ブレークダウン発光分光法とアブレーション共鳴分光法を組合せた非接触遠隔分析技術開発

Technical development of non-contacting remote analysis for nuclear fuel materials by combination of LIBS and ablation resonance absorption spectroscopy

若井田 育夫  ; 赤岡 克昭 ; 大場 正規 ; 丸山 庸一郎; 宮部 昌文   ; 音部 治幹  ; 加藤 政明; 仁木 秀明*

Wakaida, Ikuo; Akaoka, Katsuaki; Oba, Masaki; Maruyama, Yoichiro; Miyabe, Masabumi; Otobe, Haruyoshi; Kato, Masaaki; Niki, Hideaki*

レーザーブレークダウン発光分光法とレーザーアブレーション共鳴分光法とを組合せて固体核燃料物質に適用することにより、不純物や同位体比を直接、非接触で迅速に分析する手法の開発を行っている。研究開発の全体概要を紹介するとともに、最近の成果を報告する。試料発生過程では、アブレーションにより生成されたクレーター観測から発生量を評価した。プラズマ膨張過程については、プラズマ発光のルミナスフロントの観測からブラスト波モデルに一致することがわかった。プラズマ発光特性では、プリパルス入射型のダブルパルス法において、大気圧雰囲気においても強い発光強度が維持できることを示した。不純物分析手法の開発では、摸擬試料及びウラン酸化物試料に適用し、スペクトルのデコンボリューションによる評価方法により分析検量線を取得し、100ppmオーダーの感度を実現した。アブレーション共鳴分光法については、ガドリニウムを例に、同位体識別に必要な高分解能観測条件が存在することを見いだすとともに、ウラン酸化物の共鳴測定に適用し、天然ウラン中のUの同位体検出に成功した。

By the combination of laser induced breakdown spectroscopy and laser ablation resonance spectroscopy, we are developing the non-contacting remote analysis for the measurements of impurities and isotopes in a nuclear fuel materials. The purpose of the study and some recent results are discussed. The ablated amount was estimated by the microscope observation of the crater. Plasma expansion process was observed to be well in agreement with the blast wave model. In the characteristics of double pulse LIBS, it was confirmed that the strong emission was maintained even in the atmosphere pressure. For the impurity analysis, deconvolution technique made it possible to determine the impurity component from an overlapped spectrum. The performance of impurity measurement of order 100 ppm in uranium oxide was shown. In the isotope measurement, high resolution observation conditions were performed, and applying to uranium oxide, isotope detection of U in natural uranium was succeeded.