高エンタルピー風洞の高波長分解能化による同位体比測定への応用

Application of high enthalpy wind tunnel to isotope ratio measurement by enhancement of wavelength resolution

桑原 彬   ; 南川 卓也 ; 松井 信*

Kuwahara, Akira; Nankawa, Takuya; Matsui, Makoto*

本研究では、核燃料物質や放射性廃棄物等の管理に必要とされる同位体比測定に、汎用性のあるレーザー吸収分光法と小型の高エンタルピー風洞を用いた測定法を提案する。原子毎の固有の波長選択性を利用した分光法は、同位体分離検出に有効な手法であるが、同位体のエネルギー準位が近接するため高波長分解能化が課題となり、未だ確立されていない。我々はこの課題解決のため、高エンタルピー風洞の適用により超音速ノズルを用いて気流を冷却し、気流温度に起因するスペクトル広がりを低減するとともに、膨張後の気流にレーザー吸収分光法を適用することで同位体シフトを検出する。本発表では、原子種の適用範囲の検討及びレーザー吸収分光法をキセノン原子に適用した結果として、キセノンの準安定準位の同位体シフトの検出、及び、温度によるスペクトル広がりの評価結果を報告する。

In this research, we propose a novel laser absorption spectroscopy (LAS) system combined with high enthalpy wind tunnel to measure the isotope ratio of radioactive elements in nuclear fuel and radioactive waste. In detecting the isotope ratio of radioactive elements, spectroscopic technique with high wavelength selectivity would be effective, but no established method is available due to the small differences in energy levels of isotopes. We use the supersonic nozzle in high enthalpy wind tunnel and applied LAS to the downstream flow to enhance the wavelength resolution by decreasing the spectral width attribute to the flow temperature. In this paper, first the measurable range of atomic species was discussed. Next, we demonstrated measurements of the isotope ratio by using xenon gas. As a result, isotope shifts of xenon atoms were detected and the spectral width was evaluated for a variation of the gas temperature.