SIMS-ラマン同時分析用in-situラマン分光光学系の開発

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K05341
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 小河 浩晃 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 研究職 (10414559)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井岡 郁夫 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 研究職 (10354804)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: SIMS / ラマン分光

Outline of Annual Research Achievements

福島第一原発の廃炉関連の研究では、「炉内材料の腐食劣化挙動評価」や「核燃料デブリの解析」が重要であるが、放射線による分析作業者の被曝低減と作業の効率化が求められている。その評価・解析では、化学形態分析、化学構造分析、同位体分析を実施する必要があるが、これら3種を同時分析できる装置は存在しない。本研究では、同位体分析の得意なSIMSと、化学形態分析と化学構造分析が得意なラマン分光計とをハイブリッド化することを提案する。SIMSに構造的な制約があるため、ラマン分光計の作動距離は、30cm程度（超長距離作動型）必要であると共に、高面分解能が要求され、マイクロフォーカス化が不可欠である。SIMS分析中に、in-situで、リアルタイムで同時に、ラマン分析できれば、両者の不得意部分を補うことができる。本研究では、30cmの超長距離作動型でマイクロフォーカス化が可能なラマン用の光学系を開発し、分析作業者の被曝低減と作業の効率化を図る。H31年度（令和元年度）では、本件開発光学系のSIMS分析系へ導入を想定した光学設計を行い、「光学系-試料表面」間の作動距離を30cm離した「超長距離作動型」の光学系を構築する。また、必要となるレンズ設計を実施し、レンズの製作を行う。レンズ口径を34mmと通常（5mm程度）よりも大きくすることで、レンズ分解能の向上を図り、作動距離30cmで、レーザー光のマイクロフォーカス化を実現する。事前予想では、70umのマイクロフォーカス化が見込まれる。その結果、レーザー光を62um程度まで絞り込むことが出来た。令和2年度では、分光器を使用して、ラマン光の検出を試みる。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

今年度は、当初計画どおりに光学系構築ソフトを使用し、「光学系-試料表面」間の作動距離を30cm離した「超長距離作動型」光学系の構築と構築した光学系に必要となるレンズの設計及び製作まで実施できたことから、おおむね順調に進展したと判断できる。
但し、コロナウイルス感染拡大の影響を受け、構築した光学系の高性能化における設計上の問題発生や物品購入見送り、本事業に係る出張の取り止め及び在宅勤務の実施により、一部に遅れが生じた。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度においては、平成31年度（令和元年度）に構築した光学系を使用したラマン光の取り込みを行い、それを分光器に用いてラマン光の検出を試みる。また、本事業で構築した光学系を所属機関所有のカメカ製SIMSに設置するための幾何学的構成を検討する。

Causes of Carryover

平成31年度（令和元年度）に構築した光学系の高性能化における設計上の問題が生じたため、研究計画の一部を変更し、光学系の開発は、対物レンズ系に限定して進めることとした。これにより支出計画も変更したため次年度使用額が生じた。次年度使用額は、令和2年度分経費と合わせて、光学系の高性能化に係る費用として使用する。