Laser ablation plasma expansion using microwaves

マイクロ波によるレーザーアブレーションプラズマの膨張

池田 裕二*; Soriano, J. K.*; 大場 弘則  ; 若井田 育夫  

Ikeda, Yuji*; Soriano, J. K.*; Oba, Hironori; Wakaida, Ikuo

本研究では、Zrターゲットの過渡レーザーアブレーションプラズマの膨張を持続させるためにマイクロ波を利用する可能性を調べた。プラズマにマイクロ波を印加することにより、プラズマ発光強度が2桁から3桁増加する顕著な増強が観測された。また、マイクロ波によってプラズマを空気中で維持できる一方で、周囲の空気との相互作用が増大するため、体積膨張に伴って電子温度が10,000Kから3,000Kまで低下することがわかった。これらの結果は、制御された低温での発光とプラズマ形成の促進にマイクロ波が寄与していることを示すものであり、レーザー誘起ブレークダウン分光法の精度と性能向上におけるマイクロ波の可能性を示すものである。これは、事故炉の廃炉作業において、放射性核燃料デブリのような危険物を取り扱う際の重要な利点である。

This study explores the potential of utilizing microwaves to sustain the expansion of transient laser ablation plasma of Zr target. By application of microwaves on the plasma, significant enhancement with a two to three order of magnitude increase in the plasma emission intensity was observed. It was investigated that the electron temperature decreased from 10,000 K to 3000 K with volume expansion owing to increased surrounding air interaction, while the plasma can be sustained in air by using microwaves. These results emphasize the contribution of microwaves in promoting enhanced emission and plasma formation at controlled, low temperature, thereby demonstrating the potential of microwaves to enhance the accuracy and performance of laser-induced breakdown spectroscopy. These also mitigate the generation of toxic fumes and dust during ablation, a critical benefit when handling hazardous materials such as radioactive nuclear fuel debris in the decommissioning of accident nuclear power station.