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Evaluation of fiber laser cutting and crushing applied to the removal technology of fuel debris and in-vessel structures

燃料デブリ及び炉内構造物取出しに向けたレーザー溶断、破砕技術の評価

山田 知典; 羽成 敏秀 ; 武部 俊彦; 松永 幸大; Nguyen, P. L.; 村松 壽晴

Yamada, Tomonori; Hanari, Toshihide; Takebe, Toshihiko; Matsunaga, Yukihiro; Nguyen, P. L.; Muramatsu, Toshiharu

福島第一原子力発電所の廃止措置作業では、燃料と炉内構造物とが溶融混合凝固した燃料デブリなどを取出す遠隔操作技術が必要となる。レーザー光を熱源とした切断工法は、遠隔操作性に優れるとともに、狭隘部での作業が可能なこと、レーザー照射時の反力が著しく小さいことなどの特徴から、燃料デブリの取出し技術の一つとして期待される。本研究では、レーザー溶断、破砕性能を評価するために金属やセラミックスを用いて照射試験を行った。連続発振では、30mm厚のSS400を切断でき、パルス照射では$$phi$$10mmのアルミナペレットを破砕できた。さらに、x-y-z3軸ロボットシステムにレーザースキャナと高出力ファイバーレーザーを接続することにより、金属-セラミックス混合体の溶断、破砕が可能であった。これらの成果は、廃止措置作業で要求されるシステム仕様の明確化などへの貢献が期待される。

In the decommissioning of the Fukushima Daiichi NPPs, remote handling techniques are necessary to remove the fuel debris which is solidified by mixed molten materials composed of fuels and in-vessel structures. In terms of remote handling, a laser beam can penetrate a narrow gap and it can shoot the substance without reactive force. Thus, a laser has been expected as one of the useful decommissioning tools. In this paper, to evaluate the cutting and crushing performances, we performed thick metal cutting and ceramics crushing using a fiber laser. A continuous wave mode and pulsed mode make it possible to cut a 30 mm thick SS400 steel plate and to crush a 10 mm thick alumina pellet. Moreover, we succeeded to cut a metal-ceramic mixture materials using fiber laser, in combination with x-y-z tri-axes control system and laser scanner. It is hoped that the outcome of the present study would be of some use to develop remote cutting and crushing technique for the decommissioning.

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