Мобильный лазерный комплекс для дезактивации АПЛ

На наш взгляд лазерные технологии эффективно могут быть применены при утилизации атомных подводных лодок(АПЛ) для резки металлоконструкций, сварки контейнеров для хранения ядерного топлива из боросодержащих сталей, для дезактивации узлов и агрегатов АПЛ.
Нашим предприятием совместно с ЗАО «Безопасность», г. С-Петербург разрабатывается технология лазерной дезактивации. Работа начата в 2001г.

Для процесса дезактивации были сформулированы следующие требования:

Высокая эффективность;

Удаление в твердой фазе поверхностных радиационных загрязнений, без использования жидких химических реагентов;

Отсутствие загрязнения окружающей среды при дезактивации;

Способность обработки деталей сложной геометрической формы;

Дистанционно управляемый процесс для минимизации радиационного воздействия на персонал;

Мобильность оборудования.

Работа проводилась в три этапа:

1. выбор оборудования и отработка технологии удаления окисных пленок -2001г.

2. изготовление горячей камеры для работы с радиоактивно-загрязненными объектами – 2001-2004гг

3. разработка и изготовление опытного образца мобильного лазера 2003г.

Наиболее распространенными в промышленном применении в настоящее время являются СО2- лазеры с длиной волны 10,6 мкм, и твердотельные лазеры с длиной волны излучения 1,06 мкм. Для проведения работ мы выбрали твердотельные лазеры из-за их компактности и возможности регулирования временных параметров излучения в широком диапазоне.

Продукты «загрязнения» находятся на поверхности в составе окисных пленок , поэтому при удалении пленок возможно и их удаление. Обрабатывались стальные образцы с окисными пленками толщиной до 100 мкм.

В работе был применен комплекс с вертикальной подачей луча ,исследуемые образцы перемещались координатным столом. Исследовался диапазон изменения временных параметров излучения от непрерывного режима до наносекундного диапазона длительностей импульсов. Как показали теоретические оценки и подтвердили экспериментальный работы. Наиболее эффективно процесс очистки поверхности от окисных пленок происходит при воздействии но поверхность импульсов наносекундной длительности. В данном случае реализуется механизм термоупругого удаления окисных пленок с поверхности материала, обусловленный быстрым нагревом и быстрым охлаждение поверхностной окисной пленки. Процесс сопровождается образованием «фейерверка» светящихся продуктов очистки. Размер факела над поверхностью детали составляет 10-ки сантиметров и направлен в сторону излучателя. Частицы имеют размер от нескольких микрон до миллиметров и имеют несимметричную форму.

В результате работы был выявлен ряд особенностей процесса удаления окисных пленок:

1. пленки удаляются при действии луча с диаметром 5- 7мм, в то время как для резки сварки применяются остросфокусированные лучи порядка 0,1-0,3 мм.

2. удаление пленки происходит в результате воздействия одного импульса, в результате достигаются большие скорости очистки ,например при частоте импульсов 50Гц теоретически можно достигнуть производительность 3-5 м2 в час.

3. процесс осуществляется на удалении несколько метров и слабо зависит от расстояния излучателя до поверхности детали.

4. возможна очистка поверхностей при скользящих углах падения луча к поверхности изделий.

При использовании излучения с импульсами большей длительности , мкс, мс, постоянный режим -наблюдается оплавление поверхности металла и «впекание» окисных пленок основной металл.

Одно из основных требований к процессу очистки –исключить загрязнение окружающей атмосферы. нами разработан способ 100% улавливания продуктов очистки на сорбирующие пленки.

Обработка в данном случае производится проходящим сквозь пленку лазерным излучением, при этом отлетающие с поверхности детали окислы сорбируются на клеевом составе нанесенном на одну из сторон пленки. За счет применения пленок оказывается возможным разделить при обработке изделий «грязную» и «чистую» зоны. Осажденные на пленку частицы могут быть утилизированы вместе с нею.

На 2-м этапе работы в была организована лаборатория «Лазерной дезактивации» и изготовлена «горячая» камера для работ с радиоактивно-загрязненными изделиями. Лаборатория размещены на территории института ядерной физики в г. Гатчина ,Ленинградской области. «Горячая камера» оснащена двумя лазерными установками для проведения исследований. Излучение от лазеров подается в камеру через входное окно, и имеет возможность сканирования по двум координатам с помощью управляемых от процессора зеркал.

Экспериментально установлено, что при обработке поверхностей с радиоактивными загрязнениями степень загрязнения снижается до допустимого уровня (рис 1).