南フロリダ大学（USF）のエンジニアたちは、原子力発電所内の難しい保守問題を解決するために、レーザーに基づくシステムを開発しました。4年間の研究とテストを経て、彼らはテネシー川流域公社（TVA）の2つの原子力発電所でこの技術を成功裏に実証しました。このシステムは、機械および航空工学の教授アフマド・ヴァセルベハグとポスドク研究助手タイ・ハガンによって共同開発され、冷却器を安全システムとして使用する原子力発電所向けに設計されています。検査プロセスでは、作業員は数千のホウ酸氷を含むバスケットを持ち上げて重さを測る必要があります。この氷は、重大な事故の際に熱を吸収し、建物内の圧力を低下させるのに役立ちます。
保守プロセスでは別の問題が発生する可能性があります。新しい氷がバスケットに追加されて補充されると、隣接するバスケットが凍りついてしまうことがあり、これが作業員がバスケットを個別に取り外して検査するのを困難にします。TVAは、USFチームに対して、バスケットを損傷させず、大量の人手に依存せずに凍りついたバスケットを分ける方法を探すよう依頼しました。研究者たちは、40フィート以上の深さで動作できる専用のレーザー除氷システムを開発しました。この装置は、バスケット間の狭いスペースに適応し、それらを接続している氷塊を精密なレーザー切断で処理します。
この方法は、氷塊を完全に溶かすことを避けるため、生成される融水の量を制限します。さもなければ、融水は他の場所で再凍結するか、低い位置に集まり、保守作業の負担を増加させる可能性があります。
USFチーム、原子力発電所の保守を改善するためにレーザー除氷システムを成功裏に開発
ヴァセルベハグはプレスリリースで次のように述べています。「これは私がこれまでに指導した中で最も挑戦的なプロジェクトの一つです。なぜなら、概念化、設計、エンジニアリング、製造、テスト、そして生産を含み、私たちの指導やサポートなしで、発電所のスタッフの手の中で完璧に機能しなければならないからです。理論的な作業と、実際の産業環境で信頼性のあるシステムを開発することの間には大きな違いがあります。」開発に必要な装置は、機械工学、電気工学、光学、制御、製造、安全などの分野の知識を必要としました。チームは、極めて狭い開口部を通過できるようにシステムを十分にコンパクトにし、同時に低温条件下で動作できることを確保しなければなりませんでした。
また、原子力施設内での作業に関する厳しい要件を満たす必要もありました。
研究者たちは、冷凍環境と汚染制御区域での広範なテストを行う前に、放射線作業者とレーザー安全認証を完了しました。完成したシステムは数百のコンポーネントを含み、原子力発電所の保守プロセス中に予想される厳しい条件に耐えられるように設計されています。USFの研究者たちは、発電所のスタッフが研究者が不在でも独立して機器を操作し、保守できるようにするために、操作手順、技術文書、トレーニング資料を準備しました。「現実の世界で機能するシステムを構築する際、それは単なる学問ではありません。」とハガンは説明します。「機械システム、電気システム、制御、安全要件、そしてそれらがどのように協力して機能するかを理解する必要があります。」
レーザーは数分で数フィートの氷の層を除去し、作業員がバスケットをより早く分けるのを助け、重要な安全システムの検査をより少ない人手で完了できるようにします。このプロジェクトは、工学研究が重要なインフラストラクチャ内の専門的な問題をどのように解決するかを示しています。この技術はアメリカの原子力発電所向けに開発されており、同様の冷却器システムを使用している国々（日本やフィンランドを含む）の施設にも関連性がある可能性があります。USFにとって、成功した展開は、実験的な概念を運用される産業環境に変換することの課題を強調しています。このシステムは、実際の性能要件を満たす必要があり、同時に原子力安全規則に従い、訓練を受けた発電所のスタッフが独立して使用できるようにしなければなりません。