Study on application of high-resolution laser plasma spectroscopy to remote isotopic analysis for decommissioning
| Project/Area Number |
23K23279
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| Project/Area Number (Other) |
22H02011 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 31010:Nuclear engineering-related
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
宮部 昌文 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 福島廃炉安全工学研究所 廃炉環境国際共同研究センター, 研究職 (20354863)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長谷川 秀一 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (90262047)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥15,860,000 (Direct Cost: ¥12,200,000、Indirect Cost: ¥3,660,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2022: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000)
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| Keywords | レーザーアブレーション / レーザープラズマ / 遠隔分析 / 同位体分析 / レーザー共鳴分光 / ドップラーフリー分光 / 蛍光分析 / レーザー加工 / 多段階共鳴励起 |
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| Outline of Research at the Start |
廃炉廃棄物等の遠隔分析法として、レーザープラズマ等の共鳴分光により、波長分解能の高い同位体分析法の開発を行う。この方法を様々な廃炉関連物質に適用するため、主要核種による実証試験を行うとともに、レーザー加工時のオンラインモニタ等への応用を図る。また、感度向上のための高出力波長可変レーザーの開発や、遠隔性向上のためのドップラーフリー分光の実証などを通じて、分析性能の向上を目指す。さらに、高励起状態の原子とガス分子の衝突に起因する圧力拡がりや圧力シフトを観測して、原子の置かれた環境を探る応用や、粒子密度や温度の高感度計測への応用を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
福島第一原子力発電所の廃炉では、廃炉作業に伴って発生する燃料デブリや放射性廃棄物をはじめ、様々な放射能を有する分析試料に対して、速やかに分析結果の出せる、遠隔性（非接触性）のある元素・核種組成分析法が求められている。本研究では、同位体シフトの小さい核種にも適用できる遠隔分光分析法として、レーザーアブレーションとドップラーフリー共鳴蛍光分光を組み合わせた、高分解能分析法の開発を行っている。カルシウムで実証したドップラーフリーアブレーション共鳴蛍光法が他の原子にも適用できることを実証するため、これまでに構築したカルシウム原子の共鳴蛍光分光システムに加えて、新たにストロンチウム原子の共鳴蛍光分光用のレーザー光源とその波長制御システムを構築した。この光源によって、ストロンチウムの高効率の２段階励起スキームである460nmと660nmの波長の光が安定して出力され、波長制御が可能であることを確認した。またストロンチウムのアブレーションプルームを用いて、ストロンチウムの第2励起状態からの蛍光信号が観測できることを確認した。また、ネオジムの核種分析に向けてパルス色素レーザーを用いた分光装置を構築した。さらに、本分析法のレーザー加工への応用を図るため、レーザー加工で使用されることの多い高出力ファイバレーザーを導入し、従来のNd:YAGレーザーの光と切り替えて使用できるアブレーション実験装置を構築した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和４年度は３年計画の初年度であり、各種実験のための装置の構築に重点を置いた。ストロンチウムの２段階共鳴励起に適した波長の外部共振器半導体レーザーや、その光をエタロン干渉計に透過させて干渉縞を生じさせ、波長安定化ヘリウムネオンレーザーを用いて作った干渉縞を基準として、フィードバック制御で発振波長を安定化するシステムを構築した。また、レーザー加工時に発生するヒュームを模擬するため、これまでのNd:YAGレーザーによるアブレーション光源に加えて、レーザー加工でよく利用されるファイバーレーザー光源を新たに導入し、フラッパー機能の付いたミラーによって２つの光源を容易に切り替えて、パルス時間などの光源特性の違いが分光特性に及ぼす影響を調べられるアブレーション装置を構築した。また多くの核種への分光分析法の適用を目指して、半導体レーザーよりも広い波長可変範囲を持つパルス色素レーザーを用いた共鳴分光装置を構築した。このことから、当初の計画に沿って、おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度は、開発した波長制御システムによって波長可変半導体レーザーを動作させ、ストロンチウムでドップラーフリー共鳴蛍光分光を行ない、カルシウムによる観測結果との比較・検討を行う。またネオジムについては共鳴イオン化分光により、多段階共鳴励起に適したネオジム原子の高励起準位の探査や励起スキームの選定を行う。また、ファイバーレーザーとYAGレーザーをアブレーション光源にした場合の分光特性の違いを比較する。さらに真空容器の真空度向上のための改造について検討する。
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Report
(1 results)
Research Products
(8 results)
