを妨げないように照射面とレーザー装置とガス吹き付け孔等全体を筒状の、或いは遮断ガス噴流等で遮蔽隔離する。
【００２５】
また噴射ガスを断熱膨張させ液化ミスト噴射として用い、あるいは別種の液体ミストの混合噴射を用いて、超音速、あるいは高速の残渣除去し易い噴射と照射面の冷却と効果的空気遮蔽を実現する。
[発明の効果]
【００２６】
以上のようにこの発明によれば、従来の技術では不可能であった、高除染効率を容易に安価に実現し、母材の放射化以外の放射性同位元素の残留の無いほぼ完全な表面からの除去除染が可能である、すなわち、対象物全体として低温を保つことが可能な冷間加工的な水噴流導光レーザー剥離による除染であるために照射表面近傍部位に再溶融無く、再拡散無く、且つ再汚染無く除染することが可能である。
【００２７】
又、この発明によれば、次のこの発明に特有の顕著な効果を生ずる。
【００２８】
（１）人手によりあるいは自動機械によってサンドブラスト、グラインダー、表面研削工具などを用いて物理的、機械的に汚染を除去する必要がなく、容易に除染を実行できる。
【００２９】
（２）この発明によれば、キレート剤、酸など化学的腐食薬剤を用いて汚染を除去する必要がなく、水噴流導光レーザーを用いて容易に除染を実行できる。
【００３０】
（３）この発明によれば、周囲を腐食しやすい、有毒で危険で保存等に注意が必要な塩素ガス雰囲気中でレーザー照射し，金属表面の汚染物質を酸化物から昇華性あるいは水溶性の塩化物に変換して汚染を除去する必要がなく、容易に除染を実行できる。
【００３１】
（４）この発明によれば、電気化学的に電解研磨液と電解研磨装置を用いて汚染を除去する必要がなく、容易に除染を実行できる。
【００３２】
（５）この発明によれば、再溶融、再拡散、したがって再汚染が不可避に起こり、除染効率が高くできない、連続波レーザー、長パルスレーザー、10ピコ秒より十分に長い間隔の短パルスレーザーを放射性同位元素を含む表面固着皮膜に照射し、溶融、熱蒸発させる方法を用いて汚染を除去する必要がなく、容易により高除染効率の除染を実行できる。
【００３３】
（６）この発明によれば、冷間加工の一種である気中、水中で研磨剤をいれたあるいは入れない水ジェットを用いて放射性同位元素で汚染された表面固着皮膜を物理的機械的に除去する必要がなく、容易に除染を実行できる。
【００３４】
（７）この発明によれば、電気化学的に電解研磨液と電解研磨装置を用いて汚染を除去する必要がなく、容易に除染を実行できる。
【００３５】
（８）この発明によれば、放射性廃棄物としての制限以外、対象物の重量、形状、化学的性質、周囲雰囲気、周囲環境、作業場所などによる制限はなく、大面積にわたって容易に安価に安全に除染を実行できる。
【００３６】
（９）この発明によれば、容易に広範囲の放射化物が除染可能となり、且つ除染後の放射線線量率が現在の方法よりも桁違いに減少するためにそれまで母材の放射化は少ないが表面汚染を完全に取れずに放射性廃棄物として処理しなければならなかった大部分の放射性廃棄物を一般廃棄物として繰り返し再生利用できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この発明における、気中でＲＩを含む表面固着皮膜を水噴流導光レーザーにより剥離除染する図である。
【図２】この発明における、水噴流導光レーザーとその周囲を鞘状に囲む高圧気体噴流によってＲＩを含む表面固着皮膜を剥離除染する図である。
【図３】この発明における、水中でＲＩを含む表面固着皮膜を水噴流導光レーザーにより剥離除染する図である。
【符号の説明】
【００３８】
[図１]
１：ステンレス鋼製コールド構造材
２：冷間加工的な作業を行う水噴流導光レーザー
３：除去用気体液体等の流体吹付け部
４：剥離された固着層破片を吸入する排気管
５：ステンレス鋼製界面にほぼ再汚染、再拡散が無い。
６：剥離除染の程度をモニターする発光元素分析器、又は放射線検出器
７：RI（放射性同位元素）を含む表面固着層
[図２]
１：レーザー光学系
２：レーザー光
３：レーザー窓
４：高圧水噴流
５：高圧気体噴流
６：周囲の水中環境
７：全反射
８：局所蒸発
９：低温な表面
１０：ＲＩを含む表面固着皮膜
１１：剥離されたＲＩを含む固着層破片
[図３]
１：全体を低温に保ったまま冷間加工的な作業を行う水噴流導光レーザー
２：ステンレス構造材
３：ＲＩを含む表面固着皮膜
４：除去用吹付け配管と除去流体
５：剥離されたＲＩを含む表面固着皮膜破片を吸引する排気管
６：伸縮耐圧部
７：半密閉式不完全水封部
８：開放水封部
９：剥離除染の程度をモニターする発光元素分析器、又は放射線検出器
１０：水中環境
１１：ステンレス構造材へはほぼ再汚染なく、再拡散がない
【図１】
2007315996.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007315996.tif 000005