同位体マイクロイメージングに向けたネオジム原子の共鳴イオン化分光

Resonance ionization spectroscopy of Nd for isotope micro-imaging of particles

宮部 昌文   ; 岩田 圭弘   ; 富田 英生*; 森田 真人*; 坂本 哲夫*

Miyabe, Masabumi; Iwata, Yoshihiro; Tomita, Hideki*; Morita, Masato*; Sakamoto, Tetsuo*

ネオジムの同位体組成は核鑑識捜査や核燃料の燃焼度評価など、原子力の広い分野で利用されており、現在の分析手法の主流はTIMSやICP-MSなどである。しかし廃炉作業で得られる分析試料には、発生源の異なる微粒子が混在しており、個別の微粒子を区別しないこれらの分析法では、その起源や履歴の情報が失われてしまう。逆に、微粒子毎の燃焼度から、その起源や履歴を知ることができれば、事故の進展挙動の解明や臨界安全評価を行う上で重要な情報となる。このため、我々は個々の微粒子中の核種分布が測定可能な、イオンスパッタ質量分析イメージング法の適用を進めており、その同重体干渉対策として、レーザー共鳴2次中性原子質量分析法(rL-SNMS)の開発を行っている。本研究では、ネオジムのrL-SNMSに適した2波長2段階イオン化スキームを得るための分光実験を行った。これにより、従来報告されていた電離スキームよりも電離効率の高い電離スキームを見出すことが出来たほか、従来よりも高い精度でネオジム原子のイオン化ポテンシャルを決定することができた。

The isotopic composition of Nd is used in a wide range of nuclear field, such as forensic analysis and fuel burnup evaluation, and the currently most used analytical methods include TIMS and ICP-MS. However, the analytical samples obtained in decommissioning of Fukushima's failed reactors contain a mixture of particles of different sources, and these analytical techniques which cannot distinguish individual particles lose the information on their origin and history. Conversely, if the origin can be determined from the burnup of each particle, it is important for clarifying accident progress and criticality safety assessment. For this reason, we have applied ion sputter mass spectrometry imaging, which can measure the distribution of nuclides in individual particles, and have developed laser resonance secondary neutral mass spectrometry as a countermeasure against the isobaric interference. In this study, we performed two-step ionization spectroscopy to obtain highly efficient ionization schemes of Nd. As a result, we found several schemes with higher ionization efficiency than previously reported one.