Improvement of the resonance ionization mass spectrometer performance for precise isotope analysis of krypton and xenon at the ppt level in argon

アルゴン中にpptレベル含まれるクリプトン及びキセノンの高精度な同位体分析のためのレーザー共鳴イオン化質量分析計の性能向上

岩田 圭弘   ; 伊藤 主税   ; 原野 英樹*; 青山 卓史*

Iwata, Yoshihiro; Ito, Chikara; Harano, Hideki*; Aoyama, Takafumi*

高速炉の破損燃料位置検出(FFDL)システムへの適用に向けて、レーザー共鳴イオン化質量分析法(RIMS)を用いたAr中の極微量Kr, Xe同位体分析を行っている。Kr, Xeの正確な分析には光電子により生成するAr, Arを抑制することが必要不可欠である。(1)光電子生成量の低減を目的とした除電器とBrewster窓、及び(2)Kr, Xeの損失なく生成したAr, Arの引き出し量の低減を目的としたスリット型電極孔の2種類の改善策により、Arの目立った影響なく核種濃度pptのKrを検出できた。また、レーザー照射時間1024秒に対するKr, Xe同位体比の分析誤差を評価した。pptレベルの核種濃度ではKr, Xeともに10%程度と得られ、統計誤差が主要因である。今後は、TOF-MSを線形型に変更するなどによる検出効率の向上を図る。

Resonance ionization mass spectrometry (RIMS) is an effective method for the isotope analysis of trace elements in terms of its insensitivity to isobaric interferences. In view of this advantage, RIMS has been proposed for application to failed fuel detection and location (FFDL) system of the fast reactor. The principle of the FFDL technique by way of RIMS involves the isotope analysis of krypton (Kr) and xenon (Xe) with the concentration of as low as an order of parts-per-trillion (ppt) in argon (Ar). Precise detection of Kr and Xe isotopes of such a low concentration level is often made difficult because of the existence of Ar and Ar ions caused by the photoelectron generated in the vacuum chamber. We show that the adoption of a set of a neutralization apparatus and a Brewster window, and an electrode with a slit-type hole in the ion acceleration region of the TOF-MS helps decrease the effect of Ar and Ar ions, resulting in improvement of reliability of the FFDL system using RIMS.