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

光ファイバ伝送レーザー誘起ブレークダウン分光による水中固体の元素分析

大場 弘則  ; 佐伯 盛久; 伊藤 主税   ; 高野 公秀 ; 赤岡 克昭 ; Thornton, B.*; 作花 哲夫*; 若井田 育夫  

Oba, Hironori; Saeki, Morihisa; Ito, Chikara; Takano, Masahide; Akaoka, Katsuaki; Thornton, B.*; Sakka, Tetsuo*; Wakaida, Ikuo

福島第一原子力発電所廃炉措置において、炉内状況を調べ、溶融落下物等の位置や成分等の情報を得ることは廃炉作業を進める上で不可欠である。そこで光ファイバを活用したレーザー誘起ブレークダウン分光(LIBS)技術により、水中での炉内構造材と核燃料物質との識別についてその可能性を調べた。その結果、放射線環境下での光ファイバの透過波長帯域(700900nm)において、スペクトル干渉が見られず、U, Zr, Fe等の元素スペクトルが容易に判別、観測可能な発光線が存在することが確かめられた。また、重量比と発光強度比の関係においては優れた直線性が確認できた。これらの結果は、構造材と核燃料物質の識別にLIBSが適用可能であることを示すとともに、定量分析の可能性を示唆するものである。

To inspect the post-accident nuclear core reactor of the TEPCO Fukushima Daiichi Nuclear Power Plants, a transportable fiber-coupled laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) instrument has been employed. In the post-accident nuclear core reactor, melted fuel core, fuel cladding and construction material might drop in the lower part of the reactor, which filled with seawater that was injected for urgent cooling. The major components of the debris material are assumed to be uranium oxide (UO, fuel core), zirconium alloy (Zry, fuel cladding), stainless steel (Fe, construction material) and boron carbide (BC, critical control material). In this presentation, we report underwater analysis of simulated corium debris, (U,Zr)O, and BC by fiber-coupled LIBS instrument. The experiments were carried out using near-infrared wavelength region for pulsed-lasers and plasma emission measurements, which shows no attenuation in the optical transmittance of the fiber optic cable by intense radiation dose. We determined candidates of the emission lines of Zr, U, Fe and B (BO) that are applicable to analyses of the debris without mutual interference.