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レーザー誘起ブレークダウン発光分光法によるプルトニウムスペクトルの測定; 高分解能分光スペクトル(350-670nm)

Measurement of plutonium spectrum using laser induced breakdown spectroscopy; High resolution spectroscopy (350-670nm)

赤岡 克昭; 大場 正規; 宮部 昌文; 音部 治幹; 若井田 育夫

Akaoka, Katsuaki; Oba, Masaki; Miyabe, Masabumi; Otobe, Haruyoshi; Wakaida, Ikuo

低除染のマイナーアクチノイド(MA: Minor Actinide)含有混合酸化物(MOX: Mixture Oxide)燃料等の様に$$gamma$$線・中性子線の影響が排除できない燃料の分析、あるいは東京電力ホールディングス福島第一原子力発電所事故で生成された燃料デブリの分析等の様に高い放射線場における核燃料物質の分析には、迅速かつ簡便な遠隔分析手法の開発が求められている。レーザー誘起ブレークダウン発光分光法(LIBS)は非接触で直接しかも迅速に分析できることから、これらの分析に適用可能な方法の一つとして考えられる。LIBSを用いた核燃料物質の組成・不純物分析においては、核燃料物質であるプルトニウム(U)やプルトニウム(Pu)等の複雑でスペクトル密度が高い発光スペクトルと不純物のスペクトルとを明確に区別する必要がある。そのためには、これら核燃料物質のLIBSによる発光スペクトル出現特性を明らかにする必要がある。そこで、波長分解能が$$lambda$$/50000の高分解能Echelle型分光器を用いて、350$$sim$$470nm及び470$$sim$$670nmの波長域のプルトニウムの発光スペクトルを測定した。測定したスペクトルについて分光器の感度及び波長の較正を行うことにより、分析に使用可能と思われるスペクトルを同定し、原子スペクトル465本、一価のイオンスペクトル341本をLIBS用データとしてまとめた。また、測定したスペクトルの波長が公表されている値と矛盾なく一致することを示し、本データの信頼性を確認した。

Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) method is an attractive technique because real-time, in-situ and remote elemental analysis is possible without any sample preparation. The LIBS technique can be applied for analyzing elemental composition of samples under severe environments such as the estimation of impurities in the next generation nuclear fuel material containing minor actinide (MA) and the detection of fuel debris in the post-accident nuclear core reactor of TEPCO's Fukushima Daiichi Nuclear Power Station. For applying LIBS to the analysis of nuclear fuel materials, it is indispensable to identify the emission spectrum and its intensity on impurities intermingled within complex emission spectra of matrix elements such as uranium (U) and plutonium (Pu). In the present study, an echelle spectrometer with a resolving power of 50,000 was employed to identify spectra of plutonium of wavelength ranging from 350 to 670nm. The 465 atomic spectra and 341 ionic spectra can be identified. We have confirmed that the measured wavelength of spectra is consistent with published values.

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