Combined application of alpha-track and fission-track techniques for detection of plutonium particles in environmental samples prior to isotopic measurement using thermo-ionization mass spectrometry

表面電離質量分析による同位体測定のための環境試料中のプルトニウム粒子の検出; アルファトラック及びフィッショントラックを組合せた手法の適用

Lee, C. G.; 鈴木 大輔   ; 江坂 文孝  ; 間柄 正明  ; 木村 貴海 

Lee, C. G.; Suzuki, Daisuke; Esaka, Fumitaka; Magara, Masaaki; Kimura, Takaumi

フィッショントラック(FT)法では環境試料から回収した粒子に熱中性子を照射することにより形成されるFTから核分裂性物質を含む粒子を検出するので、高感度な粒子検出が可能である。しかし、MOX(ウラン-プルトニウム混合酸化物)燃料のようにウラン(U)とプルトニウム(Pu)が混在している場合、熱中性子照射によるFTだけでは両者の区別は困難である。本研究では、崩壊に対する比放射能(Bq/g)はPuがUより数桁以上高いことを利用して、Pu含有粒子のみを検出できる方法を開発した。本法をUとPuの混合試料を作製し適用した結果、適当な条件下ではトラック(T)法とFT法を組合せることにより、Pu粒子のみが検出できることがわかった。すなわち、Pu粒子はTとFTが、U粒子はFTのみが検出されることが確認された。この結果は、従来は核分裂性物質を含む粒子の検出には研究炉での熱中性子照射が必ず必要であったが、本研究によりPu検出の場合、研究炉での照射が不要であることを示唆する。本法は、MOX燃料から生成する粒子を分析するときのPu粒子検出法として期待される。

In this study, we developed a method for detecting plutonium particles in a sample mixture of plutonium and uranium particles using alpha track and fission track techniques. The specific radioactivity (Bq/g) for alpha decay of plutonium is several orders of magnitude higher than that of uranium, indicating that the formation of the alpha track due to alpha decay of uranium can be disregarded under suitable conditions. While alpha tracks in addition to fission tracks were detected in a plutonium particle, only fission tracks were detected in a uranium particle, thereby making the alpha tracks an indicator for detecting particles containing plutonium. Using this correlation, the accuracy in isotope ratios, signal intensity and measurement errors are presumable from the number of alpha tracks prior to the isotope ratio measurements by thermal ionization mass spectrometry. It is expected that this method will become an effective tool for plutonium particle analysis.