| 研究課題/領域番号 |
24K01406
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 |
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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 | 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 |
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研究代表者 |
岩田 圭弘 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, 研究副主幹 (20568191)
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| 研究分担者 |
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)
寺林 稜平 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (10870272)
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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| 研究期間 (年度) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
15,080千円 (直接経費: 11,600千円、間接経費: 3,480千円)
2026年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2025年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2024年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
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| キーワード | レーザープラズマ / ガドリニウム / マイクロ波 / 可視化 / 共鳴吸収 / レーザー分光 / ウラン同位体比 / 共鳴蛍光 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
近年、原子力分野において核物質の平和利用を担保する目的で、ウラン同位体比のその場分析が重要視されている。本研究では、パルスレーザー光を固体試料に照射して生成するプラズマ発光の時間・空間的な挙動を詳細に評価し、プラズマに2本の連続波レーザー光を照射してウラン原子の共鳴蛍光を観測する新しいレーザー分光手法を開発することで、天然ウラン試料に対するその場同位体比分析の実現を目指す。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、ウラン及び模擬試料のガドリニウム等を主な対象元素として、レーザーアブレーションにより生成したプラズマ発光の時間・空間的挙動を解明し、光解離及びマイクロ波起因電子衝撃による酸化物の解離について検証を行っている。2024年度は、主にレーザープラズマとマイクロ波の相互作用解明を目的として、マイクロ波照射レーザープラズマに対するガドリニウム原子の共鳴吸収分光を実施した。大気下で波長532 nmナノ秒パルスレーザーを酸化ガドリニウム焼結試料に集光照射し、発生したレーザープラズマにマイクロ波を照射してプラズマ発光の持続時間をミリ秒程度に長くした。この状態で、ガドリニウム原子の波長422.7 nm遷移に対応した連続波の半導体レーザーを集光照射し、吸収信号の時間変化をオシロスコープで観測した。マイクロ波を照射しない通常のレーザープラズマでは、ガドリニウム原子の酸化とともにレーザーアブレーション後10 μs程度で吸収信号は消滅したが、マイクロ波を照射した条件では吸収信号が消滅後40 μs付近をピークとして再度観測された。これは、レーザーアブレーションからの時間経過で拡散によりプラズマの電子密度が低下した状態でマイクロ波がレーザープラズマ内を伝播することができ、電子衝撃により酸化物が解離されてガドリニウム原子の吸収信号が再度観測されたものと解釈される。また、レーザーアブレーション直後と比較して、マイクロ波照射により吸収信号が観測された時間領域では電場起因のシュタルク拡がりが抑制されて吸収スペクトル幅が狭くなっており、波長分解能が要求される同位体分析に適していると考えられる。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
当初計画では、2024年度～2025年度に①共振器長可変エタロンを用いたプラズマ発光の時間・空間的挙動評価、及び②光解離又はマイクロ波起因電子衝撃による酸化物解離のメカニズム解明を並行して実施することとしており、2024年度は主に②についてガドリニウム原子の共鳴吸収分光を実施してマイクロ波照射による酸化物解離の現象を明らかにしたことから、おおむね順調に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の推進方策については、2025年度に①共振器長可変エタロンを用いたプラズマ発光の時間・空間的挙動評価を主に実施し、2024年度～2025年度の成果をふまえて2026年度に③二重共鳴蛍光を用いた同位体比分析に取り組む予定である。
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