2018 Fiscal Year Research-status Report
レーザーアブレーション放出種の酸化過程の解明：分子発光を利用した新規分析法の確立
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17K14506
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
松本 歩 兵庫県立大学, 工学研究科, 助教 (30781322)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | レーザー誘起ブレークダウン分光法 / ロングパルスレーザー / 分子発光分光 / レーザーアブレーション / レーザープラズマ / 廃止措置 / その場分析 / 微量分析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
福島第一原子力発電所の廃炉現場におけるその場分析技術として、ファイバー伝送レーザー誘起ブレークダウン分光法（LIBS）が注目されている。これまでに、従来よりもパルス幅の長いロングパルスレーザーを導入することで、分子の発光が著しく増大することを見出した。分子の発光は、同位体比の分析や原子発光線の観測が困難な元素の分析に有効であることから、廃炉現場において有用な情報が得られる可能性がある。本研究では、ロングパルスLIBSによる分子発光分光分析の確立を目的として、レーザーアブレーション放出種の酸化過程を調べた。
昨年度、プラズマ発光領域の高速イメージングを行い、ロングパルス特有のプラズマの上昇が分子発光の増大に寄与する可能性を示した。本年度は、特定の波長のみを透過するバンドパスフィルターを通して、空気中のアルミニウムターゲット上で生成したプラズマの発光領域を観測し、アルミニウム原子、酸素原子、AlO分子のそれぞれに対して空間分布を調べた。その結果、ノーマルパルス（6 ns）を用いると、水平方向に膨張したアルミニウム原子の周縁部でAlO分子の発光が観測された。ロングパルス（100 ns）の場合、垂直方向に上昇したアルミニウム原子の底部でAlO分子の強い発光が観測された。この結果は、プラズマの上昇に伴い、周囲の気体がプラズマ底部に流入することで、酸化反応が促進されたことを示唆している。
新たな展開として、液体の微量分析に関する研究を開始した。本研究では、無電解置換析出により金ナノ粒子を修飾したシリコン基板上に試料溶液を滴下し、蒸発乾固させた後にレーザー光を照射した。その結果、5 μLの試料溶液から1 ppm以下のストロンチウムを検出することに成功した。この手法は、廃炉現場で求められる安全かつ簡便で迅速な汚染水のその場分析技術として応用が期待される。
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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
昨年度計画した通り、プラズマ発光領域の高速イメージングにバンドパスフィルターを導入し、異なる発光種の空間分布を取得することに成功した。これにより、ロングパルスレーザーによるアブレーション放出種の酸化過程を視覚的に示すことができた。また、当初予定していた固体試料だけでなく、液体試料の分析にも研究を展開することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
光ファイバーによるレーザー光の伝送において、先頭値の低いロングパルスでは、ファイバーの損傷が抑制され、従来よりも高いエネルギーを伝送することができる。そのため、さらなる信号強度の増大が期待される。そこで、次年度は、レーザー光の照射エネルギーに対する分子発光スペクトルの変化について検討する。また、本年度から開始した液体の微量分析について、実験条件の最適化やメカニズムの解明を試みる。
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| Causes of Carryover |
学会の日程が重なってしまったため、予定していた国際会議に参加できなかった。次年度、液体の微量分析に関する消耗品や成果発表のために使用する。
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Research Products
(7 results)
