Laser ablation absorption spectroscopy for isotopic analysis of plutonium; Spectroscopic properties and analytical performance

プルトニウム同位体分析のためのレーザーアブレーション吸収分光; 分光特性および分析性能

宮部 昌文   ; 大場 正規 ; Jung, K.; 飯村 秀紀  ; 赤岡 克昭 ; 加藤 政明; 音部 治幹  ; Khumaeni, A.*; 若井田 育夫  

Miyabe, Masabumi; Oba, Masaki; Jung, K.; Iimura, Hideki; Akaoka, Katsuaki; Kato, Masaaki; Otobe, Haruyoshi; Khumaeni, A.*; Wakaida, Ikuo

炉心溶融事故により生成された燃料デブリやデブリで汚染された廃棄物の核種組成分析では、ウランやプルトニウムなどの核燃料物質の分析性能が重要である。本研究ではプルトニウムの同位体分析のため、レーザーアブレーションと共鳴吸収法を組み合わせて、プルトニウム原子種の分光特性を調べた。Puの中性原子およびイオンの17個の光学遷移について、測定した吸収スペクトルのフォークトプロファイル近似から、吸光度、同位体シフト、超微細構造分裂幅を求め、分析に適した遷移として3つの候補を選定した。これらの遷移を利用して得られる分析性能を評価し、吸光度とプルトニウム濃度の相関係数として0.9999、プルトニウム濃度の検出下限値として30-130ppm、濃度2.4%のPu信号に対する相対標準偏差として約6%を得た。これらの結果から、レーザーアブレーション吸収分光法が、複数のアクチノイド元素を含む高い放射能を有する燃料デブリや廃棄物の遠隔同位体分析に適用可能であることが分かった。

Spectroscopic properties of atomic species of plutonium were investigated by combining laser ablation and resonance absorption techniques for the analysis of a plutonium oxide sample. For 17 transitions of Pu atoms and ions, the absorbance, isotope shift, and hyperfine splitting were determined via Voigt profile fitting of the recorded absorption spectra. Three transitions were selected as candidates for analytical use. Using these transitions, we investigated the analytical performance that was attainable and determined a correlation coefficient R2 between the absorbance and plutonium concentration of 0.9999, a limit of detection of 30-130 ppm, and a relative standard deviation of approximately 6% for an abundance of Pu of 2.4%. These results demonstrate that laser ablation absorption spectroscopy is applicable to the remote isotopic analysis of highly radioactive nuclear fuels and waste materials containing multiple actinide elements.