$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Die Raman - Spektroskopie ist als nicht zerstörendes analytisches Verfahren in Bereichen wie Pharmazeutika, Kosmetika, Geologie, Mineralogie, Nanotechnologie, Umweltwissenschaft, Archäologie, Forensik und Kunst Identifikation 1 verwendet. Es ist für die Analyse von Schwingungs-, Rotations- und anderen Niedrigfrequenzmoden in Kristallen oder Molekülen verwendet. Diese Technik ist empfindlich gegenüber Kristallstruktur, die Zusammensetzung, kristallinen Zustand, Temperatur, elektronischen Zustand, Stress, Druck, die Korngröße (vor allem im Fall von nanostrukturierten Kristallite), Einschlüsse und Defekten. Für einzelne Moleküle (gas- oder matrix isolierte Moleküle), ist Raman empfindlich auf chemische Zusammensetzung, die lokale Koordination und elektronische Struktur. Die Tatsache, dass es als elektronisches resonant oder oberflächenverstärkten Spektroskopie-Technik verwendet werden kann, macht es extrem empfindlich für den Nachweis und die Messung von Verbindungen in sehr niedrigen Konzentrationen.
Mit seiner LeichtigkeitEinsatz begrenzt die Probenvorbereitung und die Möglichkeit zur Fernmessung, Raman-Spektroskopie von besonderem Interesse im Nuklearbereich. Es wurde vor kurzem für angewandte Studien von Strahlenschäden (Defekt) in abgebrannten Brennelementen 2, 3, 4, 5, sowie für die Grundlagenforschung auf Actinid Verbundsysteme 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 verwendet, 13, 14, 15. Die große Herausforderung für die Raman-Messung von Kernmaterial ist das inhärente Risiko der Strahlenexposition und Einarbeitung. Diese Risiken können verwaltet werden: für Strahlung durch Abschirmung und fürInkorporation durch Haft. Typischerweise wird ein Eingrenzungssystem wie eine Acrylglas Glove-Box ausreichend Alphastrahler zu beschränken und Schild. Beta und Gamma erfordern zusätzliches hochdichte Abschirmungsmaterial, wie Blei oder Blei-dotiertes Glas. Neutronenemitter müssen aus einem Material bestehen, die Abschirmung der Lage ist, auf einfache Weise Neutronen einzufangen und ist reich an Wasserstoff, wie Wasser oder Paraffin. Bis jetzt sind die meisten Raman - spektroskopischen Messungen von Kernmaterialien in geschirmten Zellen in Fernkonfigurationen, beispielsweise mit Hilfe eines Fernkopf verbunden mit Glasfasern 2, 3, 4, 5, 6, 16, 17 durchgeführt worden ist . Diese Technik ist auch geeignet für die direkte Analyse abgebrannter Brennelemente 2. Leider hat dieser Ansatz einige important Einschränkungen: Die erste ist , dass alle entfernten Teile Raman - Spektrometer in der Zelle , in direkten Kontakt mit dem radioaktiven Material sind sie schnell 18 zu beschädigen und sie in radioaktiven Abfällen umwandelt. Weitere Einschränkungen sind inhärent für die Remote-Technik. Zum Beispiel begrenzt die Verwendung von Faseroptik , die Möglichkeit unterschiedliche Anregungswellenlängen verwendet wird , Konfokalität, Polarisation, usw.
(- USA ORNL) 12, 13, 14, 15 Ein weiterer experimenteller Ansatz wurde in den 1990er Jahren am Oak Ridge National Laboratory entwickelt. Die radioaktive Probe in einem Doppel-Quarzkapillare abgedichtet wurde, selbst in einer dritten Haft bestehend aus einem Borsilikat-Glasröhrchen. Dies ermöglichte die erste Raman-Messung von Actiniden haltigen Spezies. Allerdings hatte die Messung durch ein paar Laien durchgeführt werdenERS gekrümmten Quarz und Borsilikatglas, was ein zu niedriges Signal. Auf diese Weise war es nicht möglich zu erhalten, beispielsweise ein Qualitätsspektrum AmO 2 12. Darüber hinaus Begonnen et al. 12 hatten eine relativ hohe Laserleistung (einige hundert mW) zu verwenden , die die Probe durch lokale Erwärmung beeinflusst haben könnten.
Es sollte möglich sein , all Raman - Spektrometers Merkmale (Anregungswellenlänge, Spektrometers Modus, Polarisation, usw.) zu verwenden , um Schallreferenz Raman - Spektren von Actiniden Verbindungen zu erhalten. Vor diesem Hintergrund haben wir eine neue Technik der lokalen Einkapselung von radioaktiven Proben entwickelt. Es erlaubt die Verwendung eines Standard-nicht-kontaminierten oder Mikro-Raman-Spektrometer zur Messung von Kernmaterial angepasst. Die Verwendung eines Mikroskops für die Raman-Analyse (Mikro-Raman-Spektroskopie oder urs) stellt einen wichtigen Vorteil, dass es nur eine sehr kleine Menge der Probe erfordertwerden richtig beobachtet und gemessen. Grundsätzlich ist eine Probengröße von der Größenordnung von einigen zehn Mikrometern reicht für urs dank der wenigen Mikrometern Ortsauflösung des Mikroskops mit einem 10X oder 50X Ziel ausgestattet. Das Volumen einer Probe 2,500 & mgr; m 2 (von einer 50 x 50 um Grße) an das Mikroskop Belichten, abhängig von der Form, ist etwa 0,1 mm 3, die von etwa 1 mg bis zu einem Gewicht entspricht, mit einer Dichte von 12 g Berücksichtigung / cm 3 (typisch für Aktinide Oxide). Eine 1 - mg - Probe der hochradioaktivem 241 Am setzt den Benutzer auf etwa 50 & mgr ; Sv / h bei 10 cm oder 0,5 & mgr ; Sv / h bei 1 m 19. Diese Niveaus bleiben leicht im Rahmen der gesetzlichen Dosisgrenzwerte, die typischerweise in der Größenordnung von mSv / Tag für die Hände und Zehn uSv / Tag für den Körper 20. Darüber hinaus trennt dieses System auch die Probe aus der atmosphärischen Umgebung, einschließlich hohen Luftfeuchtigkeit oder die Anwesenheit von Sauerstoff. DEPENding auf die Bedürfnisse der Messung von Vakuum kann der Benutzer selbst die beste Atmosphäre bis zu 20 bar, Blind- oder Schutz wählen. Dies ist besonders wichtig während Materialien chemisch reaktiven ihre atmosphärischen Umgebung, wie Actiniden Oxide, Fluoridsalze, Metalle (Oxidation, Reduktion und Reaktion mit Wasser) zu studieren. Die intensive Laserbestrahlung der Probe, benötigt in der Regel für die Raman-Messung verbessert die Kinetik dieser Reaktionen, da die Probe durch den Laser erhitzt werden kann. Diese Reaktionen können durch die Wahl der richtigen Atmosphäre kompensiert werden. Diese Art von Verfahren könnte auch für eine optische Messung über gefährliche Proben, wie Chemikalien oder infektiöse biologische Substanzen hilfreich sein.
Die alpha-Strahlung und atmosphärische tight Raman Probenhalter bestehen aus einem Acrylglaszylinder, 44 mm im Durchmesser und 60 mm lang, in der Achse , von denen ein 15 mm-tiefes Loch gebohrt wird (Abbildung 1). Dieser Teil derKapsel, ist auf einer Seite geschlossen mit einer 2 mm dicken, 20 mm Durchmesser, einer Wellen optisch poliert Silica Fenster verschmolzen ist. Ein 14,9 mm-Durchmesser Acrylglasstab, der Kolben, um die Probe hält, wird in der Kapsel bis zu dem Punkt eingefügt, dass die Probe direkt unter dem Fenster kommt. Die Proben (Pulver oder kleine Fragmente einer Scheibe) auf einer Standard-Aluminium-Stiftstummel im Durchmesser 12,7 mm Halterung mit Hilfe eines doppelseitigen Klebelasche befestigt ist, sich am Ende des Acrylglasstab (der Kolben) fixiert. Der Kolben ist mit einem Sicherungsring ausgestattet ist, das Risiko des Schiebens die Probe und ihren Halters zu weit in das Quarzglasfenster zu vermeiden, die zum Bruch der Kapsel und Dispersion der Radioaktivität im Labor führen könnten. Darüber hinaus kann der Sicherungsring an verschiedenen Positionen eingestellt wird, in einer der Nuten zu diesem Zweck in dem Kolben gebildet, um den Abstand zwischen der Probe und dem Fenster einzustellen. Der Kolben ist außerdem mit einem O-Ring für eine glatte ausgestattet Schiebeder Stange in den Zylinder. Komprimieren des Gases oder der Atmosphäre in dem Zylinder zu vermeiden, während die Stange eingeführt wird, ermöglicht eine Nut in der Innenfläche des Zylinders, die Evakuierung des Gases während des Montagevorgangs. Eine Schraube kann in einem an der Unterseite des Kolbens, um die Stange aus dem Zylinder zu ziehen gebohrt Gewinden befestigt werden. Die Proben können somit nach der allgemeinen zerstörungs Raman-Analyse entfernt werden.
Ein zweiter Probenhalter wird entwickelt, um bis zu 20 bar (2) , um die Raman - Analyse unter einer ausgewählten Atmosphäre durchzuführen. Diese hochdruckbeständigen alpha-Strahlung und gasdichte Halterung Raman Probe besteht aus einem Polyetheretherketon (PEEK) Zylinderkörper 44 mm Durchmesser und 65 mm lang, in dem ein 16-mm-Loch in seiner Achse gebohrt. Dieser Teil der Körper einer Kapsel, ist auf einer Seite geschlossen ist mit einem 3 mm dicken, 12,7 mm Durchmesser, eine Welle optisch poliert unbeschichtetem Quarzglas-Fenster durch ein Metall flan gehaltenge fixiert auf dem Kapselkörper durch Schrauben 6. Dichtheit zu erreichen, liegt das Fenster auf einem O-Ring in einem in dem Körper gemacht Nut platziert. Zum Schutz wird das Fenster vor einem direkten Kontakt mit dem Metallflansch, eine Fluoropolymer Elastomerflachdichtung zwischen jedem von ihnen angeordnet. Die andere Seite der Kapsel wird durch eine andere Metallflansch (Kolbenflansch) geschlossen auch mit Schrauben an der Karosserie befestigt. Der Kolbenflansch ist mit einem Kolben ausgestattet, an deren Ende ein Probenhalter (neben dem Fenster) eingeschraubt ist. Knapp unter dem Probenhalter wird der Kolben mit einem O-Ring in einer Nut platziert ausgestattet, die hohe Druckfestigkeit der Kapsel gewährleistet. Der Kolben wird über die gesamte Länge durch eine Kapillare gebohrte gerade nach dem O-Ring endet, die Dichtheit zu gewährleisten. Es ist beabsichtigt, um das Vakuum oder setzen die Probenkammer unter Druck zu pumpen. Die Probe wird auf dem Probenhalter fixiert die gleiche Art und Weise wie zuvor erläutert. Der Kolbenflansch ist mit einem Adapter an ein 6-mm, aus rostfreiem Stahl Gasrohr ausgestattet, umein Ventil für den Gaseinlass oder Vakuumpump zu koppeln.
Um den äußeren Teil der Kapseln und der Confinement-System zu verbinden, wo die Probe, ohne gespeichert zu brechen, ist der Einschluss, ein gut etabliertes Transferbeutel Technik verwendet. Diese Technik wird vor allem in der Kernindustrie häufig verwendet, um sicher Proben zwischen zwei getrennten Entbindungen zu übertragen. Der trichterförmige Beutel verwendet hier ist speziell für den Einsatz dieser Technik entwickelt. Auf der Probenhalterseite ist das Beutelende förmige Trichter den geringsten Durchmesser passend mit dem Außendurchmesser der Kapsel. Eine Nut und ein Vorsprung auf der äußeren Oberfläche des Zylinders realisiert, um einen engen O-Ring um den Beutel und hält es an seinem Platz zu installieren, und um den Zylinder zu verhindern, zu weit in den Beutel Schiebt, respectively.
Dieses Dokument enthält Angaben über den experimentellen Ansatz, sowie drei repräsentative Beispiel Anwendungen des technik. Ein Beispiel betrifft die Raman-Studie von hochradioaktivem Americium dioxid. Dies ist von besonderem Interesse bei der Untersuchung von An Transmutation in speziellen Kernbrennstoffen bei der Radioaktivität Reduktion von 21 Atommüll langlebiger dem Ziel, 22, 23, 24, aber auch als Ersatz von 238 Pu in Radioisotopengeneratoren für die Stromversorgung von tiefen -Raum Exploration Raumschiff 25. Die Messung dieser hochradioaktivem Material Probe zeigt die Stärke der entwickelten Technik. Das zweite Beispiel befasst sich auch mit einem Material für Transmutations geplant. Es berichtet über eine weitere grundlegende Untersuchung der Raman Merkmale des NPO 2, einschließlich des Einflusses von 17 O - Dotierung, unter Verwendung von drei verschiedenen Anregungswellenlängen und verschiedenen Laserleistungspegeln. Die resultierende Probe Temperatur wurde hier geschätzt, indem die MessVerhältnis zwischen dem Stokes- und Anti-Stokes-Linie Intensitäten mit Hilfe der Spektrometers triple-Konfiguration. Dieser erfolgreiche Test zeigt die instrumentale Flexibilität , die durch diese Technik angeboten wird , und hilft vibronischer Raman - Banden zu identifizieren , die als NpO 2 Fingerabdrücke verwendet werden können. Im letzten Beispiel wurde der vorliegende Ansatz verwendet, um eine Probe aus dem Chernobyl Lava 1986 nach dem Reaktorkernschmelze gebildet genommen Raman abzubilden. Dies zielt auf die Identifizierung der verschiedenen Phasen in dem Material.