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2020 年度 実績報告書

光共振器内の吸収飽和現象を利用した革新的な同位体分析法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 18K14162
研究機関名古屋大学

研究代表者

桑原 彬  名古屋大学, 工学研究科, 助教 (50732418)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード同位体分析 / レーザー分光 / 光共振器 / プラズマ / 放射性廃棄物
研究実績の概要

最終年度は、前年度から引き続きキャビティーリングダウン分光法(CRDS: Cavity Ring-Down Spectroscopy)の理論に吸収飽和項を考慮した理論検討を実施した。前年度に開発した計算コードとの比較検討のため、ガウシアンビームプロファイルを考慮した理論式(吸収率を半径方向に積分)を適用した。この理論式では、リングダウン信号の初期飽和状態を決定する理論式として、ラムディップ式を導入することで、プラズマのガウス分布を適切に考慮した理論検討を可能にする。理論式の比較検討の結果、レート方程式に基づくリングダウン信号との差が確認されたが、これはレート方程式のスペクトル形状がローレンツ分布であると仮定されているためと考えられる。リングダウン信号からの吸収プロファイル(ラムディップ)の復元は、(i)初期状態を推測し、(ii)そこからの飽和現象の減衰時間を推測する、ことである。したがって、飽和パラメータと時定数を適切に評価することが高精度化につながる。今回の理論検討により、ガウシアンビームプロファイルを考慮することで、飽和パラメータの高精度な評価が可能となった。
実験については、ラムディップ観測のための初期検討として、初年度に使用したFPレーザーを外部共振型半導体レーザーに変更し、低反射率の平面ミラーによる反射光をプラズマ中で対向させ、ストロンチウム原子の蛍光信号の観測を試みた結果、Sr-88(ストロンチウム)のラムディップ信号を観測することに成功した。本実験においては、平面ミラーを使用したため、蛍光観測点でのレーザーエネルギー密度が低下したことで、他の安定同位体のラムディップ信号がグラウンドノイズに埋もれてしまったが、実験体系の改善により高感度な分析手法となる可能性が示唆された。

研究成果

(3件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Temperature difference between gas species in absorption measurements using diode laser absorption spectroscopy and its effect on temperature reduction2021

    • 著者名/発表者名
      Akira Kuwahara, Yasuaki Aiba, Takuya Nankawa, Makoto Matsui
    • 雑誌名

      Atomic Spectroscopy

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.46770/AS.2021.006

    • 査読あり
  • [学会発表] 同位体分析を目的とした超音速プラズマ中のストロンチウム蛍光スペクトル測定2021

    • 著者名/発表者名
      桑原彬、早川禎一郎、澤田佳代、榎田洋一
    • 学会等名
      日本原子力学会2021年春の年会
  • [学会発表] アークジェットによる運動方向を制御したアルゴンプラズマを対象としたレーザー誘起蛍光分光システムの開発2020

    • 著者名/発表者名
      早川禎一郎、桑原彬、澤田佳代、榎田洋一
    • 学会等名
      日本原子力学会中部支部第52回研究発表会

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公開日: 2021-12-27  

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