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遠山 伸一; 峰原 英介*
デコミッショニング技報, (56), p.55 - 65, 2017/09
若狭湾エネルギー研究センター(WERC)ではレーザー技術の産業応用として、大強度ファイバーレーザーを用いた鋼材切断技術開発を行ってきた。現在は今後の国内の原子力発電所の営業停止に伴う原子力施設廃止措置に適用するための解体切断と除染について並行して技術開発を行っている。原子力施設廃止措置は、世界的にもその技術は開発途上にあるが、必要性が増しており技術開発の進展が待たれている。ファイバーレーザーは、他のレーザーと比較し取扱いが容易で、飛躍的な熱密度等の性能向上に伴い切断性能や剥離性能を持つ機器を開発することによって2次汚染や被ばくの抑制が可能となる。本報告では、原子炉解体のための厚板切断技術開発と高線量下でも稼働する除染機開発の最近の成果について、鋼材や機器の切断試験や構成機器の耐放射線試験結果を交えて示す。
小菅 淳; 峰原 英介*; 猿田 晃一
no journal, ,
東京電力福島第一原子力発電所の事故により汚染された機器類を廃棄する場合、除染を行う必要がある。現在一般的に用いられている除染方法では、多量の二次廃棄物が発生するという課題がある。レーザーを用いる除染は、非接触であり二次廃棄物の発生を大幅に抑制することができる。本研究では、連続波ファイバーレーザーを用いて瞬時に蒸散させ剥離させる手法を用い、高速度カメラを用いて金属表面の剥離の時間変化の観察を行った。
西村 昭彦
no journal, ,
脱炭素社会の実現に向けて蓄熱発電技術がエネルギー産業のイノベーションを誘発する。蓄熱発電技術を安全性向上のためには熱変形する配管の歪監視が不可欠である。本実験では、小型SUS容器内に蓄熱材の代用として鉛ビスマス合金を封じた。小型SUS容器の一部には、ダイヤフラムを設けアルゴンガスにより加圧させ高温でのダイヤフラムの微小変形を測定した。SUS容器の加熱にはファイバーレーザーを使用した。ダイヤフラムの温度監視にはサーモビュワーを使用した。ファイバーレーザー及びサーモビュワーはロボットシステムに取り付けた。敦賀総合研究開発センター附属のスマートデコミッショニング施設は廃止措置技術の高度化のための施設である。本施設の活用により安全に遠隔加熱実験を進めることができた。
宮部 昌文
no journal, ,
レーザー除染やレーザー切断などのレーザー加工技術で必要となるプロセス情報を得る手段として分光計測法の適用性を調べている。物質に強いパルスレーザー光を照射すると、表面から飛び出した原子種が、逆制動放射過程を介して光エネルギーを吸収し、レーザープラズマへと急速に成長する。このため、発生するレーザープラズマの様々な特性は、レーザー光の照射時間に大きく左右される。先行研究ではパルス長10ns程度のNd:YAGレーザーと、100ns程度のロングパルスレーザーで発光特性に違いのあることが報告されているが、レーザー加工で一般的な10ms以上の光照射によるプラズマの発光・吸収特性は殆ど知られていない。そこで本研究ではQCW(Quasi Continuous Wave)ファイバーレーザーを用いて大気圧空気中のレーザープラズマの発光特性等を調べた。その結果、先行研究と同様に、ナノ秒パルスレーザーの場合と比べて、酸化物分子の発光強度が強くなることが分かった。また、ジルコニアやガドリニアでは原子の強い発光線も多数観測され、これはスパッタ物質が空中を浮遊しながら燃焼することで生じている可能性があることが分かった。これにより、発光特性の違いはあるものの、レーザー加工時の発光から元素組成情報を得られる可能性があることを実証した。
田村 浩司; 石神 龍哉*
no journal, ,
廃炉を目指した切断技術にレーザー法は有効である。しかし、実際の廃炉では100mmを超える厚板鋼材が用いられており、従来のファイバーレーザー出力では、その切断は困難であった。本研究では、30kWの高出力ファイバーレーザーを導入することにより、100mmを超える厚板の気中切断試験を行った。その結果、炭素鋼およびステンレス鋼において板厚300mmまでの切断が可能であることを確認した。
-rays森 道昭; 小菅 淳*; 羽島 良一; 永島 圭介; 近藤 公伯; 桐山 博光
no journal, ,
高平均出力Ybファイバーレーザーについて報告する。このシステムは、160MHzの繰返しで100W級の平均出力を発生させることができ、帯域幅は0.4
2nmの範囲で変化させることができる。出力の変動は10時間の運転において0.6%である。また、高品質なレーザービーム性能を有している。このような信頼性が高く、高効率で、かつコンパクトなファイバーレーザー装置はレーザーコンプトン線発生に寄与できると考えられる。
西村 昭彦
no journal, ,
脱炭素化に向けて蓄熱発電技術がエネルギー産業のイノベーションを誘発する。蓄熱材として溶融塩を使用した発電プラントの配管歪の安全監視のため、耐熱FBGセンサを利用した遠隔監視システムの開発を行っている。遠隔ゾーン加熱への応用・確認のため、原子力機構敦賀事業本部が施設共用を進める「ふくいスマートデコミッショニング技術実証拠点」を活用し、高出力ファイバーレーザーを軸とした遠隔ゾーン加熱実験を行った。本実験により、高レベルガラス固化体装置附属の流下ノズルにおけるレーザー遠隔加熱制御の可能性が得られた。発表では上記に加えてレーザースキャンの工夫など他の実験例も紹介する。今後、遠隔ゾーン加熱ノズル部周辺の熱歪みモニタリングや、遠隔歪みセンシングの蓄熱プラントへの適用性を検討する。
小菅 淳; 峰原 英介*; 猿田 晃一
no journal, ,
2011年、東京電力福島第一原子力発電所で発生した事故では、原子炉の炉心の損傷や原子力発電所の損傷により放射性物質が放出され、周辺地域で環境汚染を引き起こした。この事故により汚染された機器類を廃棄する場合、除染を行う必要がある。現在、一般的に用いられている機械的除染や化学的除染では、作業者を放射線にさらす可能性があり、また多量の二次廃棄物が発生するという課題がある。それに対しレーザーを用いる除染は、非接触で、遠隔操作が可能であり二次廃棄物の発生を大幅に抑制することができる。本研究では、連続波ファイバーレーザーを用いて瞬時に蒸散させ剥離させる手法を用い、高速度カメラを用いて金属表面の剥離の時間変化の観察を行った。さらに、放射性物質で汚染された福島県南相馬市に設置されていた分析装置の部品をこのレーザー除染の手法を用いて除染試験を行った。
木曽原 直之; 青柳 裕治*; 田口 俊弘
no journal, ,
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。
西村 昭彦; 北川 義大
no journal, ,
脱炭素化に向けて蓄熱発電技術がエネルギー産業のイノベーションを誘発する。蓄熱材として溶融塩を使用した発電プラントの配管歪の安全監視のため、耐熱FBGセンサを利用した遠隔監視システムの開発を行っている。遠隔加熱への応用・確認のため、原子力機構敦賀事業本部が施設共用を進める「ふくいスマートデコミッショニング技術実証拠点」を活用し、高出力ファイバーレーザーを軸とした遠隔加熱実験を行った。レーザーによる遠隔局所加熱方式によりSUS管を溶接するとともに、レーザーデフォーカスによる高温加熱試験などを実施し、加熱部分の熱歪みを耐熱FBGセンサで測定したもので、加熱条件下で熱歪計測が実現できる可能性や、FGBセンサをダイヤフラム歪み計測に適用し、圧力センサとしての利用の可能性も見出した。今後の実プラントへの適用における課題も議論する。