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Ruas, A.; 大場 弘則; 赤岡 克昭; 若井田 育夫
no journal, ,
The laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) is used for the real-time, in situ and remote elemental analysis without any pretreatment. These advantages are available in elemental analysis involving a high-radiation field, such as the post-accident environment inside the TEPCO Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant (F1-NPP), which was seriously damaged by the tsunami on 11 March 2011. A remote analysis technique using optical fiber is adequate for inspecting such a narrow space as the inside of the F1-NPP. Despite the wide application of LIBS to elemental analysis of gas and solid samples, it is difficult to use this method with liquid samples because splashes and ripples that form on the liquid prevent efficient detection of plasma emission in the ablation. However, LIBS using liquid jets would be the most cost-effective technique that is suitable for remote on-line analysis. Zirconium (issued from zircaloy or fuel cladding) is among the major elements of the debris material. In this context, the present study focuses on this element determination in aqueous solutions.
若井田 育夫; 大場 弘則; 宮部 昌文; 赤岡 克昭; 大場 正規; 加藤 政明; Ruas, A.
no journal, ,
文部科学省は、東京電力福島第一原子力発電所の安全な廃止措置等を推進するため、国内外の英知を結集し、安全かつ確実に廃止措置等を実施するための先端的技術研究開発と人材育成を加速する「廃炉加速プラン」を定め、日本原子力研究開発機構に「廃炉国際共同研究センター」を設立した。本講演では、廃炉過程における分析技術の特殊性に焦点を当てるとともに、当該センターで実施されているLIBSによる遠隔計測について紹介する。本計測技術では耐放射線性光ファイバを活用し、レーザー光及びプラズマ発光を同一のファイバに通すことで、簡便な分析ができるよう留意している。これまでに、線量率10kGy/h、積算線量 数MGyにおいても、LIBS計測が可能であることを確認している。また、表面付着物を模擬するため、セシウムの標準溶液をステンレス板上で蒸発乾固させた付着物相当試料を作成し、分析感度の簡易評価を試みた。その結果、検出下限は、放射性セシウム相当で、10
Bq/cm
が得られ、付着物の迅速簡易分析にも適用できる可能性のあることが示唆された。スペクトル解析手法、高放射線場のプラズマ発光特性に及ぼす影響、Zr溶存液体への適用について、関連発表を行う。
大場 正規; 赤岡 克昭; 宮部 昌文; 若井田 育夫; 大場 弘則; Ruas, A.
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LIBSによる核燃デブリ分析には高分解能分光が求められるため、プラズマ発光の高輝度化を目的として、マイクロ波を導入したレーザープラズマ発光特性を測定した。模擬試料として酸化Gdを用い、レーザーパルスのみの場合と比較したところ、大気中での観測スペクトル強度として約4倍を得た。
Ruas, A.; 大場 弘則; 赤岡 克昭; 若井田 育夫
no journal, ,
This work deals with LIBS development, as a rapid, easy and remote analysis technique for monitoring the contaminated aqueous solutions in decommissioning of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (F1-NPS). A new setup using liquid jet was realized for element determination in aqueous solutions. Preliminary results on zirconium determination are shown. The system permits zirconium semi-quantitative determination down to reasonable concentrations (around 20 mg/L).
若井田 育夫; 大場 弘則; 赤岡 克昭; 大場 正規; Ruas, A.; 佐伯 盛久; 宮部 昌文; 池田 裕二*; 作花 哲夫*
no journal, ,
福島第一原子力発電所の廃止措置においては、損傷炉内外の高放射線、水中又は高湿度、狭隘という過酷な環境条件下で燃料デブリや不明物などを遠隔・その場で簡便に分析する手法の開発が求められている。高い放射線環境下では、精密電子機器は動作が困難であり、電気信号に代わって光信号を用いた観察プローブの開発が求められることから、LIBSを中心としたレーザーモニタリング分析手法の開発を実施している。本報告では、ここでは、その一連の取り組みと、最近の成果について報告する。光ファイバを活用したLIBS計測プローブでは、強い放射線によるプラズマ発光への影響を評価した。マイクロ波支援LIBSでは、マイクロ波の遠隔伝送が可能な範囲で本手法の有効性が示された。LIBSの溶液試料への直接適用では、Zr水溶液への計測を試み、重元素であっても成分検出の可能性が示唆された。スペクトル解析技術では、スペクトルを関数化し、その重ね合わせから混合物を評価する手法を導入した。文部科学省廃炉加速化プログラムでは、光ファイバLIBSでのレーザー照射エネルギーの拡大を図るため、ロングパルスレーザー(約100ns)を活用し、発光強度の増大を狙う。
Ruas, A.; 大場 弘則; 赤岡 克昭; 若井田 育夫
no journal, ,
The laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) is used for the real-time, in situ and remote elemental analysis without any pretreatment. These advantages are very interesting for the post-accident environment analysis inside Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant and for monitoring the contaminated aqueous solutions in decommissioning process. Despite the difficulty of using LIBS with liquid samples, the thin-sheet liquid jet can cost-effectively counter balance this issue. The accurate determination of the zirconium concentration, including in aqueous medium, is of prime interest for waste management. In this context, the present study focuses on the zirconium determination in aqueous solutions. The LIBS experimental conditions were optimized, in particular the laser energy and the acquisition delay, to determine the most suited parameters for zirconium analysis in aqueous solution.
若井田 育夫; 大場 弘則; 大場 正規; 松本 歩; Ruas, A.; 利光 正章; 赤岡 克昭; 宮部 昌文
no journal, ,
福島第一原子力発電所廃止措置における炉内分析手法として光ファイバを活用したレーザー誘起発光分光法(ファイバLIBS)を提案し、Zr/U酸化物模擬デブリ試料に適用することで、その場分析への適用の可能性を確かめてきた。より長尺の光ファイバ伝搬における減衰を補償するため、100nsのロングパルスレーザーを導入し、レーザー入力の増大が図れることや、時間積分観測による発光信号の増倍が得られることを確認した。さらに、発光信号の増大を図る目的で、レーザー照射時にマイクロ波を重畳するマイクロ波LIBS法を導入し、大気中においても、約10倍程度の発光量の増加も確かめた。冷却水等に溶存する元素分析については、溶液から液体薄膜を形成し、レーザーを照射することで原子発光を得た。Zr硝酸塩水溶液に適用した結果、ppmオーダーの検出下限が得られることが示された。
Ruas, A.; 松本 歩; 大場 弘則; 赤岡 克昭; 若井田 育夫
no journal, ,
In the context of the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant (F1-NPP) decommissioning process, laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) has many advantages. The purpose of the present work is to demonstrate the on-line monitoring capability of the LIBS coupled with the ultra-thin liquid jet sampling method. The study focuses on zirconium in aqueous solution, considering that it is a major element in the F1-NPP fuel debris that has been subject to only few LIBS studies in the past. The methodology of data acquisition and processing are described. In particular, two regions of interest with many high intensity zirconium lines have been observed around 350 nm in the case of the ionic lines and 478 nm in the case of atomic lines. The best analytical conditions for zirconium are different depending on the analysis of ionic lines or atomic lines. A low LOD of about 4 mg L-1 could be obtained.
Ruas, A.; 松本 歩; 大場 弘則; 赤岡 克昭; 若井田 育夫
no journal, ,
In the context of the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant (F1-NPP) decommissioning process, laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) has many advantages. The purpose of the present work is to demonstrate the on-line monitoring capability of the LIBS coupled with the ultra-thin liquid jet sampling method. The study focuses on zirconium and iron in aqueous solution, considering that these are major elements in the F1-NPP fuel debris.