Summary
우리는 악기의 방사능 오염없이, 표준 마이크로 라만 분광기와 호환 높은 방사성 샘플의 라만 분광 분석을위한 기법을 제시한다. 우리는 또한 악티늄 화합물 및 조사 된 연료 재료를 사용하여 일부 응용 프로그램을 보여줍니다.
Abstract
핵 물질의 라만 측정에 대한 새로운 접근 방식은이 논문에서보고됩니다. 이것은 대기로부터 물질을 분리 꽉 캡슐 방사성 샘플 인클로저로 구성된다. 캡슐은 선택적으로 20 바까지 가압 선택된 가스로 채워질 수있다. 마이크로 라만 측정은 광학 등급 석영 윈도우를 통하여 수행된다. 이 기술은 분광계는 알파 꽉 봉쇄로 묶어야 할 필요없이 정확한 라만 측정을 가능하게한다. 따라서 다 파장 레이저 여기, 서로 다른 편광 및 단일 또는 트리플 분석기 모드와 같은 라만 분광기의 모든 옵션의 사용을 할 수 있습니다. 측정의 예를 표시하고 설명합니다. 첫째, 고도의 방사성 아메리슘 산화물 샘플 AMO (2)의 일부의 스펙트럼 특성이 제시된다. 그런 다음, 우리는 크게 개선되고 해석되는의 라만 넵투늄 산화물의 스펙트럼 (NPO 2) 샘플을보고반 스톡스 라만 라인을 측정하는 세 개의 다른 여기 파장 17 O 도핑 및 삼중 모드 구성을 사용함으로써. 이 마지막 기능은 시료 표면 온도의 추정을 할 수 있습니다. 마지막 단계는 라만 맵핑에 의해 식별된다 체르노빌 용암의 샘플에서 측정 된 데이터를 나타낸다.
Introduction
라만 분광법 널리 의약품, 화장품, 지질학, 광물학, 나노 기술, 환경 과학, 고고학, 법의학, 예술 식별 한 같은 분야의 비파괴 분석 방법으로 사용됩니다. 이것은 결정 또는 분자, 회전 진동 및 다른 저주파수 모드 분석을 위해 사용된다. 이 기법은 결정 구조, 조성, 결정 상태, 온도 상태, 전자, 스트레스, 압력 (특히 나노 구조화 된 결정자의 경우) 입경, 개재물 결함에 민감하다. 단일 분자 (또는 가스 절연 매트릭스 분자)를 들면, 라만 화학 조성, 로컬 조정 및 전자 구조에 민감하다. 이 전자 공진이나 표면 증강 분광 기술로서 사용될 수 있다는 사실은 매우 낮은 농도에서 화합물의 검출 및 측정이 매우 민감하게.
용이성과 함께사용 제한 샘플 준비 및 원격 측정 가능성, 라만 분광법은 원자력 분야에 특히 관심이다. 이것은 소비 핵연료의 방사선 손상의 적용 시험 (불량)을 위해 최근에 사용 된 2, 3, 4, 5,뿐만 아니라 액티 나이드 화합물 시스템 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12에 기초 연구, 13, 14, 15. 핵 물질의 라만 측정을위한 주요 과제는 방사선 노출과 통합의 고유 한 위험입니다. 차폐에 의해 방사선을 위해, 그리고에 대한 : 그 위험을 관리 할 수 있습니다감금에 의해 설립. 전형적으로, 아크릴 글라스 글로브 박스와 같은 한정 시스템은 한정 쉴드 알파 방출하기에 충분하다. 베타 및 감마는 납 또는 납 도핑 된 유리 같은 추가 고밀도 차폐 재료를 필요로 할 수있다. 중성자 방출 쉽게 중성자 포착 할 수 있으며, 물 또는 파라핀 수소 풍부 같은 재료로 이루어지는 차폐해야한다. 지금까지, 핵 물질의 대부분의 라만 분광 측정은 유리 섬유 2, 3, 4, 5, 6, 16, 17과 연결하여 원격 헤드의 도움으로, 예를 들어 원격 구성에서 차폐 셀에서 수행되었다. 이 기술은 사용 후 핵연료이 직접 분석에도 적합하다. 불행하게도,이 방법은 약간의 메신저가portant 한계 : 셀 내의 모든 원격 라만 분광기 부품 방사성 물질과 직접 접촉하는 제 존재가 빠르게 그 (18)를 손상 및 방사성 폐기물로 변환. 또한 제한은 원격 기술에 내재 있습니다. 예를 들면, 광섬유를 사용하는 등 상이한 여기 파장 confocality 편광을 이용하는 가능성을 제한
(- 미국 ORNL) 12, 13, 14, 15 또 다른 실험 방법은 오크 리지 국립 연구소에서 1990 년대에 개발되었다. 방사성 샘플 이중 석영 모세관에 밀봉하고, 그 자체는 붕규산 유리 튜브로 이루어진 제 한정 배치. 이 액티 나이드 함유 종의 첫번째 라만 측정을 허용했다. 그러나, 측정은 몇 평신도를 통해 수행되어야했다곡선 석영, 붕규산 유리의 ERS, 너무 낮은 신호를 얻었다. 이러한 방식으로, 예를 들면, 아모 2 (12)의 품질의 스펙트럼을 얻을 수 없었다. 또한, 등 알 착수. 도 12는 로컬 가열하여 샘플에 영향을 미칠 수있는 비교적 높은 레이저 파워 (수백 Mw)이 사용했다.
이 액티 나이드 화합물 사운드 참조 라만 스펙트럼을 얻기 위해 모든 라만 분광 특성 (여기 파장 분광계 모드, 편파 등)를 이용하는 것이 가능해야한다. 이러한 관점에서, 우리는 방사성 샘플의 지역 캡슐화하는 새로운 기술을 개발했다. 그것은 핵 물질의 측정을위한 표준 비 오염 또는 사용자 정의 마이크로 라만 분광기의 사용을 허용한다. 이 샘플의 매우 작은 양을 필요로한다는 점에서 라만 분석 (마이크로 라만 분광법, 또는 μRS)에 대한 현미경의 사용은 중요한 이점을 제공한다관찰하고 적절하게 측정 할 수 있습니다. 기본적으로, 마이크로 미터 수십 정도에 이르기까지의 샘플 크기는 10 배 또는 50 배 대물 렌즈를 구비 한 현미경의 몇 마이크로 미터 공간 분해능 덕분 μRS 충분하다. 현미경으로 2,500 ㎛의 2 (50 × 50 ㎛의 크기) 노광 시료의 체적, 형상에 따라 / 12 g의 농도를 고려하여, 약 1 mg의 중량에 해당하는 약 0.1 mm 3 인 cm 3 (악티니드 산화물에 대한 일반). 높은 방사선 암 (241)의 1 mg의 샘플 1m 19에서 10cm 0.5 마이크로 시버트 / h로 약 50 마이크로 시버트 / h의 사용자에게 공개한다. 이 수준은 일반적으로 마이크로 시버트의 손과 수만 mSv를 / 일의 순서에 법적 선량한도 내에서 쉽게 유지 / 일 몸 20. 또한,이 시스템은 또한 높은 습도 또는 산소의 존재를 포함하는 대기 환경으로부터 샘플을 분리. 에 의존적땡 측정의 요구에, 진공에서, 사용자는 심지어 반응 또는 보호 20 바까지 최고의 분위기를 선택할 수 있습니다. 액티 나이드 산화물, 불화물 염, 금속 (물을 산화, 환원 반응)과 같은 자신의 대기 분위기와 화학적 반응성 물질을 연구하는 동안 특히 중요하다. 샘플을 레이저에 의해 가열 될 수 있기 때문에 일반적으로 라만 측정에 필요한 샘플의 강렬한 레이저 조사는, 그 반응의 반응 속도를 향상시킨다. 이러한 반응은 올바른 분위기를 선택하여 보상 할 수 있습니다. 절차의이 유형은 또한 화학 물질이나 감염 생물학적 물질 등의 유해 시편의 모든 광학 측정에 도움이 될 수 있습니다.
알파 방사선 대기 꽉 라만 샘플 홀더를 15 ㎜의 깊이 구멍 (도 1)을 천공하는 축선에 아크릴 유리 실린더 직경 44mm 및 길이 60mm로 구성. 이 부분의캡슐은, 두께 2 ㎜, 직경 20mm, 한 파장 광학 연마 용융 실리카 창으로 한쪽에 폐쇄된다. 샘플을 잡고 14.9 mm 직경 아크릴 글라스로드 플런저는 시료 바로 아래에 오는 윈도우 지점 캡슐까지 삽입된다. 샘플 (디스크의 분말 또는 작은 단편) 표준 알루미늄 핀 스텁 양면 접착 탭의 도움으로 고정하여 직경 12.7 mm 마운트 자체는 아크릴 유리로드 (플런저)의 단부에 고정. 플런저는 실험실에서 캡슐 방사능의 분산액의 파괴로 이어질 수있는 용융 실리카 창으로 너무 멀리 샘플 홀더 추진의 위험을 방지하기 위해 외부 원형 클립 장착된다. 또한, 상기 외부 원형 클립은 시료와 창 사이의 거리를 조정하기 위해서, 상기 플런저에 그 목적을 위해 만들어진 홈의 하나에, 다른 위치에 설정 될 수있다. 플런저는 매끄러운 슬라이딩하는 O 링이 장착되고실린더의로드. 로드를 삽입 할 때 실린더 내의 가스 분위기를 피하기 위해 압축 실린더의 내면에 홈이 설치 과정 동안 가스의 배출을 허용한다. 나사 실린더 밖으로 당겨로드하기 위해 상기 플런저의 하단 루 스레드에 고정 될 수있다. 샘플은 따라서 일반적으로 비파괴 라만 분석 후에 제거 될 수있다.
두번째 샘플 홀더 (20)는 바 (도 2)까지의 선택된 분위기에서 라만 분석을 수행하기 위해 개발되었다. 이 고 내압 알파 방사선 기밀 라만 샘플 홀더는 폴리 에테르 에테르 케톤 (PEEK), 실린더 몸체의 16 mm 구멍의 축으로 천공 된 직경 44 mm 및 길이 65mm를 이루어져있다. 이 제품은 캡슐 체는 금속 플랜에 의해 유지되는 3 mm, 두께 12.7 mm 직경의 한 파장 광학 연마 용융 실리카 코팅 창의 일측 폐쇄GE는 6 개의 나사에 의해 캡슐 바디에 고정. 기밀성을 달성하기 위해, 윈도우는 본문에 만들어진 홈에 배치 된 O 링에 달려있다. 금속 플랜지에 직접 접촉로부터 윈도우를 보호하기 위해, 불소 탄성체 플랫 조인트 양자 사이에 배치된다. 캡슐의 다른쪽에는 나사 본체에 고정 된 다른 금속 플랜지 (플런저 플랜지)에 의해 폐쇄된다. 플런저 플랜지는 샘플 홀더 (창 옆에) 나사 결합되는 끝에서 플런저를 구비한다. 다만 시료 홀더 이하, 상기 플런저는 캡슐의 고압 기밀성을 보장하는 홈에 배치 된 O 링이 장착되어있다. 플런저는 기밀성을 보장 단지 O 링 종료 후 모세관으로 전체 길이에 걸쳐 천공된다. 진공 펌프 또는 압력하에 샘플 챔버 넣어 의도된다. 샘플을 동일한 방법으로 앞서 설명한 샘플 홀더에 고정된다. 플런저 플랜지 위해 6 mm, 스테인레스 가스 튜브 어댑터에 장착되어가스 입구 또는 진공 펌핑 밸브에 결합한다.
캡슐 샘플은 한정을 중단 할 필요없이 저장되어있는 한정 시스템의 외측부를 인터페이스하기 위해, 잘 확립 된 전송 봉지 기술이 사용된다. 이 기술은 일반적으로 두 개의 분리 안전하게 confinements 샘플 사이를 전송하는, 특히 원자력 산업에서 사용된다. 여기에 사용되는 깔때기 모양의 가방은 특별히이 기술의 사용을 위해 설계되었습니다. 샘플 홀더 측에서, 백 엔드는, 캡슐의 외부 직경 피팅 작은 직경 깔때기 형이다. 그루브 및 돌기는 백 주위에 단단한 O 링을 설치 위치에 유지하고, 각각 백에 너무 멀리 슬라이딩 실린더를 방지하기 위해 실린더의 외면에 실현된다.
본 논문은 실험 방법에 대한 자세한 내용뿐만 아니라 t의 세 가지 대표적인 예 응용 프로그램을 제공합니다echnique. 한 가지 예는 매우 방사성 아메리슘 이산화탄소의 라만 연구에 관한 것이다. 이의 방사능 감소를 목표로 특별 원자력 연료에서 암의 변성의 연구에서 특히 관심의 수명이 긴 핵 폐기물 21, 22, 23, 24,뿐만 아니라 깊이의 전력 공급을위한 방사성 동위 원소 발생기에서 238 푸의 교체로 탐사 우주선 25 - 공간. 이 높은 방사성 물질 시료의 측정은 개발 된 기술의 힘을 보여줍니다. 두 번째 예는 변성 계획 물질 다룬다. 이는 세 개의 다른 파장을 가진에 각종 레이저 파워 레벨을 사용하여, 17 O 도핑의 영향을 포함 NPO 2의 라만 기능의 더욱 기본적인 연구를보고한다. 얻어진 시료의 온도를 측정하여 평가 하였다 여기트리플 분광계 구성의 도움으로 스톡스 안티 스토크 선 강도 간의 비율. 이 성공적인 테스트는이 기술에 의해 제공 및 NPO이 지문으로 사용될 수 vibronic 라만 밴드를 식별하는 데 도움이되는 도구 적 유연성을 보여줍니다. 마지막 예에서, 본 방법은 노심 붕괴 후 1986 년에 형성 체르노빌 용암로부터 취한 샘플을 라만 매핑하는 데 사용 하였다. 이 물질에 존재하는 다른 단계의 식별 목표로합니다.
Protocol
1. 실험 계획
- 사용하는 라만 분광기는 중앙 개구 직경이 적어도 60 mm의 슬라이드 홀더 아래 XY 스테이지가 장착되어 있는지 확인.
- 캡슐을 소개하는 무대 아래 무료 방 적어도 150mm를 가지고 있는지 확인하고이 방은 (상단 또는 하단에서) 쉽게 접근 할 수있다.
- 라만 분광기는 적어도 10 mm의 작업 거리와 대물 장착되었는지 확인.
- 분석 시료는 적당한 분위기에서 캡슐 (글로브 박스로부터 시료를 전송하는 로컬 절차 참조)에 저장되고, 양도되었는지 확인.
- 샘플은 캡슐에 샘플을로드하는 데 필요한 핀셋, 작은 화학 숟가락이나 주걱으로 처리 할 수 있는지 확인합니다.
- 고압 (HP) 옵션 : 감금 시스템은 펌프와 고압 캡슐을 채우기 위해 시스템이 장착되어 있는지 확인합니다.
- 지역의 RadioPro 문의radioprotection 대책이 완전한 절차를 구현하기위한 tection 책임자.
샘플 홀더 (2)의 제조
- 캡슐 또는 임의로 고압 캡슐을 구성하는 모든 부품을 모은다.
- 캡슐 본체에 창을 고정
- 균등 직접 창 피팅 홈의 외측 부분에 접착제를 도포하여 에폭시 수지를 소량의 적용. 에폭시 수지의 다른 유형이 시도되고 있습니다. 재료 목록에 표시된 접착제 때문에 특정 점도 최선이 응용 프로그램에 적응을했다.
- 설치된 윈도우가 광학적으로 깨끗한 지 확인 깨끗한 장갑을 착용하고 원래의 포장에서 창을 압축 해제합니다. 윈도우와 그루브 사이의 접착제를 분산하기 위해 손가락을 이동 아크릴 유리 캡슐의 홈에 배치.
- 접착제가 고르게 AP의 경우 조심스럽게 확인하기 위해 창을 통해 확인창 및 아크릴 유리 사이에 부지런히.
- 접착제가 한 접착제 지시 시트에 표시된대로 치료하자.
- 창 및 아크릴 유리가 제대로 붙어 여부를 확인하기 위해 유리를 통해 다시 확인; 기포는 보이지 않을 것이다.
- HP 옵션 : 고압 캡슐 본체에 창을 고정
- 양호한 기밀성을 보장 캡슐 O 링과 접촉하는 표면을 깨끗하고 균일하게 가공 여부를 확대경으로 확인한다.
- 고압 캡슐 본체의 창 측에서 그루브 전용 캡슐 O 링을 배치.
- 캡슐 O 링을 통해 고압 캡슐 바디에 고압 캡슐 창을 놓는다.
- 고압 캡슐 창 위에 폴리 옥시 메틸렌 고리 평면 배치.
- 고압 캡슐 윈도우의 윈도우 측 상단의 폐쇄 플랜지 놓고 6 최상위 싱크 나사로 부착.
- 실린더 돌기 때문에 더 밀어 수없는 지점까지 종료 깔때기 형상 가방의 좁은 부분으로 깔때기 형상 가방의 넓은 측면에서, 먼저, 윈도우 캡슐을 삽입한다.
- 필요한 경우, 백 위치를 조정할 수 있도록 약 1.5 cm로 깔때기 모양 가방에서 실린더 스틱.
- 실린더 홈에 백 위에 체결 O 링을 배치.
- 테이프 위해 실린더 상가요 성 전기 테이프로 봉지 밝혀 실린더의 상단부의 약 8mm를두고있다. 이 부분은 라만 현미경에 실린더를 고정하기 위해 사용된다.
- 캡슐 조립 기밀 시험
- 이 경우 핵 시설에서 통상적으로 사용할 글러브 박스 장갑 주머니의 기밀 시험 전용 설치하는 캡슐 (백 조립체)를 구비 한 깔대기 형 백 (지참하여 Ar-H
- 테스트 플랜지 백 어셈블리를 수정합니다.
- 전기 테이프를 사용하여 플랜지에 테이프로.
- 하여 Ar + 5 % H 2 가스 혼합물을 500 밀리바까지 채운다.
- 윈도우가 접착되는 주변 특별한주의하면서 모든 캡슐 백 주위 휴대 H 2 검출기를 이동.
- H 2가 감지되면 가방 어셈블리가 충분히 꽉 아니므로, 단계 2.5.2부터 절차를 반복합니다.
- 이 경우 핵 시설에서 통상적으로 사용할 글러브 박스 장갑 주머니의 기밀 시험 전용 설치하는 캡슐 (백 조립체)를 구비 한 깔대기 형 백 (지참하여 Ar-H
- 플런저의 제조
- 플런저 홈에 슬라이딩 O 링을 설치한다.
- 핀 스텁 플런저 장착 설치한다.
- 외부를 향한 표면에 보호 층을 유지하는 탑재 핀 토막의 양면 접착 탭 스틱.
- 플런저의 타측에서 당김 나사 스크류.
- 시료는 분말 또는 1mm보다 작은 부분이있는 경우, 상기 외부 원형 클립을 설치(나사 방향)으로 플런저의 마지막 홈의 원형 클립 집게. 1mm보다 큰 샘플은 샘플의 두께와 상기 플런저의 홈의 외부 원형 클립의 위치를 조정한다.
- 고압 플런저의 제조
- 캡슐 O 링과 접촉 양면이 우수한 기밀성을 보장 세정 균일 가공 여부를 확대경으로 확인한다.
- 시료 측의 전용 플런저 그루브 캡슐 O 링을 설치한다.
- 플런저 상단의 샘플 홀더 나사.
- 외부를 향한 표면에 보호 층을 유지하는 샘플 홀더에 상기 샘플 홀더에 대응하는 크기, 양면 접착 탭 조각 스틱.
- 입구 O 링과 접촉 양면이 우수한 기밀성을 보장 세정 균일 가공 여부를 확대경으로 확인한다.
- 일에 전용 홈에 유입 O 링을 설치플런저의 전자 가스 유입 측.
- 플런저 어댑터 스크류.
- 의 설치 절차를 따라 어댑터의 볼 밸브를 설치합니다.
샘플 홀더에 샘플 3. 설치
- 로컬 절차를 따라 한정 시스템에 샘플 홀더를 설치 함과 동시에, 한정 시스템의 플런저를 설치한다. (HP 옵션) :뿐만 아니라 6 하단 싱크 나사를 설치합니다.
- 양면 접착 탭으로부터 상기 보호 층을 제거한다.
- 플런저를 잡고 접착 탭에서 샘플을 놓습니다. 샘플은 한 조각의 경우, 핀셋이나 화학 숟가락, 가능하면 시료에 조금을 누릅니다. 샘플이 분말 인 경우, 시료 홀더에 매우 부드럽게 확산. HP 옵션 : 고압 샘플 홀더에 높이가 1mm보다 샘플 작은 장소.
- 캡슐에서 : (플런저 플랜지 HP 옵션) 플런저를 삽입합니다. 그것은 캘리포니아 때까지 밀어 넣습니다돌보는 것은 수직 위치에 캡슐을 유지하면서 nnot 더의 모든 이동합니다. 이 시점에서, 캡슐은 수직으로 가능한 한 많이 개최되어 있는지 확인합니다.
- HP 옵션 : 고압 캡슐 바디 어셈블리의 바닥에서, 플런저 플랜지를 고정 6 하단 싱크 나사로 조인다.
- HP 옵션 : 고압 캡슐의 가압.
- 감금에서 진공 / 가스 공급 라인에 볼 밸브를 연결합니다.
- 밸브를 개방하여 캡슐 대피.
- 이 가스는 캡슐 물질에 대하여 불활성 인 것을 20 바아를 초과하지 않으며,주의하면서 선택된 가스를 가압 캡슐.
- 밸브를 닫습니다.
- 로컬 절차 따른 협착으로부터 캡슐을 분리하고, 밸브가 플라스틱 백에 손상을주지 않고 조심. 현미경 스테이지 아래로 맞추기 위해, 함께 테이핑하여 가방의 부피를 감소 (단계 4.4 참조). 그 t 참고그 절차는 첫 번째를 통해 두 번째 가방을 녹화해야 할 수 있습니다.
라만 현미경 캡슐 4. 설치
- 블로킹 나사 금속 링 슬라이드 수정 캡슐의 테이프없이 상부에 (도 3 참조). 이를 차단하는 측 나사를 조인다.
- 상단 또는 현미경 스테이지의 바닥 중 하나에서 캡슐을 삽입합니다.
- 스테이지 슬라이드 홀더의 금속 링 슬라이드 마운트 (도 3 참조). 슬라이드 홀더 스프링으로 고정합니다.
- 무대 아래 가방이 자유롭게 필요한 X, Y 내에서 이동, 그리고 무대의 Z 운동 할 수 있는지 확인합니다. 그렇지 않으면, 그것의 양을 줄이기 위해 함께 가방을 테이프.
5. 라만 스펙트럼 측정
- 라만 분광기의 주파수의 교정.
- 캡슐의 창 단일 실리콘 결정을 놓는다.
- 목적 t을 선택O를 사용하여 현미경 초점을 맞 춥니 다.
- 측정을 위해, 레이저의 파장을 선택하고 상기 기준 밴드 520.5 cm -1 26되는 단일 실리콘 결정의 T 2g의 여기를 결정한다. 소프트웨어를 사용하여, 그에 따라 주파수 스케일을 조정합니다.
- 라만 분광기의 강도의 교정.
- 광로 레이저 입구 슬릿 편광 구성 confocality 공간 필터와 최대 강도를 저하시키지 않고 가능한 닫힌 슬릿을 유지하면서, 피크 세기를 최대화하기 위해 강한 실리콘 결정의 피크를 이용하여 CCD 개구를 조정한다. 동일한 조건으로 "공장"정렬 후의 값이 강도를 비교.
- 각각 필요한 스펙트럼 Z 축 공간적 해상도에 도달하기 위해 슬릿 공간 필터를 닫는다.
- 시료의 측정.
- 용융 실리카 (27)의 스펙트럼 선 <측정 된 스펙트럼, 즉 체크/ SUP> 나타나지 않습니다 창의. 가난한 confocality와 라만 분광기를 사용하는 경우이 문제가 발생할 수 있습니다.
Representative Results
이 시스템의 잠재력을 보여주는 세 가지 독특하고 대표적인 결과는이 섹션에보고됩니다.
이러한 측정을 구비 한 라만 분광기로 촬영 한 1,800 홈 당 mm 격자; 저 파수에 대한 액세스를 허용 (트리플 모드) 저잡음 LN 2 -cooled 심포니 CCD 검출기 감산 사전 단색화 (최대 10cm -1); 안티 스토크 또는 라인 (단일 모드) 에지 필터, 시료에서 나오는 탄성 레이저 산란 차단. 입사광 (4)은 5 × 배율과 0.5의 개구 수를 제공하는 긴 작동 거리 (10.6 mm)의 목적을 사용하여 집중된다. 현미경 시스템은 빠른 초점 및 장기간 안정성을 제공하는 Z 모터, 피에조 포지셔너 기반을 갖추고있다. 병렬 및 교차 편광 구성 사이를 전환하여 수행 할 수 있습니다후방 산란 광에 대한 λ / 4 및 90 ° 편광자의 조합 입사광에 대한 λ / 2 판. 후방 산란 광은 공 초점 조건에서 작동하도록 허용하는 조정 가능한 공간 필터를 통과한다. 스테이지는 자동 영역 맵핑을 허용하기 위해, X 및 Y 축 모두에서 전동된다. 여진 원은 아르곤 + 연속파 (CW) 488 nm 내지 514.5 나노 미터, 또는 647 nm 내지 752 nm에서의 주 파장을 갖는 Kr을 + CW 레이저의 기본 파장 레이저이다. 두 레이저의 정격 출력은 디지털 파장에 따라 몇 W까지 몇 mW의 사이에서 조정할 수있다. 단색화 장치 또는 밴드 패스 필터는 배경 플라즈마와 이차 배출 라인을 차단하는 데 사용된다. 샘플 표면에 입사하는 전력은 간섭 전력 측정기를 사용하여 현미경 대물 출력에서 측정된다. independen 좋은 스펙트럼 해상도 (± 1cm -1)가 긴 초점 50X 대물 렌즈를 이용하여 단일 모드 분광계 허용시료 표면에, 2㎛ × 2 ㎛의 공간 해상도와 표면 형상의 t.
AMO 2의 라만 스펙트럼
순수 아메리슘 이산화탄소의 라만 스펙트럼은 선행 연구 (28)에 비해 낮은 에너지 여기 소스 측정 하였다. 이는 대기에서 캡슐 측정 하였다. 무 결함 형석 구조 AMO 2은 그룹 이론 입방 환경에서 여덟 산소 음이온으로 둘러싸인 암 양이온의 아모 결합의 진동에 대응하는 하나의 라만 활성 모드 (T의 2G) (28)을 예측한다. UO 2의 T 2g의 위치가 정확하게 약 445cm -1 (저자 사이의 작은 변화에도 불구하고)로 알려져 있지만 AMO 2의 명확하게 확인되지 않았다. 그림 4 2의 전형적인 라만 스펙트럼을 나타낸다. 동일한 스펙트럼 나지 동부 등에 의해 기록되었다. 28 Horlait 등. 아메리슘 산화물의 이전 연구 29. 그것은 ~ 380cm 중심 다양한 비대칭 밴드에 의해 지배된다 -1 잠정적 형석 구조 중에 산소 스트레칭 운동에 기인.
이 모드는 다른 액티 나이드 이산화에 비해 다소 낮은 주파수에서 관찰되는 이유는 여전히 논쟁의 문제이다. 이 때문에 최근 나지 등에 의해 제안 된 바와 같이 여기 레이저 포논 의해 2 O 3 + Z, AM하는 아모 (2)의 광이 감소 시프트 것이 가능하다. (27). 이러한 효과는 AMO 2의 매우 높은 산소 잠재력과 일치 할 것이다. 이 점을 명확하게하기 위해, 라만 측정에서도 2에 도시 된 수정 된 설정에서 높은 산소 압력 하에서 제조되고있다.
NPO의 라만 스펙트럼 2
현재의 기술은 647 내지 514 nm의 각각 30 488 nm의 입사 광자 에너지로, 세 가지 음원 정보 소스를 사용 넵투늄 이산화 라만 기능 (NPO 2)를 조사하기 위해 사용되었다. NPO 2에서 T의 2g 대역의 비대칭 프로필 프로빙되었다. 또한, 17 O 농축 NPO 2 샘플 (30 % 농축)의 라만 스펙트럼 (30)의 진동과 전자 기여를 구별하기 위해 분석되었다. 샘플 표면에서의 온도는 스토크와 NPO 2 반 스톡스 T 2g 선 강도 비 보스 아인슈타인 성을 사용하여 측정함으로써 결정 하였다atistics (도 6, 상부 및 중간). 우리의 결과는 명확 최초로 입증 ~ 431cm에서 보조 모드의 존재 - 1 (도 5B, 5D 및도 6, 하단)은 T 2g 피크 (도 5c)에서 저 파수 비대칭 유도 이는 NPO 2 격자의 서명이다. 라만 강도 (도 6, 하단)의 동위 원소 이동 (도 5D) 레이저 에너지에 의존하고, 온도가 동작에서, 우리는이 모드는 전자 원점 대역에서 발생하는 것으로 보여 주었다. 우리는 이론적 속박 상태에 의해 예측 베어, 분리 크리스탈 필드 레벨에 해당하는 것이 좋습니다.
체르노빌 용암의 라만 분석
t 동안그 체르노빌, 고온 연료 사이의 상호 작용을 반응기에 적하, 파괴 된 핵연료 피복관 및 실리케이트 물질 (콘크리트, 모래 및 사문암) (최대 2600 ℃까지)를 호출 용암 종류의 형성을 초래 진피. 액체 진피는 배출 통로를 통해 공장의 지하실에 날아 갔다. 이 용암의 첫 번째 샘플 때문에 높은 활성과 진피의 강한 기계적 성질의 AK47 기관총의 도움으로 1987 년에 수집되었다. 1990 년, 용암의 열수 변질과 붕괴는 우라 닐 같은 차 단계의 형성을 관찰 하였다. 그 체르노빌 용암 샘플 중 일부는 다수의 분석을 위해 Khlopin 라듐 연구소 JRC-카를 스루에 제공 하였다. 여러 라만 측정은 체르노빌 진피 샘플의 다양한 절단 및 연마 표면에 수행되었다. 이러한 모든 측정은 원소 성분을 식별하기 위해 SEM-EDX 데이터와 결합되었고 단계는에 제시표면. 도 7은 라만 분광법을 이용하여 분석 하였다 상이한 위상 "스폿"을 갖는 대표적인 샘플의 광학 사진을 보여준다.
도 8은 라만 스펙트럼 스팟 1, 2에서 얻은 도시하고,도 3 7인치 (U, ZR) 그런가 4 USiO의 X, 및 각각 (U, ZR) O X : 스펙트럼 2 개 안경 SIO 대응한다. 이러한 단계는 어느 핵연료 피복관의 직접적인 상호 작용으로 형성하고 용융물 xenocrysts로 운반 또는 수송 및 강온 규산염 용융물로부터 결정화 있었다.
도 1 : 표준 포의 개략도. 캡슐은 본질적으로 폐쇄 된 아크릴 GLAS 이루어져 반대측 융합 실리카 일 개 측면에 창을 가진 S 캡슐 바디 핀 스텁되는 샘플 접착제 탭의 도움으로 고정 장착 들고 플런저. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 2 : 고압 캡슐의 회로도. 캡슐은 본질적으로 나사 결합 플랜지의 도움으로 용융 실리카 윈도우 일측 폐쇄 PEEK 캡슐 바디로 구성된다. 다른 측면에서, 상기 플런저 플랜지 시료가 점착 테이프의 도움으로 고정되는 샘플 홀더를 지원한다. 이 캡슐은 피난 또는 가스 캡슐을 채우기 위해 볼 밸브가 장착된다.등 = "_ 빈">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3 : 현미경 스테이지에 배치 캡슐의 사진. 캡슐은 금속 링 어댑터의 도움으로 상기 스테이지 상에 고정된다. 이 예에서, 647 나노 미터 (적색), 레이저 빔을 2 개 샘플 (일부 단편 캡슐을 통해 알 수있는 낮은 활성의 측정 (U, Np를) O하는 50X 긴 초점 거리 목적을 여기 원으로 사용 창문). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 4 : 표준 C 측정 AMO 2의 라만 스펙트럼apsule. 아모 2의 라만 스펙트럼은 각각 표준 및 고압 대기압 하에서 N 2 O 2 캡슐 및 15 줄에서 측정 하였다. 라만 스펙트럼은 감소 AMO 2의 서명이다 ~ 380cm -1에서 강한 모드를 나타낸다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 5 : 다른 에너지에서 측정 한 피크 컨벌루션 분석에 제출 NPO 2의 라만 스펙트럼. 다른 에너지에서 Np를 16 O 2의 a) 라만 스펙트럼. b) Np를 16 O 2 T의 2g 대역 2.41 eV로 측정. 피크 착용감과 디컨 볼 루션은 a의 존재를 보여441cm-1에서 피크 뉴 부가. 다른 에너지 측정 Np를 16 O 2의 2g의 T c) 비교. O 2 Np를 16 T의 2g의 d) 비교 Np를 17 O 2는 2.41 eV로 측정. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 6 : NPO 2 온도 측정 및 결과의 요약. 탑 : Np를 16 O 2의 스톡 및 안티 스톡스 스펙트럼은 다른 레이저 조사 전력 레벨에서 측정. 중간 : 레이저 irrad의 함수로서 스토크 / 반 스톡스 T 2g 피크 비율로 보스 - 아인슈타인 통계를인가함으로써 측정 샘플 표면 온도 iation 전력. 바닥 : 431cm에서의 피크 강도 -1 계산 된 온도의 함수로서. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 7 : 라만 측정 지점의 위치와 체르노빌 용암 샘플의 그림. 샘플은 약 10mm 용암의 조각으로 잘라 × 5 mm의 두께 1mm의 슬라이드로 구성된다. 유리의 어두운 질량 다른 흠도 볼 수있다; 그 중 세 가지를 예로 선정되었다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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도 8 :도 7에서 식별되는 다른 단계의 라만 스펙트럼. 라만 스펙트럼은도 7의 지점 1, 2에서 수득 한 3된다. (U, ZR) 그런가 4 USiO의 X, 및 각각 (U, ZR) O X : 그들은 안경 실리케이트 대응한다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
Discussion
본 실험 방법은 쉽게 설계 좋은 회전 기계를 구비 한 공장에서 제조 될 수있는 원래의 캡슐에 의존한다. 시판되는 깔때기 모양 가방 맞아야 외경을 제외 캡슐의 다른 차원은 반드시 필요한 것은 아니다. 그러나, 고압 캡슐을위한 고압에 노출 된 표면은 캡슐 축에 수직, 특히 표면을 최소화해야한다. 여기서, 예를 들면, 최대 표면은 약 127 mm² 인 (A = πr²)의 영역 (A)에 대응하는 5 ㎜의 반경 (R) 윈도우이다. 이 표면에 노출 된 20 바의 압력 P가 창 (P = F * A)에 254 N의 힘 F를 개발, 펜실베이니아 F N, 그리고 평방 미터에서의 P. 6 개의 나사에 분산이 힘은 약 42 N / 나사 초래한다. 캡슐 플런저면을 설계 할 때 고려해야한다. 두 번째 포인트는 계정에주의가 필요합니다 : 꽉를플런저뿐만 아니라, 고압 가스의 부피 다움. 플런저가 한정 가방 안에 배치 될 때, 상기 가스는 가능하게는 협착의 기밀성을 손상, 누설의 경우에 한정 가방 안에 확장한다. 설계는 가방의 용량에 비해 누설의 경우에 팽창 가스의 양이 무시할 수 있도록한다. 설계는 또한 기밀성의 적절한 수준을 확보 상기 O 링과 접촉하는 표면을 잘 제작되도록한다. 그 표면의 품질 관리뿐만 아니라, O 링 등의 수행 될 것이다. 매우 방사성 샘플은 시간이 지남에 캡슐 재료에 손상을 끝낼 수도 있습니다. 따라서, 캡슐 제는 장기간 방사성 샘플들을 저장하는 데 사용되어서는 안된다. 또한이 시스템은 핵 물질 제한 시스템이며, 지역의 안전 당국의 승인을 필요로 할 수 있습니다.
이 기술의 이점은 부분 또는 샘플 콘텐츠에 비해 많다LETE 라만 분광계 한정 2, 3, 4, 5, 6, 16, 17. 특별한 제한 (글러브 박스 및 핫셀)는 필요하지 않습니다, 따라서 여분의 재료는 수명이 다한 핵 폐기물로 처리해야한다는 생성되지 않습니다. (감금의 경우 필요) 라만 분광기의 어떤 정의가 없습니다. 파장, 편광, 측정 모드, 또는 측정이 수행되는 분위기의 쉬운 설정의 측면에서 측정 가능성에는 제한이 없다.
ORNL에서 사용 된 방법과 비교하여 - USA 12, 13, 14, 15, 현미경은 적절한 광 조건에 적용 할 수있다 (S화롯불 대신 튜브 광학 창), 필요한 샘플 량뿐만 아니라, 레이저 파워에 대한 요구를 감소시킨다.
시스템에 일부 제한 사항이 지적되어야한다. 인해 캡슐 창의 존재 샘플과 현미경 대물 렌즈 사이의 거리가 넓은 개구 라만 분광 감도를 줄일 수있는 긴 초점 목적의 사용을 부과한다. 시료와 대물 렌즈 사이에 비 피복 용융 실리카 윈도우의 삽입은 이미징 품질을 감소시킬 수있다. 또한, 현재의 밀봉 시스템으로 인해 깔때기 모양 가방 확실히 캡슐에 고정된다는 사실에도 재사용 가능하지 않다. 깔때기 모양의 작은 봉지 측뿐만 아니라 캡슐 이송 봉지 기술을 적용 가능성을 허용하는, 통합 된 O 링을 장착 한 경우,이 해결 될 수있다. 이것은 더 복잡한 캡슐의 사용을 가능하게하는 것입니다. 예를 들어,기구는 가스 유동을 허용하는 단계; 먹었다mperature-측정 장치; 또는 고체뿐 아니라 유체의 분석 또는 운동 효과의 현장 측정에 대한 기계적 압력 제어 단계는 가능하다. 주의해야 할 점은 아메리슘 같은 높은 방사성 샘플의 라만 스펙트럼 때문에 시간 라만 스펙트럼에 추가 추가 형광 신호의 (이하 주보다 때때로에서) 매우 신속하게 측정해야한다는 것이다. 그 현상은 샘플 표면상에서 응축 휘발성 유기 분자의 생산을 초래 방사선 노출 며칠 후 양면 접착 탭의 분해에 기인 할 수있다.
본 시스템은 특히 방사성 핵 물질의 연구에 적용된다. 또한 사용자가 (위험 샘플) 또는 대기 환경으로부터 보호되어야 샘플로 보호되어야한다 재료의 다른 종류의 연구에 적용 할 수 있습니다.
Disclosures
저자가 공개하는 게 없다.
Acknowledgments
저자는 디자인과 라만 분석을위한 방사성 샘플 홀더의 제조에 JRC - 카를 스루에에서 설계 사무실과 작업장에서 안드레아스 헤셀슈베르트 및 Jouni Rautio에게 감사의 말씀을 전합니다. 패트릭 Lajarge, 다니엘 프라이스 (JRC - 카를 스루에), 마크 사르 스 필드 (NNL, 영국) 본 기술로 조사한 AMO이 개 샘플을 제공하기 위해 인정된다. 저자는 또한 샘플 준비를위한 체르노빌 용암 필립 Pöml 랄프 Gretter (모두 JRC-ITU에서)의 샘플을 제공 보리스 부라코브 (Khlopin 라듐 연구소) 감사의 말씀을 전합니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| (standard) acrylic glass capsule body | home made | ||
| (standard) UV fused silicate Window 20 mm x 2 mm | Edmund Optics GmbH, Karlsruhe (Germany) | 45464 | |
| (standard) acrylic glass Plunger | home made | ||
| (standard) fluoropolymer elastomer sliding O ring 10 x 2 mm | |||
| (standard) Epoxi resin: uhu schnellfest 2k epoxit kleber | UHU (germany) | 45725 | |
| (standard) External circlip DIN 471 40 mm | |||
| (standard) hexagon socket head cap pull screw DIN 912 M4 x 30 mm | |||
| (standard) aluminum SEM pin stub mount | Plano GmbH, Wetzlar (Germany) | G301 | |
| (standard + high pressure) 1.4301 stainless steal metal ring slide with blocking screw | home made | ||
| (standard + high pressure) Electrician tape | |||
| (standard + high pressure) fluoropolymer elastomer tightening O ring 40 x 4 mm | |||
| (standard + high pressure) double-sided adhesives tabs | Plano GmbH, Wetzlar (Germany) | G3347 | |
| (standard + high pressure) Funnel-shaped bag; Sac PVC 300 µ TA Diam 40/185 x 540 mm Tronc conique | Plastunion, Bondy (France) | 4.123 | |
| (High pressure) polyether ether ketone high pressure capsule body | home made | ||
| (High pressure) High pressure capsule window: Ø12.7 x 3 mm UVFS Broadband Precision Window, Uncoated | THORLABS GMBH, Dachau (Germany) | WG40530 | |
| (High pressure) High pressure ball valve: Kükenhahn, Edelstahl, 6 mm Rohrverschraubung, Cv 1,6 | Swagelok, Forst(Germany) | SS-6P4T-MM | |
| (High pressure) 1.4301 stainless steel sample holder | home made | ||
| (High pressure) 1.4301 stainless steel high pressure plunger | home made | ||
| (High pressure) 1.4301 stainless steel adapter | home made | ||
| (High pressure) 1.4301 stainless steel closing flange | home made | ||
| (High pressure) 2 x fluoropolymer elastomer capsule O ring 10*1 mm | |||
| (High pressure) fluoropolymer elastomer inlet O Ring 6*1 mm | |||
| (High pressure) 6 x DIN 7991 M4 * 25 mm bottom sink screw | |||
| (High pressure) 6 x DIN 7991 M4 * 18 mm top sink screw | |||
| (High pressure) Polyoxymethylen flat ring 13/10*1 mm | home made |
References
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