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アブレーションされたランタノイド原子の共鳴吸収分光,2; 酸化セリウムから生成されたプルームの膨脹ダイナミクス(受託研究)

Resonance absorption spectroscopy for laser-ablated lanthanide atom, 2; Expansion dynamics of laser ablation on cerium oxide (Contract research)

宮部 昌文; 大場 正規; 飯村 秀紀; 赤岡 克昭; 丸山 庸一郎; 若井田 育夫

Miyabe, Masabumi; Oba, Masaki; Iimura, Hideki; Akaoka, Katsuaki; Maruyama, Yoichiro; Wakaida, Ikuo

低除染TRU燃料の非破壊・遠隔分析技術開発における同位体分析条件の最適化を目的として、レーザーアブレーションにより生成したプルームの飛行特性を測定した。酸化セリウム試料をパワー密度0.1GW/cm$$^{2}$$のNd:YAGレーザーの2倍高調波(532nm)でアブレーションし、プルームのフロー速度や膨張速度を共鳴吸収分光法により調べた。鉛直速度の測定には光学的TOF法、水平速度の測定にはドップラー分裂法をそれぞれ用いた。その結果、(1)真空中の原子プルームが鉛直速度3.5km/sの単一成分から成るのに対し、イオンプルームは原子プルームより早く、4.7km/sと9.3km/sの2成分から成ることや,(2)異なる量子状態の粒子でも、これらの各成分の速度はほとんど変わらないこと,(3)水平速度は鉛直速度より約20%遅いこと,(4)希ガス中のプルームの膨張はドラッグモデルに従って減速されること,(5)同位体識別が可能な実験条件(He圧力0.6kPa,経過時間4$$mu$$s)では、膨脹はほぼ停止し電離度も低下すること、などがわかった。

We have investigated propagation characteristics of the laser ablation plume produced from CeO$$_{2}$$ sample to optimize experimental conditions for isotope analysis for low-decontaminated TRU fuel. Vertical flow velocity and horizontal expansion velocity of the plume were evaluated with optical TOF measurement and Doppler splitting measurement. These measurements revealed that (1) the ionic plume in vacuum consists of two components having vertical velocities of 4.7 km/s and 9.3 km/s whereas the atomic plume has a single component having velocity of 3.5 km/s, and (2) these velocities for particles in various excited states are almost the same, (3) horizontal velocity is about 20% slower than the vertical one, (4) plume expansion in gas environment is described with a drag model, (5) under an optimum condition for isotope analysis, plume expansion is almost stopped and an ionization degree is significantly decreased.

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