Лазерная очистка поверхности

различных аспектов человеческой деятельности
Традиционные способы очистки
Механическое удаление
загрязнений
Химическое удаление
загрязнений
Недостатки

1. В результате обработки поверхностей возникают большие объемы
отработанных ядовитых или радиоактивных материалов, которые нужно в
дальнейшем каким-либо образом утилизировать

2. Процесс очистки является небезопасным, поскольку при его проведении
возможно разбрызгивание вредных веществ

3. В процессе дезактивации задействуется большое количество персонала,
который при проведении работ подвергается воздействию вредных
химических веществ и (или) радиационному облучению

лазера достаточной мощности излучение поглощается в тонком
порверхностном слое, вызывая

испарение и ионизацию вещества,
которое вылетает с поверхности в виде плазменного факела

Для сбора разлетающихся частиц используются специальные коллекторы

Взаимодействие лазерного излучения с материалом

1. Испарение вещества с поверхностного слоя

2. Разогрев испаренной фракции лазерным излучением до состояния плазмы

3. Расширение плазменного факела в окружающую атмосферу

Лазерная очистка поверхности

Плотность
мощности
Длительность
импульса
Длина волны
излучения
должна быть достаточной

для образования плазменного
факела

определяет глубину
проникновения излучения
внутрь материала

определяет глубину
термического воздействия
излучения

Глубина проникновения излучения обратно пропорциональна коэффициенту
поглощения материала поверхности

импульса
Сильный нагрев вещества на больших глубинах нежелателен, вследствие
чего

импульсы должны быть наносекундными или еще более короткими

Для металлов (наиболее распространенный материал поверхности)
коэффициент поглощения увеличивается с ростом длины волны излучения

Переход от излучения ближнего ИК диапазона к ближнему УФ диапазону
может привести к увеличению коэффициента поглощения в десятки раз

При очистке поверхностей удаление материала происходит с различных
толщин приповерхностных слоев в зависимости от конкретных условий

В разных задачах могут использоваться лазеры различных спектральных
диапазонов

удаления персонала
от места обработки поверхности для
уменьшения воздействия вредных

и
радиоактивных материалов

Во многих случаях приходится
очищать труднодоступные
участки (внутренние поверхности
оборудования, труб и т. д.)

Для доставки излучения используются кварцевые оптические волокна

Максимальная мощность передаваемого по волокну излучения падает с
уменьшением длины волны

Ограничения на минимально возможную длину волны лазерного излучения

Наименьшая длина волны находится вблизи 300 нм

Уменьшение степени вредного
воздействия на персонал в процессе
обработки поверхности

Снижение стоимости работ

Дистанционные системы управления

телевизионные камеры

механические манипуляторы

Мониторинг процесса очистки

Регистрация акустических
колебаний

Оптическая
спектроскопия

Регистрация и анализ
параметров электромагнитного
поля плазмы

на двуокиси углерода (длина волны излучения 10.6 мкм),
неодимовый

лазер (1.06 мкм),
эксимерные лазеры (190-350 нм).
Длительности импульсов излучения находятся в интервале от пико- до
наносекунд, характерные энергии в импульсе составляют несколько
джоулей на единицу площади

Характерные параметры лазерной технологической установки

Высота установки составляет 2 м, ширина – 1.3 м, длина – 1.8 м.
В качестве лазерного источника используется промышленный XeCl лазер
марки CILAS 635, излучающий на длине волны 308 нм в виде импульсов
длительностью 70 нс с частотой повторения 400 Гц и средней мощностью
импульса 1 кВт. Длительность волоконного световода составляет 5 м.
В состав установки входят насос с фильтром, предназначенный для сбора
удаляемых с поверхностей загрязнений и робот-манипулятор,
обеспечивающий дистанционное управление процессом очистки.
Данная установка в зависимости от вида загрязнений способна очищать
поверхности со скоростями от 2 м2/ч до 6 м2/ч.

Лазерная очистка поверхности

(справа) очистки

Лазерная очистка поверхности

радиоактивных продуктов (от долей до единиц грамма с квадратного метра

поверхности), находящихся в твердом состоянии, что в значительной степени
упрощает процесс компактирования отходов и подготовку к их захоронению.
Для сравнения, при использовании традиционных химических методов
объемы жидких химически-опасных и радиоактивных отходов, получаемых в
итоге очистки, измеряются кубическими метрами и в свою очередь требуют
сложной комплексной переработки

Основные преимущества методов лазерной очистки поверхностей

2. Использование лазерных методов дает возможность автоматизации
процесса очистки, обеспечивающей снижение уровня вредного воздействия
на обслуживающий персонал и уменьшение стоимости работ

3. Использование лазерных методов на основе световолоконной оптики
обеспечивает возможность дезактивации труднодоступных объемов и
полостей без их разрушения