Spectroscopy of laser-produced cerium plasma for remote isotope analysis of nuclear fuel

核燃料の遠隔同位体分析のためのレーザー生成セリウムプラズマの分光研究

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、パワー密度0.1GW/cmのNd:YAGレーザーの2倍高調波によって生成した酸化セリウムプラズマ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。その結果、真空中の中性原子が鉛直速度3.5km/sの単一成分から成るのに対し、1価イオンは中性原子より早く、4.7km/sと9.3km/sの2成分から成ることなどがわかった。圧力を変化させた雰囲気ガス中のプルームのダイナミクスを詳細に解析することにより、同位体の識別分析に適したガス圧力や測定位置,測定時刻などの条件を得ることができた。

A cerium oxide sample was ablated by 2nd harmonic radiation of Nd:YAG laser at a power density of 0.1 GW/cm. The velocities of the ablated atomic and ionic species were measured with the resonance absorption spectroscopy. It was found that the ablated ionic plume consists of at least two components having different velocities whereas the ablated atomic plume has roughly a single component. The flow velocity perpendicular to the sample surface in vacuum was determined to be 3.5 km/s for neutral atoms, and 4.7 km/s and 9.3 km/s for singly charged ions. From detailed plume evolution in ambient gas with several pressures we obtained some experimental conditions suitable for isotope analysis of atomic cerium.