JP2002526767A

JP2002526767A - 物質中に存在する化学元素の同位体選択的測定方法及び測定システム

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Publication number: JP2002526767A
Application number: JP2000574914A
Authority: JP
Inventors: ロザールコオーク; ヴィーレムヤンセンス; ジャンパウルグラッツ; ベルンドオーカー; ケイニィーマックス
Original assignee: Europaische Gemeinschaft
Current assignee: Europaische Gemeinschaft
Priority date: 1998-10-07
Filing date: 1999-08-24
Publication date: 2002-08-20
Also published as: CA2347401A1; NO20011777D0; EP1119764A1; NO20011777L; WO2000020847A1

Abstract

(57)【要約】【課題】物質、特に放射性物質中に存在する化学元素、特に放射性元素の同位体選択的測定方法および測定装置において、全濃度を測定できるとともに、含まれる元素の同位体組成をできるだけ早く測定できるようにすることを課題とする。【解決手段】測定を目的として、分析対象のサンプルからレーザーアブレーションによってプラズマをサンプルの蒸気クラウドとして発生する光学的発光分光法を、サンプルの蒸気クラウドについてレーザー誘導蛍光励起を行うレーザー誘導蛍光分光法と併用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、物質中に存在する化学元素の同位体選択的測定方法および測定シス
テムに関する。本発明は、例えば放射性の高い廃棄ガラスなどの放射性物質に存
在する特にウランやプルトニウムなどの放射性元素の同位体選択的測定に使用で
きる。また、本発明測定方法および本発明測定システムは、鉱物の年代を決定す
るために、鉛の同位体組成を測定する場合にも使用できる。さらに、本発明は、
放射性物質に存在する特にウランやプルトニウムなどの放射性同位体や元素のい
わゆる遠隔測定、すなわち人体や装置に対する放射能の危険性を最小限に抑える
ために、かなりの距離をおいてこれら同位体や元素を測定することにも関する。

【０００２】

【従来の技術】

劣化核燃料を再処理して、核分裂性物質を回収する再処理プロセスでは、プロ
セスの各工程で放射性廃棄物が発生する。従って、例えば放射性の高い液体廃棄
物（ＨＬＬＷ）をガラス化しても、最終生成物には無視できない量のウランおよ
びプルトニウムが残留する。従来、大量の分析データを収集しようとする場合、
比較的高度な施設で比較的コストをかけない限り、ガラスや他の廃棄物の体系的
なオンライン分析は不可能であった。特に、再処理に従事する作業員やガラス化
施設の側からみた場合、例えば、プルトニウム含量およびウラン含量の両者を分
析できるだけでなく、取り扱いが容易な分析装置によって対応する同位体組成を
分析できることが望まれている。

【０００３】ＤＥ１９５３１９８８Ａ１には、放射性物質に存在するウランやプルトニウム
を測定するために、分析対象のサンプルに装着できる測定ヘッドをもつ、取り扱
いが簡単な装置が開示されている。この公知装置は、純粋な光学的発光分光法を
動作原理とし、比較的簡単な方法で放射性物質に存在するプルトニウムおよびウ
ランの含量を確認できるが、この装置による測定操作を考えた場合、分析対象物
質の同位体比などに関してさらに分析データを収集することはできない。このた
めには別な測定操作が必要になり、コストが望ましくない程高くなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】

すなわち、本発明の目的は、特に放射性元素などの化学元素の含量の分析だけ
でなく、測定操作を新に加えることなく、可能な限り迅速かつ正確に対応する同
位体組成の分析も可能にする、特に放射性物質などの物質に存在する特に放射性
元素などの化学元素の同位体選択的測定方法および測定システムを提供すること
である。

【０００５】

【課題の解決手段】

この目的は、請求項１の方法および請求項６のシステムによって実現できる。
本発明の他の構成については、従属項に記載してある。

【０００６】すなわち、本発明は、物質、特に放射性物質中に存在する化学元素、特に放射
性元素の同位体選択的測定方法において、測定を目的として、分析対象のサンプ
ルからレーザーアブレーションによってプラズマをサンプルの蒸気クラウドとし
て発生するそれ自体公知な光学的発光分光法を、サンプルの蒸気クラウドについ
てレーザー誘導蛍光励起を行なうそれ自体公知なレーザー誘導蛍光分光法と併用
、あるいは組合せて使用することを特徴とする測定方法を提供するものである。

【０００７】レーザーアブレーションを利用する光学的発光分光法（以下ＯＥＳと略記する
）の原理を以下説明する。

【０００８】分析対象のサンプル上で、μｇかそれ以下の量のサンプルをレーザーボンバー
ドメントによりアブレーションすると、これと同時に高レベルのレーザー出力に
より熱励起原子をもつプラズマが発生する。プラズマからの放射線の波長スペク
トルは含まれている元素に固有なスペクトルで、放射線の強度はその元素の濃度
に比例する。プラズマは、周囲圧力および照射レーザーパワーにもよるが、寿命
が約２００〜４００μｓで、発光時間は約２０〜５０μｓである。分光器やその
他の分散素子で放射線を分析すると、サンプルの組成に関する量的情報を得るこ
とができる。検出には、例えば光電子増倍管、フォトダイオード、フォトダイオ
ードアレイ（以下ＰＤＡと略記する）やフォトダイオードパネル（以下ＣＣＤと
略記する）などの光電素子を使用する。感度よく正確な測定を行なうためには、
レーザーパワー、測定のタイミング、測定時間だけでなく、測定操作を行なう圧
力および雰囲気を最適化する必要がある。なお、測定を成功させる基本的な条件
は、特に収束素子や合焦素子を始めとする光学素子すべての慎重な調整であるが
、これが各測定位置に依存する大きな問題になる。

【０００９】これと対照的なレーザー誘導蛍光分光法（以下ＬＩＦと略記する）の原理を次
に説明する。

【００１０】ＬＩＦの場合、既に存在している原子化サンプル蒸気クラウドにおけるある種
の原子の光学的遷移が選択的に励起される。帯域がきわめて狭いレーザーの照射
によって（なお、この場合レーザーの線幅が励起される遷移線幅未満であること
が好ましい）、ある種の原子が励起状態に変移するため、次の崩壊により発生し
、かつ原子濃度に比例する放射線の強度を測定することができる。蛍光の検出は
、ＯＥＳの場合と同様に、例えば光電増倍管などの光電素子を使用して、あるい
は最も簡単に行なう場合にはフォトダイオードを使用して行なう。この場合、Ｐ
ＤＡやＣＣＤによって得られる局所解像については、必ずしも絶対的に必要なも
のではない。ＬＩＦはきわめて感度がよく正確なので、通常は、同位体選択的測
定法に用いられる。ＯＥＳの場合と同様に、ＬＩＦにおいても、測定のタイミン
グ、測定時間だけでなく、測定操作を行なう圧力および雰囲気を最適化する必要
がある。また、必要な光学系の調整についてもＯＥＳと同様なことがいえる。

【００１１】ＬＩＦ法の核心は、波長同調式レーザーを使用して、適正な原子遷移を見つけ
だし、これを励起することを可能にする点にある。このためのレーザーとしては
、例えば、コストは比較的低いが、取り扱いが比較的複雑な色素レーザーなどを
使用することができる。また、小形ではあるが、コストの高いダイオードレーザ
ーを使用することもできる。色素レーザーの場合と同様に、個々のレーザーダイ
オードにとって同調可能でかつ使用可能な波長範囲はそれ程広くないため、所望
の波長およびパワーに従ってダイオードレーザーの形式を選択する。ただし、大
半の種類の原子遷移状態に好適な市販のダイオードレーザーが存在しているため
、これらから選択使用すればよい。なお、ダイオードレーザーは、線幅が従来の
色素レーザーよりも狭いことが多い。

【００１２】本発明では、ＯＥＳにおけるレーザーアブレーションによって発生したプラズ
マが、その存在がＬＩＦにおける光学的遷移の励起にとって必要条件である原子
化サンプル蒸気クラウドとして機能するように上記の２つの測定方法、すなわち
ＯＥＳ測定方法およびＬＩＦ測定方法を併用する。本発明は、ただ１回の測定操
作で、一方ではＯＥＳ測定法によって個々の元素を総濃度を確認でき、また他方
ではＬＩＦ測定法によって分析対象のサンプルの同位体組成を決定できる作用効
果をもつ。

【００１３】本発明方法の場合、異なる２種類の放射線が発生する。第１の放射線は、プラ
ズマによって発光され、かつＯＥＳ手順を実施する分光器に送られる光を含む。
以下この放射線を発光放射線と呼ぶ。第２の放射線は、ＬＩＦ法において励起し
た原子が崩壊すると、サンプル蒸気クラウドによって放射される放射線を含む。
以下この放射線を蛍光放射線と呼ぶ。

【００１４】本発明方法を実施するシステムの構造に応じて、まず発光放射線のＯＥＳ測定
を実施し、この後に始めてＯＥＳで発生したサンプル蒸気クラウドを使用して、
蛍光放射線のＬＩＦ測定を実施することができる。あるいは、ＯＥＳ測定および
ＬＩＦ測定を実質的に同時に行なうことも可能である。測定操作を連続して行な
う場合、発光放射線測定のために予め発生したプラズマが既に実質的に再結合し
た時にのみ、蛍光放射線の測定のために励起を行なうのが特に有利である。

【００１５】ＬＩＦ測定のためにレーザーダイオードを使用する場合、ダイオードレーザー
誘導蛍光分光法と呼ぶことにし、この特定のＬＩＦ法を以下ＤＩＬＦ法と略記す
ることにする。

【００１６】また、本発明は、物質、特に放射性物質中に存在する化学元素、特に放射性元
素の同位体選択的測定システムであって、分析対象のサンプルに第１合焦装置に
よってレーザービームを合焦できるため、ＯＥＳのために発光プラズマをサンプ
ルの蒸気クラウドとして発生できる第１レーザーと、画像形成装置によってプラ
ズマにより発光した放射線の画像を形成できる放射線分析装置とを有する測定シ
ステムにおいて、プラズマの発生空間に第２合焦装置によってレーザービームを合焦できるため
、サンプルの蒸気クラウドのレーザー誘導蛍光励起を可能にする第２レーザーを
設けたことを特徴とする測定システムを提案するものでもある。

【００１７】第２レーザーとしてダイオードレーザーを選択するのが好ましい。本発明シス
テムは、本発明方法を実施するのに特に好適である。

【００１８】本発明システムにおける放射線分析装置は、発光放射線を検出するだけでなく
、蛍光放射線も検出できる。ＬＩＦ測定法における蛍光放射線を検出するために
別な検出装置を設けることは許容できるが、絶対的に必要な装置ではない。放射
線分析装置としては分光器が好ましいが、他の分散素子を使用することも可能で
ある。

【００１９】第１合焦装置および第２合焦装置の光軸については、第１レーザー、すなわち
ＯＥＳ測定を実施するレーザーのレーザービームが実質的に平坦なサンプルにほ
ぼ垂直入射し、かつ第２レーザー、すなわちＬＩＦ測定を実施するレーザーのレ
ーザービームが、サンプル自体に入射することなく、サンプル蒸気クラウドを透
過するように配向しておくのが有利である。このためには、相互に直交するよう
に、第１合焦装置の光軸を垂直に配向し、そして第２合焦装置の光軸を水平に配
向するのが好ましい。この場合、各合焦装置は実質的に同一平面内に位置する。
換言すれば、相互に傾斜していない。

【００２０】レーザーアブレーションを真空中かガス減圧状態で行なうと、アブレーション
後も原子の伝搬方向に変化はない。すなわち、速度（大きさ及び／又は方向）を
変化させる原子間衝突は全くないか、あってもごくわずかである。これは、急速
伝搬しているサンプル蒸気クラウドの中心にある原子がその優先方向を維持して
いることを意味する。より具体的には、サンプルの表面に垂直であることを意味
する。ここで、原子が帯域の狭いレーザー照射によって伝搬方向に垂直に励起し
、これに加えて蛍光が伝搬方向に対して垂直に認められた場合、スペクトル線の
ドップラー幅がきわめて狭くなる。特にレーザーアブレーション効果に関連して
、これは重要である。できるだけ高レベルのスペクトル解像度を実現するために
は、広がるサンプル蒸気クラウドの中心から蛍光を測定する必要がある。これを
実現するには、一方で視準度を密にしたダイオードレーザービームを使用し、他
方で広がるサンプル蒸気クラウドの中心領域の画像を（ｉ）（例えば正面に開口
を形成した）光検出器、（ｉｉ）ガラスファイバーの入射開口または（ｉｉｉ）
分光器の入射スリットにより形成する操作を行なえばよい。なお、最後の（ｉｉ
ｉ）の場合には、入射スリットのスリット側部材が、偏心蛍光領域を遮蔽するこ
とになる。

【００２１】ドップラー幅減少によりスペクトル解像度が向上するため、同位体成分の分離
をより良好に行なうことができる。これは、レーザーアブレーションした場合の
光学的同位体測定の選択性レベルが高くなることを意味する。さらに、全体とし
て、ウランよりも同位体シフトがかなり小さい同位体成分を分離できることも意
味する。

【００２２】 ²³⁵Ｕに関してスペクトル線のドップラー幅減少を初めて観測したのは本発明
者である。広がるアブレーションプラズマ中のレーザー誘導蛍光によって６８２
．８８ｎｍ線のわずかな微小分割までも解像することができた。

【００２３】特に、サンプルに装着できるか、あるいはサンプルに被せて装着でき、しかも
任意に位置決めできる測定ヘッドを測定システムに設けるのが有利である。分析
対象のサンプルの表面積が測定ヘッドのチャンバーの開口よりも大きい場合には
、サンプルそれ自体が測定ヘッドの支持体あるいは支持面になる。この場合、厳
密な意味では、サンプルは測定ヘッドのチャンバー内に位置しないことになるが
、発生するプラズマまたはサンプル蒸気クラウドは確実に測定ヘッドに閉じこめ
られる。サンプルの表面積が測定ヘッドのチャンバーの開口よりも小さい場合に
は、測定ヘッドを逆にして、サンプルに被せて装着するため、なんらかの支持体
または支持面が必要になる。この場合、発生プラズマだけでなく、分析対象であ
る実際のサンプルも測定ヘッド内に設けられることになる。

【００２４】測定ヘッドには第１合焦装置、第２合焦装置および画像形成装置を相互に固定
して設けるため、放射性環境中でこれら光学的素子の調整操作を行なう必要がな
くなる。測定ヘッドは、小形で、扱いやすく、十分に耐久性があるため、光学的
素子を信頼性高く設けることができる。本発明の好適な実施態様では、本測定シ
ステムのごく一部が分析対象のサンプルに接触するにすぎない。レーザーアブレ
ーションによるプラズマ発生および蛍光発光の両者も、そして分析に使用する発
光放射線の取り込みも測定ヘッド内で行なう。例えば、マニピュレーターアーム
によって自由にサンプルに装着される測定ヘッドは、任意の長さの光ファイバー
や電気ケーブルによって測定システムの他の装置に接続できる。放射性サンプル
の場合、これら他の装置は移動可能な一体ユニットとして、放射性エリアから完
全に隔離される。

【００２５】測定システムは全体として移動可能なシステムであり、実験室外部のさまざま
な環境で各種の方法で使用可能である。測定前に、化学的分解操作や他のサンプ
ル作成操作も必要ない。測定時の、第１レーザー、アブレーションレーザーにお
る全アブレーション量は１μｇにも満たない。

【００２６】さまざまな取り扱いができるため、測定ヘッドを使用すると、放射性物質に存
在する特にウランやプルトニウムなどの放射性元素を遠隔測定できる。サンプル
を分析する場合、サンプル表面を広範囲にわたって測定することも可能であり、
またランダムな点において測定操作を実施することも可能である。

【００２７】

【発明の実施態様】

以下、例示を目的として、本発明の実施態様を添付図面について説明する。

【００２８】図１は、本発明測定システムの概略図であり、そして図２は、測定ヘッド１７
の細部を示す図である。

【００２９】排気可能な測定ヘッド１７は自由に位置決めでき、アルミニウムで構成するの
が好ましい。ヘッド内壁は黒く艶消し処理した内壁で、ヘッド形状は直径が約８
ｃｍのほぼ半球形である。ヘッド高さは５ｃｍである。図示の実施態様では、第
１合焦装置１９及び第２合焦装置２９を測定ヘッド壁３１に一体化する。２つの
画像形成装置２８は、それぞれ、直径が１ｃｍの黒く艶消し処理した金属、好ま
しくはアルミニウムのスリーブ内に収容した復レンズ石英光学系で構成する。こ
れらは合焦装置、画像形成装置、視準化装置として機能し、市販のものか、ある
いは独自に製作したものを使用できる（製作は容易である）。測定ヘッド１７に
は、プラズマ発生および測定を促進するアルゴンガスを供給する供給ノズル２０
を設ける。

【００３０】サンプル２３の各形状に応じて、封止リング２２、特にプラスチック封止リン
グを使用して、測定ヘッド１７を表面１８に直接装着できる。サンプル２３は、
設計構成が単純で、かつ測定ヘッド１７、例えば測定ヘッド１７を設定する平滑
な表面に取り付けるサンプルホルダーに等しく保持できる。光学系、すなわち合
焦装置１９、２９および２つの画像形成装置２８の調整は、測定ヘッド１７の組
み立て時に既に終えているので必要ない。

【００３１】できるだけ最適なアブレーション条件および乱されていないプラズマを実現す
るために、２つの供給ノズル２０によりアルゴンガスを測定ヘッド１７に供給し
、測定ヘッド１７を１〜１００ｈａＰａの圧力まで弁２１によって排気する。

【００３２】光導波路１３（波長１，０６４ｎｍ、直径６００μｍ）によって、パルスＮｄ
：ＹＡＧレーザー２（光導波路を組み込んだレーザー、１，０６４ｎｍ、パルス
４０ｍＪｍａｘ．、５〜１０ｎｓ）のプラズマ発生レーザービーム２６を測定ヘ
ッド１７内に直射し、第１合焦装置１９によってサンプル２３の表面に合焦する
。発生したプラズマ２４の発光放射線が２つの画像形成装置２８および２つの光
導波路１４（それぞれ２００μｍファイバー約３５本で構成した光導波路束であ
る）を通って時間分解増感ＣＣＤ検出装置６（以下ＩＣＣＤ検出装置と略記する
）を備えた分光器５に達し、ここで測定される。ＩＣＣＤ検出装置６は、解像度
が少なくとも５７８×３８４画素で、冷却はペルチエ素子および流通冷却器で行
なう。分光器５は、波長範囲が２５０〜７５０ｎｍ、解像度が２０ｐｍかそれ以
上の０．５ｍ分光器である。測定値を読み取り、評価し、かつ測定を開始するた
めに、電気ケーブル１５、好ましくはＢＮＣケーブルによってＩＣＣＤ制御器４
（増感ＣＣＤカメラ）およびＮｄ：ＹＡＧレーザー２に接続した高速パソコン（
ＰＣ）１を使用する。

【００３３】ＩＣＣＤ検出装置６の照明は、プラズマ形成に対してある一定の遅れ時間（μ
ｓ範囲内）が経過した後に始めて行なう。なお、照明時間は約２０〜５０μｓ（
プラズマの光継続時間）である。このために、ＩＣＣＤ制御器４に接続したパル
ス遅延発生器３によって１μｓ〜１ｍｓのパルス遅延時間ＩＣＣＤ検出装置６を
スイッチングする。

【００３４】ＤＬＩＦ励起のために、光導波路を組み込み、流通冷却器を備えたダイオード
レーザー７の狭帯域レーザー光線２７を、測定ヘッド１７に一体化した第２合焦
装置２９を介してサンプル蒸気クラウドに合焦する。このレーザービームは、直
径が２００μｍかそれ以下の光導波路１３ａを通って測定ヘッド１７に達する。
波長調整はダイオードレーザー発振器８によって行なう。ダイオードレーザー７
は連続発振する。

【００３５】本発明の場合、測定は２種類の異なる方法で実施できる。

【００３６】第１の方法では、蛍光放射線を光導波路１４を介して分光器５に送り、ＩＣＣ
Ｄ検出装置６で測定する。発光によるあまりにも強い背景放射を避けるために、
レーザー発生プラズマ２４が十分に再結合した時点で、すなわち約５０μｓ後に
測定を開始する。特に有利な方法では、ＩＣＣＤ検出装置６を使用し、迷光によ
ってダイオードレーザー光線の波長を制御する。この結果、特殊な波長測定装置
が無用になる。

【００３７】第２の方法では、測定ヘッド１７中に一体化した検出装置、好ましくはフォト
ダイオード検出装置２５によってＤＬＩＦ測定を行なう。この場合、検出をより
早い時期に行い、その間に面倒な発光および迷光をＤＬＩＦから変調方法により
分離できる。ダイオードレーザー光線の周波数変調は、周波数発生器または関数
発生器９によって行なう。フォトダイオード３２の対応する振幅変調信号はロッ
ク・イン増幅器１１によってさらに増幅でき、ＰＣインターフェースをもつデジ
タルストレージ型オシロスコープ１０にこの信号を記録し、ＰＣ１に取り込み、
評価する（例えばフーリエ解析する）。この方法の場合、ＩＣＣＤ検出装置６で
測定を行なう場合よりも、より高いレベルの感度を期待できる。

【００３８】図２に円形の破線で示すように、フォトダイオード検出装置（ＰＤＤＥ）２５
は、測定ヘッド１７のヘッド壁３１中に、図面平面の前側か後側のいずれかの側
で一体化できる。この検出装置２５は、直径が２．５ｃｍ、長さが約４ｃｍの金
属スリーブで構成する。検出装置２５は、フォトダイオード３２に加えて、ＤＬ
ＩＦまたは蛍光放射線をフォトダイオード３２に合焦するレンズ系３３を有して
いる。面倒な散乱光や発光光を取り除くために、さらに、フォトダイオード３２
と、本実施例では２枚のレンズからなるレンズ系３３との間に偏光フィルターか
帯域フィルター３４を設ける。プラズマ２４に対するＰＤＤＥ２５の空間的近接
性と大きな直径とにより、高いレベルの集光効率が得られる。これにより、放射
線を通す別な光導波路が必要なくなり、この結果、生じる恐れのある結合損失や
減衰損失を防止でき、ＩＣＣＤ検出装置６を使用するＤＬＩＦ測定の場合よりも
すぐれたレベルの検出効率を実現できる。さらに、ＰＤＤＥ２５を使用すると、
ＯＥＳおよびＬＩＦを同時に測定することが可能になる。

【００３９】図３ａおよび図３ｂに、フォトダイオード３２を使用して、ウラン同位体２３
８Ｕのダイオードレーザー誘導蛍光を測定した結果を示す。図３ａには、ダイオ
ードレーザー７の波長を遷移（破線）に対して１０ｐｍだけ離調（ｄｅｔｕｎｅ
）して純粋な発光測定を行なった場合のオシロスコープで記録した最初の結果を
示す。この測定では、ロック・イン増幅は行なわなかった。

【００４０】測定結果の定量化は、既知濃度のサンプル２３の主成分の強いスペクトル線を
使用する内標準化によってＯＥＳスペクトル内で行なう。同位体選択的ＤＬＩＦ
測定の場合には、定量化は信号の強度レベルから直接行なう。

【００４１】本発明では、図２に示す測定ヘッド１７を例えばグローブボックスやいわゆる
ホットセルなどに設置するため、放射能で汚染される。測定システムの他のすべ
ての構成成分およびガス供給装置、すなわち全構成成分１〜１６については、外
部に設けるので、放射能に暴露されることはない。外部と内部との間のインター
フェースとして働くのは、一部放射能エリア内に設けられる光導波路１３、１３
ａ、１４である。光導波路の長さに制限はない。さらに、測定ヘッド１７は、２
本のプラスチックホース１６（アルゴン供給ホースおよび排気用ホース）および
ＢＮＣ電気ケーブル１５によってフォトダイオード３２に、そして測定システム
に接続する。予備的な真空ポンプ１２によって真空を発生し、１ｈＰａ未満の圧
力まで減圧する。なお、このポンプの吸引力は約５ｍ³／ｈである。

【００４２】新しいサンプル位置を分析するには、測定ヘッド１７を全体として適当なサン
プル位置に装着する。サンプルを動かす必要はないし、また調整も必要ない。直
ちに、測定を新しい位置で開始できる。

【００４３】測定ヘッド１７の寸法は変更可能であるため、使用位置に応じて変更できる。
なお、半球形の形状は、想定されるあらゆる用途に対処できる形状である。

【００４４】しかし、合焦装置１９、２９および画像形成装置２８のプラズマ２４からの間
隔は少なくとも４ｃｍでなければならない。従って、内径の大きさは最低でも４
ｃｍの半径に対応していなければならない。間隔が狭くなると、合焦装置や画像
形成装置の光学系に、アブレーションされたサンプル物質の蒸気が付着し、数百
回の測定後には光学系が不透明になる。

【００４５】測定ヘッド１７の高さについては、存在するレンズ系すべての光軸がサンプル
表面から約１ｃｍの高さで交差するように選択する。

【００４６】レンズ系により、プラズマ２４の１：２画像が光導波路の端部またはフォトダ
イオード３２上に形成する。また、２つのレーザービームを合焦すると、それぞ
れの光導波路の１：１画像がプラズマ２４に形成する。

【００４７】

【発明の作用効果】

最後に、上記実施態様の本質的な作用効果を再度列記する。１．測定ヘッド１７内の密閉環境により、供給ノズル２０からアブレーション
位置に直接流入するアルゴンガスの消費量を最小限に抑えることができる。２．放射性環境に接触するのは測定ヘッド１７のみと、光導波路１３、１３ａ
、１４、電気ケーブル１５およびプラスチックホース１５の一部である。３．放射性環境における測定ヘッド１７の調整操作は不要である。４．測定ヘッド１７の装着場所は実質的に任意である。５．測定ヘッド１７のチャンバー３０は、弁２１によって、平滑なサンプル表
面１８／２３上に封止リング２２を位置決めすることにより排気できる。６．分析操作は、全体として、予め機械的準備や化学的準備をすることなく実
施できる。７．蛍光放射線またはＤＬＩＦまたはＬＩＦ放射線は、ＩＣＣＤ検出装置６と
フォトダイオード検出装置２５の両装置を使用して測定できる。８．フォトダイオード検出装置２５を使用して測定する場合、ＤＬＩＦおよび
ＯＥＳを同時に測定できる。９．フォトダイオード検出装置２５は、レンズ系３３、帯域フィルター３４お
よびフォトダイオード３２を備えたきわめてコンパクトな装置である。１０．分光器５でダイオードレーザー散乱光を波長モニターするため、別な波
長測定装置を使用する必要がなくなる。１１．上記実施態様によるシステム構造全体は搬送が可能であるため、測定位
置を変更する場合には、測定ヘッド１７のみを取り替えるだけでよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】測定操作に必要な測定装置をそれぞれ接続した本発明システムを示す概略図で
ある。

【図２】各部分を一体化した本発明による測定ヘッドの概略図である。

【図３ａ】波長λ＝６８２．８８０−０．０１ｎｍの周波数変調ダイオードレーザービー
ムによる蛍光励起を使用して測定した、ウラン同位体²³⁸Ｕの蛍光測定結果を示
すもので、ＤＬＩＦ使用した場合と、使用しなかった場合のスペクトルを比較し
たグラフである。なお、蛍光放射線を検出するフォトダイオード検出装置と、そ
れぞれレーザーショットをもつオシロスコープとを使用して測定を行い、ＤＬＩ
Ｆについては５０ｋＨｚで振幅変調した。

【図３ｂ】波長λ＝６８２．８８０−０．０１ｎｍの周波数変調ダイオードレーザービー
ムによる蛍光励起を使用して測定した、ウラン同位体²³⁸Ｕの蛍光測定結果を示
すもので、フーリエ解析後の図３ａに示したＤＬＩＦスペクトルの周波数スペク
トルを示すグラフである。

【符号の説明】

１パソコン２Ｎｄ：ＹＡＧレーザー３パルス遅延発生器４ＩＣＣＤ制御器５分光器６ＩＣＣＤ検出器７ダイオードレーザー８ダイオードレーザー発振器９周波数発生器または関数発生器１０デジタル式蓄積型オシロスコープ１１ロック・イン増幅器１２予備的な真空ポンプ１３第２光導波路１３ａ第２光導波路１４第３光導波路１５電気ケーブル１６プラスチックホース１７測定ヘッド１８平滑表面、支持体または分析対象サンプル１９第１合焦装置２０供給ノズル２１弁２２封止リング２３分析対象サンプル２４Ｎｄ：ＹＡＧレーザーアブレーションによって発生した発光プラズマ２５フォトダイオード検出装置２６プラズマ発生レーザーアブレーション２７狭帯域レーザービーム２８画像形成装置２９第２合焦装置３０チャンバー３２測定ヘッド壁３２フォトダイオード３３レンズ系３４偏光フィルターまたは帯域フィルター

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年１２月２２日（２０００．１２．２２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人ＲｕｅＡｌｃｉｄｅｄｅＧａｓｐｅｒｉ，Ｌ−2920 Ｌｕｘｅｍｂｏｕｒｇ，Ｌｕｘｅｍｂｏｕｒｇ (72)発明者グラッツジャンパウルドイツ国，カールスリューヘ 76139，イムアイヒェバウムル 80 (72)発明者オーカーベルンドドイツ国，フィルダーシュタット 70794，カナルストラーセ 19／１ (72)発明者ニィーマックスケイドイツ国，シュヴェルテ 58239，アムヴィゼンベルク２Ｆターム(参考） 2G043 AA01 CA05 EA01 EA10 GA02 HA01 JA03 KA08 KA09 LA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物質、特に放射性物質中に存在する化学元素、特に放射性元
素の同位体選択的測定方法において、測定を目的として、分析対象のサンプル（
１８、２３）からレーザーアブレーションによってプラズマ（２４）をサンプル
の蒸気クラウドとして発生する光学的発光分光（ＯＥＳ）法を、サンプルの蒸気
クラウドについてレーザー誘導蛍光励起を行なうレーザー誘導蛍光分光（ＬＩＦ
）法と併用することを特徴とする測定方法。
【請求項２】レーザー誘導蛍光分光法（ＬＩＦ）にダイオードレーザー（
７）を使用することを特徴とする請求項１の測定方法。
【請求項３】光学的発光分光法（ＯＥＳ）終了後に始めてレーザー誘導蛍
光分光法（ＬＩＦ）を開始することを特徴とする請求項１または２の測定方法。
【請求項４】光学的発光分光法（ＯＥＳ）のために発生したプラズマ（２
４）が実質的に再結合した時に始めてレーザー誘導蛍光分光法（ＬＩＦ）を開始
することを特徴とする請求項３の測定方法。
【請求項５】光学的発光分光法（ＯＥＳ）とレーザー誘導蛍光分光法（Ｌ
ＩＦ）とを同時に行なう請求項１または２の測定方法。
【請求項６】物質、特に放射性物質中に存在する化学元素、特に放射性元
素の同位体選択的測定システムであって、分析対象のサンプル（２３）に第１合
焦装置（１９）によってレーザービームを合焦できるため、光学的発光分光法の
ために発光プラズマ（２４）をサンプルの蒸気クラウドとして発生できる第１レ
ーザー２と、少なくとも一つの画像形成装置（２８）によってプラズマ（２４）
により発光した放射線の画像を形成できる放射線分析装置（５）とを有する測定
装置において、プラズマ（２４）の発生空間に第２合焦装置（２９）によってレーザービーム
を合焦できるため、サンプルの蒸気クラウドのレーザー誘導蛍光励起を可能にす
る第２レーザー（７）を設けたことを特徴とする測定システム。
【請求項７】サンプル（２３）に装着できるか、サンプル（２３）にかぶ
せて装着できる測定ヘッド（１７）を設け、かつ少なくとも発生するプラズマ（
２４）が測定ヘッド（１７）のチャンバー（３０）内に存在するように任意に測
定ヘッド（１７）を位置決めできることを特徴とする請求項６の測定システム。
【請求項８】第１合焦装置（１９）、第２合焦装置（２９）および画像形
成装置（２８）を測定ヘッド壁（３１）中に一体化し、第１の光導波路（１３）
により第１レーザー２を第１合焦装置（１９）に接続し、第２の光導波路（１３
ａ）により第２レーザー（７）を第２合焦装置（２９）に接続し、かつ第３の光
導波路（１４）によって画像装置（２８）を放射線分析装置（５）に接続したこ
とを特徴とする請求項７の測定システム。
【請求項９】測定ヘッド（１７）が、アルゴンガスをチャンバー（３０）
に供給するために少なくとも１つの供給ノズル（２０）を有していることを特徴
とする請求項７または８のシステム。
【請求項１０】測定ヘッド（１７）が、チャンバー（３０）を排気できる
弁（２１）を有していることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項の測定シ
ステム。
【請求項１１】測定ヘッド（１７）が、測定ヘッド（１７）をサンプル（
２３）に装着したときに、あるいは測定ヘッド（１７）をサンプル（２３）にか
ぶせて装着したときに、チャンバー（３０）を環境に対して封止する封止手段（
２２）を有していることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項の測定シス
テム。
【請求項１２】レーザー誘導蛍光励起により生じる蛍光放射線を検出する
検出装置（２５）を設けたことを特徴とする請求項６〜１１のいずれか１項の測
定システム。
【請求項１３】検出装置（２５）がフォトダイオード（３２）と合焦装置
（３３）とを有していることを特徴とする請求項１１の測定システム。
【請求項１４】フォトダイオード（３２）と合焦装置（３３）との間に偏
光フィルターまたは帯域フィルター（３４）を設けたことを特徴とする請求項１
３の測定システム。
【請求項１５】検出手段（２５）を測定ヘッド（１７）中に一体化したこ
とを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１項に準じる請求項１２〜１４のいず
れか１項の測定システム。
【請求項１６】第２レーザーがダイオードレーザー（７）であることを特
徴とする請求項６〜１５のいずれか１項の測定システム。