高出力密度・高速掃引レーザー除染技術の開発,2; 解析による金属表面剥離評価

Development of high-power density, high-speed scanning Laser decontamination technology, 2; Analytical evaluation of metal surface delamination

木曽原 直之 ; 青柳 裕治*; 田口 俊弘  

Kisohara, Naoyuki; Aoyagi, Yuji*; Taguchi, Toshihiro

原子炉施設の廃止措置において、表層部の放射性物質を取り除く除染は、放射性廃棄物の量を減らし、クリアランス制度よる材料リサイクルの観点でも重要である。レーザーを用いた除染は、非接触・遠隔操作が可能であり、二次的破棄物の発生を抑制できる特長がある。このレーザー除染において、高出力密度及び高速掃引の条件でレーザースキャン照射実験を行い、金属表面を一様に蒸発剥離させることで、高い除染効率が得られる見通しのあることが分かってきている。本発表では、この実験と並行して実施した計算機による金属表面の剥離評価を紹介する。金属固相熱伝導、金属表面の溶融・流動・再凝固、金属蒸発、及び輻射などの物理モデルを導入した3次元非定常解析を行った。レーザー照射による移動熱源を金属表面から与えて計算した結果、表層部での溶融・凝固、及び蒸発剥離量などを明らかにし、実験結果を説明できる解析データを得ることができた。

Decontamination technologies, which remove radioactive substances from material surfaces, are significant to reduce radioactive wastes and recycle materials in decommissioning. Laser decontamination provides advantages such as remote processing and less produced secondary waste. The JAEA's experimental study has revealed that high-power density and high-speed Laser scanning irradiations achieve high decontamination efficiency by surface metal vaporization. The JAEA's computer code has been used to understand the phenomena induced by laser heating. This computer code has physical models including thermal conduction, metal melting, vaporization and radiation. The transient calculation is applied to simulate moving heat source by Laser scanning. The computer results have clarified surface melting, vaporization and solidification, explaining the relation between measured delamination depth and Laser irradiation conditions well.