Development of efficient photoionization schemes for nuclear wastes

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当初令和4年度の研究計画は、「セシウム原子のレーザーイオン化光学系およびイオン検出のための真空実験装置製作」であったが、研究目標である励起電子状態間の吸収断面積測定をより正確におこなうためには、余分なイオン化過程を含まない励起状態からの発光強度測定が適切であると考えられることから、「セシウム封入セルと加熱装置を用いた原子発光検出光学系の整備」をおこなった。本研究では、２つのレーザー光を用いて、セシウム原子を基底電子状態から第１励起状態へ、さらに第１励起状態から第２励起状態へ２段励起する。２段目のレーザー光強度を変化させ、観測される信号強度変化をシミュレーションすることにより、その吸収断面積を決定する。市販品のセシウム封入石英セルを購入し、セル外周にシースヒーターと熱電対を配置することでセルの加熱および温度モニターを実現した。励起セシウム原子の発光は、セル側面に配置した集光レンズを通してグレーティング分光器に導入され、その強度は光電子増倍管で測定される。第１励起状態（6p）の候補として２つの電子状態（2P1/2と2P3/2）があるが、それぞれ励起には波長894.6nmおよび852.2 nmのレーザーが必要である。本研究では色素レーザーの発振出力として取り出しやすい852.2 nmで励起可能な2P3/2電子状態を選択した。この状態から第２励起状態（7d）として2D3/2および2D5/2電子状態への励起が可能だが、2D3/2電子状態を選択するなら励起波長が698.5 nmであるのに対して、6p(2P1/2)電子状態への発光波長（672.5 nm）が励起レーザー光と異なるため、励起レーザー光の散乱に邪魔されることなく発光強度の正確な測定が出来ると期待している。