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西村 昭彦; 伊東 富由美; 寺田 隆哉; 冨吉 健太郎; 岡 潔
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原子力分野におけるレーザープロセスの適用を進めている。特に、プラントの検査補修及び廃止措置において、超短パルスレーザーから高出力CWレーザーにかけて、各々のレーザー光と物質の特性に合わせた工学応用分野を推進している。高経年化する軽水炉の保守保全技術として、ナノ秒パルスレーザーを組み込んだ小型可搬の検査補修装置が有用である。これまで、レーザー光と画像の伝送を双方向に行える複合型光ファイバとナノ秒パルスレーザーを組合せることで、狭隘部分の観察とパルスレーザー分光分析がその場で行える装置概念について報告した。プラズマ生成が有効となる10GW/cm領域では、レーザー光伝送のための光学材料の耐性が装置開発の制限となる。現在、複合型光ファイバとパルスレーザー及び小型レーザートーチの組合せにより、配管内部を観察しレーザー分光が可能な試作機の開発に成功した。低クロム鋼,銅,アルミニウムなどの金属片をサンプルとして、元素分析のデモンストレーションに成功した。
冨吉 健太郎; 伊東 富由美; 西村 昭彦
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原子炉配管では溶存酸素と水流により徐々に腐食と減肉が進行するため、日常点検においてその進行度合いを把握することが重要である。これに役立つ小型可搬の保守保全装置として、パルスレーザーによるLIBS(Laser Induced Breakdown Spectroscopy)と、エネルギー伝送と画像伝送が同軸上にある複合型光ファイバーを組合せた専用カップリング装置がある。加えて、レーザートーチを複合型光ファイバ先端に組込むことにより配管壁面にレーザー照射が可能となり、狭窄部へのアクセスデバイスとなる。これらを統合したシステムを用いることにより狭窄部の検査補修技術の高度化を目指す。
伊東 富由美; 西村 昭彦; 冨吉 健太郎; 伊藤 主税; 杉山 僚
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原子力機構では、高経年化プラントの検査・補修技術としてレーザー誘起ブレイクダウン分光(LIBS)と、エネルギー伝送と画像伝送が同時に行うことのできる複合型光ファイバを組合せた専用カップリング装置の開発を行った。この装置とレーザーの種類により、配管狭隘部での破損部のレーザー溶接や表面クリーニングの応用研究が進められている。一方この技術を応用し福島第一BWRの炉心溶融事故に適応することを検討している。溶融炉付近では高い放射線下であるため遠隔操作でのモニタリングが重要である。今回は溶融炉までの状況確認のための防水広角スコープの要素技術及び溶融炉の状況確認のためのLIBSの要素技術について報告する。
冨吉 健太郎; 伊東 富由美; 寺田 隆哉; 岡 潔; 西村 昭彦
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日本原子力研究開発機構では、レーザーと複合型光ファイバを組合せた検査補修機器開発を進めており、原子力施設の安全性向上とレーザー低侵襲医療装置開発の両分野に展開しつつある。原子力施設については、配管検査・補修技術としてパルスレーザーによるLIBS(Laser Induced Breakdown Spectroscopy)と、エネルギー伝送と画像伝送が同軸に行える複合型光ファイバを組合せた専用カップリング装置の開発を行ってきた。この装置は、配管狭隘部での破損部分のレーザー溶接やパルスレーザー蒸発によるクリーニングへの応用も図っている。専用カップリング装置は光ファイバと先端部を切り替えることにより、目的に応じた観察及び補修を行うことができる。この技術を応用し、福島第一原子力発電所の損傷炉心内部調査を行うプローブヘッドの開発を目的として防水スコープの試作を行った。防水スコープは、広角レンズと縮小光学系により構成され、最大72度の視野角を有しており、また、10mmから10mまでの測定が可能である。また、水中観測機能が必要と思われるので、今回試作した防水スコープを3mの水槽に沈めて水中撮影を行い、測定距離10mmでの近接撮影に成功した。
伊東 富由美; 西村 昭彦; 冨吉 健太郎
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メンテナンスのためのファイバカップリング装置を開発した。小型装置内に広角イメージによる対象物の観察機能、分光器による元素分析技術、レーザが組込まれており、対象物はこの装置によって観察・分析が行われた。分光器による元素分析技術において、発生したプラズマ光は2つの方法により分光器に導いた。一つは、複合型光ファイバのイメージ伝送部から導いた。もう一つは試験片に対して45度の位置に置いた広角スコープを通じてである。試験片はアーク水中溶接により作製した酸化ジルコニウム板である。この酸化ジルコニウム板のLIBS結果は広角スコープを用いて分光器に取り込んだ方が高い分解能が得られた。一方、広角レンズと縮小光学系により構成された防水広角スコープは、スコープ先端の広角レンズ部を擬似的に気中にするため、壁面にLED照明の付いたアクリルパイプを取付けた。10万本イメージファイバ先端部に装着した広角スコープを電動ウィンチで降下し、水槽底にある溶接ブロックの水中観察を行った。その結果、水槽に投入直後、水槽全体の様子を捉えることができ、また降下とともにブロックの位置が特定できた。講演ではこの装置の工業利用について議論する。
伊東 富由美; 冨吉 健太郎; 西村 昭彦; 伊藤 主税; 山下 卓哉; 大道 博行; 杉山 僚
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原子力機構では様々なレーザパルス幅の物理現象を活かしてレーザ加工技術の原子力応用を進めている。圧力容器内の核燃料のほとんどが格納容器底部に溶融落下した福島原子力発電所1号機の状況把握のため、高温・高線量・汚濁水中にある核燃料デブリの形状と組成を調査する新型プローブの開発に着手した。ここではナノ秒レーザパルスを用いたLIBSによる元素分析と防水広角スコープによる水中観察について報告する。
伊東 富由美; 西村 昭彦; 冨吉 健太郎; 伊藤 主税; 大道 博行; 杉山 僚
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複合型光ファイバスコープを用い、CWレーザだけでなくパルスレーザの導光可能なカップリング装置を作製および基礎試験を行なった。このカップリング装置には分光器を組み込み、対象物表面をレーザ照射した際に発するプラズマ光の分光計測が可能である。しかし、水中ではレーザアブレーションにより生成したプラズマが水により急激に冷却されるため、発光を効率よく観察することが困難である。そこで水中において対象物表面をレーザ照射した際に発するプラズマ光を容易に取得するため、対象物表面の一部を圧空で排水し、擬似的に気相雰囲気下にする機能を付加した。さらに、1mmの複合型光ファイバスコープの視野拡大のため、ファイバ先端部に防水機能をもつ広角光学系を取り付けることで、水中の対象物を的確に捉えることが可能となった。本報告ではこれらの要素技術の開発結果と適用例について報告する。