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レーザー分光分析技術の原子力分野への応用; ガス中のアブレーションプルームの動的挙動の研究

Application of laser spectroscopy in nuclear engineering; Expansion dynamics of ablation plume in gas ambient

宮部 昌文; 大場 正規; 赤岡 克昭; 加藤 政明; 若井田 育夫

Miyabe, Masabumi; Oba, Masaki; Akaoka, Katsuaki; Kato, Masaaki; Wakaida, Ikuo

高放射性MOX燃料や炉心溶融事故により生成された溶融燃料デブリ等の遠隔・核種分析を実現するため、レーザーアブレーションを利用した吸収分析法の開発を行っている。レーザーアブレーションでは強いパルス光を試料に照射して物質を原子化させるが、発生したプルーム(原子雲)内では雰囲気ガスとの複雑な相互作用の結果、粒子の空間分布が生じ、それが分析性能にも大きく影響する。しかしながら、プルームの大部分を占める発光しない原子の粒子分布はこれまでほとんど知られていなかった。本研究では、プルーム中の発光しない基底状態の原子にレーザー光を共鳴吸収させ、生じた励起原子からの蛍光を高速カメラで観測することにより、詳細な粒子分布とその経時変化をはじめて明らかにした。観測された粒子分布の解析から、多価イオンとして表面からアブレーションされた粒子が、ガスや電子との衝突を繰り返すことで急速に減速されながら、3体再結合反応によって卵の殻のような中性原子の高密度層を形成することが明らかになった。高密度層が出現する時刻や表面からの高さを調べることで、高い分析性能の得られる実験条件を考察した。

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