Chemical state and isotope ratio analysis of individual uranium particles by a combination of micro-Raman spectroscopy and secondary ion mass spectrometry

顕微ラマン分光分析および二次イオン質量分析による個々のウラン微粒子の化学状態・同位体比分析

蓬田 匠   ; 江坂 文孝  ; 間柄 正明  

Yomogida, Takumi; Esaka, Fumitaka; Magara, Masaaki

本研究では、単一ウラン微粒子の化学状態と同位体比を、顕微ラマン分光分析および二次イオン質量分析の組み合わせにより決定する方法の開発を行った。電子顕微鏡-X線検出によりウラン微粒子を特定し、マイクロマニピュレータを用いてウラン微粒子を単体分離した。顕微ラマン測定時のレーザーパワーの最適化により、1から5mの大きさのウラン微粒子のラマンスペクトルの取得が可能になり、得られたラマンスペクトルの形状からUOとUOの化学形が判別できた。また、ラマン分光分析を非破壊で行うことで、化学状態分析後の微粒子に対してSIMSによる同位体比分析を行うことができた。したがって、顕微ラマン分光分析とSIMSの併用は、個々のウラン微粒子の化学状態と同位体比分析に有効であることが示された。

A combination of micro-sampling, micro-Raman spectroscopy (MRS), and secondary ion mass spectrometry (SIMS) was applied to the characterization of individual uranium particles. Reference particles with UO (NBL CRM U010) and UO were identified by scanning electron microscopy combined with energy dispersive X-ray detection (SEM-EDX) and transferred onto grassy carbon substrates by micro-sampling. The crystalline phases of the reference particles with diameters ranging from 1 m to 5 m were determined non-destructively by using MRS thanks to the optimization of laser power at the measurement. Isotope ratios were also determined with SIMS after the MRS analysis and were consistent with values in the literature. These results indicate that chemical forms and isotope ratios of individual uranium particles as small as 1 m can be analyzed efficiently by using the proposed method.