Effect of defocusing on laser ablation plume observed by laser-induced fluorescence imaging spectroscopy

レーザー誘起蛍光イメージング分光によるレーザーアブレーションプルームのデフォーカス効果の観察

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

燃料デブリ遠隔分析としてレーザーブレークダウン発光分光法やアブレーション共鳴吸収分光法の開発を行っているが、最適な測定条件を得るためにはアブレーションプルームの挙動を知ることが重要である。アブレーション共鳴吸収分光条件の最適化を目的に、アブレーションレーザービームをデフォーカスさせたときのプルーム中の中性原子およびイオンの空間分布を測定した。試料として金属および酸化ガドリニウムを用い、アブレーションレーザーの焦点位置を試料表面に垂直な方向に変化させた時のアブレーションプルームの画像を中性原子およびイオンの基底状態から励起したレーザー誘起蛍法により観測した。その結果、デフォーカスが大きいとプルームは縦に広がり、一方、焦点が試料に合っているときには半球状に広がることが分かった。また、最も蛍光強度が高くなる条件は、中性原子では3-4mm、イオンでは2mmデフォーカスしたところにあることが分かった。これは、基底状態にある中性原子やイオンの密度がこのデフォーカス条件で最も高くなることを示している。したがって、最適な共鳴吸収条件は焦点位置が試料表面にあるときではなく、ある程度デフォーカスしたところにある。

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.