МЛК: мобильный лазерный комплекс для дезактивации АПЛ

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.

Компанией «Лазерные Технологии» совместно с ЗАО «Безопасность», г. Санкт-Петербург разработана технология лазерной дезактивации. Работа начата в 2001 году.

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:

Выбор оборудования и отработка технологии удаления окисных пленок - 2001 год;

Изготовление горячей камеры для работы с радиоактивно-загрязненными объектами – 2001-2004 годы;

Разработка и изготовление опытного образца мобильного лазера 2003 год.

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 100мкм.

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 десятки 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: 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. 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 кв.м в час. Процесс осуществляется на удалении несколько метров и слабо зависит от расстояния излучателя до поверхности детали. 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 в основной металл.

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.