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田村 浩司*; 峰原 英介*; 横山 啓一
no journal, ,
セシウム同位体分離を目指し、セルフインジェクションシード法を用いた同位体分離に適したチタンサファイアレーザーシステムを用い、2光子励起法とレーザー光化学反応を用いた反応プロセスを開発・試験した。反応によりセシウム水素化物の微粒子生成を確認した。レーザー特性,反応生成物,計算によるシミュレーション結果等を報告する。
青山 卓史; 竹田 敏一*; 石川 高史; 岩田 圭弘; 伊藤 主税; 諸橋 裕子
no journal, ,
レーザー共鳴イオン化質量分析法(RIMS)を用いた破損燃料位置検出(FFDL)手法の研究を進めている。RIMSは測定元素を選択的にイオン化し検出するため、微量レベル(pptオーダー)の同位体分析に適している。その第一段階として、「常陽」でキセノン(Xe)及びクリプトン(Kr)ガス(タグガス)を封入したカプセルの炉内クリープ破断実験にRIMSを適用し、カバーガス中のタグガス同位体比の分析によりRIMSがFFDLに適用できることを実証した。また、「常陽」で実施した燃料破損模擬試験にもRIMSを適用し、模擬破損ピンからカバーガスに移行したFPガスの分析に成功し、ガスの燃焼度推定による被疑破損燃料集合体の絞り込みに適用できる可能性を示した。さらに、RIMSを用いたFFDLシステムが「もんじゅ」に適用できることを確認した。
利光 正章; 佐伯 盛久; 大場 弘則; Thornton, B.*; 作花 哲夫*
no journal, ,
光ファイバーを用いたレーザー誘起ブレークダウン分光法(Laser-induced breakdown spectroscopy: LIBS)により、水中の固体試料を元素分析する技術の開発を行った。水中の試料表面に空気を吹き付け、光ファイバーにより伝送したレーザーパルスを試料に照射してアブレーションによるマイクロプラズマを発生させて、試料からの発光を集光して分光分析を行った。鉄, SUS304ステンレス鋼,ジルカロイ-2, 酸化ジルコニウムなどの金属,合金及び金属酸化物の発光スペクトルを、波長730nmから870nm付近において明瞭に観測できた。
岩井 紘基; 中村 保之; 佐野 一哉
no journal, ,
ふげんの炉心は、224本の圧力管及びカランドリア管から成る燃料チャンネル、最大150mmのステンレス鋼製のカランドリアタンクを有する複雑な構造となっている。また炉心の周囲は、放射線遮へいのための最大150mmの炭素鋼製の積層構造から成る鉄水遮へい体を有する。これらの構造物は比較的高いレベルに放射化されており、解体にあたっては構造物からの放射線の遮へいのため水中で遠隔解体を実施する計画である。このため、ふげんの炉心に対して構造や放射能インベントリを考慮して、適切な切断工法を選定することが必要である。これまでに炉心解体に用いる切断工法としてレーザー,プラズマアーク,アブレイシブウォータージェットに絞り込みを行ってきている。しかし、レーザーについては廃止措置に適用実績がなく、近年の開発が目覚ましいことから、気中及び水中でファイバーレーザーを用いて切断試験を行った。これらの試験結果について報告する。
大道 博行
no journal, ,
ナトリウムの光学的特性は20世紀前半から調べられてきた。1930年代にWoodにより紫外線域に透過の可能性があることが指摘された。1960年代には米国オークリッジ国立研究所で精力的な研究が行われたが、厚さ1ミクロン以下のコーティングしたナトリウムの透過率を調べたのみで透過率の詳細は明らかになっていない。近年、大阪大学の福田らによりその重要性が指摘され、それに基づいて筆者らの研究グループではより厚いサンプルを用いた固体ナトリムの真空紫外域の透過スペクトル特性の詳細を調べた。その結果たいへん高い透過率を観測し、透過イメージングにも成功した。これらを踏まえ、期待される応用等について講演する。
Faenov, A.*; 松林 政仁; Pikuz, T.; 福田 祐仁; 神門 正城; 安田 良; 飯倉 寛; 野島 健大; 酒井 卓郎; 塩澤 方浩*; et al.
no journal, ,
The overview of main findings, which clearly demonstrated that the LiF crystal performs efficiently as imaging detector based on optically stimulated luminescence of color centers, generated by neutrons irradiation. It was shown that the obtained neutron images are almost free from granular noises, have spatial resolution of 5 micron, practically linear response with the dynamic range of at least 10
and two holes with less than 0.02 transmittance differences could be distinguished. We propose to use such detector in areas, where a high spatial resolution with a high image gradation resolution is needed.
山田 知典
no journal, ,
レーザーは、遠隔操作性に優れており、厚板切断可能なことや、切断幅の狭さにより粉塵(放射性物質)の排出を抑制できる可能性があることから廃止措置技術の一つとして期待される。レーザー切断プロセスは、溶融金属の排出特性、アシストガスと溶融金属の相互作用など異なる時間、空間的スケールの熱的,機械的,冶金的な相互作用を含むため、定量的な評価は非常に難しい。本報では、切断時の熱流動特性の評価に向けた高精度実験と計算科学による研究を紹介する。
赤木 浩; 笠島 辰也*; 熊田 高之; 板倉 隆二; 横山 淳; 長谷川 宗良*; 大島 康裕*
no journal, ,
We demonstrate nitrogen laser isotope separation without tunable lasers. This method is based on molecular alignment and angular dependent ionization of 
N
and 
N isotopologues. A linearly-polarized short laser pulse creates rotational wave packets in the two isotopologues, which periodically revive as aligned and anti-aligned distributions with different revival times. Another linearly-polarized short laser pulse at a specific time delay ionizes the aligned isotopologue preferentially because of angular dependence of the ionization probability. As the demonstration, the N
and N ion yields were measured as a function of time delay between the alignment and ionization laser pulses. These ion yields show a clear time-delay dependence in the ranges of 0-5 ps and 60-65 ps. The present result indicates that the isotope-selective ionization was realized for the gas mixture without tuning the laser wavelength.
赤岡 克昭; 丸山 庸一郎; 大場 正規; 宮部 昌文; 音部 治幹; 若井田 育夫
no journal, ,
次世代核燃料に含まれる不純物の遠隔分析技術を検証するため、レーザーブレークダウン発光分光(LIBS)を酸化ウラン(U
O
)試料中の微量不純物に適用し、検量線を評価した。アクチノイド不純物の模擬試料として、分光的性質が近似できる微量の酸化ネオジム(NdO)を用いて異なる濃度のNdを含む試料のブレークダウン発光スペクトルを測定し、検量線を決定した結果、R
が0.995以上の良い直線性を持った検量線が得られた。これにより、複雑なスペクトルを持つ母材であるU中に、同様に複雑なスペクトルを有した不純物(Nd)の定量分析が可能であることが示された。
宮部 昌文; 大場 正規; 飯村 秀紀; 赤岡 克昭; 丸山 庸一郎; 大場 弘則; 反保 元伸; 若井田 育夫
no journal, ,
次世代燃料の分析を、燃料に直接触れず、放射化学的な分析法も用いずに行う遠隔レーザー分析法の開発を行っている。ドップラー効果やシュタルク効果を抑えて高感度・高分解能の同位体分析を実現するには、アブレーションプルームの膨脹運動を抑えるとともに、その粒子分布の時間・空間変化や背景ガス圧力との関係を知ることが不可欠である。プルームの膨脹は、アブレーション後約2
秒で止まり、高い励起状態からの緩和によって、その直後に基底状態の原子密度が最大になることがわかった。プルーム構造の詳細な解析から、観測する高さはプルームのリーディングエッジよりやや低い、表面から1.5mmの高さで最も安定した信号が得られることがわかった。得られた実験条件の下で、同位体毎の共鳴光の透過率を測定し、同位体比分析値の分析精度、検量線の直線性、検出下限等を評価した。
反保 元伸; 赤岡 克昭; 大場 弘則; 大場 正規; 丸山 庸一郎; 宮部 昌文; 若井田 育夫
no journal, ,
次世代燃料の遠隔分析技術開発とMOX燃料による実証的研究」において、レーザー誘起発光分光法の高分解能分光特性の向上を図るため、マイクロ波を併用した発光強度の増大特性を取得した。減圧希ガス雰囲気中において出力250Wのパルスマイクロ波をレーザー生成プラズマに同期して印加し、固体試料からの発光スペクトルを観測した結果、1/4波長ループアンテナを使用することにより、レーザー照射のみの場合に比べ、スペクトル強度で20倍以上の増加と、6倍のノイズ低減が可能である照射条件を見いだすことに成功した。
若井田 育夫; 赤岡 克昭; 宮部 昌文; 反保 元伸; 大場 弘則; 大場 正規; 丸山 庸一郎; 音部 治幹; 加藤 政明
no journal, ,
原子力機構では、低除染でマイナーアクチノイド(MA)を含有した次世代MOX燃料を、レーザー分光法により、遠隔で直接、迅速に分析する技術開発を実施している。次世代燃料の分析では、従来の化学分析は、被ばく量,分析廃棄物,コスト,迅速性の問題がある。また、中性子検出法によるPu分析では、MAからの中性子により、手法導入自体が困難視されており、He検出器の価格高騰も問題となっている。そこで、われわれは、レーザー誘起ブレークダウン発光分光法による元素分析と、アブレーション共鳴分光法による同位体分析とを組合せ、迅速分析の適用の可能性を検討した。元素分析では、ウラン酸化物中で100ppm程度の分析が、同位体分析では、800MHzの波長分解能が得られ、ウラン同位体の分析には十分な分解能が確認できた。また、高分解能分光に要求される発光強度の増強手段として、マイクロ波を印加した発光分光の適用性、液体試料の元素分析への適用性についても紹介する。
佐伯 盛久; 利光 正章; 大場 弘則
no journal, ,
レーザー微粒子化を利用した高レベル放射性廃液からの白金族元素分離法を考案し、パラジウム,ロジウム,ルテニウム及びネオジムが溶解した模擬溶液を用いて原理実証実験を行った。1.5mL模擬溶液に等量のエタノールを加え、266nm紫外レーザーを40分照射することにより、模擬溶液中のパラジウム,ロジウム,ルテニウムを選択的に微粒子化し、ネオジムと分離した。サブミクロンサイズまで成長させた白金族元素微粒子をろ過又は遠心分離により回収し、誘導結合プラズマ発光分光法により試料溶液中に残存する金属イオン濃度を分析した。その結果、ネオジムイオン濃度はレーザー照射前と変化しなかったのに対し、パラジウム、ロジウム及びルテニウムイオン濃度はそれぞれ100%, 94-99%, 65-69%減少しており、レーザー微粒子化とろ過又は遠心分離との組合せにより、白金族元素を溶液中から合金微粒子として回収できることを実証した。また、さまざまな実験パラメーターに対する白金族元素の回収率依存性を調べたところ、照射レーザー強度によりパラジウムとロジウムを相互に分離可能なことが示された。
大場 弘則; 佐伯 盛久; 利光 正章; 若井田 育夫; 田邉 里枝*; 伊藤 義郎*
no journal, ,
次世代燃料の遠隔分析技術開発において、レーザー誘起ブレークダウン分光(LIBS)を液体試料に適用し、その性能を確かめた。液体を対象としたLIBSによる元素分析の高感度化を図るため、ノズルから噴出する液体ジェットにより気液界面を形成させ、そこにナノ秒パルスレーザーを集光して発光分光観測への適用について検討した。液体ジェットフローは内径0.52mmのピペットチップあるいはダブルスリットノズルにより形成される膜厚が5
40mの液体シートとした。分析水溶液循環システムを構築し、ナトリウム水溶液のLIBS分析を行い、フロー水柱あるいは液体超薄膜にレーザー光を集光した場合について発光観測状況を調べた。濃度が1ppmのナトリウム水溶液で、液柱フローと液体シートフローとでは発光強度の大きさで5倍以上あり、感度に大きな差があることが示された。液体フロージェットへのレーザー照射位置を最適化して検量線を作成したところ、液柱フローで14ng/mL、液体シートフローでは1.1ng/mLの検出下限を得た。
-rays to nondestructive measurement of nuclear material羽島 良一
no journal, ,
Generation of high-energy photons, X-ray and -ray, is available via laser Compton scattering (LCS), which is a collision of laser photons with a relativistic electron beam. Thanks to recent progress of laser and accelerator technologies, performance of LCS photon sources are improving both in their flux and spectral brightness. We have proposed a LCS -ray source based on an energy-recovery linac and a laser enhancement cavity, which produces a -ray with a flux of 
ph/s in MeV energy region. Since the LCS -ray is energy-tunable and narrow bandwidth, it is an ideal photon source to make nuclear resonance fluorescence (NRF), which is an isotope-specific nuclear reaction and applicable to nondestructive measurement of isotopes. We present R&D status on LCS source development and NRF measurement studies.
寺田 隆哉; 西村 昭彦
no journal, ,
1インチ伝熱管内壁に生じた配管減肉補修のためのレーザークラッディング装置開発に取り組んでいる。これまでに装置全体の設計及び要素の開発、統合を行った。熱源にはQCWファイバレーザーを用いた。1インチ配管内壁へのモックアップ試験を実施したところ、ピークパワー1kW, パルス幅10ms, 周波数7Hz, ワイヤ送給速度2mm/s, 溶接速度2mm/sにおいて良好なクラッディングを行うことに成功した。レーザークラッディングではレーザー光,ワイヤ,母材のすべてを溶接したい箇所1点に集中させる必要があるが、狭隘空間で実施すること困難な課題である。本研究では複合型光ファイバによる配管内の画像観察、母材とワイヤ間の起電力計測により課題を克服した。この技術は軽水炉や新型炉,石油化学プラントの保守保全への応用が期待される。
伊東 富由美; 西村 昭彦; 冨吉 健太郎; 伊藤 主税; 杉山 僚
no journal, ,
原子力機構では、高経年化プラントの検査・補修技術としてレーザー誘起ブレイクダウン分光(LIBS)と、エネルギー伝送と画像伝送が同時に行うことのできる複合型光ファイバを組合せた専用カップリング装置の開発を行った。この装置とレーザーの種類により、配管狭隘部での破損部のレーザー溶接や表面クリーニングの応用研究が進められている。一方この技術を応用し福島第一BWRの炉心溶融事故に適応することを検討している。溶融炉付近では高い放射線下であるため遠隔操作でのモニタリングが重要である。今回は溶融炉までの状況確認のための防水広角スコープの要素技術及び溶融炉の状況確認のためのLIBSの要素技術について報告する。
伊藤 主税; 内藤 裕之; 茶谷 恵治; 西村 昭彦; 杉山 僚; 大場 弘則; 若井田 育夫
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福島第一原子力発電所の燃料デブリの位置や状況の把握を目的として、水中観察とレーザー分光が可能な新型光ファイバプローブを開発している。ファイバスコープ技術とレーザー誘起ブレークダウン分光を用いた遠隔・水中分光技術を組合せ、1010
Sv/hの高放射線環境下で適用できる耐放射線性を備える。センサ先端から1m先の空間分解能1mm、パルスレーザー照射による組成分析を目標とし、防水プローブを試作して、水中観察・分光予備試験によりその成立性を確認した。光ファイバの耐放射線性については、純粋石英コア光ファイバにヒドロキシ基を含有させることにより光ファイバの構造欠陥を修復して放射線による透明度低下を抑制する技術を導入し、光ファイバの照射試験によりその性能を確認した。また、放射線による光信号の伝送損失増加がほとんど見られない近赤外域も利用する。今後は、放射線計測機能も追加したプロトタイプを試作し、開発成果を実証していく。
岩田 圭弘; 伊藤 主税; 原野 英樹*
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高速炉の破損燃料位置検出への適用を目的として、レーザー共鳴イオン化質量分析法(RIMS)を用いたアルゴン中極低濃度クリプトン、キセノン同位体比分析を行っている。高速増殖原型炉「もんじゅ」の仕様を想定して、RIMSに要求される同位体比分析誤差を測定時間1時間以内に系統誤差1%以下、統計誤差(1
)については濃度7pptの核種に対して3%以下と設定した。現状のRIMS分析性能を評価した結果、同位体シフトに起因する系統誤差は補正可能であり、統計誤差についてはクリプトン,キセノンともに測定時間約40分で要求性能を満たしており、高速炉への適用性を実証した。また、クリプトンの時間差イオン化による同重体干渉除去について原理検証を行い、効率は10
-10
程度と得られた。
島田 幸洋*; 西村 昭彦; 鈴木 宏和*
no journal, ,
超短パルスレーザ加工により光ファイバコアに作成したファイバブラッグセンサを実用化するための技術開発について述べる。超短パルスレーザにはチタンサファイヤレーザを使用した。ファイバへの加工には顕微鏡システムを利用した。加工に際しては、レーザ光と同軸で透過光による照明を行った。レーザ光のエネルギーの最適化の実施、炭化ケイ素繊維による強化、反射光スペクトル強度のモニタリングを実施した。2件のシリーズ発表のうち、本発表ではレーザ微細加工の技術についてその詳細を報告する。