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核设施运行和退役过程中会产生大量放射性金属废物，其中大部分为表面污染，可通过合理的去污方法实现清洁解控或循环再利用，以减少放射性废物量，节约放射性废物处置成本。对于热室、水池、高放废液贮罐等放射性水平高的物项，在检修或退役拆除前也需要对其进行去污，以降低辐射水平，从而达到保护操作人员的目的。目前，常见的去污技术主要有机械去污、化学去污、超声波去污、高压水射流去污等。相较于传统的去污技术，激光去污技术具有非接触、高精度、高可靠性、高自动化水平、二次废物产生量少、适用范围广等优点，近年来在涉核领域受到越来越多的关注。日本、法国等国家均投入大量资金进行激光去污的基础研究和技术开发，证明该技术对金属表面去污具有明显优势，是放射性废物最小化的重要研究方向。
1 激光去污技术
激光与金属材料之间具有较为复杂的相互作用。当激光能量密度较小时，激光被反射、折射和吸收，材料表面的特性或状态不发生变化；当激光能量密度达到一定数值，激光能量沉积在材料表面，材料特性和状态才会发生较明显的变化。激光功率密度达到104 kW/cm2以上时，在能量高度集中的激光作用下，金属吸收激光光束能量，迅速产生局部高温区，当温度达到一定数值，金属迅速汽化并产生等离子体，实现金属表面的质量迁移，金属才能从表面被激光去除。激光去污就是利用激光高能量，通过光路系统的透镜组合，将激光束聚焦到污染金属表面，在高能激光的作用下去除基材的同时去除放射性物质。
2 激光去污装置相关专利
俄罗斯专利RU100235U1提供一种适用于对局部和大型核设施以及核材料工业生产设施进行去污处理的放射性去污装置。该装置的移动平台上设有控制单元、电源单元、压缩机、配制溶液的容器、供液泵、泡沫发生器、真空泵、可拆卸过滤器和集尘器。该装置还包括电化学去污单元、等离子去污单元、超声波去污单元和激光去污单元。
法国核燃料公司Cogema申请公开的专利FR2774801A1涉及使用脉冲激光束对核燃料棒包壳进行去污的装置和方法。所述方法包括使燃料棒包壳经受来自红外范围内发射的Nd:YAG激光器的脉冲激光束的冲击。该过程在一个壳体内进行，其中激光器固定，燃料棒平移和旋转移动，以便处理整个表面。稀有气流扫过棒表面，吸出分离的材料。
韩国专利KR102031039B1公开一种放射性污染管道激光去污装置。该装置包括：框架，用于可旋转地支撑其表面被放射性污染的待处理物体；管道旋转单元，安装在框架内，用于使待处理物体相对于纵向中心线旋转；光照射单元，用于向待处理物体的外周表面照射激光，对放射性污染层进行加热，通过热膨胀，使粘贴在待处理物体上的放射性污染层与待处理物体分离。所述放射性污染物激光去污装置的优点在于，通过管道旋转单元旋转待处理物体的同时照射激光，使得管道的放射性污染层能够被均匀加热，从而提高去污效率并减少去污时间。
韩国专利KR1020190097499A揭示一种利用激光束去除放射性废物污染的去污装置。该装置包括：安装夹具，其上部布置有去污物体；激光照射单元，向所述去污物体照射激光束，分离去除所述去污物体的表面污染；废物储存单元，吸入并储存由激光照射单元照射的激光束从去污物体表面分离的废物；位置调整单元，使设置在安装夹具中的去污物体在垂直方向上移动和旋转，并调整去污物体的位置。
苏州热工研究院有限公司、中国广核集团有限公司和中国广核电力股份有限公司在专利CN202011208344.3中公开一种用于放射性去污的复合式纳秒激光去污装置及去污方法。所述去污方法包括以下步骤：驱动复合式纳秒激光去污装置的光学模组在待去污工件的上方作扫描式步进移动，相邻两次步进移动之间存在预设的时间间隔，每次步进移动之后，先启动高效纳秒激光器，并在运行第一时间段后停止，间隔第二时间段后启动超高能纳秒激光器，并在运行第三时间段后停止，且停止超高能纳秒激光器至下一次启动高效纳秒激光器之间间隔第四时间段；光学模组按照以上作步进移动，直至完成对待去污工件上表面的扫描。
海南核电有限公司的专利CN202120516093.9涉及一种激光去污机器人，包括柜体和控制器，柜体内分隔为处理腔和置物腔，隔板上方和下方分别安装有旋转工作台和电机，电机与旋转工作台连接，置物腔侧壁上设有高效空气过滤器，处理腔内设有机械臂和吸风部件，机械臂上设有去污组件，置物腔内设有旋风分离装置、过滤组件和外部气源，吸风部件与旋风分离装置连接，旋风分离装置与过滤组件连接，外部气源分别与旋风分离装置和过滤组件连接，控制器分别与电机、机械臂、去污组件和外部气源连接。
核工业理化工程研究院在专利CN202210873227.1中提供一种光束可转向的激光清洗头、工件内壁清洗装置及其清洗方法。光束可转向的激光清洗头包括：光纤、激光清洗头以及光束转向机构；其中：脉冲激光由光纤传导至激光清洗头内经激光清洗头内部的聚焦机构整形，最终经由聚焦光束出射，所述光束转向机构位于激光清洗头内，用于控制所述聚焦光束以激光清洗头内的旋转中心为轴做旋转运动，以改变聚焦光束的出射方向。该发明中的光束可转向的激光清洗头通过内部结构的整体旋转实现激光出射方向的改变，实现激光清洗头光纤位置不变时，即可向垂直方向清洗又可向平行方向清洗，使激光清洗头能够适应不同的应用场景。
参考文献
1.赵菀,曹俊杰,王帅,文小军,张永领,丁然,彭婧.放射性表面污染金属废物激光去污工艺研究[J].核动力工程,2021,42(5):250-255.
2. общество с ограниченной ответственностью дреко. Installation of the disinfection: RU100235U1[P], 2010-12-10.
3. Cogema. Nuclear fuel rod cladding decontamination using pulsed laser beam: FR2774801A1[P], 1999-08-13.
4. Lee Beom Sik. Radioactive contaminated pipe laser decontamination equipment: KR102031039B1[P], 2019-10-11.
5. Jang Gil Sang. Decontamination equipment for contamination removal of radioactive waste using laser beam: KR1020190097499A[P], 2019-08-21.
6.苏州热工研究院有限公司,中国广核集团有限公司,中国广核电力股份有限公司.用于放射性去污的复合式纳秒激光去污装置及去污方法:CN202011208344.3[P],2021-07-20.
7.海南核电有限公司.一种激光去污机器人:CN202120516093.9[P],2021-12-21.
8.核工业理化工程研究院.一种光束可转向的激光清洗头、工件内壁清洗装置及其清洗方法: CN202210873227.1[P],2023-07-04.
