Analysis of nuclear material by using Microwave-Enhanced Laser-Induced Plasma Spectroscopy (MELIPS)

マイクロ波支援レーザー誘起プラズマ発光分光法(MELIPS)を用いた核燃料物質の分析

Khumaeni, A.; 反保 元伸; 赤岡 克昭 ; 宮部 昌文   ; 若井田 育夫  

Khumaeni, A.; Tampo, Motonobu; Akaoka, Katsuaki; Miyabe, Masabumi; Wakaida, Ikuo

次世代燃料サイクルで重要となるウランやプルトニウムの非接触高感度分析法として、マイクロ波支援レーザー誘起プラズマ発光分光法(MELIPS)を開発した。本研究においては、分光学的性質が核燃料物質と類似した酸化ガドリニウム試料を用い、減圧待機雰囲気中で焦点距離200mmのレンズにより、YAGレーザー光を集光照射して試料をアブレーションするとともに初期プラズマを生成し、これに、マグネトロンで発生させたパルスマイクロ波をアンテナを介して供給した。その結果、プラズマ発光時間が数百マイクロ秒に及び、これまで実施してきた減圧希ガス雰囲気での測定同様、時間積分したガドリニウムの発光スペクトル強度は、レーザー単独照射に比べて飛躍的に増大されることを見いだした。

A novel method for the analysis of nuclear elements such as uranium and plutonium in the next generation nuclear fuel cycle system was developed by utilizing microwave enhanced laser induced plasma spectroscopy (MELIPS). In this study, a Nd YAG laser was focused on a material target by using plano convex lens with a 200 mm focal length to induce a micro plasma. The plasma contains ablated material due to the ablation of the sample. The pulsed microwave generated by a magnetron through the antenna in the mesh chamber was then supplied to the micro plasma to enhance the plasma emission. The sample used in the study was gadolinium oxide pellet as a simulated fuel pellet. The result certified that the plasma lifetime was extent several hundreds of microsecond when the pulsed microwave was applied. The emission spectrum of Gd using standard LIPS (without microwave) was compared with MELIPS method. The spectrum of Gd was drastically enhanced by using MELIPS.