Radiation dose rate effects on the properties of a laser-induced breakdown spectroscopy system developed using a ceramics micro-laser for fiber-optic remote analysis

ファイバー伝送遠隔分析のためにセラミックマイクロレーザーを用いて開発したレーザー誘起ブレークダウン分光システムへの放射線線量率の影響

田村 浩司; 大場 弘則  ; 佐伯 盛久; 田口 富嗣*; Lim, H. H.*; 平等 拓範*; 若井田 育夫  

Tamura, Koji; Oba, Hironori; Saeki, Morihisa; Taguchi, Tomitsugu*; Lim, H. H.*; Taira, Takunori*; Wakaida, Ikuo

モノリシックNd:YAG / Cr:YAG複合セラミックを備えたコンパクトな光ファイバー伝送レーザー誘起ブレークダウン分光法(LIBS)システムを開発し、その特性に対する放射線線量率の影響を、過酷環境下遠隔分析のために調べた。LIBS信号に対する放射線の影響を調べるために、レーザー発振しきい値、出力エネルギー、発振タイミング、時間パルス形状、ビームプロファイルなどのNd:YAGレーザー動作に関連する特性を、010kGy/hrの放射線量率で変化させて金属ジルコニウムのLIBSスペクトルを照射下で測定した。信号強度は照射により大幅に減少したが、最大放射線量率でも有益なスペクトルが得られた。LIBS関連パラメーターの比較から、信号の減少は主に入射パルスエネルギーの減少に起因した。シンチレーション発光スペクトルも放射線照射中に観測され、その信号強度は線量率とともに直線的に増加した。試験結果は、開発したLIBSシステムが、燃料デブリ探査などの過酷な環境において放射線量率の影響を受けるものの遠隔元素分析およびモニタリングに適用可能であることを示している。

Radiation dose rate effects on the properties of a compact fiber-optic laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) system with a monolithic Nd:YAG/Cr:YAG composite ceramics were investigated for remote analysis in hazardous environment. To investigate radiation effects on the LIBS signal, properties related to the Nd:YAG laser operation such as oscillation threshold, output energy, oscillation timing, temporal pulse shape, and beam profile were measured as a function of the radiation dose rate from 0 to 10 kGy/hr in view of their influences to the signal. LIBS spectra of zirconium metal were measured under irradiation. Although signal intensity decreased considerably by irradiation, informative spectra were well obtained even at the maximum radiation dose rate. From the comparison of the LIBS-related parameters among the laser properties, signal reduction was mainly ascribed to the pulse energy reduction. Scintillation emission spectra were also measured from the ceramics during the irradiation, where the signal intensity increased linearly with the dose rate. The results show that the developed system.