Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

レーザー分光 / 同位体分析 / 光周波数コム / 光共振器 / キャビティリングダウン分光 / 放射性核種 / CRDS

長半減期放射性核種を分子種ごとに定量分析可能な分析法として、中赤外光周波数コムと高反射率光共振器を利用した高感度レーザー吸収分光法の開発を行う。研究計画の2年目である令和3年度の研究実績を以下に示す。
(1)V字型光共振器光フィードバック法を用いた中赤外半導体レーザーの狭線幅化：　中赤外光周波数コムを周波数参照とした高感度キャビティリングダウン分光を実現するためには、プローブ光源として利用する中赤外半導体レーザーの狭線幅化が不可欠であった。そこで、V字型光共振器を利用した光フィードバック法によるレーザー安定化手法の開発を行った。結果として、100 kHz以下のレーザー線幅を達成し、同時に共振器長を掃引することにより、モードホップフリーで10 GHz近い周波数掃引を可能とした。本成果は現在論文投稿を準備中である。
(2)中赤外光周波数コム-光フィードバック半導体レーザー-光ヘテロダイン干渉法によるレーザー周波数安定化法を開発：　昨年度構築した光ヘテロダイン干渉法による周波数モニタリング体系をベースとして、ビート信号の周波数を一定に保つようにV字型光共振器長にフィードバックする安定化手法の開発を行った。これにより、モードホップフリー掃引範囲（～10 GHz）の範囲で、ビート信号周波数のセットポイントを段階的に変調することにより光周波数コムの安定性・周波数確度をプローブレーザー周波数に持たせることができるようになった。
(3)光周波数コムを利用したキャビティリングダウン分光による複数分子種の吸収スペクトル同時取得：　本研究の最終目標である、複数分子種吸収スペクトルの同時取得に向け、(1)(2)の成果をもとに、最終年度（令和4年度）の実験に向けた準備を行った。具体的には、吸収スペクトル計算に基づき、周波数掃引範囲・ターゲット分子種の決定を行った。

レーザーアブレーション / レーザー誘起共鳴蛍光 / ドップラーフリー分光 / 多段階共鳴励起 / 同位体分析 / カルシウム / 蛍光分析 / 遠隔同位体分析法 / 共鳴蛍光分光 / 共鳴吸収分光 / レーザー分光 / 遠隔分析 / 原子・分子物理 / ドップラーフリー / 飽和吸収分光

廃炉作業で生じる様々な高放射性分析試料に対し、遠隔性（非接触性）があり、速やかに結果の得られる分析法として、レーザーアブレーションとドップラーフリー共鳴蛍光分光を組み合わせた、高分解能分析法の開発を行った。これにより従来のドップラー拡がりのある共鳴分光法に比べて、波長分解能を10倍以上(100MHz）向上させることに成功した。本方法をコンクリート中の天然カルシウム同位体の分析に適用した結果、アバンダンス比が0.6%程度の42Caの検出も可能な感度を有することや、校正曲線の線形性にも問題がないことなどを確認した。

廃炉では様々な核種組成情報が求められるが、分析作業員の被ばく防止や、廃炉作業への分析結果の速やかな反映のため、遠隔性や迅速性のある分析法が求められ、アブレーション共鳴分光の利用が望まれている。しかし、多くの核種では、同位体毎の共鳴波長の差が小さく、ガスでレーザープラズマを冷却しても、ドップラー効果によるスペクトル幅が広く、同位体の識別は難しかった。開発した高分解能アブレーション共鳴蛍光分光法は、従来法に比べて１桁以上波長分解能が高く、廃炉に関係する多くの核種の分析が可能となっており、その社会的意義は大きい。また本方法は、レーザープラズマの精密計測の手法としても利用でき、科学的意義も高い。

【研究分担者】
長谷川秀一	東京大学	大学院工学系研究科(工学部)	教授	(Kakenデータベース)