[发明专利]一种乏燃料模拟元件棒激光剪切工艺

说明书

本发明涉及一种乏燃料模拟元件棒激光剪切工艺，采用光纤激光器及激光切割头，激光切割头由六轴向机器人控制运动轨迹，调整激光切割头的焦距及光斑后，首先在模拟元件棒的偏心处选取一点进行激光穿孔，穿孔后激光向厚边移动，进行扫描切割，切割完成后关闭激光器；然后控制激光切割头向中心方向移动，移至打孔处打开激光器，使激光向窄边方向移动，进行扫描切割，直至切断模拟元件棒。本发明能够提高切割质量，延长切割工具寿命，并减少放射性废物的产生。

技术领域

本发明涉及反应堆乏燃料后处理技术，具体涉及一种乏燃料模拟元件棒激光剪切工艺。

背景技术

反应堆卸料后的乏燃料组件中含有大量再利用的放射性核素，在使用化学萃取和分离方法提取其中的U、Pu元素前，首先需要将乏燃料组切割成短段，使包覆在不锈钢包壳中的元件芯块暴露出来，便于进一步的乏燃料芯块溶解。

对于乏燃料组件的切割，国内外普遍采用机械剪切的方式。机械剪切存在元件短段剪切时开口率的问题，开口率＜30％时会影响下一步的溶解率；切割头直接剪切组件，对切割头的材料选型和热处理要求严格，存在切割寿命问题，切割头在热室中采用机械手更换难度大；安装于剪切热室中的切割设备庞大，退役时会产生大量的难以处理的放射性废物。

激光技术是20世纪兴起的新技术，它融合光学、机电、软件、材料技术于一体，广泛应用于重工业、电子工业、轻工业、军用、医疗、航天、核能等领域。尤其是光纤激光器的发明，使得激光器体积更小，功率更大。光纤激光器采用固态二极管泵浦双包层技术，产生近红外波段波长的激光束，掺镱光纤内的分子，受激发射的光多次穿过纤芯，然后形成激光通过传输光纤输出至聚焦头处。选用高功率的光纤激光器，可切割几十毫米厚的金属。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用高功率光纤激光器对乏燃料模拟元件棒进行激光剪切的工艺，取代传统的机械切割方式，从而提高切割质量，延长切割工具寿命，并减少放射性废物的产生。

本发明的技术方案如下：一种乏燃料模拟元件棒激光剪切工艺，采用光纤激光器及激光切割头，激光切割头由六轴向机器人控制运动轨迹，调整激光切割头的焦距及光斑后，首先在模拟元件棒的偏心处选取一点进行激光穿孔，穿孔后激光向厚边移动，进行扫描切割，切割完成后关闭激光器；然后控制激光切割头向中心方向移动，移至打孔处打开激光器，使激光向窄边方向移动，进行扫描切割，直至切断模拟元件棒。

进一步，如上所述的乏燃料模拟元件棒激光剪切工艺，其中，在扫描切割过程中采用氮气、氧气或氩气作为辅助气体高压吹除熔渣，气体压力为1.5Mpa。

进一步，如上所述的乏燃料模拟元件棒激光剪切工艺，其中，激光功率4000W，激光切割头焦距125mm，光斑直径200μm；取正离焦量1mm，激光切割头喷嘴间隙1mm。

进一步，如上所述的乏燃料模拟元件棒激光剪切工艺，其中，激光扫描切割的扫描速度为500mm/min～600mm/min。

进一步，如上所述的乏燃料模拟元件棒激光剪切工艺，其中，激光穿孔时间设定为1.5秒。

本发明的有益效果如下：本发明所提供的乏燃料模拟元件棒激光剪切工艺采用高功率的光纤激光器，取代传统的机械切割方式，对快中子反应堆模拟元件棒进行非接触型切割，依靠高温熔融和高压气吹扫的方式，切断模拟元件棒。激光切割不会造成元件表面变形，模拟元件棒的开口率～100％，有利于后续乏燃料芯块溶解；由于采用非接触式切割，延长了切割工具的寿命，减少了切割工具处理；由于采用光纤传输方式，可应用在高放射性区域；设备简单，不会生成大量的污染废物、设备及去污废液，满足放射性废物最小化原则。

附图说明

图1为本发明乏燃料模拟元件棒激光剪切工艺的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。