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~6~623
La prés~nte lnvention est relative à un pro-
cédé et une lnstallation de travail au laser sur une
surface contenue dans une zone contaminée d'une installa-
tion nucl~aire.
L'invention s'applique notamment ~ la décon-
tamination par faisceau l,aser, en milieu aqueux ou
gazeux, de surfaces ayant reçu un d~pat de matières
radioactives telles que des oxydes de métaux activés,
afin de réduire le niveau de radiations et de permettre
ainsi l'accès ou l'approche du personnel d'interven-tion.
Le circuit primaire des centrales nucléaires
~ eau pressurisée est concerné par cette invention et
plus particulièrement la boîte à eau des générateurs de
vapeur et las tuyauteries primaires.
La décontamination peut être n~cessaire lors
d'une vérificatlon ou d'une réparation à effectuer dans
la partie contamin~e de la centrale, lors du remplacement
d'un équipement tel qu'un gén~rateur de vapeur, et égale-
ment lors du démantèlement de cette centrale.
On connait plusieurs proc~d~s de décontamina-
tion :
- la projection de particules abrasives pour
éliminer par abrasion la pellicule d'oxyde radioactive,
ou la dissolution chimique de cette pelliaule, qui ont
pour inconvénient de produire des quantités importantes
d'effluents coûteux à traiter;
- la décontamination par faisceau laser. Dans
un procéde connu de ce type, décrit dans le FR-A-2 525
380, un faisceau laser est émis ~ l'entrée de la bolte
à eau et renvoyé sur la paroi int~rieure de celle-ci par
des miroirs orientables fixés à la plaque tubulaire. Ce
proc~dé, de par sa conception m~me, ne permet pas, même
avec des impulsions aser ~ forte densité d'énergie, de
.
.
, - .
: . . ,
.
, ~ : : . .
~ O ~ 2 ~ ~ ~
traiter de facon uniforme tou-tes les surfaces ~ décon-ta-
miner.
L'invention a pour but de permettre de tra-
vailler de façorl efficace au moyen d'un laser dans une
zone contamin~e.
A cet effet, le procéd~ suivant l'invention
est caract~risé en ce qu'on bmet hors de la zone contami-
n~e un ~aisceau laser pulsé, on transporte ce faisceau
jusqu'à un emplacement voisin de ladite surface, et, à
cet emplacement, on amplifie le faisceau et on envoie
le faisceau amplifi~ sur lad$te sur~ace, éventuellement
par l'intermédiaire d'un miroir ds renvoi.
Suivant d'autres caractéristiques :
- on effectue le transport au moyen d'une
fibre optique;
- on envoie un gaz protecteur ou actif dans
la région de travail pendant le travail au laser;
- on confine la région de travail et, pendant
le travail au laser, on aspire le gaz contenu dans la
région confin~e;
- on fait passer le faiscaau amplifié à
travers un orifice d'une ~lectrode parall~le à ladite
surfacs, et on crée un champ électrique entre cette
électrode et ladite surface pendant le travail au laser;
- pour la décontamination de ladlte surface,
on utilise un falsceau laser qui, après amplification,
poss~de des impulsions ayant une ~nergie de 0,3 à 5
joules, ou plus, une dur~e de 10 ~ 30 ns, et une densité
d'énergie de 1 à 15 J/cm2.
: 30 L'invention a également pour objet un équipe-
ment destin~ ~ la mise en oeuvrP dlun -tel procédé. Ce-t
équipement est caractéris~ en ce qu'il comprend :
: - un g~n~xateur de faisceau laser pulsé dis-
posé~en dehors de la zone contaminée;
; 35 - un amplificateur de faisceau laser;
~ ~ .
'
.
-
..
:
2 ~ 2 ~
- des moyens de transport du faisceau laser
pulse jusqu'~ l'entrée de cet amplificateur; et
- des moyens pour déplacer l'amplificateur en
regard de ladite surface et au voisinage de celle-ci.
Suivant d'autres caractéristi~ues :
- le gén~rateur est du type Nd-YAG, saphir ou
excimère, ~ventuellement muni d'un miroir gaussien de
renvoi, et lesdits moyens de transport comprennent une
fibra optique;
- la fibre optique a une longueur d'au moins
15 m environ;
- l'~quipement comprend un miroir de renvoi
monté en sortie de l'amplificateur et éventuellement
mobile par rapport à celui-ci.
Des exemples de mise en oeuvre de l'invention
vont maintenant ~tre décrits en regard des dessins
annexés sur lesquels :
- la Figure 1 représente sah~matiquement un
~quipement de d~contamination au laser conforme à
l'invention;
- la Figura 2 repr~sente ~ plus grande
échelle un détail de cet ~guipement;
- la Figure 3 est une vue analogue à la
Figure 2 d'une variante; et
- la Figure 4 est une vue partielle d'une
autre variante.
On a représent~ ~ la Figure 1, en coupe
axiale, l'un 1 des deux compartiments de la bolte à eau
2 d'un gen~rateur de vapeur de r~acteur nucléaire ~ eau
pressurisée. Ce compartiment 1 est d~limit~ vers le haut
par la plaque tubulaire 3, d'un caté par la cloison
vertlcale m~diane 4 de la boîte a eau, et de l'autre c~té
et vers le bas par le fond hémisphérique 5 de la boite
à eau, lequel est t-raversé par un trou d'homme 6.
On a également représenté sur la Figure 1 ùn
. . . - .
20~23
équipement 7 adapté pour permet~re la d~contamination par
faisceau laser des surfaces qui délimiten-t le comparti-
ment 1. Cet équipement comprend un appareillage externe
8 dispos~ à l'ext~rieur de :La boite ~ sau, dans un local
approprié protégé des radiations, et un appareillage
interne 9 dispos~ à l'int~rieur du compartiment 1 et
pouvant ~tre introduit dans celui-ci ~ travers le trou
d'homme.
L'appareillage 8 comprend un pupitre de
commande 10, un gén~rateur d'énergie électrique et de
fluides 11, un générateur de faisceau laser pulsé 12,
constitué par un oscillateur ~ventuellement suivi d'un
préamplificateur, et une pompe aspirante 13 ~ 17 entrée
de laquelle est pr~vu un filtre 14.
L'appareillage 9 comprend un amplificateur de
faisceau laser 15 et une enceinte de confinement 16
portés par un support 17. L'entrée de l'amplificateur
15 est reliée à la sortie du générateur 12 par une fibre
optique 18 de type multimode ayant une longueur d'au
moins 15 m environ. L'enceinte 16 est reli~e d'une part,
ViA une condui~e 19, ~ une source de gaz protecteur
(neutre ou réducteur) ou actif contenue dans le généra-
tPur 11, st d'autre part, via une conduite 20, au filtre
14 et ~ la pompe 13. Le support 17 constitue l'extrémité
d'un robot articulé, schématisé en 21, telécommandé
depuis le pupitre 10 et permet~an~ de disposer l'appa-
reillage 9 en regard de n'importe quelle région des
suraces 3, 4, 5 à d~contaminer et au voisinage de
celle-ci.
L'appareillage 9 est représenté plus en dé-
tail sur la Figure 2. Comme on le voit sur cette figure,
l'amplificatQur 15 est logé dans un boîtier 22 fixé au
support 17 et pourvu de conduites 23 d'alimentation
electrique et 24 d'arriv~e et 25 d'évacuation d'eau de
refroidissement. Les conduites 23 à 25 sont reliées via
. .
- ~ -
.
- .
.
.
~2~2~
une ligne 26 (Figure 1) au genérateur 11. Une face
d'~ntrée du boltiPr 12 est percée d'un orifice dans
lequel es-t fixée l'e~trémité distale de la fibre optique
18, et une optiqu~ d'entr~e 27 permet d'introduire à
l'entr~e de l'amplificateur 15 un faisceau parallèle de
diamètre ~yal à celui du barreau de l'amplificateur. Ce
faisceau ressort amplifié ~ l'autre exkr~mit~ de l'ampli-
ficateur 15, et son diamètre est réduit par une op-tique
de sortie 28, puis sort du boîtier 22 sous forme d'un
faisceau puls~ parallèle ~ travers un orifice de sortie
29.
A qon extrémité distale, le support 17 porte
un cadre 30 dans lequel plusieurs ~olonnettes 31 parallè-
les à l'a~e X-X de l'amplificateur 15, sollicitées par
des ressorts 3? dans le sens opposé ~ cet amplificateur,
sont montées coulissantes. Llenceinte 16, qui a une forme
de coupelle, présente un fond 33 perpendiculaire à l'axe
X-X qui est fixé ~ llextrémité distale des colonnettes
31, et une paroi latérale 34 dont le bord libre est muni
de roulettes 35. Le fond 33 comporte un orifice 36 d'axe
X-X dont le diam~tre est l~gbrement sup~rieur à celui du
faisceau amplifié 37.
Le g~n~rateur laser 12 est dlun type permet-
tant le transport du aisceau par fibre optique. Il peut
être en particulier du type Nd-YAG (longueur d'onde 1,06
~m), du type saphir (longueur d'onde centrée sur 0,78 ~m~
ou du type excim~re (longueur d'onde 0,3 ~m). Il émet d~s
impulsions ayant une durée de 10 ~ 30 ns. Ce yénérateur
12 et llamplificateur 15 sont régl~s pour fournir un
faisceau amplifié 37 dont les impulsions ont une énergie
de 0,3 ~ 5 joules ou plus et une densit~ d'~nergie (ou
fluence) de 1 ~ 15 J/cm2.
En fonctionnement, les roulettes 35 sont
appliquées, avec une force déterminee par les ressorts
32, sur la surface à decontaminer, qui est la cloison 4
-,, - . - - . . . .
: , .. - . ~ . . ..
?,~62623
dans l'exemple représente. Un gaz protecteur ou actif
balaye l'enceinte I6, et le faisceau puls~ émis par le
gén~rateur 12, transporté par la fibre optique 18 et
amplifié en 15, est envoy~ directement, sous la forme du
faisceau parallèle 37, sur la surface a traiter, perpen-
diculairement ~ celle-ci. On balaie toutes les surfaces
d~contaminer de cette man1~re en dépla~ant le support
17 au moyen du robot 21.
La densit~ d'énergie précit~e est choisie de
manibre à permettre une p~nétration thermique corres-
pondant à l'épaisseur, ou c~ une partie de l'épaisseur,
de la couche d'oxyde radioactive ~ ~liminer, chaque
impulsion créant une onda de choc sur cette couche.
L ' utilisation d'un gaz neutre ou réducteur de balayage
réduit l'oxydation de la surface d~cap~e, tandis que
l'utilisation d'un gaz actif, notamment d'oxygène, permet
d'augmenter l'épaisseur de la couchs d'oxyde intéressée
par les impulsions laser. Le choix du gaz de balayage
sera donc établi en fonction des condltions particulières
de chaque application.
L'utilisation d'uns fibre optique multimode
pour le transport du faisceau laser non amplifié, procure
un avantage considérable lié à la répartition d'énergie
dans le faisceau en sorti~ de ladite fibre, et donc au
niveau de la tache d'impact du aisceau sur la paroi. En
effet, dans ce cas, la répartition d'~nergie est sensi-
blement constante sur toute la surface de la tache; elle
est en forme de creneau au lieu d'avoir une répartition
comportant un pic central comme c'est le cas avec une
transmission du faisceau par voie a~rienne. Il faut
cependant que la fibre soit suffisamment longue pour que
l'homogenéisation de l'~nergie soit correcte, par exemple
au moins 15 m environ. Avec une fibre optique plU5
courte, 11 conviendrait dans certains cas d'utiliser dans
le g~n~rateur 12 un mirolr dit "gaussien", connu en soi,
- : - . : -
, ::. . ' , '
'
~2~23
fournissan-t une r~partition homog~ne, en créneau, de
l'énergie.
Comme on le comprend, une répartition en
cr~neau de l'énergie permet de travailler sans perte
d'efficacité avec des puissances laser réduites, ce qui
est avantageux.
L'utilisation d'un amplificateur 15 ~ proxi-
mité de la surface à décontaminer présente de nombreux
avantages :
10 - le générateur laser 12 est disposé en de-
hors de la zone contaminée;
- le faisceau laser peut ~tre transporté par
fibre optique Jusqu'au voisinage de la surace ~ traiter,
avec l,es avantages précités, ce qui ne serait pas le cas
si toute l'énergie du faisceau 37 ~tait fournie par le
générateur 12, ~ cause des possibilit~s limitées de
transport de puissance laser des fibres optiques;
- le faisceau 37 ~tant un faisceau parallèle
qui arrive perpendiculairement sur la surface ~ traiter,
la distance entre cette surface et l'orifice de sortie
de faisceau 29 de l'amplificateur n'est pas critique, et
il n'est pas nécessaire de la maintenir constante.
L'appareillage 9A représenté sur la Figure 3
diffère de celui de la Figure 2 par le fait gue le
support 17 est agencé de fa,con que l'axe X-X de l'am-
plificateur 15 soit parallele à la surface ~ traiter. Les
colonnettes 31 sont perpendiculaires ~ cet axe
X-X, et un mirolr de renvoi 38 inclin~ à 45 est fix~ en
regard de l'orific~ 36 de l'enceinte 16. Le fonctionne-
ment de cette variante est le m~me ~ue celui décrit plushaut. Cette variante s'applique notamment au travail au
laser dans des espaces r~duits, par exemple pour déconta-
mlner la paroi des tuyauteries primaires.
La variante de la Figure 3 peut être modifiéa
~ ; ~ 35 comme suit : l'ensemble enceinte 16~colonnettes 31-
:
;: : :
.. . . .. .
-, . - .. . . , . .. - -
8 ~2~
miroir 38 est reli~ au support 17 par l'intermédiaire
d'un autre support monté mobile sur ce dernier, en
translation et/ou en rotation autour de l'axe de l'ampli-
ficateur 15. On peut ainsi, pour chaque position de
l'amplificateur, balayer efficacement une région relati-
vement ~tendue ~ traiter, guelle que soit la forme de
cette régionO
La Figure 4 illustre des moyens autres que
des moyens d'asplration pour capturer les particules
d'oxyde détach~es de la surface par l'impact du faisceau
laser~ Il s'agit dans ce cas d'une électrode 39 maintenue
parallèle à la surface à traiter par des entretoises non
représentées et percée d'un orifice 40 permettan-t le
passage du faisceau laser 37. Cette électrode est portée,
grâce à une alimentation électrique 41, à un potentiel
élevé par rapport ~ la surface traitée, de sorte que les
particules d'oxyde détachées, ionisiées par le faisceau
laser, sont attirées sur l'électrode 39.
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