激光在核能領(lǐng)域的多種應(yīng)用

來源: | 作者:medical-001 | 發(fā)布時(shí)間: 258天前 | 1052 次瀏覽 | 分享到:

激光在核能領(lǐng)域的應(yīng)用廣泛，主要包括：1. 核材料檢測(cè)與甄別，利用激光光譜技術(shù)快速識(shí)別鈾、钚等元素，并實(shí)現(xiàn)鈾同位素比的高精度測(cè)量。2. 乏燃料處理，激光技術(shù)用于乏燃料棒的安全解體，加速乏燃料后處理技術(shù)的發(fā)展。3. 核電站的安全防護(hù)與監(jiān)測(cè)，激光對(duì)射探測(cè)器用于周界安防，激光測(cè)距和干涉技術(shù)用于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)。4. 放射性去污，激光清洗技術(shù)實(shí)現(xiàn)非接觸、無廢液的表面去污，適用于核電站的放射性污染清潔。5. 核聚變研究，激光核聚變點(diǎn)火技術(shù)用于實(shí)現(xiàn)受控核聚變，激光焊接和檢測(cè)技術(shù)用于核聚變反應(yīng)堆的制造和質(zhì)量檢測(cè)。

激光在核能領(lǐng)域有以下應(yīng)用：

1、核材料檢測(cè)與甄別：

核材料識(shí)別：利用激光光譜技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)核材料的快速甄別。例如，便攜式核材料激光甄別儀可通過激光激發(fā)待測(cè)物的等離子體光譜，從中識(shí)別鈾、钚等目標(biāo)元素的特征譜線，從而快速判斷是否存在含鈾、含钚核材料。這種技術(shù)與傳統(tǒng)核安保取證手段相比，檢測(cè)時(shí)間大幅縮短，可從數(shù)小時(shí)縮短至十秒以內(nèi)，并且在不明物質(zhì)識(shí)別、核安保取證、輻射安保、物礦探測(cè)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。
鈾同位素比測(cè)量：基于高靈敏度可調(diào)諧吸收光譜技術(shù)，結(jié)合脈沖激光燒蝕產(chǎn)生等離子體的方式，可以實(shí)現(xiàn)固體材料中鈾同位素比（23?U/23?U）的高精度測(cè)量。這對(duì)于核燃料的生產(chǎn)、加工以及核反應(yīng)過程的監(jiān)控和研究具有重要意義。

2、乏燃料處理：

乏燃料棒解體：激光可用于對(duì)新一代核電乏燃料棒進(jìn)行解體。這是開展乏燃料后處理的關(guān)鍵步驟和創(chuàng)新技術(shù)，通過激光精確切割等方式，可以將乏燃料棒進(jìn)行安全、高效的解體，為后續(xù)的乏燃料處理和放射性廢物管理提供便利。該技術(shù)的研究和應(yīng)用將顯著加速乏燃料后處理首端技術(shù)的更新?lián)Q代，為促進(jìn)我國(guó)核能安全開發(fā)利用以及實(shí)現(xiàn)核能可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐。

3、核電站的安全防護(hù)與監(jiān)測(cè)：

周界安防：激光對(duì)射探測(cè)器利用激光的不可見性和指向性，能夠快速準(zhǔn)確地探測(cè)到目標(biāo)，并且不受電磁干擾的影響。在核電行業(yè)中，可用于監(jiān)測(cè)核電站的外部入侵行為。當(dāng)有人或其他物體進(jìn)入探測(cè)區(qū)域時(shí)，激光束會(huì)被遮擋或干擾，從而觸發(fā)報(bào)警信號(hào)，確保核電站的安全。
設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)：激光可以用于監(jiān)測(cè)核電站內(nèi)部設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。例如，通過激光測(cè)距、激光干涉等技術(shù)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的位移、振動(dòng)、變形等情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常情況，為設(shè)備的維護(hù)和檢修提供依據(jù)。

4、放射性去污：

表面去污：激光清洗技術(shù)可用于核電站放射性污染去污。激光清洗是一種 “干式” 清洗，不需要清洗液或化學(xué)溶液等耗材，在清洗過程中不產(chǎn)生廢液，不會(huì)造成二次環(huán)境污染。同時(shí)，激光清洗可實(shí)現(xiàn)非接觸處理，能夠設(shè)置好相應(yīng)參數(shù)程序，加載安裝于機(jī)器人遙控車等遠(yuǎn)程控制設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化遠(yuǎn)程清洗，既可以避免操作人員接觸放射性廢物，保障人員健康安全，又能快速降低作業(yè)對(duì)象的放射性水平，實(shí)現(xiàn)對(duì)核電站建筑物表面、現(xiàn)場(chǎng)工裝及工具、核電站管道、泵、各種水池等易被放射性污染的構(gòu)件（建筑物）表面的有效清潔。

5、核聚變研究：

激光核聚變點(diǎn)火：激光核聚變是實(shí)現(xiàn)受控核聚變的一種重要方式。通過高能量激光照射核聚變?nèi)剂希ㄈ珉㈦暗龋?，使其在極短的時(shí)間內(nèi)被加熱、壓縮，達(dá)到核聚變反應(yīng)的條件，從而引發(fā)核聚變反應(yīng)，釋放出巨大的能量。例如，美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室曾宣布首次成功在核聚變反應(yīng)中實(shí)現(xiàn) “凈能量增益”，這是激光核聚變研究的一個(gè)重要里程碑。
核聚變反應(yīng)堆的研發(fā)：在核聚變反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)和研發(fā)過程中，激光技術(shù)可用于輔助制造和檢測(cè)。例如，利用激光焊接、激光切割等技術(shù)，可以制造高精度的核聚變反應(yīng)堆部件；利用激光檢測(cè)技術(shù)，可以對(duì)反應(yīng)堆部件的質(zhì)量和性能進(jìn)行檢測(cè)，確保反應(yīng)堆的安全可靠運(yùn)行。