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Laser ablation absorption spectroscopy for remote analysis of uranium

ウランの遠隔同位体分析のためのアブレーション共鳴吸収分光

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

高い放射能を有する次世代燃料の分析を、燃料に直接触れず、放射化学分析法も用いずに行う方法として、アブレーション共鳴吸収分析法の開発を行っている。高感度で高分解能の同位体分析を実現するためには、アブレーションプルームの膨脹ダイナミクスを詳細に知ることが重要である。ヘリウムガス800Pa中で、フルエンス0.5J/cm$$^{2}$$のYAGレーザー光を照射する場合、アブレーションから3-5$$mu$$秒後、表面から2.5mmの高さで観測すると、基底状態のウラン原子密度が最大になることがわかり、高感度分析のための実験条件を得ることができた。この実験条件の下で、ウラン同位体の吸収スペクトルを測定し、$$^{235}$$Uの吸収強度が、試料のウラン同位体比と良好な線形関係にあることや、同位体比($$^{235}$$U/$$^{238}$$U)の検出下限値が0.01%程度であることを確認した。さらに同じ方法でウランガラス中のウラン元素組成の検出下限値を評価し、本分析法のアバンダンス感度を確認した。

To determine experimental conditions suitable for isotope analysis, we studied the plume dynamics of uranium. A uranium oxide sample was ablated by 2nd harmonic radiation from a Nd:YAG laser at a fluence of 0.5 J/cm$$^{2}$$. The temporal evolution of the ablation plume was investigated in 800 Pa helium environment. It was found that the observation at 3-5$$times$$10$$^{-6}$$s after the ablation at the height of about 2.5 mm are most suited for obtaining higher sensitivity. Using the established conditions, we obtained the limit of detection of the isotope ratio ($$^{235}$$U/$$^{238}$$U) to be 0.01%. In addition, the limit of detection of elemental abundance of uranium in uranium glass was also evaluated.

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