JP4552053B2

JP4552053B2 - ナトリウム漏えい検知方法及び装置

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Publication number: JP4552053B2
Application number: JP2006274260A
Authority: JP
Inventors: 卓史青山; 幸基岡崎; 主税伊藤; 英樹原野; 哲夫井口; 渡辺　　賢一
Original assignee: Nagoya University NUC; Tokai National Higher Education and Research System NUC
Current assignee: Nagoya University NUC; Tokai National Higher Education and Research System NUC
Priority date: 2006-10-05
Filing date: 2006-10-05
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2026-10-05
Also published as: JP2008096104A

Description

本発明は、高速炉等における冷却材ナトリウムの微少な漏えいを検知する方法及び装置に関するものである。

周知のように、高速炉では、冷却材としてナトリウムが使用されており、その漏えい検知は安全確保上重要な問題となっている。近年では、想定される漏えい規模に応じて、さまざまなナトリウム漏えい検知装置が開発されており、それら検知装置が、例えばナトリウムを内蔵する機器や配管からのナトリウム漏えいを監視するために使用されている。特に、微少な漏えいに対しては、ナトリウムを内蔵する機器や配管と保温材との隙間の雰囲気ガスや、それら機器が設置されている室内の雰囲気ガスを、サンプリング配管を通じて検出器に導き、当該検出器により、その雰囲気ガス中に含まれるナトリウムを検出する方法が採用されている。かかる方法に用いる検出器としては、例えば、ナトリウムイオン化検出器、差圧式検出器及び放射線イオン化検出器等が知られている（例えば特許文献１参照）。

上記検出器については、微量のナトリウムを感度良く検出することが要求されるが、その検出原理上、ナトリウムの同位体（²²Ｎａ、²³Ｎａ及び²⁴Ｎａ）を区別して検出できないため、通常、雰囲気ガス中に含まれる微量の塩分粒子（ＮａＣｌ）がバックグラウンドとなり、漏えいナトリウムの検出限界を制限している。
特開２００１−３１１７９３号公報（段落００１１〜００１５）

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、雰囲気ガス中に含まれる塩分の影響を受けないナトリウム漏えい検知方法及び装置を提供することにある。

本発明に係るナトリウム漏えい検知方法は、冷却材ナトリウムの微少な漏えいを検知するための方法であって、検知対象エリアにおける雰囲気ガスをチャンバ内に導入して、当該雰囲気ガスからナトリウムを含むエアロゾルを採取する第１工程と、上記第１工程で採取したエアロゾルに含まれるナトリウムをレーザアブレーションにより原子に分解する第２工程と、分解により生成されたナトリウム原子のみをレーザ照射により選択的に共鳴励起及びイオン化する第３工程と、飛行時間型質量分析法を用いてナトリウムイオンを同位体別に検出し、その検出結果に基づいて冷却材ナトリウムの漏えいを検知する第４工程とを含むことを特徴とするものである。

上記第１工程では、エアロダイナミックレンズによりエアロゾルをビーム状に収束させて、これを上記チャンバ内のターゲットに衝突させることにより、エアロゾルを採取する方式を採用するとともに、上記ターゲットを、上記エアロダイナミックレンズのある一側を向く第１位置から、これと反対の他側を向く第２位置まで１８０度反転可能に構成し、上記第１工程の終了後に、上記ターゲットを上記第１位置から上記第２位置に１８０度反転させて、上記第２工程以降の処理を上記他側で行うようにすることが望ましい。

また、本発明に係るナトリウム漏えい検知装置は、冷却材ナトリウムの微少な漏えいを検知するための装置であって、高真空状態に保たれたチャンバを有する真空装置と、検知対象エリアにおける雰囲気ガスを上記チャンバ内に導入して、当該雰囲気ガスからナトリウムを含むエアロゾルを採取するエアロゾルサンプリング装置と、採取したエアロゾルに含まれるナトリウムをレーザアブレーションにより原子に分解するエアロゾル原子化装置と、分解により生成されたナトリウム原子のみをレーザ照射により選択的に共鳴励起及びイオン化するレーザ共鳴イオン化装置と、飛行時間型質量分析法を用いてナトリウムイオンを同位体別に検出する飛行時間型質量分析装置とを備えることを特徴とするものである。

上記ナトリウム漏えい検知装置において、例えば、上記エアロゾルサンプリング装置は、エアロゾルをビーム状に整流しながら上記チャンバ内に取り込むエアロダイナミックレンズと、上記エアロダイナミックレンズから放出されたエアロゾルを捕集するターゲットとを備え、上記ターゲットが、上記エアロダイナミックレンズのある一側を向く第１位置から、これと反対の他側を向く第２位置まで１８０度反転可能に構成され、上記ターゲットの他側に、上記エアロゾル原子化装置、上記レーザ共鳴イオン化装置及び上記飛行時間型質量分析装置が配置されている。

また、上記ナトリウム漏えい検知装置において、例えば、上記レーザ共鳴イオン化装置は、ナトリウム原子を基底準位から第１励起準位へ共鳴励起する共鳴波長のレーザを出射する第１波長可変レーザシステムと、²²Ｎａあるいは²⁴Ｎａのみを選択的に、第１励起準位から第２励起準位へ共鳴励起する共鳴波長のレーザを出射する半導体レーザと、ナトリウム原子を第２励起準位からイオン化ポテンシャルより高い準位へ共鳴励起する共鳴波長のレーザを出射する第２波長可変レーザシステムとを有し、その各々から出射されたレーザを同軸上に合成して、これをナトリウム原子に照射することにより、²²Ｎａあるいは²⁴Ｎａのみを選択的にイオン化するようになっている。

本発明によれば、検知対象エリアにおける雰囲気ガス（例えば、冷却材ナトリウムを扱う機器や配管周辺の雰囲気ガス）をチャンバ内に導入して、当該雰囲気ガスからナトリウムを含むエアロゾルを採取した後、採取したエアロゾルをレーザアブレーションにより原子に分解し、分解により得られたナトリウム原子をレーザ照射によりイオン化し、その後、飛行時間型質量分析法を用いてナトリウムイオンを同位体別に検出するようにしたので、エアロゾルに含まれるナトリウムの中から、高速炉の機器や配管等から漏れたナトリウム（²²Ｎａあるいは²⁴Ｎａ）を選択的に検出することが可能となり、雰囲気ガス中に含まれる天然ナトリウム（²³Ｎａ）の影響を受けることなく、確実に冷却材ナトリウムの漏えいを検知することができる。

また、本発明においては、ターゲットを１８０度反転可能に構成したので、エアロゾルを採取するエアロゾルサンプリング装置と、採取したエアロゾルから冷却材ナトリウムの漏えいを検知する装置群（エアロゾル原子化装置、レーザ共鳴イオン化装置及び飛行時間型質量分析装置）とを、チャンバ内で互いに反対側に配置することができ、これにより両者間の干渉を回避して装置構成の簡素化を図ることができるとともに、エアロゾルの採取から冷却材ナトリウムの漏えい検知までの一連の処理を円滑に行うことができる。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係るナトリウム漏えい検知装置の一実施形態を示す構成図である。このナトリウム漏えい検知装置１は、高真空状態に保たれたチャンバ７を有する真空装置２と、ナトリウム漏えいの検知対象となる機器や配管周辺の雰囲気ガスを上記チャンバ７内に導入して当該雰囲気ガスからナトリウムを含むエアロゾル１０を採取するエアロゾルサンプリング装置３と、採取したエアロゾル１０を原子に分解するエアロゾル原子化装置４と、分解により生成されたナトリウム原子をレーザ照射によりイオン化するレーザ共鳴イオン化装置５と、飛行時間型質量分析法を用いてナトリウムイオンを同位体別に検出する飛行時間型質量分析装置６とにより概略構成されている。

真空装置２は、真空容器８と真空ポンプ９の組合せにより構成されている。真空容器８は、断面略Ｌ字形に形成され、その内部にはチャンバ７が設けられている。真空容器８の一端面（図中下端面）には、エアロゾルサンプリング装置３のエアロダイナミックレンズ１１（後述）が取り付けられ、これと対向する他端面（図中上端面）には、エアロゾル原子化装置４のパルスレーザ発振器１４（後述）とレーザ共鳴イオン化装置５の波長可変レーザシステム１９（後述）から出力されるレーザ３０，３１をそれぞれチャンバ７内に入射させるためのウィンドウ２７，２８が並設されている。また、チャンバ７内には、後述するターゲット１２、回転機構１８、電極２１、イオンディフレクター２３、イオンリフレクター２４及びイオン検出器２５等が配設されている。
真空容器８には、例えば金属製の容器が用いられ、内部を高真空状態に維持できるようシールドが施されている。また、真空ポンプ９には、例えば、ターボ分子ポンプが用いられている。

エアロゾルサンプリング装置３は、エアロダイナミックレンズ１１とターゲット１２により概略構成されている。エアロダイナミックレンズ１１は、金属製のチューブの中に複数段のオリフィス１３が連なった構造を有し、真空容器８の内外の圧力差を利用することにより、外部のエアロゾル１０をビーム状に整流しながらチャンバ７内に取り込むようになっている。ターゲット１２は、エアロダイナミックレンズ１１から放出されたエアロゾル１０を捕集するためのもので、例えば、タングステン等の金属板により構成されている。ターゲット１２は、回転機構１８により回転可能な状態でチャンバ７内に設置され、エアロダイナミックレンズ１１のある一側（図中下側）を向く第１位置Ｐ１から、これと反対の他側（図中上側）を向く第２位置Ｐ２まで１８０度回転可能に構成されている。本実施形態では、回転機構１８の両側にそれぞれターゲット１２が設けられ、その一方が第１位置Ｐ１に配置されているときに、他方が第２位置Ｐ２に配置されるようになっている。そして、上記他側には、エアロゾル原子化装置４、レーザ共鳴イオン化装置５及び飛行時間型質量分析装置６がそれぞれ設置されている。

エアロゾル原子化装置４は、ターゲット１２上のエアロゾル１０をレーザアブレーションにより原子に分解するもので、パルスレーザ発振器１４、光ファイバ導入光学系１５、光ファイバ１６及び集光レンズ１７等から構成されている。これらは何れも真空容器８の外部に設置され、パルスレーザ発振器１４から出力されたパルス状のレーザ３０が、光ファイバ導入光学系１５、光ファイバ１６及び集光レンズ１７を経由して、ウィンドウ２７からチャンバ７内の第２位置Ｐ２にあるターゲット１２上のエアロゾル１０に照射されるように各々が配置されている。また、集光レンズ１７の焦点は、第２位置Ｐ２のターゲット表面に設定されている。パルスレーザ発振器１４には、例えば、ＱスイッチＮｄ：ＹＡＧレーザ発振器が使用されている。光ファイバ導入光学系１５は集光レンズと位置決め装置を内蔵し、位置決め装置に光ファイバ１６の端部が固定されている。光ファイバ１６には、例えば、石英コアを有するステップインデックス型の光ファイバが用いられている。

レーザ共鳴イオン化装置５は、所定波長のレーザを照射してナトリウム原子のみを選択的に共鳴励起・イオン化するためのレーザ照射部と、ナトリウム原子の周囲に電場を形成するための電場形成部とを備えている。レーザ照射部は、波長可変レーザシステム１９、全反射ミラー２２及び集光レンズ１７により構成され、波長可変レーザシステム１９から出力された共鳴イオン化用のレーザ３１が、全反射ミラー２２及び集光レンズ１７を経て、ウィンドウ２８からチャンバ７内のナトリウム原子に照射されるように各々が配置されている。また、集光レンズ１７の焦点は、レーザアブレーションによりプラズマ３２が生成される位置（第２位置Ｐ２のターゲット表面から離間した位置）に設定されている。波長可変レーザシステム１９としては、例えば、光パラメトリック発振器や色素レーザを含むレーザシステムが使用される。

一方、電場形成部は、電極２１と、該電極２１にパルス電圧を印加するパルス電圧発生器２０とにより構成されている。電極２１は、上記プラズマ３２を間に挟むように所定間隔を配して対向配置された一対の金属板により構成されている。それら金属板は、レーザ３０，３１の光路を遮ることがないよう、ターゲット１２から離間した位置に、ターゲット１２に対して垂直な向きで設置されている。このうち、一方の金属板（パルス電圧発生器２０のマイナス端子に接続された金属板）の中心部には開口部が設けられ、該開口部には金属製のメッシュが取り付けられている。この金属板の後方（外面側）には、飛行時間型質量分析を行うための測定領域が設けられている。

飛行時間型質量分析装置６は、ナトリウムイオンを飛行時間型質量分析法で分析するもので、本実施形態では、イオンディフレクター２３、イオンリフレクター２４及びイオン検出器２５からなる反射型の飛行時間型質量分析装置が用いられ、上記イオン検出器２５には、マイクロチャンネルプレートが用いられている。飛行時間型質量分析装置６は、上記電場でパルス的に加速されたナトリウムイオンがイオン検出器２５に到達するまでに要する時間を検出し、その検出値に基づいてナトリウムイオンを質量別（すなわち同位体別）に検出可能となっている。

次に、上記装置を用いたナトリウム漏えい検知方法の一実施形態について説明する。
このナトリウム漏えい検知方法は、雰囲気ガスからナトリウムを含むエアロゾル１０を採取する第１工程と、採取したエアロゾル１０を原子に分解する第２工程と、分解により得られたナトリウム原子をレーザ照射によりイオン化する第３工程と、飛行時間型質量分析法を用いてナトリウムイオンを同位体別に検出し、これに基づいてナトリウム漏えいを検知する第４工程とからなる。なお、第１工程ではエアロゾルサンプリング装置３、第２工程ではエアロゾル原子化装置４、第３工程ではレーザ共鳴イオン化装置５、第４工程では飛行時間型質量分析装置６がそれぞれ用いられる。

第１工程では、先ず、ナトリウム漏えいの検知対象となる機器や配管（例えば１次系ナトリウムを内蔵する機器や配管など）の周辺の雰囲気ガスが、サンプリング配管２９を通じてエアロダイナミックレンズ１１の内部に導入される。上記機器や配管から微少のナトリウムが漏えいした場合、そのナトリウムが雰囲気中の酸素と化学反応して、Ｎａ₂Ｏ等を主成分とするエアロゾル１０が形成される。また、雰囲気ガスにはＮａＣｌを主成分とする海塩粒子等のエアロゾル１０も含まれている。これらのエアロゾル１０は、エアロダイナミックレンズ１１の内部に設けられた数段のオリフィス１３によって細いビーム状に整流された後、真空容器内部のチャンバ７内に導入される。なお、チャンバ７内は真空ポンプ９によって１０^-3Ｐａ程度の負圧に保たれており、真空容器８の外部は大気圧であるため、その圧力差によりエアロゾル１０が真空容器８の外部からチャンバ７内に導入される。チャンバ７内に導入されたエアロゾル１０は、第１位置Ｐ１に配置されたターゲット１２に衝突し、その全部あるいは一部がターゲット１２の表面に付着する。この際に、エアロゾル１０はエアロダイナミックレンズ１１の作用によりビーム状に絞られた状態でターゲット１２に衝突することとなるので、エアロダイナミックレンズ１１を使用しない場合と比較して、ターゲット表面における単位面積当たりのエアロゾル付着量を増加させることができる。

第２工程では、エアロゾル１０を付着したターゲット１２が回転機構１８により１８０度回転されて第２位置Ｐ２に配置された後、パルスレーザ発振器１４からパルス状のレーザ３０が出射される。このレーザ３０は、光ファイバ導入光学系１５に内蔵された集光レンズで収束された後、光ファイバ１６で伝送され、その後、集光レンズ１７で収束されて、ウィンドウ２７を介して、第２位置Ｐ２にあるターゲット１２の表面に照射される。レーザ照射を受けたターゲット１２の表面上には、レーザアブレーションの現象によって高温のプラズマ３２が形成され、Ｎａ₂Ｏ等の分子構造を有するエアロゾル１０が原子レベルに分解される。

第３工程では、ナトリウム原子を基底準位から主量子数が１５以上のRydberg準位に共鳴励起する共鳴波長を有するレーザ３１が、波長可変レーザシステム１９から出射される。例えば、波長が244.4193，244.0013，243.6597，243.3768，243.1399，242.9395，242.7684，242.6213，242.4937，242.3825，242.1987，242.1223，242.0542，241.9933，241.9386（ｎｍ）等に設定されたレーザ３１が波長可変レーザシステム１９から出射される。このレーザ３１は、集光レンズ１７で収束された後、ウィンドウ２８を介して、第２工程で原子化されたエアロゾル１０に照射される。また、このレーザ照射と同期して、パルス電圧発生器２０から電極２１にパルス電圧が印加されることにより、電極間に電場が形成される。
その結果、エアロゾル１０に含まれていたナトリウム原子は、上記レーザ照射を受けて、基底準位から主量子数が１５以上のRydberg準位に共鳴励起された後、電場の作用により電離してナトリウムイオン３３になる。すなわち、上記共鳴波長を有するレーザ３１により共鳴励起されたナトリウム原子のみが、選択的にイオン化されることとなる。その後、ナトリウムイオン３３は、電場によるクーロン力を受けて加速し、その一部が電極２１に設けられたメッシュを通過して、飛行時間型質量分析装置６の測定領域に飛行していく。

第４工程では、飛行時間型質量分析装置６の測定領域に入射したナトリウムイオン３３を飛行時間型質量分析法で分析する処理が行われる。上記ナトリウムイオン３３は、上記測定領域に入射した後、イオンディフレクター２３によって偏向され、その後、イオンリフレクター２４によって反射され、イオン検出器２５で検出される。ナトリウムイオン３３は上記電場において一定の運動エネルギーが付与されることとなるため、ナトリウムイオン３３は、質量の小さいものほど速く、その飛行時間は、質量の大きいものほど長くなる。したがって、この特性を利用することにより、ナトリウムイオン３３を同位体別に検出することができる。この飛行時間型質量分析装置６によって得られる質量スペクトルの模式図を図２に示す。

ナトリウム同位体としては、²²Ｎａ、²³Ｎａ及び²⁴Ｎａが存在するが、海塩等に含まれる天然のナトリウムは全て²³Ｎａであり、²²Ｎａと²⁴Ｎａは高速炉の１次系ナトリウムに含まれるものである。したがって、天然のナトリウムと、高速炉の機器や配管等から漏れたナトリウムとを区別して検出することができる。なお、高速炉の１次系の²²Ｎａ及び²⁴Ｎａの濃度は、²³Ｎａの濃度よりも８桁〜１０桁小さいと推定されるが、上述したように、検出感度の向上を図っているため、微量の²²Ｎａ及び²⁴Ｎａであっても、それらを感度良く検出することができる。

以上のように、本実施形態によれば、先ず、検知対象エリアにおける雰囲気ガス（例えば、冷却材ナトリウムを扱う機器や配管周辺の雰囲気ガス）をチャンバ７内に導入して、当該雰囲気ガスからからナトリウムを含むエアロゾル１０を採取した後（第１工程）、採取したエアロゾル１０をレーザアブレーションにより原子に分解し（第２工程）、分解により得られたナトリウム原子をレーザ照射によりイオン化し（第３工程）、その後、飛行時間型質量分析法を用いてナトリウムイオンを同位体別に検出するようにした（第４工程）ので、エアロゾル１０に含まれるナトリウムの中から、高速炉の機器や配管等から漏れたナトリウム（²²Ｎａあるいは²⁴Ｎａ）を選択的に検出することが可能となり、雰囲気ガス中に含まれる天然ナトリウム（²³Ｎａ）の影響を受けることなく、確実に冷却材ナトリウムの漏えいを検知することができる。

また、本実施形態においては、ターゲット１２を１８０度反転可能に構成したので、エアロゾル１０を採取するエアロゾルサンプリング装置３と、採取したエアロゾル１０から冷却材ナトリウムの漏えいを検知する装置群（エアロゾル原子化装置４、レーザ共鳴イオン化装置５及び飛行時間型質量分析装置６）とを、チャンバ７内で互いに反対側に配置することができ、これにより両者間の干渉を回避して装置構成の簡素化を図ることができるとともに、エアロゾル１０の採取から冷却材ナトリウムの漏えい検知までの一連の処理を円滑に行うことができる。

すなわち、従来のナトリウム漏えい検知装置においては、エアロゾルサンプリング装置３と、採取したエアロゾル１０から冷却材ナトリウムの漏えいを検知する装置群が、ターゲットに対して同じ側に配置されていたために、両者間で干渉が生じ、採取したエアロゾル１０からナトリウムイオンを生成する間（第２工程から第３工程の間）は、エアロゾルの採取を行うことができず、検知データの採取間隔が長くなるという問題点があった。これに対して、本発明に係るナトリウム漏えい検知装置においては、上述したように、ターゲット１２を１８０度反転可能に構成したので、上記問題点を解消することができ、採取したエアロゾル１０からナトリウムイオンを生成している間も、もう一つのターゲット１２を用いて、エアロゾルの採取を行うことができ、検知データの採取間隔を短縮できるという効果も得られる。

また、本実施形態においては、エアロゾル１０の原子化に、パルスレーザ発振器１４を用い、ナトリウム原子の共鳴励起・イオン化に、波長可変レーザシステム１９を用いるようにしたので、原子化後に共鳴励起・イオン化するタイミングを最適化することが可能となるとともに、原子密度の高い部分に共鳴励起・イオン化用のレーザを照射することが可能となるので、生成するナトリウムイオンの量を増加させることができるという効果が得られる。

なお、以上の実施形態においては、波長可変レーザシステム１９、全反射ミラー２２、集光レンズ１７、電極２１及びパルス電圧発生器２０からなるレーザ共鳴イオン化装置５を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図３に示すようなレーザ共鳴イオン化装置を使用することも可能である。

このレーザ共鳴イオン化装置は、２台の波長可変レーザシステム４１，４２、半導体レーザ４３、全反射ミラー４４、ダイクロイックミラー４５、集光レンズ１７、電極２１及び電圧発生器４６等により構成されている。波長可変レーザシステム４１，４２としては、例えば、光パラメトリック発振器や色素レーザを含むレーザシステムが使用される。半導体レーザ４３は、例えば、２０ＭＨｚ程度の極めて細い波長線幅のレーザを出射する装置である。ダイクロイックミラー４５は透過率及び反射率に波長依存性があるミラーであり、ここでは、異なる波長のレーザを同軸上に合成するために使用される。

このレーザ共鳴イオン化装置において、一方の波長可変レーザシステム（第１波長可変レーザシステム）４１は波長がλ1のレーザを出射し、他方の波長可変レーザシステム（第２波長可変レーザシステム）４２は波長がλ３のレーザを出射する。また、半導体レーザ４３は波長がλ２のレーザを出射する。これら３つのレーザはダイクロイックミラー４５によって同軸上に合成された後、集光レンズ１７で収束され、ウィンドウ２８を介して、原子化されたエアロゾル１０に照射される。

図４は、レーザ照射によりナトリウム原子が共鳴イオン化する過程を模式的に示したものである。この図４に示すように、波長：λ１は、ナトリウム原子を基底準位から第１励起準位へ共鳴励起する共鳴波長に設定されている。波長：λ２は、ナトリウム原子の同位体シフトと超微細構造を考慮して、²²Ｎａあるいは²⁴Ｎａのみを選択的に、第１励起準位から第２励起準位へ共鳴励起する共鳴波長が選定されている。波長：λ３は、ナトリウム原子を第２励起準位からイオン化ポテンシャルより高い準位へ共鳴励起する共鳴波長に設定されている。したがって、エアロゾル１０に含まれていたナトリウム原子は、上記のレーザ照射を受けて、基底準位から第１励起準位へ共鳴励起した後、²²Ｎａあるいは²⁴Ｎａのみが選択的に第２励起準位へ励起し、イオン化される。こうして生成されたナトリウムイオン３３は、図１のレーザ共鳴イオン化装置５と同様に、電場によるクーロン力を受けて加速され、その一部が電極２１に設けられたメッシュを通過して、飛行時間型質量分析装置６の測定領域に飛行していく。ここで、第１励起準位は、例えば３ｐ²Ｐ⁰ _1/2であり、第２励起準位は１４ｓ²Ｓ_1/2である。また、レーザ波長に関しては、例えば、λ１を589.756（ｎｍ）、λ２を約420.032（ｎｍ）、λ３を589.756（ｎｍ）に設定することが可能である。

上記構成からなるレーザ共鳴イオン化装置によれば、²²Ｎａあるいは²⁴Ｎａのみを選択的にイオン化することができる。したがって、後段の飛行時間型質量分析装置６において、²³Ｎａに由来する強い信号が²²Ｎａ及び²⁴Ｎａの検出性能を低下させる現象を防止することが可能となり、²²Ｎａあるいは²⁴Ｎａをさらに感度良く検出することが可能となる。よって、かかるレーザ共鳴イオン化装置を用いたナトリウム漏えい検知装置によれば、雰囲気ガスに含まれる塩分の影響を受けることなく、しかも高感度にナトリウム漏えいを検知することができる。

本発明に係るナトリウム漏えい検知装置の一実施形態を示す構成図である。質量スペクトルの模式図である。レーザ共鳴イオン化装置の変形例を示す構成図である。図３の変形例におけるレーザ共鳴イオン化過程を説明するための模式図である。

符号の説明

１ナトリウム漏えい検知装置
３エアロゾルサンプリング装置
４エアロゾル原子化装置
５レーザ共鳴イオン化装置
６飛行時間型質量分析装置
７チャンバ
１０エアロゾル
１１エアロダイナミックレンズ
１２ターゲット
１８回転機構

Claims

冷却材ナトリウムの微少な漏えいを検知するための方法であって、
検知対象エリアにおける雰囲気ガスをチャンバ内に導入して、当該雰囲気ガスからナトリウムを含むエアロゾルを採取する第１工程と、
上記第１工程で採取したエアロゾルに含まれるナトリウムをレーザアブレーションにより原子に分解する第２工程と、
分解により生成されたナトリウム原子のみをレーザ照射により選択的に共鳴励起及びイオン化する第３工程と、
飛行時間型質量分析法を用いてナトリウムイオンを同位体別に検出し、その検出結果に基づいて冷却材ナトリウムの漏えいを検知する第４工程とを含むことを特徴とするナトリウム漏えい検知方法。
上記第１工程では、エアロダイナミックレンズによりエアロゾルをビーム状に収束させて、これを上記チャンバ内のターゲットに衝突させることにより、エアロゾルを採取する方式を採用するとともに、
上記ターゲットを、上記エアロダイナミックレンズのある一側を向く第１位置から、これと反対の他側を向く第２位置まで１８０度反転可能に構成し、
上記第１工程の終了後に、上記ターゲットを上記第１位置から上記第２位置に１８０度反転させて、上記第２工程以降の処理を上記他側で行うようにしたことを特徴とする請求項１に記載のナトリウム漏えい検知方法。
冷却材ナトリウムの微少な漏えいを検知するための装置であって、
高真空状態に保たれたチャンバを有する真空装置と、
検知対象エリアにおける雰囲気ガスを上記チャンバ内に導入して、当該雰囲気ガスからナトリウムを含むエアロゾルを採取するエアロゾルサンプリング装置と、
採取したエアロゾルに含まれるナトリウムをレーザアブレーションにより原子に分解するエアロゾル原子化装置と、
分解により生成されたナトリウム原子のみをレーザ照射により選択的に共鳴励起及びイオン化するレーザ共鳴イオン化装置と、
飛行時間型質量分析法を用いてナトリウムイオンを同位体別に検出する飛行時間型質量分析装置とを備えることを特徴とするナトリウム漏えい検知装置。
上記エアロゾルサンプリング装置は、エアロゾルをビーム状に整流しながら上記チャンバ内に取り込むエアロダイナミックレンズと、上記エアロダイナミックレンズから放出されたエアロゾルを捕集するターゲットとを備え、
上記ターゲットが、上記エアロダイナミックレンズのある一側を向く第１位置から、これと反対の他側を向く第２位置まで１８０度反転可能に構成され、
上記ターゲットの他側に、上記エアロゾル原子化装置、上記レーザ共鳴イオン化装置及び上記飛行時間型質量分析装置がそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項３に記載のナトリウム漏えい検知装置。
上記レーザ共鳴イオン化装置は、
ナトリウム原子を基底準位から第１励起準位へ共鳴励起する共鳴波長のレーザを出射する第１波長可変レーザシステムと、
²²Ｎａあるいは²⁴Ｎａのみを選択的に、第１励起準位から第２励起準位へ共鳴励起する共鳴波長のレーザを出射する半導体レーザと、
ナトリウム原子を第２励起準位からイオン化ポテンシャルより高い準位へ共鳴励起する共鳴波長のレーザを出射する第２波長可変レーザシステムとを有し、
その各々から出射されたレーザを同軸上に合成して、これをナトリウム原子に照射することにより、²²Ｎａあるいは²⁴Ｎａのみを選択的にイオン化することを特徴とする請求項３に記載のナトリウム漏えい検知装置。