Fiber-coupled LIBS analysis using a microchip laser in a harsh environment

過酷環境下でのマイクロチップレーザー適用ファイバー結合LIBS分析

大場 弘則  ; 赤岡 克昭 ; 狩野 貴宏 ; 若井田 育夫  ; 田村 浩司*; 中西 隆造*; 坂本 寛*; 平等 拓範*

Oba, Hironori; Akaoka, Katsuaki; Karino, Takahiro; Wakaida, Ikuo; Tamura, Koji*; Nakanishi, Ryuzo*; Sakamoto, Kan*; Taira, Takunori*

炉心溶融事故を起こした福島第一原子力発電所の廃止措置において、廃炉に向けて損傷した原子炉内の核燃料物質を含む燃料デブリの確認が求められている。損傷炉内は高い放射線、狭隘などの環境にあり、我々は遠隔その場で迅速に分析する手法として、光ファイバー伝送を適用したレーザー誘起ブレークダウン分光(LIBS)技術を提案し、研究開発を進めている。今回の招待講演では、ファイバーの先端にパルスレーザー光源を装備したマイクロチップレーザー適用ファイバー伝送LIBS装置の開発、過酷環境下での活用として高線量率放射線照射中のLIBS実証、100m超遠隔分析の実証、および燃料デブリを模擬したウラン-ジルコニウム-鉄混合物として均一試料および複雑系一試料測定への展開についての成果を紹介する。

Development of remote inspection and elemental analysis methods in a harsh radiation environment is required, such as inspection of the nuclear fuel debris at the bottom of the post-accident nuclear reactor (Tokyo Electric Power Company, Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant). Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) has been utilized as an effective qualitative and quantitative analytical method for elemental analysis. Inspecting the damaged reactor vessels requires a longer fiber-optic (FO) cable, which significantly attenuates the delivered laser energy by absorption and scattering in the fiber. We report on the first trial of our FO-LIBS system using the microchip laser (MCL) to identify and quantify elements in surrogate nuclear fuel debris under gamma irradiation, the results of trials on surrogate debris analysis, containing uranium oxide, using the MCL, and the results of 100 m-long fiber-delivered LIBS.