JP7630766B2 - レーザ除染システム - Google Patents

Description

本発明は、レーザ除染システムに関し、特に、配管等の金属汚染廃棄物の表面を除染するレーザ除染システムに関する。

廃炉時や原子炉のメンテナンス時には、配管、タンク、形鋼、各種機器等の金属の放射性廃棄物（以下、「金属汚染廃棄物」と称する。）が発生する。これらの金属汚染廃棄物は、汚染レベルにより高レベル放射性廃棄物と低レベル放射性廃棄物に大別される。

高レベル放射性廃棄物は、放射性物質の濃度が高く半減期の長い放射性物質を含むため地層処分（３００ｍ以深の深部地下に埋設すること）される。低レベル放射性廃棄物は、汚染の程度によって、比較的放射能レベルが高く余裕深度処分（５０ｍ以深の深部地下に埋設すること）されるクリアランスレベルＬ１、比較的放射能レベルが低く浅地中ピット処分されるクリアランスレベルＬ２、極めて較的放射能レベルが低く浅地中トレンチ処分されるクリアランスレベルＬ３、に分別される。

金属汚染廃棄物は、汚染の程度が高くなるにつれて処分コストが増加することから、除染して汚染の程度をできるだけ下げたいという要望がある。金属汚染廃棄物の除染方法には、例えば、特許文献１，２等に記載されたように、化学除染、ブラスト処理等の機械除染、レーザ除染、電解研磨除染等が存在している。

特開平８－９４７９６号公報 特開２００４－７７１６２号公報

しかしながら、化学除染、機械除染、電解研磨除染等の除染方法では、除染処理後に化学液剤、研磨剤、電解液等の大量の二次廃棄物が発生してしまうという問題があった。二次廃棄物の拡散防止処置を含む処理設備は大掛かりになりやすく、除染コストが増大しやすい。また、レーザ除染では作業員の手作業により除染することから作業効率が低いという問題があった。廃炉時には低レベル放射性廃棄物が大量に発生することから、作業効率が除染コストに与える影響が大きい。

本発明はかかる問題点に鑑み創案されたものであり、二次廃棄物の発生量の低減及び作業効率の向上を図ることができる、レーザ除染システムを提供することを目的とする。

本発明によれば、金属汚染廃棄物を除染可能なレーザ除染装置を格納したコンテナを備える除染ユニットと、前記レーザ除染装置の使用により生じた汚染物質を回収可能なフィルタ装置を格納したコンテナを備える換気ユニットと、前記除染ユニットの除染エリアと前記換気ユニットとの間で空気を循環可能かつ着脱可能に構成された複数のダクトと、前 記金属汚染廃棄物を載置し複数の開口部を有する格子状に構成されたトレイと、前記トレ イを前記除染ユニット内で移動させる搬送台車と、を備え、前記レーザ除染装置は、前記 除染エリア内の前記トレイに配置された前記金属汚染廃棄物の上面を除染可能な第一レー ザ除染装置と、前記除染エリア内の前記トレイに配置された前記金属汚染廃棄物の下面に 前記トレイの開口部からレーザ光を照射して除染可能な第二レーザ除染装置と、を備え、 前記第一レーザ除染装置は、前記除染エリアの長手方向に沿って移動可能に構成され、前 記トレイに載置された前記金属汚染廃棄物の高さに応じて上下方向に移動可能に構成され たレーザ照射ユニットを含み、前記第二レーザ除染装置は、前記除染エリアの長手方向に 沿って移動可能に構成され、前記トレイの底面に対して平行かつ長手方向に垂直な方向に 移動可能に構成されたレーザ照射ユニットを含む、ことを特徴とするレーザ除染システムが提供される。

前記トレイの溝は、山形に形成されたフレームによって長手方向に沿って構成された複 数の溝を備え、前記第二レーザ除染装置は、前記トレイの溝を構成する底面の一面に対し て斜めに移動可能に構成された前列のレーザ照射ユニットと、前記トレイの溝を構成する 底面の他の一面に対して斜めに移動可能に構成された後列のレーザ照射ユニットと、を含 んでいてもよい。

上述した本発明に係るレーザ除染システムによれば、除染ユニットと換気ユニットとに区分して個別にコンテナ化したことにより、除染装置を容易に搬送し、除染したい場所で除染処理を行うことができ、作業効率の向上を図ることができる。また、除染装置にレーザ除染方式を採用し、除染エリアの閉空間で除染処理を行うようにしたことにより、二次廃棄物の発生量を低減することができ、汚染物質の拡散を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るレーザ除染システムを示す全体構成図である。 図１に示した除染ユニットの拡大図である。 図１に示した換気ユニットの拡大図である。 図１に示したトレイの説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は搬送台車に載置した状態の斜視図、を示している。 図１に示したレーザ除染装置の拡大図である。 第一レーザ除染装置による除染処理の説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、を示している。 第二レーザ除染装置による除染処理の説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は前列の正面図、（ｃ）は後列の正面図、を示している。

以下、本発明の実施形態について図１～図７（ｃ）を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の一実施形態に係るレーザ除染システムを示す全体構成図である。図２は、図１に示した除染ユニットの拡大図である。図３は、図１に示した換気ユニットの拡大図である。なお、図２及び図３において、コンテナの側面を透過した状態を図示してある。

本発明の一実施形態に係るレーザ除染システム１は、金属汚染廃棄物を除染可能なレーザ除染装置２１を格納したコンテナを備える除染ユニット２と、レーザ除染装置２１の使用により生じた汚染物質を回収可能なフィルタ装置３１を格納したコンテナを備える換気ユニット３と、除染ユニット２の除染エリア２ａと換気ユニット３との間で空気を循環可能かつ着脱可能に構成された複数のダクト４と、を備えている。

除染ユニット２は、例えば、ＩＳＯ（国際標準化機構）により規格された４０フィートコンテナにより構成される。除染ユニット２のコンテナ内は、除染作業を行う除染エリア２ａと、金属汚染廃棄物の搬出入及びレーザ除染システム１の操作を行う作業エリア２ｂと、に区画される。

除染エリア２ａと作業エリア２ｂとの間には気密扉２ｃが配置されており、除染エリア２ａを気密に封止することができるように構成されている。金属廃汚染棄物は、トレイ２ｄに載置された状態で除染エリア２ａに搬出入される。金属廃汚染棄物は、原子炉施設に使用された、配管、タンク、形鋼、各種機器等の金属の放射性廃棄物であり、現場でトレイ２ｄに載置可能な大きさに切断される。

除染エリア２ａには、トレイ２ｄを案内するガイドレール２ｅがコンテナの長手方向に沿って配置されている。トレイ２ｄは、搬送台車２ｆに載置された状態で、作業エリア２ｂ内に搬入され、除染エリア２ａの入口でガイドレール２ｅに受け渡される。ガイドレール２ｅは、複数のトレイ２ｄを支持可能に構成されている。

除染エリア２ａには、内部の各種装置の電源供給・通信等を行う中継端子ボックス２ｇ、レーザ除染装置２１にレーザ光を供給するレーザ発振器を格納するレーザ発振器格納ボックス２ｈ、監視カメラ２ｉ、照明２ｊ等が設置される。レーザ発振器は、例えば、空冷式にすることにより冷却水を使用する必要がなく、モバイル性能を向上させることができる。

作業エリア２ｂは、コンテナの開閉扉２ｋから気密扉２ｃまでの間の領域によって構成される。作業エリア２ｂには、レーザ除染装置２１の運転制御、除染処理の監視等を行うための制御・操作盤２ｍが配置されている。除染エリア２ａ内に配置された監視カメラ２ｉの映像は、例えば、制御・操作盤２ｍに配置されたモニタに表示される。

換気ユニット３は、例えば、ＩＳＯ（国際標準化機構）により規格された２０フィートコンテナにより構成される。また、ダクト４は、除染エリア２ａの空気をフィルタ装置３１に引き込む排気ダクト４１と、換気ユニット３内の空気を除染エリア２ａに供給する給気ダクト４２と、により構成される。

コンテナ内には、除染処理時に発生した汚染物質を吸着するフィルタ装置３１が配置されている。フィルタ装置３１には、複数枚の吸着フィルタが格納されている。複数枚の吸着フィルタは、同じ種類であってもよいし、異なる種類であってもよい。

フィルタ装置３１の上流側には排気ダクト４１が接続され、フィルタ装置３１の下流側には吸引ブロワ３２が接続される。吸引ブロワ３２の下流側には、コンテナ内に処理後の空気を排気する排気ノズル３３が接続される。なお、フィルタ装置３１～排気ノズル３３の間に排気温度を下げるための冷却器を配置してもよい。

給気ダクト４２は、空気中の塵芥を除去する給気フィルタ３４に接続されている。給気フィルタ３４は、換気ユニット３のコンテナ内に配置されており、給気フィルタ３４の上流側はコンテナ内に開放されている。差圧によりコンテナ内の空気が除染エリア２ａに送り込まれる。

なお、フィルタ装置３１を通過した空気は汚染物質が除去されていることから、排気ダクト４１及び給気ダクト４２のコンテナ通過部を封止しなくてもよい。また、必要に応じて、換気ユニット３のコンテナ内に照明や監視カメラを設置してもよい。

ここで、図４は、図１に示したトレイの説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は搬送台車に載置した状態の斜視図、を示している。

トレイ２ｄは、図４（ａ）に示したように、平面視で格子状に構成されており、長手方向及び横方向に複数の開口部２ｎを備えている。トレイ２ｄに開口部２ｎを形成することにより、トレイ２ｄの上面及び下面の両方から除染処理を行うことができる。

また、トレイ２ｄは、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示したように、長手方向に沿って形成された複数の溝２ｐを備えていてもよい。かかる構成により、金属汚染廃棄物を溝２ｐに沿って安定に載置することができる。溝２ｐは、例えば、開口部２ｎを形成する短手方向のフレームを山形に形成することにより構成される。

搬送台車２ｆは、例えば、トレイ２ｄを支持する支持部材２ｑと、支持部材２ｑの下端部に配置された複数のローラ２ｒと、トレイ２ｄからの落下物を回収する受け皿２ｓと、トレイ２ｄの送出装置２ｔと、を備えている。なお、搬送台車２ｆは、図示した構成に限定されるものではない。

支持部材２ｑは、トレイ２ｄの短手方向の両端部をガイド可能に支持するように構成されている。ローラ２ｒは、例えば、電動機付きの重量物移動用ローラである。搬送台車２ｆは、四台のローラ２ｒの協調制御により自走可能に構成されている。受け皿２ｓは、少なくともトレイ２ｄの開口部２ｎを覆う大きさに形成される。送出装置２ｔは、搬送台車２ｆから除染エリア２ａ内のガイドレール２ｅにトレイ２ｄを円滑に移動させるように構成されている。

ここで、図５は、図１に示したレーザ除染装置の拡大図である。図６は、第一レーザ除染装置による除染処理の説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、を示している。図７は、第二レーザ除染装置による除染処理の説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は前列の正面図、（ｃ）は後列の正面図、を示している。

レーザ除染装置２１は、例えば、図５に示したように、除染エリア２ａ内に配置された金属汚染廃棄物の上面を除染可能な第一レーザ除染装置２１１と、除染エリア２ａ内に配置された金属汚染廃棄物の下面を除染可能な第二レーザ除染装置２１２と、を備えている。なお、第一レーザ除染装置２１１及び第二レーザ除染装置２１２は、図示した構成に限定されるものではない。

第一レーザ除染装置２１１は、例えば、除染エリア２ａの長手方向に敷設された第一ガイドレール２１ａ（図２参照）に沿って移動可能な走行台車２１１ａと、走行台車２１１ａに上下方向に移動可能に配置されたレーザ照射ユニット２１１ｂと、走行台車２１１ａに配置された監視カメラ２１１ｃと、を備えている。

走行台車２１１ａは、例えば、走行車輪を備えた門型構造を備えている。レーザ照射ユニット２１１ｂは、例えば、図６（ｂ）に示したように、金属汚染廃棄物Ｗの上面に向かってレーザ光を照射するレーザヘッド２１１ｄと、レーザヘッド２１１ｄの先端に配置され金属汚染廃棄物Ｗまでの距離を計測する距離センサ２１１ｅと、を備えている。レーザヘッド２１１ｄには、除染エリア２ａ内のレーザ発振器格納ボックス２ｈに格納されたレーザ発振器から光ファイバを介してレーザ光が供給される。

走行台車２１１ａは、除染エリア２ａの長手方向に沿って移動するように制御される。したがって、レーザヘッド２１１ｄから照射されるレーザ光は、図６（ａ）に示したように、トレイ２ｄの長手方向に沿って移動し、トレイ２ｄ上に載置された金属汚染廃棄物の上面を除染する。なお、図６（ａ）では、説明の便宜上、金属汚染廃棄物の図を省略してある。

また、レーザヘッド２１１ｄは、２組１セットでユニット化されており、走行台車２１１ａに固定されたガイドレール２１１ｆに沿って移動可能に構成されている。除染エリア２ａの奥から気密扉２ｃに向かう方向を移動方向前方と定義すれば、図５に示したように、レーザ照射ユニット２１１ｂは、前列に３台配置され、後列に２台配置される。このとき、レーザ照射ユニット２１１ｂは、レーザヘッド２１１ｄから照射されるレーザ光が、移動方向に垂直な方向に均等な間隔で並列するように配置される。

図６（ｂ）に示したように、距離センサ２１１ｅは、金属汚染廃棄物Ｗまでの距離を計測し、レーザヘッド２１１ｄの高さ（上下方向の位置）は、除染可能な範囲内に収まるように制御される。すなわち、レーザ照射ユニット２１１ｂは、トレイ２ｄに載置された金属汚染廃棄物Ｗの高さに応じて、金属汚染廃棄物Ｗとレーザヘッド２１１ｄとの間の距離ｚを略一定に維持するように、上下方向に移動可能に構成されている。

なお、図６（ｂ）では、説明の便宜上、走行台車２１１ａ及びガイドレール２ｅの図は省略してある。また、図６（ｂ）では、説明の便宜上、前列のレーザ照射ユニット２１１ｂを実線で図示し、後列のレーザ照射ユニット２１１ｂを一点鎖線で図示してある。

例えば、図２に示したように、３つのトレイ２ｄが除染エリア２ａ内に配置された場合、各トレイ２ｄによって金属汚染廃棄物Ｗの高さが異なっていることから、レーザヘッド２１１ｄの高さ（上下方向の位置）は、第一レーザ除染装置２１１の移動に伴って自動的に制御される。

第二レーザ除染装置２１２は、例えば、除染エリア２ａの長手方向に敷設された第二ガイドレール２１ｂ（図２参照）に沿って移動可能な走行台車２１２ａと、走行台車２１２ａに斜め方向に移動可能に配置されたレーザ照射ユニット２１２ｂと、走行台車２１２ａに配置された監視カメラ２１２ｃと、を備えている。

走行台車２１２ａは、例えば、走行車輪を備えたテーブル型構造を備えている。レーザ照射ユニット２１２ｂは、例えば、図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示したように、金属汚染廃棄物Ｗの下面に向かってレーザ光を照射するレーザヘッド２１２ｄと、レーザヘッド２１２ｄをトレイ２ｄの底面に平行かつ移動方向に垂直な方向に移動可能に構成されたスライド機構と、を備えている。レーザヘッド２１２ｄには、除染エリア２ａ内のレーザ発振器格納ボックス２ｈに格納されたレーザ発振器から光ファイバを介してレーザ光が供給される。

レーザヘッド２１２ｄは、走行台車２１２ａに固定された台座２１２ｅに形成された斜面に沿って移動可能に構成されている。除染エリア２ａの奥から気密扉２ｃに向かう方向を移動方向前方と定義すれば、図５に示したように、レーザ照射ユニット２１２ｂは、前列に４台配置され、後列に４台配置される。このとき、レーザ照射ユニット２１１ｂは、レーザヘッド２１１ｄから照射されるレーザ光が、移動方向に垂直な方向に均等な間隔で並列するように配置される。

前列に配置されたレーザ照射ユニット２１２ｂの台座２１２ｅは、例えば、図７（ｂ）に示したように、トレイ２ｄの溝２ｐを形成する底面２ｕに略平行な斜面２１２ｆを備えている。また、後列に配置されたレーザ照射ユニット２１２ｂの台座２１２ｅは、例えば、図７（ｃ）に示したように、トレイ２ｄの溝２ｐを形成する底面２ｖに略平行な斜面２１２ｇを備えている。

また、走行台車２１２ａは、除染エリア２ａの長手方向に沿って移動するように制御される。したがって、レーザヘッド２１２ｄから照射されるレーザ光は、図７（ａ）に示したように、トレイ２ｄの長手方向に沿ってジグザグに移動し、トレイ２ｄ上に載置された金属汚染廃棄物の下面を除染する。なお、図７（ａ）では、説明の便宜上、金属汚染廃棄物の図を省略してある。

次に、レーザ除染システム１の使用方法について説明する。まず、除染ユニット２及び換気ユニット３は、ダクト４が取り外された状態で、それぞれ個別に輸送トラック等により除染処理を行う現場に搬送される。ダクト４は、例えば、除染ユニット２又は換気ユニット３を構成するコンテナ内に収容されて搬送される。その後、図１に示したように、除染ユニット２及び換気ユニット３にダクト４が接続される。

現場で切断された金属汚染廃棄物は、搬送台車２ｆに載置されたトレイ２ｄ上に載置される。図１に示したように、搬送台車２ｆは、コンテナの開放された開閉扉２ｋから作業エリア２ｂ内に自走して移動する。このとき、気密扉２ｃは開放されており、作業エリア２ｂ内に移動した搬送台車２ｆは、除染エリア２ａ内のガイドレール２ｅにトレイ２ｄを受け渡し可能な位置で停止する。その後、除染エリア２ａ内のガイドレール２ｅにトレイ２ｄが移送される。

所定のトレイ２ｄを除染エリア２ａ内のガイドレール２ｅ上に載置した後、図２に示したように、気密扉２ｃが閉鎖される。作業エリア２ｂで作業員が制御・操作盤２ｍを操作することにより、除染処理が開始される。それと同時に、吸引ブロワ３２が作動され、除染エリア２ａの空気が排気ダクト４１に引き込まれフィルタ装置３１に送られる。

レーザ除染装置２１は、コンテナの奥から気密扉２ｃに向かってガイドレール上を移動しながら金属汚染廃棄物を除染する。第一レーザ除染装置２１１及び第二レーザ除染装置２１２は、個別に作動させてもよいし、同期させて作動させてもよい。レーザ除染装置２１は、ガイドレール上の往路時にのみ除染処理をしてもよいし、往路及び復路の両方で除染処理をしてもよい。また、金属汚染廃棄物の状態によっては、レーザ除染装置２１を複数回往復させて除染処理をするようにしてもよい。

金属汚染廃棄物が終了すると、トレイ２ｄは搬送台車２ｆに移送される。搬送台車２ｆは、トレイ２ｄを除染ユニット２から所定の場所まで搬送し、作業員によって金属汚染廃棄物がトレイ２ｄから別の搬送手段に移動される。

上述した本実施形態に係るレーザ除染システム１によれば、除染ユニット２と換気ユニット３とに区分して個別にコンテナ化したことにより、除染装置を容易に搬送し、除染したい場所で除染処理を行うことができ、システムの自動化及びモバイル化を図り、作業効率の向上を図ることができる。また、除染装置にレーザ除染方式を採用し、除染エリア２ａの閉空間で除染処理を行うようにしたことにより、二次廃棄物の発生量を低減することができ、汚染物質の拡散を抑制することができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。

１ レーザ除染システム
２ 除染ユニット
２ａ 除染エリア
２ｂ 作業エリア
２ｃ 気密扉
２ｄ トレイ
２ｅ ガイドレール
２ｆ 搬送台車
２ｇ 中継端子ボックス
２ｈ レーザ発振器格納ボックス
２ｉ 監視カメラ
２ｊ 照明
２ｋ 開閉扉
２ｍ 制御・操作盤
２ｎ 開口部
２ｐ 溝
２ｑ 支持部材
２ｒ ローラ
２ｓ 受け皿
２ｔ 送出装置
２ｕ，２ｖ 底面
３ 換気ユニット
４ ダクト
２１ レーザ除染装置
２１ａ 第一ガイドレール
２１ｂ 第二ガイドレール
３１ フィルタ装置
３２ 吸引ブロワ
３３ 排気ノズル
３４ 給気フィルタ
４１ 排気ダクト
４２ 給気ダクト
２１１ 第一レーザ除染装置
２１２ 第二レーザ除染装置
２１１ａ，２１２ａ 走行台車
２１１ｂ，２１２ｂ レーザ照射ユニット
２１１ｃ，２１２ｃ 監視カメラ
２１１ｄ，２１２ｄ レーザヘッド
２１１ｅ 距離センサ
２１１ｆ ガイドレール
２１２ｅ 台座
２１２ｆ，２１２ｇ 斜面

Claims (2)

1. 金属汚染廃棄物を除染可能なレーザ除染装置を格納したコンテナを備える除染ユニットと、
   前記レーザ除染装置の使用により生じた汚染物質を回収可能なフィルタ装置を格納したコンテナを備える換気ユニットと、
   前記除染ユニットの除染エリアと前記換気ユニットとの間で空気を循環可能かつ着脱可能に構成された複数のダクトと、
   前記金属汚染廃棄物を載置し複数の開口部を有する格子状に構成されたトレイと、
   前記トレイを前記除染ユニット内で移動させる搬送台車と、を備え、
   前記レーザ除染装置は、前記除染エリア内の前記トレイに配置された前記金属汚染廃棄 物の上面を除染可能な第一レーザ除染装置と、前記除染エリア内の前記トレイに配置され た前記金属汚染廃棄物の下面に前記トレイの開口部からレーザ光を照射して除染可能な第 二レーザ除染装置と、を備え、
   前記第一レーザ除染装置は、前記除染エリアの長手方向に沿って移動可能に構成され、 前記トレイに載置された前記金属汚染廃棄物の高さに応じて上下方向に移動可能に構成さ れたレーザ照射ユニットを含み、
   前記第二レーザ除染装置は、前記除染エリアの長手方向に沿って移動可能に構成され、 前記トレイの底面に対して平行かつ長手方向に垂直な方向に移動可能に構成されたレーザ 照射ユニットを含む、
   ことを特徴とするレーザ除染システム。
2. 前記トレイの溝は、山形に形成されたフレームによって長手方向に沿って構成された複 数の溝を備え、前記第二レーザ除染装置は、前記トレイの溝を構成する底面の一面に対し て斜めに移動可能に構成された前列のレーザ照射ユニットと、前記トレイの溝を構成する 底面の他の一面に対して斜めに移動可能に構成された後列のレーザ照射ユニットと、を含 む、請求項１に記載のレーザ除染システム。