Challenging in laser based spectroscopy for nuclear engineering

原子力工学のためのレーザー利用分光における挑戦

若井田 育夫  ; 大場 弘則  ; 赤岡 克昭 ; 宮部 昌文   ; 大場 正規 ; 伊藤 主税   ; 佐伯 盛久; 加藤 政明

Wakaida, Ikuo; Oba, Hironori; Akaoka, Katsuaki; Miyabe, Masabumi; Oba, Masaki; Ito, Chikara; Saeki, Morihisa; Kato, Masaaki

原子力分野、特に過酷事故を起こした福島の廃炉における核燃料物質の元素組成分析、同位体分析では、核燃料物質の持つ複雑で極めて多い発光線の評価は基より、強い放射線の環境下で、遠隔操作で、迅速で簡便な手法が求められる。このため、どのようにして高感度に、かつ高分解能に分析するかが重要な開発ポイントとなる。しかも、測定対象の化学系は金属、酸化物、液体と多様にわたる。この実現にはチャレンジングな手法の導入が不可欠となる。発光強度の増倍にはダブルパルス法に加えマイクロ波支援LIBS法を、同位体分析については高分解能分光器の導入による直接分析やアブレーション共鳴吸収分光法の導入を、液体については薄膜液体をターゲットとしたLIBSを、そして、過酷事故を起こした炉内の直接分析には耐放射線性光ファイバを用いたLIBS法の適用を開発するなど、様々な手法の開発が求められる。日本原子力研究開発機構では、2015年、新たに、「廃炉国際共同研究センター」を立ち上げ、レーザー計測についても積極的に研究開発を進めている。

In nuclear engineering, especially for the decommissioning of severe accident atomic power plant, development of quick, easy, non-contact, no-preparation, direct, remote, onsite and in-situ analysis of nuclear fuel materials which has very complex and large amount of optical emission lines will be indispensable. In these R&D, it may be important how we realize high sensitivity and high resolution spectroscopy and perform the identification of the specific element among a large number of emission spectra. Various kind of technique, such as Double-pulse LIBS and Microwave assisted LIBS for multiply the emission intensity, high resolution LIBS by ultra-high resolution spectrometer or Laser Ablation Resonance Absorption Spectroscopy for isotope analysis, Ultra-thin Liquid flow LIBS for liquid phase application and LIBS based on radiation resistant optical fiber for onsite/in-situ monitoring of melt downed nuclear fuel debris, will have been under investigation. Japan Atomic Energy Agency has opened the new research center "Collaborative Laboratories for Advanced Decommissioning Science", and laser based spectroscopy will be restarted as one of the basic projects.