Development of laser remote spectroscopy for onsite and in-situ analysis of nuclear fuel debris under severe environment

若井田 育夫; 赤岡 克昭; 宮部 昌文; 大場 弘則; 佐伯 盛久; 伊藤 主税; 大場 正規; 加藤 政明

no journal, , 

福島第一原子力発電所の廃炉は、飛散した核分裂生成物や燃料デブリからの高い放射線の影響により、極めて難しい作業となることが予想される。廃炉に関する技術革新やブレークスルーが求められていることから、日本原子力研究開発機構では、廃炉国際共同研究センターを設立し、廃炉技術の基礎・基盤的研究開発を開始した。我々は、光でアクセスし光で観測することを基本コンセプトとし、図に示すような、耐放射線性光ファイバを用いたレーザー誘起発光分光法による燃料デブリの遠隔、迅速、非分離、直接その場分析技術開発をしている。パルスのNd:YAGレーザー基本波は数十mの耐放射線性光ファイバを介して伝送され、レンズで集光して試料に照査される。試料表面で発生したプラズマ発光は、レーザー集光用レンズ及び同一の光ファイバを介して伝送して分光器に入射し、元素特有の発光線を観測する。発光線の波長及びその強度を観測することで、元素識別、おおよその組成が評価可能である。Coを用いた線照射環境下での試験の結果、線量率10kGy/h、累積線量2MGyの過酷環境において、耐放射線性光ファイバの光透過率に大きな変化がみられないこと、レーザー光の伝送でダメージを受けないこと、模擬試料による分光が可能であることを確認した。また、溶融した燃料棒による生成デブリを模擬し、ジルコニウムを含有したウラン酸化物焼結体を試料とした試験の結果、UとZrの識別と、U中のZr成分非の定量分析に成功した。今後は、より詳細な検討を加えて、廃炉に適用できるよう技術開発を進める。