2005 Fiscal Year Annual Research Report
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17550077
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
香川 喜一郎 福井大学, 教育地域科学部, 教授 (90115296)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
丸山 忠司 福井大学, 大学院・工学研究科・原子力・エネルギー安全工学, 客員教授 (10016868)
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| Keywords | レーザープラズマ / 発光分光分析 / 水素分析 / 重水素分析 / 水素脆化 / 原子炉 |
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| Research Abstract |
1.水素分析に関して
原子炉の燃料被覆管であるジルカロイの水素脆化問題に関連して、レーザープラズマ分析法で水素分析を行なうための最適実験条件を明らかにした。方法は減圧下、高純度窒素雰囲気を用いる方法と、大気圧ヘリユウムガスを用いる方法の2種類の方法で検討を行った。これまでの実験は手作りの真空チャンバーを用いていたため、チャンバー側面に付着した水分子がジルカロイ中水素分析を行う上で妨害となっていたが、今回、本科学研究費を使用して真空チャンバーを製作し、それを用いて実験ができるようになり、精度の高い水素分析が可能となった。また、表面水がある場合、水素と同時に酸素の発光(777.7nm)が検出されるので、この酸素の発光をモニターとして用い、表面水の影響を判断するとともに、たとえ表面水が存在しても、酸素の発光強度を用いて水素発光のうち、表面水からの寄与分を計算でもとめ、水素分析に補正を加える方法を見出した。ジルカロイ中の水素分析をその場分析として行うには、大気圧またはそれ以上のガス圧下での分析法を開発しなければならない。水素は非常に軽い元素であるがゆえに、原子噴出が早く起り、衝撃波が十分立ち上がる前に前方に放出され、衝撃波による原子励起が起らないという問題があり、これによって大気圧での水素のレーザー分析は困難となっていた。今回の研究において、この問題を解決するために、2台のレーザーを用いて、1台を試料のアブレーションに用い、もう一台を、時間差をつけてガスプラズマ発生用に用い噴出した水素をガスプラズマで励起する方法を採用した。この場合、雰囲気ガスとしてヘリユウムガスを用いるのが非常に効果的である。ヘリユウムガスはレーザープラズマ誘起によって多量の準安定状態のヘリユウム原子を作ることができ、これを介して効果的に水素を励起できることが分かった。2台のレーザーとして、アブレーション用には基本波のYAGレーザー、Heガスプラズマを誘起するには、TEA CO2(パルス炭酸ガスレーザー)が有効であることが明らかになった。
2.重水素分析に関して
水素の発光スペクトルと重水素の発光スペクトルはわずか、0.18nmのずれがあるのみで一般には両者を分離してスペクトル分析することは困難である。今回の研究で、Heの減圧雰囲気下でレーザープラズマをつくることで水素・重水素発光のスペクトル幅を狭めることができ、両者を完全に分離してスペクトル計測することが分かった。測定は高分解能のOMAを用いて始めて可能となった。この実験は、インドネシアM.M.M研究センターを訪問して行った。
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