Elemental analysis of solid samples under water and radiation field by fiber-coupled laser induced breakdown spectroscopy

ファイバーカップリングレーザー誘起ブレークダウン分光法による水中・高放射線環境下試料の元素分析

佐伯 盛久; 岩撫 暁生; 伊藤 主税   ; 若井田 育夫  ; Thornton, B.*; 作花 哲夫*; 大場 弘則  

Saeki, Morihisa; Iwanade, Akio; Ito, Chikara; Wakaida, Ikuo; Thornton, B.*; Sakka, Tetsuo*; Oba, Hironori

高放射線環境下でかつ水中に存在する固体試料を遠隔元素分析するための、ファイバーカップリングレーザー誘起ブレークダウン(LIBS)分光装置を設計・開発した。通常水中でLIBSを行うと、レーザーアブレーションにより生成したプラズマが水によりすぐ冷却されてしまうため、そこからの発光を効率よく観測することができない。そこで我々は、ガスフローシステムまたはダブルレーザーパルスシステムをLIBSシステムに取り入れることにより、レーザーアブレーションプラズマの周辺だけに擬大気環境を発生させ、水中でも効率よくLIBS測定ができるようにした。また、放射線照射したときのファイバーの光学透過特性試験を行い、放射線照射前後において近赤外(700-1100nm)領域では透過特性が変化しないことを見いだした。そして、この結果をもとに、近赤外レーザーでアブレーションを行い、近赤外の発光を観測する手順を確立した。

To perform elemental analysis of solid samples under water and radiation field, we designed and constructed the instrument for fiber-coupled laser induced breakdown spectroscopy (LIBS). The LIBS analysis of the underwater sample is difficult, because the water quickly quenches the plasma plume that is generated by the ablation. To solve this problem, we prepared quasi-atmospheric condition around the plasma plume by using gas flow or double pulse irradiation system, and succeeded to observe similar spectrum between atmospheric and underwater condition. Moreover, the optical property of the fiber was investigated by exposing Co -ray with total dose over 1 MGy to the optic fiber. As a result, we found that radiation exposure to the fiber leads to slight damage in near infrared one. Thus, we designed the fiber-coupled LIBS system to perform laser ablation by near-infrared laser beam (1064 nm) and to efficiently detect plasma emission in near infrared region.