Development of a fiber-coupled laser-induced breakdown spectroscopy instrument for analysis of underwater debris in a nuclear reactor core

炉心内水中デブリ分析のためのファイバーカップリング型レーザー誘起ブレークダウン分光装置の開発

佐伯 盛久; 岩撫 暁生; 伊藤 主税   ; 若井田 育夫  ; Thornton, B.*; 作花 哲夫*; 大場 弘則  

Saeki, Morihisa; Iwanade, Akio; Ito, Chikara; Wakaida, Ikuo; Thornton, B.*; Sakka, Tetsuo*; Oba, Hironori

高放射線環境下でかつ水中に存在する固体試料を遠隔元素分析するための、ファイバーカップリングレーザー誘起ブレークダウン(LIBS)分光装置を設計・開発した。通常水中でLIBSを行うと、レーザーアブレーションにより生成したプラズマが水によりすぐ冷却されてしまうため、そこからの発光を効率よく観測することができない。そこで我々は、ガスフローシステムまたはダブルレーザーパルスシステムをLIBSシステムに取り入れること により、レーザーアブレーションプラズマの周辺だけに擬大気環境を発生させ、水中でも効率よくLIBS測定がで きるようにした。また、放射線照射した時のファイバーの光学透過特性試験を行い、放射線照射前後において近赤 外(700-1100nm)領域では透過特性が変化しないことを見出した。さらに、分析を行うために最低必要なレーザーパワーを測定し、その結果を基にLIBSシステムの要であるレーザーを小型なもので置き換えることに成功した。以上の結果を基に、可搬型のファイバーカップリングレーザーLIBS分析システムを試作し、その性能評価を行った。

To inspect post-accident nuclear core reactor of the TEPCO Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant, a transportable fiber-coupled LIBS instrument was developed. The developed LIBS instrument was designed to analyze the underwater sample in high-radiation field by single-pulse breakdown with gas flow or double-pulse breakdown. To check the feasibility of the assembled fiber-coupled LIBS instrument to the inspection inside Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant, we investigated (1) influence of radiation dose on optical transmittance of the laser delivery fiber, (2) survey of the LIBS techniques to analyze the underwater sample and (3) candidates of emission lines for analysis of the debris. By employing the selected emission lines, we demonstrated that the developed LIBS instrument can analyze the simulated debris underwater by the single-pulse breakdown with the gas flow with high signal to noise ratio.