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赤岡 克昭; 宮部 昌文; 音部 治幹; 若井田 育夫
no journal, ,
これまで、元素分析にはレーザーブレークダウン発光分光(LIBS)を、同位体分析にはアブレーション共鳴吸収法を適用し、二つの方法を組み合わせることで核燃料物質等の元素・同位体組成の定量分析ができることを示してきた。しかし、異なる方法を組み合わせる点では煩雑性があった。元素組成、不純物分析と同時計測で、LIBSによる同位体分析が可能となれば、より簡便・迅速な分析が実現できる可能性がある。そこで、スペクトルが比較的単純なマグネシウムを用いた時間分解分光により、LIBSにおけるスペクトル幅の出現特性を観測し、ウラン等の同位体検出の可能性について検討した。その結果、スペクトル広がりの主要因がシュタルク広がりであることが明らかになり、観測遅延時間を遅らせることでドップラー広がり程度まで狭められる可能性があることが示された。ウランに適用すると、ドップラー幅が1/3となることから、2pm以下の幅となることが予想される。以上のことから、観測遅延時間を更に遅らせ、かつ、分光器の分解能を現在の4倍である1/200,000程度とすることで、2pm程度までの同位体シフトを持つウラン やプルトニウムの同位体が観測できる可能性があることが示された。
宮部 昌文; 大場 正規; 赤岡 克昭; 加藤 政明; 若井田 育夫
no journal, ,
高放射性MOX燃料や炉心溶融事故により生成された溶融燃料デブリ等の遠隔・核種分析を実現するため、レーザーアブレーションを利用した吸収分析法の開発を行っている。レーザーアブレーションでは強いパルス光を試料に照射して物質を原子化させるが、発生したプルーム(原子雲)内では雰囲気ガスとの複雑な相互作用の結果、粒子の空間分布が生じ、それが分析性能にも大きく影響する。しかしながら、プルームの大部分を占める発光しない原子の粒子分布はこれまでほとんど知られていなかった。本研究では、プルーム中の発光しない基底状態の原子にレーザー光を共鳴吸収させ、生じた励起原子からの蛍光を高速カメラで観測することにより、詳細な粒子分布とその経時変化をはじめて明らかにした。観測された粒子分布の解析から、多価イオンとして表面からアブレーションされた粒子が、ガスや電子との衝突を繰り返すことで急速に減速されながら、3体再結合反応によって卵の殻のような中性原子の高密度層を形成することが明らかになった。高密度層が出現する時刻や表面からの高さを調べることで、高い分析性能の得られる実験条件を考察した。
大場 正規; 宮部 昌文; 赤岡 克昭; 若井田 育夫
no journal, ,
高放射性MOX燃料や炉心溶融事故で生成された燃料デブリ中のウランやプルトニウムの同位体組成比を非接触・遠隔で直接分析するため、レーザーアブレーション共鳴吸収分光法の開発を進めている。本手法を最適化するためには、アブレーションプルーム中の原子やイオンの分布などを調べることが重要であるが、アブレーションレーザーの焦点位置によるプルームの挙動はほとんど調べられていなかった。そこでレーザー誘起蛍光法により、アブレーションパルスの焦点位置を変化させたときのアブレーションプルームの蛍光画像を酸化Gdを試料として観測した。その結果、プルームは外側に密度が高い殻構造を有しており、また、原子の分布では、殻構造の内部にも構造が認められた。プルームの広がりは、アブレーション光のデフォーカスが大きい場合は縦長であり、焦点が試料表面に近づくにつれて半円形に近づくことが分かった。
若井田 育夫; 赤岡 克昭; 宮部 昌文; 大場 正規; 音部 治幹; 加藤 政明; 伊藤 主税; 西村 昭彦; 大場 弘則; 佐伯 盛久
no journal, ,
レーザー利用分析の原子力分野における応用には、同重体の混入が避けられない同位体の分析、
線, 
線, 低エネルギーX線放出核種の分析、照射済み燃料の分析、核物質の検認、原子炉等の廃止措置における廃棄物サーベイランス、そして福島第一原子力発電所事故に代表される過酷環境下でのその場分析等がある。本報告では、レーザー利用元素・同位体分析法を概説するとともに、元素組成分析にレーザー誘起発光分光法(LIBS)を、Pu/Uの同位体分析にアブレーション共鳴吸収分光を未照射MOX燃料に適用した例と福島第一原子力発電所事故への取り組みについて報告する。MOX燃料の分析では、元素分析では検出下限0.25%、精度2%を、同位体分析では、検出下限30ppm、精度1%を、それぞれ5分間の計測時間で実現した。福島第一発電所事故で生成された溶融燃料デブリ等のその場分析については、耐放射線性光ファイバを活用したLIBSシステムを構築し、高
線環境下でのLIBS計測や、Zr/Uの識別分光を確認した。
大場 弘則; 若井田 育夫; 伊藤 主税; 西村 昭彦
no journal, ,
東京電力福島第一原子力発電所廃炉措置において、溶融落下した燃料デブリの取出しに向けて、その炉内状況を調べることは最重要課題の1つである。原子炉圧力容器・原子炉格納容器内の燃料デブリの位置や状況を把握するためには、高放射線、水中又は高湿度、狭隘といった過酷な環境下における遠隔その場観察技術が要求される。また、高い放射線環境下では精密電子機器の使用は困難である。我々はこの要求に応えるために、可視化(観察)、元素分析、放射線計測の機能を有し、電気信号に代わって光信号を用いた光ファイバ遠隔検知技術開発を進めている。講演では、検知プローブの開発状況について紹介する。
線照射環境下でのレーザー誘起ブレークダウン分光大場 弘則; 佐伯 盛久; 岩撫 暁生*; 若井田 育夫; 伊藤 主税
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東京電力福島第一原子力発電所廃炉措置において、その炉内状況を調べることは最重要課題の1つである。炉内では溶融落下した燃料デブリが水中に沈んでいると予想され、その位置や成分等の情報が廃炉作業を進める上で不可欠である。我々はレーザー誘起ブレークダウン分光(LIBS)と光ファイバ伝送システムを組み合わせて、高放射線環境対応の可搬型ファイバ伝送LIBS装置を開発し、高放射線照射時の光透過特性およびLIBS分析特性を調べた。その結果、高水酸基ドープ耐放射線性ファイバを利用することで、高放射線場でも元素組成分析が可能であることを確認し、本技術の炉内観察への適用性を実証した。