Дезактивация загрязненных металлических поверхностей с помощью импульсных лазерных установок

Основные моменты

Существует необходимость совершенствования подходов удаления радиоактивных веществ с зараженных поверхностей, возникающих в ходе деятельности катастроф на ядерных объектах и применения ядерного оружия.

Актуальность. В процессе своего эволюционного развития традиционные технологии специальной обработки подошли к потенциальному технологическому пределу и не всегда в полной мере удовлетворяют нуждам войск РХБ защиты по технологическим, технико-экономическим и экологическим показателям.

Цель работы – оценить преимущества применения электромагнитного излучения лазера для дезактивации загрязненных поверхностей.

Материалы и методы исследования. Использовались англоязычные источники, доступные через базы данных Google Scholar. Анализ информации проводился от частного к общему. Рассматривались принципы электромагнитного излучения.

Обсуждение. Термические способы специальной обработки основаны на подводе к загрязненной (зараженной) поверхности высокоинтенсивных потоков энергии в виде светового излучения ИК-диапазона, обработке поверхности высокотемпературным газовым потоком и т.п. Это является основной предпосылкой для дезактивации объектов высокотемпературным воздействием – электромагнитным излучением с использованием лазера. Лазерная дезактивация делает возможным не только снижение дозовых нагрузок на личный состав, но и может обеспечить возврат в производство применяемой при ликвидации последствий техногенных катастроф дорогостоящей техники. В связи с этим возникает закономерный вопрос возможности и целесообразности применения лазеров для реализации специальной обработки ВВСТ. Хорошей интегрируемости волоконных лазеров в технологию специальной обработки способствует возможность транспортировки луча лазера по оптоволокну на расстояние в несколько десятков метров практически без потери мощности. Отсутствие в волоконных лазерах юстируемых узлов, а также расходных элементов и материалов обеспечивает высокую надежность их работы.

Заключение. Современные оптоволоконные лазеры имеют небольшие геометрические размеры, низкое энергопотребление, небольшой вес, не требуют создания специальных условий по климатическим характеристикам и загрязненности атмосферы, поэтому, как ожидается, достаточно легко интегрируются в технологические линии технических средств специальной обработки.

1. Vičar D, Princ I, Mašek I, Mika OJ. Nuclear, radiological and chemical weapons, radiation and chemical accidents. Zlín: Tomas Bata University in Zlín; 2021. 372 p. https://doi.org/10.7441/978-80-7678-053-8

2. Barton DNT, Johnson T, Callow A, Carey T, Bibby SE, Watson S, et al. A review of contamination of metallic surfaces within aqueous nuclear waste streams. Progress in Nuclear Energy. 2023;155:104637. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2023.104637

3. Софронов ВЛ, Карташов ЕЮ, Ткачук СА, Пак АД, Тинин ВВ, Галата АА. Исследования по лазерной дезактивационной очистке поверхностей металлов, загрязненных радиоактивными материалами. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2022;333(11):171–182. EDN:ELCHAP. https://doi.org/10.18799/24131830/2022/11/3734

4. Вейко ВП, Мутин ТЮ, Смирнов ВН, Никишин ГД, Шахно ЕА. Лазерная очистка и дезактивация поверхностей металлов: физические процессы и применения. Лазер-Информ. 2008;(1):8–16.

5. Yu J. et al. Research on large-scale decontamination methods and design criteria for decontamination stations in emergency scenarios of off-site nuclear accidents. Fifth International Conference on Green Energy, Environment, and Sustainable Development (GEESD 2024). SPIE. 2024;132796:299–305.

6. Вейко ВП, Либенсон МН, Червяков ГГ, Яковлев ЕБ. Взаимодействие лазерного излучения с веществом (Силовая оптика). М.; 2008. С. 16–32. EDN:LNPFPE.

7. Журба ВМ, Журба ДВ, Пуйша АЭ. Способ лазерной очистки металлических поверхностей от окалины. Патент Российской Федерации № 2812150; Заявл. 29.08.2023; Опубл. 23.01.2024. Бюл. № 3.

8. Вейко ВП, Смирнов ВН, Чирков АМ, Шахно ЕА. Лазерная очистка в машиностроении и приборостроении. СПб: НИУ ИТМО; 2013:20–74. EDN:ZVDDRP

9. Олегин МО, Никитин АС. Устройство для лазерной очистки. Патент Российской Федерации на промышленный образец № 206647; Заявл. 28.12.2020; Опубл. 20.09.21. Бюл. № 26.

10. Романцов АИ, Федоров МА, Черняев АА, Булыгин АА. Способ лазерной очистки поверхности. Патент Российской Федерации № 2668619; Заявл. 14.08.2017; Опубл. 10.02.2018. Бюл. № 6. EDN:PBGBKH

11. Lin Z, Jieheng L, Jian D, Zeyong L, Lin L, Xiaoshan X. Existing and potential decontamination methods for radioactively contaminated metals – A Review. Progress in Nuclear Energy. 2021;139:103854. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2021.103854

12. Gossard A, Lilin A, Faure S. Gels, coatings and foams for radioactive surface decontamination: State of the art and challenges for the nuclear industry. Progress in Nuclear Energy. 2022;149:104255. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2022.104255

13. Qian W, Feisen W, Chuang C, Hui C, Fei J, Chen Y, Dasong L. Laser decontamination for radioactive contaminated metal surface: A review. Nuclear Engineering and Technology. 2023;55:12–24. https://doi.org/10.1016/j.net.2022.09.020

14. Суслов АГ. Качество поверхностного слоя деталей машин. М.: Машиностроение; 2000. 320 с. EDN:PRXAQD

15. Вейко ВП, Шахно ЕА. Индуцированное лазером локальное осаждение тонких пленок. Оптический журнал. 1998;65(10):102–7.

16. Лукьянчук БС, Жэнг ЮВ, Лу ИФ. К вопросу о механизме сухой лазерной очистки. Известия РАН, сер. физ. 2001;65(4):591–600.

17. Вейко ВП, Никишин ГД, Смирнов ВН. Мобильный лазерный комплекс для дезактивации атомных подводных лодок. Межотраслевой информационно-аналитический журнал «Индустрия». 2006;1(43):18–25.

18. Carvalho L, Pacquentin W, Tabarant M, Semerok A, Maskrot H. Metal decontamination by high repetition rate nanosecond fiber laser: application to oxidized and Eu-contaminated stainless steel. Applied Surface Science. 2020;526:146654. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.146654

19. Григорьянц АГ, Шиганов ИН, Мисюров АИ. Технологические процессы лазерной обработки. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана; 2006. EDN:WPEVRY

20. Cheban M, Filatova S, Kravchenko Y, Scherbakov K, Mamonov D, Klimentov S, et al. Laser surface cleaning of simulated radioactive contaminants in various technological environments. Nuclear Engineering and Technology. 2024;56:2775–80. https://doi.org/10.1016/j.net.2024.02.039

21. Reinecke A-M, Acker M, Taut S, Herrmann M, Lippmann M, Hurtado A. Laser beam decontamination of metallic surfaces with a pulsed (150 W) Nd:YAG laser. Nuclear Engineering and Technology. 2023;55(11):4159–66. https://doi.org/10.1016/j.net.2023.07.037

22. Смирнов BH, Скрипченко АИ, Медвецкий BM. Очистка лазерным излучением. РИТМ. 2008;33:64– 6. EDN:TIBTEN

23. Tsitsimpelisa I, Taylor CJ, Lennox B, Joyce MJ. A review of ground-based robotic systems for the characterization of nuclear environments. Progress in Nuclear Energy. 2019;111:109–24. https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2018.10.023