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現(xiàn)在，德國(guó)有越來越多的核電站正在接近最大使用年限，或是已經(jīng)淘汰退役。近日，Laser Zentrum Hannover eV（LZH）的科學(xué)家開發(fā)并驗(yàn)證了一種基于激光的切割工藝，該技術(shù)旨在減少拆卸過程中由水過濾產(chǎn)生的額外影響。通過這種方法，當(dāng)核反應(yīng)堆容器內(nèi)部構(gòu)件被激光切割時(shí)，排放到水中的放射性污染二次廢物最多可減少95%。

利用激光切割方法，可以實(shí)現(xiàn)在冷卻水中對(duì)核反應(yīng)堆組件的就地拆卸。LZH的水下技術(shù)小組利用了激光切割的特性，切割時(shí)的接頭處熔體會(huì)附著在板材上。在傳統(tǒng)工藝中，例如水射流切割或使用鋸片切割，接頭處的材料根據(jù)不同的處理方式，切割過程中生成的磨料可能會(huì)擴(kuò)散至冷卻水中，后續(xù)需要以高昂的代價(jià)去除水中的這些二次廢物。

在漢諾威水下技術(shù)中心，科學(xué)家們?cè)谒拿椎乃畛晒η懈畈讳P鋼板（來源：LZH）

LZH的研究人員通過調(diào)整激光功率、氣壓和切割速度等參數(shù)，將切割不銹鋼板時(shí)的重量損失減少了95%，最大程度控制了進(jìn)入冷卻水的二次廢物總量。經(jīng)過實(shí)踐證明，該工藝方法對(duì)切割鋯合金有效。鋯合金是核反應(yīng)堆組件的一種常見材料。

在萊布尼茨大學(xué)漢諾威水下技術(shù)中心，研究小組運(yùn)用激光技術(shù)在4米水深對(duì)3mm-15mm不銹鋼板進(jìn)行了切割實(shí)驗(yàn)。為此，他們開發(fā)了針對(duì)水下切割作業(yè)的激光元件。研究人員使用的是LZH孵化公司LASER on Demand的移動(dòng)盤式激光器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。作為可靠性驗(yàn)證的一部分，LZH水下技術(shù)小組與其合作伙伴Orano將該工藝從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模提升到接近工業(yè)條件，對(duì)應(yīng)于的技術(shù)準(zhǔn)備水平等級(jí)為6級(jí)。

LASER on demand公司成立于2007年8月，該公司可以提供焊接、切割和表面處理的工藝開發(fā)以及二手激光器的檢修和銷售。經(jīng)過多年發(fā)展，公司基于各種激光應(yīng)用，將主營(yíng)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)向了現(xiàn)場(chǎng)大型部件的移動(dòng)激光加工以及單件原型加工。

水下手動(dòng)切割在海事工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，其范圍從傳統(tǒng)的水利工程應(yīng)用如碼頭或船閘中的板樁燃燒、船舶修理，到管道建設(shè)以及海上風(fēng)電場(chǎng)領(lǐng)域。LASER on demand公司的LuWaPro項(xiàng)目通過使用自動(dòng)激光切割顯著提高了水下切割效率。

水下切割

水下激光切割的原理本質(zhì)上與空氣中激光切割相同。由于水下的特殊環(huán)境，使得水下激光切割在切割工藝和切割設(shè)備方面都與空氣中激光切割有相當(dāng)大的不同，并影響最終的切割效果。由于水會(huì)吸收部分激光能量，并具有良好的冷卻效果，切割過程中能量吸收和冷卻作用都會(huì)削弱激光切割材料的能力，同時(shí)水環(huán)境要求激光切割頭具有良好的防水功能等。

在激光切割過程中，熔融金屬仍然附著在板材上（來源：LZH）

除水下激光切割外，目前常用的水下切割技術(shù)還有電弧—氧切割和熔化極電弧切割等，設(shè)備簡(jiǎn)單、效率高，但切面質(zhì)量難以保證。水下磨料射流切割則屬于“冷切割”，在切割過程中幾乎不產(chǎn)生熱效應(yīng)，無煙、無毒、無火花，可以應(yīng)用到易燃、易爆和有毒等場(chǎng)合，但噴嘴易磨損、切割速度低，切割質(zhì)量不如激光切割。

激光器是實(shí)施激光切割的最主要設(shè)備。激光器波長(zhǎng)的選擇對(duì)于成功實(shí)施激光切割至關(guān)重要。要想實(shí)現(xiàn)水下激光切就需要滿足以下兩個(gè)條件，一是水對(duì)此激光器輸出能量的吸收損耗小，以盡可能減小激光水下傳輸損耗的能量；二是激光器成熟度高，工作穩(wěn)定可靠。

由于水對(duì)可見光波段電磁輻射吸收較小，對(duì)紫外和中遠(yuǎn)紅外波段電磁輻射吸收較強(qiáng)。因此，用于水下切割激光器的波長(zhǎng)需要選在可見光波段和近紅外波段。