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レーザー誘起発光分光法とアブレーション共鳴吸収分光法によるMOX燃料の迅速その場分析法の実証研究

Validation studies on quick and in-situ analysis of MOX fuel by combination of laser induced breakdown spectroscopy and ablation resonance absorption spectroscopy

若井田 育夫; 赤岡 克昭; 宮部 昌文; 加藤 政明; 音部 治幹; 大場 弘則; Khumaeni, A.

Wakaida, Ikuo; Akaoka, Katsuaki; Miyabe, Masabumi; Kato, Masaaki; Otobe, Haruyoshi; Oba, Hironori; Khumaeni, A.

日本原子力研究開発機構では、文部科学省原子力システム研究開発事業により、化学分析や中性子計測によらないMA含有次世代MOX燃料の迅速分析を目指した研究開発を実施し、未照射MOX燃料によりその性能を実証した。レーザー分光専用のグローブボックスを構築し、Pu含有量を変えたMOX試料による分光分析試験を可能とした。レーザー誘起発光分光(LIBS)による組成分析では、U中のPu含有量30%における相対誤差が2.9%、検出下限値を2,500ppmとする定量分析を5分間の計測時間で実現した。アブレーション共鳴吸収分光法によるU中のPu同位体分析では、$$^{240}$$Pu/$$^{239}$$Puの同位体比測定が相対誤差1%未満相当、検出下限値を30ppmから100ppmとする定量分析を3分間又は5分間で実現できることを実証した。また、溶存元素については、模擬溶存試料の液体薄膜を対象としたLIBSにより、ICP-AESと同等の分析特性を確認した。

In Japan Atomic Energy Agency (JAEA), research and development of quick analysis for next-generation MOX fuel without chemical analysis and neutron measurement had been carried out as the entrusted project by MEXT, and basic performances by using un-irradiated MOX fuel were demonstrated. In elemental analysis by Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) with high resolution spectrometer, relative error of 2.9% at 30% Pu and the detection lower limit of 2,500 ppm in U oxide were demonstrated with the operation time of 5 min.. In isotope ratio analysis by Ablation Resonance Absorption Spectroscopy, tunable semiconductor laser system was constructed, and the relative deviation less than 1% in the ratio of $$^{240}$$Pu/$$^{239}$$Pu and sensitivity of 30-100 ppm in U were also accomplished within 5min. operation. As for an analysis in liquid sample, ultra-thin laminate flow was experimented as LIBS target, and the sensitivity comparable to conventional ICP-AES was confirmed.

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