Étude de cas : Décontamination radioactive nucléaire pour le démantèlement avec la technologie laser

Décontamination radioactive nucléaire pour le démantèlement avec la technologie laser 17 juillet 2019

Étude de cas réalisée par Perma-Fix Northwest Richland Inc.

Allied Scientific Pro développe et fabrique des systèmes de nettoyage laser, de décapage de peinture et de décontamination des déchets radioactifs.

Engagé dans le développement de la technologie laser comme méthode efficace, environnementale et conviviale pour l'industrie nucléaire, Allied Scientific Pro travaille en collaboration avec des installations de traitement des déchets radioactifs et des centrales nucléaires.

Le 17 juillet 2018, Allied Scientific Pro a visité l'usine Perma-Fix Northwest Richland Inc. (PFNW) pour démontrer les performances du système LaserBlast-100-RAD.

Perma-Fix Northwest Richland Inc. (PFNW) exploite une installation de traitement des déchets radioactifs située à Richland, Washington, sous la licence de déchets radioactifs de faible activité WN-I0393-1 délivrée par le ministère de la Santé de Washington (WDOH).  

Une part importante du travail consiste à décontaminer, calibrer et reconditionner les déchets de faible activité. Ces procédés visent à réduire la quantité de déchets à éliminer par recyclage et réintégration dans l'industrie, de manière écologique. Traditionnellement, on utilise des méthodes de décontamination mécaniques telles que le sablage, le meulage et le polissage.  

Parmi les participants notables à la démonstration figuraient le personnel des centrales nucléaires et les fournisseurs de services, tels que le directeur de la protection, le PDG et les fournisseurs.

Dans un effort combiné, Allied Scientific Pro et PFNW ont effectué des tests mesurables avec un système de décontamination laser fourni par Allied Scientific Pro.  

Plusieurs équipements contaminés par des radiations ont été fournis par PFNW pour les tester. Une étude de référence a été réalisée par le technicien en radioprotection afin de définir le « point de départ » (suggestion : « dose initiale ou contamination initiale ») du procédé avant toute intervention de décontamination. Le tableau 1 présente les résultats de référence.

Tableau1

*Niveaux de contamination rapportés par un RCT formé et qualifié (Suggestion : que signifie RCT ?) utilisant une instrumentation portable en temps réel, le Ludlum Model 12 Ratemeter.  

Une formation de base à la sécurité sur la manipulation de la technologie laser a été dispensée par le personnel d'Allied Scientific au personnel de la PFNW. Une formation sur l'utilisation sûre et efficace de cette technologie, par le biais de démonstrations vidéo et de travaux pratiques, a également été dispensée. La PFNW a également dispensé une formation de base sur le contrôle des radiations et l'exposition, l'équipe effectuant l'essai dans une zone déclarée radioactive.

Tous les équipements contaminés étaient placés dans une enceinte contrôlée par une ventilation à pression négative. Tous les observateurs pouvaient observer les opérations effectuées à l'intérieur de l'enceinte à travers une vitre, les protégeant ainsi de toute exposition ou contamination aérienne.

Un technicien PFNW et un technicien en radioprotection (RCT) ont utilisé l'unité laser dans la zone contrôlée. L'unité de commande et d'alimentation du laser a été installée dans une salle blanche, tandis que les câbles et la sonde ont été enveloppés dans une bâche plastique de protection contre la contamination, puis acheminés vers la zone de contamination contrôlée par la ventilation du procédé. Des observateurs et l'ingénieur en chef se trouvaient également dans la salle blanche. Un système de communication bidirectionnelle était en place pour permettre à l'ingénieur en chef de communiquer avec le technicien et de l'assister dans la manipulation de l'unité.

Plusieurs tests ont été réalisés sur différents types de matériaux, en modifiant les paramètres : puissance, durée d’impulsion, vitesse de balayage, fréquence de répétition, forme et taille du faisceau, et durée du passage. Les résultats sont présentés dans le tableau 2 ci-dessous.

Tableau 2

*Les niveaux de contamination ont été rapportés à l'aide d'essais randomisés contrôlés (ECR) effectués à l'aide d'un instrument portatif en temps réel, le Ludlum modèle 12 Ratemeter. L'analyse a posteriori a été réalisée en temps réel dans la zone contaminée.

**Chaque passage du laser a été effectué conformément aux recommandations des ingénieurs mécaniciens d'Allied Scientific Pro. Le laser a été ajusté en fonction des résultats observés afin de trouver la puissance et la méthode de passage les plus efficaces sur la zone contaminée.  

***Il est important de noter que la notation « en dessous du seuil de détection » ci-dessus n’indique pas que la contamination a complètement disparu, mais plutôt qu’elle est inférieure au niveau de confiance de l’instrumentation utilisée.

L'ingénieur d'Allied Scientific a dirigé les travaux et fourni des conseils et des techniques à l'opérateur PFNW et au RCT pour garantir la réussite des tests. Un seul passage du laser était effectué sur la zone contaminée. Le RCT communiquait ensuite les niveaux de contamination à l'ingénieur. Ce dernier modifiait ensuite les paramètres, notamment la puissance, puis indiquait à l'opérateur la marche à suivre pour régler la vitesse du passage.

Discussion sur les résultats :

Le béton est poreux. Le laser n'enlève qu'une infime partie de la surface, mais la contamination peut pénétrer plus profondément dans le béton. La porosité générale du béton a nécessité plusieurs passages. Cependant, après ajustements de la machine et plusieurs passages, la section du béton précédemment contaminé s'est avérée inférieure à la limite de détection et répondait donc aux critères de limite de libération.

Le métal est beaucoup moins poreux que le béton et la contamination a tendance à rester plus près de la surface. Dans ce cas, le laser, en enlevant une très petite quantité de surface, peut être efficace. Pour les manchons de marteau-piqueur, l'ingénieur a porté la puissance à 100 % et, après deux passages, le matériau était inférieur au seuil de détection et respectait la limite de rejet.

Les pinces en C étaient fabriquées dans un acier plus trempé et, comme l'outil pouvait être réutilisé pour son usage prévu, une décontamination sans l'endommager était essentielle. La puissance a été portée à 90 % et s'est avérée efficace, mais incomplète. Après un réglage à 100 % et un second passage, les filetages de la pince en C se sont révélés inférieurs aux seuils de détection et respectaient la limite de rejet.  

Le couvercle du bac en acier inoxydable a été testé. L'acier inoxydable a tendance à être plus complexe ou plus résistant aux techniques de décontamination que les autres métaux. Cependant, les matériaux testés ont été décontaminés avec succès. Il est important de noter que la partie décontaminée testée (suggestion : les tests ont été effectués sur) la partie décontaminée du couvercle, légèrement en retrait et plus éloignée de la sonde de la surface, n'a pas semblé poser de problème.

La plaque d'acier présentait le niveau de contamination le plus élevé et a donc nécessité trois passages à pleine puissance. Elle présentait également une contamination alpha de 200 dpm, qui a été éliminée avec succès.

La couverture de plomb ne pouvait pas être décontaminée avec l'unité laser car l'enveloppe de fibre du plomb lui-même est composée de plastique et ne fondrait qu'au contact du laser, même à seulement 30 % du niveau de puissance maximal.

Avantages :

Les avantages du laser par rapport aux outils de décontamination traditionnels comprennent :

• Réduction des déchets sous-produits tels que le sable et les meules
• Sécurité pour les opérateurs sans pièces mobiles
• Zéro consommable
• Faible coût des opérations
• Moins d’opérateurs nécessaires
• Fonctionnement silencieux
• Aucun dommage aux articles décontaminés

Conclusion:

Une unité plus grande et plus puissante serait probablement nécessaire pour évaluer pleinement l'utilité de cette technologie. Le test a fourni suffisamment d'informations pour formuler des observations générales.

Afin de réaliser des tests plus efficaces et plus approfondis, les recommandations suivantes seraient recommandées

• Une baguette fixe et utilisant un système de rouleau pour mieux contrôler l'angle et la distance du laser.
• Une plus grande variété de matériaux contaminés. Plus de béton, de bois, de métaux plus tendres, etc.
• Des niveaux de contamination plus élevés et plus variables.  
• Mesurer le timing des passes pour mesurer l'efficacité dans le temps et par conséquent les coûts de main d'œuvre

Normalement, le laser est associé à un système de vide pour éliminer les matériaux ablatés. Cependant, pour cette démonstration, le système de vide de PFNW a été utilisé afin d'éviter la contamination radioactive du système de vide d'Allied Scientific. Cette contamination aurait nécessité l'élimination du système de vide comme déchet faiblement radioactif, ce qui était prohibitif et inutile pour ces essais. Ce système de vide ajouterait un attribut (suggestion : une valeur ajoutée) au processus de décontamination en termes de sécurité de l'opérateur et de contrôle de la contamination.

En résumé, le laser s'est avéré efficace pour la décontamination des pièces contaminées par la radioactivité lors des tests. Portable, silencieux, il génère très peu de sous-produits et constitue une alternative plus sûre aux méthodes de décontamination mécaniques traditionnelles. Allied Scientific Pro conçoit et fabrique des systèmes de nettoyage laser de 100, 200, 500 et 1 000 watts. Pour en savoir plus, veuillez contacter l'un de nos spécialistes commerciaux à l'adresse sales@alliedscientificpro.com ou au 1-800-253-4107.

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