基于LIBS的自动化放射性核素去除方法

技术领域

本发明涉及核物料净化技术领域，尤其涉及一种基于LIBS的自动化放射性核素去除方法。

背景技术

中国是世界上核设施建设规模最大的国家之一，现阶段国家大力推进能源结构的战略性调整，核能作为一种清洁能源得到了重点发展。但伴随着核能的快速发展，由此产生的核设施表面放射性核素的累积问题亟待解决。目前，针对核设施的去污工艺普遍存在以下问题：1、采用喷砂、化学、手工磨、高压水冲洗等传统去污方式产生的二次废物量比较多，而且在核设施上会产生污染物沉积现象，去污效果不太理想；2、操作过程中，需要工作人员多次与待处理物料接触，因此，相关工作人员的受辐照风险比较高；3、对经过处理的核设施，需要将其运送到去污车间外部的检测车间进行二次检测，如果没有达标，还要进行二次去污清洗，这不仅会增大工人的工作量，而且容易将核设施上的放射性核素残留在被认为清洁的输送设备上，对工作人员造成交叉污染。

综上，核设施表面所特有的放射性核素沉积现象及复杂的放射性核素沉积类型对相关去除工艺提出了较多特殊要求，传统的物理、化学去除手段已难以满足日益增长的放射性核素去除需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于LIBS的自动化放射性核素去除方法，以最大程度防止核物料表面放射性物质的蔓延及扩散，极大降低现场工作人员的交叉污染风险，同时提高工作效率。

为了实现上述目的，本发明公开了一种基于LIBS的自动化放射性核素去除方法，其包括如下步骤：

步骤1)、通过第一机械手将待处理物料放置在一传送带的污面段，所述污面段仅用于传送待处理物料，通过所述传送带将所述待处理物料传送至去污操作间的清洗工作台的第一输送辊上；

步骤2)、所述清洗工作台附近设置有可自由移动的执行机构，所述执行机构包括吸尘罩和罩设在所述吸尘罩内的吸尘器、LIBS激光诱导击穿光谱仪和激光清洗枪，通过第一输送辊将所述待处理物料输送至所述执行机构的移动范围内，移动所述执行机构，使得所述吸尘罩将所述待处理物料完全覆盖；

步骤3)、启动所述LIBS激光诱导击穿光谱仪对所述待处理物料进行放射性核素检测；

步骤4)、根据步骤3)中的检测结果判断所述待处理物料的表面是否存在放射性核素，如果是，进入下述步骤5)，如果否，进入下述步骤6)；

步骤5)、打开所述吸尘器，采用所述激光清洗枪对所述待处理物料进行清洗，清洗结束后，返回步骤3)；

步骤6)、所述待处理物料成为清洁物料，通过设置在所述清洗工作台上的第二输送辊将所述清洁物料输送至所述传送带的净面段，所述净面段仅用于传送清洁物料，然后通过所述传送带将所述清洁物料传送至设置在所述传送带附近的第二机械手的工作范围内，通过所述第二机械手将所述清洁物料下料处理。

与现有技术相比，本发明基于LIBS的自动化放射性核素去除方法，首先，通过激光(激光清洗枪)对待处理物料进行清洗，激光去污基本采用干式去污工艺，由此产生的二次废物量极少，而且不会产生污染物沉积现象，去污效果更好；其次，在去污操作间内的吸尘罩内设置有LIBS激光诱导击穿光谱仪，这样，每进行一次激光去污操作，就可在不移动待处理物料的情况下对待处理物料进行放射性核素检测，直到待处理物料上的放射性核素被确认去除干净，从而使得输送出去污操作间的清洁物料的绝对清洁，避免给工作人员造成交叉污染；再者，通过吸尘罩将待处理物料、吸尘器、LIBS激光诱导击穿光谱仪和激光清洗枪集成在一相对单独的有限空间内，最大程度防止放射性核素的蔓延及扩散，解决了放射性核素的转移问题。

较佳地，所述第一输送辊和所述第二输送辊交替间隔地安装在一设置在所述清洗工作台上的辊轮架上，所述第一输送辊与所述辊轮架固定连接，所述第二输送辊通过一升降机构与所述辊轮架活动连接，通过所述升降机构，所述第二输送辊可相对所述第一输送辊上下移动，以使得所述第二输送辊可稳定在所述第一输送辊的支撑面的上方或下方。

较佳地，在所述步骤5)中，首先通过α/β表面污染检测仪找出所述待处理物料表面上的放射性核素污染区，然后采用所述激光清洗枪重点清洗所述污染区。

较佳地，所述第一机械手和所述第二机械手与同一机械臂连接，所述第一机械手和所述第二机械手间隔设置在所述机械臂的两侧。

较佳地，在所述步骤6)中，当将所述清洁物料放置在所述传送带的净面段时，所述传送带的驱动器通过反转的方式将所述清洁物料传送至所述第二机械手的工作范围内。

较佳地，通过设置在所述去污操作间外部的中控操作台和设置在所述去污操作间内的监视器实施对所述去污操作间内部的实时监控。

较佳地，所述激光清洗枪通过光纤与设置在所述去污操作间外部的脉冲激光发生器连接，所述脉冲激光发生器与所述中控操作台通信连接。

较佳地，所述激光清洗枪输出的工作参数满足以下条件：

输出的脉冲宽度不大于200ns，最大脉冲能量不小于5mJ，最大输出功率为200W，功率可调范围为10％～100％，脉冲线宽在5～100mm连续可调。

较佳地，还可通过粉尘过滤净化器对去污操作间进行净化处理。

较佳地，所述粉尘过滤净化器包括进气口、排气口及位于所述进气口和所述排气口之间的集尘网、初效过滤棉、中效过滤棉和四层活性炭过滤器。

附图说明

图1为本发明实施例基于LIBS的自动化放射性核素去除方法的流程示意图。

图2为本发明实施例基于LIBS的自动化放射性核素去除方法的系统结构示意图。

图3为本发明实施例中传送带的平面结构示意图。

图4为本发明实施例中第一输送辊和第二输送辊的安装结构示意图，其中第二输送辊处于降落状态。

图5为本发明实施例中第一输送辊和第二输送辊的安装结构示意图，其中第二输送辊处于升起状态。

图6为本发明实施例中粉尘过滤净化器的内部结构示意图.

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

如图1至图3所示，本发明公开了一种基于LIBS的自动化放射性核素去除方法，以将用过的核物料表面积存的放射性核素去除，便于废弃处理或回收利用，该方法包括如下步骤：

步骤1)、通过第一机械手20将待处理物料放置在一传送带1的污面段11，污面段11仅用于传送待处理物料，通过传送带1将待处理物料传送至去污操作间3的清洗工作台30的第一输送辊302上。本实施例的工序中，将传送带1分为污面段11和净面段10，污面段11与净面段10可采用不同颜色的带面加以区分，污面段11仅用于传送待处理物料，净面段10仅用于传送处理过的清洁物料，从而避免待处理物料遗留在传送带上的放射性核素沾染到清洁物料上，造成二次污染。

步骤2)、清洗工作台30附近设置有可自由移动的执行机构，执行机构包括吸尘罩31和罩设在吸尘罩31内的吸尘器34、LIBS激光诱导击穿光谱仪33和激光清洗枪32，通过第一输送辊302将待处理物料输送至执行机构的移动范围内，移动执行机构，使得吸尘罩31将待处理物料完全覆盖。在本实施例的工序中，执行机构安装在一六自由度机械手38上，通过该六自由度机械手38带动执行机构在一定范围内自由移动，由于执行机构中的所有设备均被罩设在吸尘罩31内，因此，针对待处理物料的检测和清洗工作均被限制在吸尘罩31内，通过吸尘器34对清洗过程中产生的放射性粉尘、颗粒或气溶胶等核废料进行有效回收，避免这些核废料在去污操作间3内的扩散。

步骤3)、启动LIBS激光诱导击穿光谱仪33对待处理物料进行放射性核素检测；

步骤4)、根据步骤3)中的检测结果判断待处理物料的表面是否存在放射性核素，如果是，进入下述步骤5)，如果否，进入下述步骤6)；

步骤5)、打开吸尘器34，采用激光清洗枪32对待处理物料进行清洗，清洗结束后，返回步骤3)，重新进行放射性核素检测；

步骤6)、检测结果显示放射性核素已被去除，待处理物料成为清洁物料，通过设置在清洗工作台30上的第二输送辊303将清洁物料输送至传送带1的净面段10，净面段10仅用于传送清洁物料，然后通过传送带1将清洁物料传送至设置在传送带1附近的第二机械手21的工作范围内，通过第二机械手21将清洁物料下料处理。在本实施例的工序中，通过有别于第一机械手20的第二机械手21执行清洁物料的下料工作，进一步避免了放射性核素的转移问题。另外，当将清洁物料放置在传送带1的净面段10时，传送带1的驱动器可通过反转的方式将清洁物料传送至第二机械手21的工作范围内，如图3所示，当将待处理物料传送至去污操作间3后，继续驱动传送带1运动，使得传送带1的污面段11完全移动至传送带1的下带面处，净面段10移动至传送带1的上带面处，清洁物料从去污操作间3出来后被放置在净面段10上，然后传送带1反向运动，将清洁物料带离去污操作间3。

在上述处理过程中，首先，通过LIBS激光诱导击穿光谱仪33对待处理物料表面是否存在放射性核素及相应放射性核素的含量进行检测，放射性核素种类及含量的确定有助于实现待处理物料表面放射性核素的精准化去除。其次，通过激光(激光清洗枪32)对待处理物料进行清洗，激光去污基本采用干式去污工艺，由此产生的二次废物量极少，而且不会在待处理物料上产生污染物沉积现象，去污效果更好。再次，在去污操作间3内的吸尘罩31内设置有LIBS激光诱导击穿光谱仪33，这样，每进行一次激光去污操作，就可在不移动待处理物料的情况下对待处理物料进行放射性核素检测，直到待处理物料上的放射性核素被确认去除干净，从而使得输送出去污操作间3的清洁物料的绝对清洁，避免给工作人员造成交叉污染；另外，通过不同的设备转移运送待处理物料和清洁物料，即通过第一机械手20、传送带1的污面段11和第一输送辊302转移、传送待处理物料，通过传送带1的净面段10、第二输送辊303和第二机械手21转移、传送清洁物料，从而解决了去除放射性核素过程中的核素转移问题。较佳地，第一机械手20和第二机械手21与同一机械臂22连接，第一机械手20和第二机械手21间隔设置在机械臂22的两侧。本实施例中，通过一机械臂22带动两间隔设置的机械手(第一机械手20和第二机械手21)，有助于节省安装空间和降低设备成本。

为优化安装空间，如图4和图5所示，第一输送辊302和第二输送辊303交替间隔地安装在一辊轮架301上，第一输送辊302与辊轮架301固定连接，第二输送辊303通过一升降机构与辊轮架301活动连接，通过升降机构，第二输送辊303可相对第一输送辊302上下移动，以使得第二输送辊303可稳定在第一输送辊302的支撑面的上方或下方。本实施例中，第一输送辊302和第二输送辊303交叉安装在一起，可有效缩减清洗工作台30的面积，优化安装空间。较佳地，升降机构包括设置在辊轮架301上的升降轨道304、与升降轨道304滑动连接的连接板305和驱动装置306，连接板305分别与每一第二输送辊303连接，驱动装置306用于驱动连接板305沿升降轨道304滑动。

为进一步提高待处理物料表面放射性核素的去除效率，如图2，当LIBS激光诱导击穿光谱仪33检测出待处理物料上有放射性核素存在时，在上述步骤5)中，首先通过α/β表面污染检测仪36找出待处理物料表面上的放射性核素污染区，然后采用激光清洗枪32重点清洗污染区。本实施例中，α/β表面污染检测仪36可快速大面积地定位到放射性核素污染区，从而有助于激光清洗枪32有针对性的工作，提高清洗效率。

进一步地，通过设置在去污操作间3外部的中控操作台4和设置在去污操作间3内的监视器37实施对去污操作间3内部的实时监控，工作人员可借助放置于去污操作间3外的中控操作台4对放射性核素去除过程进行全程控制，相关人员不进入去污现场，因此这将极大降低现场工作人员的交叉污染风险。

较佳地，激光清洗枪32通过光纤与设置在去污操作间3外部的脉冲激光发生器5连接，脉冲激光发生器5与中控操作台4通信连接。由于激光光束可通过光纤远距离遥控控制，因此，激光去除放射性核素过程，可通过位于去污操作间3外部的中控操作台4远程操控，从而极大降低现场工作人员的受辐照剂量。较佳地，本实施例中的激光清洗枪32输出的工作参数满足以下条件：1、输出的脉冲宽度不大于200ns；2、最大脉冲能量不小于5mJ；3、最大输出功率为200W；4、功率可调范围为10％～100％；5、脉冲线宽在5～100mm连续可调。通过上述工作参数的设置，既可有效将待处理物料上的放射性核素去除，又不会损伤待处理物料。

进一步地，还可通过粉尘过滤净化器35对去污操作间3内的空气环境进行净化处理，在去污操作全过程中，粉尘过滤净化器35均处于开启状态，以净化去污操作间3内空气中的粉尘、颗粒物等。较佳地，如图6，粉尘过滤净化器35包括进气口350、排气口351及位于进气口350和排气口351之间的集尘网352、初效过滤棉353、中效过滤棉354和四层活性炭过滤器355。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。