Application of Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) Analysis to Molten Alloy Production Process

The Review of Laser Engineering Pub Date : 2014-12-01 DOI:10.2184/LSJ.42.12_913

A. Ohzu, Y. Tachi, Y. Arita

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Abstract

わが国では,高速増殖炉(FBR)サイクル技術の研究開発として,日本原子力研究開発機構(JAEA)を中心に「高速増殖炉サイクル実用化研究開発(FaCT: Fast Reactor Cycle Technology Developmentプロジェクト)」を進めてきた.その中で,MOX燃料の利用も含む軽水炉から発生する使用済み核燃料に含まれる長半減期を持つマイナーアクチニド(MA:キュリウム(Cm),アメリシウム (Am)等)を分離回収して,高速炉等で燃焼し,短寿命の核種に変換をする分離核変換の技術開発が行われてきた.2011年3月の東日本大震災以降においても使用済核燃料の環境への負荷を低減する取り組みとして,分離変換に関する研究開発は世界的に進められている.高速炉の炉心に装荷する燃料形態としては,核変換効率,MA の経済的及び効率的な混入,及び再処理での回収効率の面で酸化物燃料よりも優れている金属燃料(MAを含む合金燃料)の利用が検討されている. しかしながら,国内には強い放射能を持つMA合金燃料を製造するための基盤技術が十分に確立されていない.このため,実際のMAを含む燃料または模擬金属を用いて,合金燃料製造に関する基盤技術の研究開発が精力的に実施されている. MA合金燃料の製造にあたっては,1燃料の燃焼効率の低下及び品質劣化のもととなるMAの非均質性,2合金を構成する他の金属よりも蒸気圧が非常に高いAmの取扱い,3不純物として入りやすい酸素混入の改善等, が課題とされている.小さな坩堝を用いた実験室レベルの小規模溶湯装置で少量製造する場合には,これらの影響を抑制して高品質の合金燃料を製造できることが既に確認されている.しかしながら,製造装置の規模がパイロットプラント程度に大きくなった場合には,大型化したことによる坩堝内の温度差の拡大がMAの非均質性,高蒸気圧金属の散逸等の問題を招くことが危惧されている. こうしたMA合金燃料の準実用規模製造過程における坩堝内での合金組成や,溶融状態のその場観測手段として,レーザー誘起ブレークダウン分光分析法(LIBS)を適用し,リアルタイムで坩堝表面及び坩堝から発生する蒸発粒子,ヒューム等の蒸発物の成分を分析することを Special Issue

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激光诱导击穿光谱(LIBS)分析在熔融合金生产过程中的应用

在日本，作为高速增殖反应堆(FBR)循环技术的研究开发，以日本原子能研究开发机构(JAEA)为中心开展了“高速增殖反应堆循环实用化研究开发(FaCT)”Fast Reactor循环技术发展项目”，其中包括利用MOX燃料的轻水反应堆分离回收所产生的乏燃料中含有的长半衰期的锕系元素(MA:钇(Cm)、镅(Am)等)，在快速反应堆中燃烧，寿命短作为2011年3月东日本大地震以后减少已使用核燃料对环境负荷的措施，日本一直在进行分离核转换技术的开发。关于换的研究开发正在世界范围内进行。作为装装在快堆堆芯上的燃料形式，目前正在研究利用金属燃料(含MA的合金燃料)，金属燃料在核转换效率、MA的经济性和效率性混入以及后处理的回收效率方面优于氧化物燃料。然而，日本国内制造具有强放射能的MA合金燃料的基础技术尚未成熟，因此，实际使用含有MA的燃料或模拟金属为此，在合金燃料制造的基础技术的研究开发方面，在制造MA合金燃料时，1 . MA的非均质性导致燃料燃烧效率低下和质量劣化;与构成金的其他金属相比，Am的蒸气压非常高，改善作为3杂质容易进入的氧混入等是目前面临的课题。已经证实，在使用小坩埚的实验室级小规模熔水装置少量制造时，可以抑制这些影响，制造出高质量的合金燃料。当体积增大到像树脂厂那样时，由于体积增大而导致的坩埚内温差的扩大可能会导致MA的非均质性、高蒸汽压金属的耗散等问题。在这种MA合金燃料的准实用规模制造过程中，作为对坩埚内的合金组成和熔融状态的现场观测手段，采用了激光诱发分解光谱分析法(LIBS)适用于实时分析坩埚表面及从坩埚产生的蒸发粒子、休姆等蒸发物的成分的Special Issue

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