核燃料物質のレーザー遠隔分析技術開発,2-5; 共鳴撮像分光によるプルーム挙動の研究

Development of laser remote analysis for nuclear fuel materials, 2-5; Study on plume dynamics by resonance imaging spectroscopy

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

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

次世代燃料の非破壊・遠隔同位体分析のために、レーザーアブレーションで生じるプルームの動的挙動を、共鳴蛍光撮像法によって調べた。これまでの吸収分光研究により、ヘリウムガス中のアブレーションプルームでは、飛散した粒子の多くがプルームの表面に密集して膨脹し、プルームの中心部には粒子数の少ない空洞が生じる可能性が予想されていた。本研究により、このようなプルーム構造が実際に生じることを、ガドリニウム原子及び1価イオンの共鳴蛍光像によって確認した。中性原子の密集した表面層の厚みは最小で0.5mm以下と非常に薄いことや、中性原子とイオンの密集層の位置が一致しており、中性原子の密集層は、イオンの再結合によって生じている可能性が高いこと等がわかった。これらの知見は、アブレーション分析の実験条件を最適化するうえで重要と考えられる。

We investigate dynamic behavior of ablation plume produced in background gas for nondestructive remote isotope analysis for a next-generation fuel. From our previous studies, it is expected that most of the ablated particles are concentrated on the surface of the plume in helium gas, and there is a cavity where few particles exists close to the ablation spot. In the present study actually we observed such plume structure using the laser-induced fluorescence images of Gd atoms and ions. It was also found that the minimum thickness of the layer where neutral atoms were concentrated was less than 0.5mm and the positions of the atomic layer was very close to that of ionic layer. From this observation, the neutral atoms are more likely to be produced as a result of recombination of the ions and electrons. The knowledge of the plume structure is thought be of importance in optimizing the experiment conditions for ablation analysis.