レーザーアブレーションプルームのフォーカス条件の効果

Effect of focusing condition on laser ablation plume

大場 正規 ; 宮部 昌文   ; 赤岡 克昭 ; 若井田 育夫  

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

高放射性MOX燃料や炉心溶融事故で生成された燃料デブリ中のウランやプルトニウムの同位体組成比を非接触・遠隔で直接分析するため、レーザーアブレーション共鳴吸収分光法の開発を進めている。プローブレーザーを通す位置などの最適な測定条件把握には、プルーム中の原子やイオンの分布などプルーム特性を調べることが重要である。これまでプルームの時間変化や雰囲気ガス条件などについて調べられているが、アブレーションレーザーの焦点位置依存性についてはほとんど調べられていない。そこで、今回はレーザー誘起共鳴蛍光法を用いてプルームの形状や原子、イオンの分布を二次元像として可視化し、焦点位置依存性を観測した。その結果、外周部が高密度な殻構造をしていること、アブレーション焦点位置が試料表面から離れている場合、プルームは小さく縦長となり、試料表面に近づくにつれてプルームの形は半円形に近づくことがわかった。また、プルーム密度は、焦点が試料表面に近づくに従って減少することがわかった。最も密度が高いのは、原子では試料表面から3-4mm、イオンは2mmほど離れたところにあった。

We used laser-induced fluorescence imaging with a varying beam focal point to observe ablation plumes from metal and oxide samples of gadolinium. The plumes expand vertically when the focal point is far from the sample surface. In contrast, the plume becomes hemispherical when the focal point is on the sample surface. In addition, the internal plume structure and the composition of the ablated atomic and ionic particles also vary significantly. The fluorescence intensity of a plume from a metal sample is greater than that from an oxide sample, which suggests that the number of monatomic species produced in each plume differs. For both the metal and oxide samples, the most intense fluorescence from atomic (ionic) species is observed with the beam focal point at 3-4 mm (2 mm) from the sample surface.