| 研究課題/領域番号 |
23K21087
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| 補助金の研究課題番号 |
21H01858 (2021-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2021-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分31010:原子力工学関連
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
桑原 彬 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (50732418)
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| 研究分担者 |
富田 英生 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (20432239)
澤田 佳代 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 准教授 (90372531)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
採択後辞退 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)
2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円)
2021年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
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| キーワード | 同位体分析 / 共鳴イオン化質量分析 / ウラン / 誘電体バリア放電プラズマ / レーザーアブレーション / プラズマ触媒 / ナノ秒レーザー / 二酸化ウラン / レーザー共鳴イオン化 / 非平衡プラズマ / 誘電体バリア放電 / レーザー共鳴イオン化質量分析 / 質量分析 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
原子力分野の同位体分析では、前処理なしで固体サンプルを直接分析できるレーザー共鳴イオン化質量分析法が開発されてきた。しかし、ウラン同位体分析では、酸化物の原子化において、①酸化物が高融点、②酸化物の収率が支配的、であることからウラン原子収率が他元素に比べ極めて低く、ナノグラム級の分析は困難であった。そこで、本研究では、スパッタリング等の従来法ではなく、非平衡プラズマと触媒を応用した新しいアプローチで、ウラン原子収率を10倍向上させる。さらに、イオン化にプラズマジェット技術を応用し、ガス温度を100K以下に冷却することで、フェムトグラム級のマイナー核種を検出できる精密分析を実現する。
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| 研究実績の概要 |
2023年度は、①二酸化ウランUO2・Al2O3を対象としたレーザーアブレーションによる原子化の検討、②誘電体バリア放電プラズマのプラズマ活性について研究を実施した。
①2022年度より引き続いて実施したUO2レーザーアブレーション実験について、ウラン原子の基底準位5L6からの遷移波長（394.382nm）、低励起準位5K5からの遷移波長（404.268nm）に対して、レーザー吸収分光により吸収スペクトルを取得した。スペクトル解析の結果より、a）ウラン原子の膨張挙動はアルミニウム原子とは異なり、荷電粒子を含む高速成分と中性粒子から成る低速成分の2つのグループに分かれることが確認された。また、b）2つの成分の到達時間の間にスペクトル分裂が出現すること、c）吸収率ピークの通過後に局所熱平衡状態LTEに達し、5K5に28～38%のウラン原子が励起されることを明らかにした。さらに、Al2O3レーザーアブレーション実験では、レーザーの空間走査から得られた柱状密度の分布より、アルミニウム原子でアブレーションプラズマの内部が空洞となる様子が確認された。
②酸化物サンプルの誘電体特性を利用し、サンプル背面にグラウンド電極を設置し、プラズマジェットが減衰することなくサンプル表面に高密度プラズマを誘起できることを明らかにした。具体的には、プラズマジェット中に酸化物サンプルとグラウンド電極を設置してプラズマを生成することで、ジェットから酸化物サンプル（誘電体）、酸化物サンプルからグラウンド電極への放電路が形成されることを見出した。また、アルゴン原子の発光スペクトルよりジェット中の電子密度・電子温度はサンプル表面まで減衰することなく活性状態を維持することが分かった。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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