Development of in-situ Analysis System for Radwaste Glass Using Laser Induced Breakdown Spectroscopy

레이저유도 플라즈마분광법을 이용한 방사성폐기물 유리의 현장분석 시스템 개발

Laser Induced Breakdown Spectroscopy(LIBS) system is being developed as an in-situ analysis system for the radioactive waste glass in the cold crucible melter. In order to complete the LIBS system, a spectrometer, a detector, and a laser were structured. An ESA 3000 (LLA Instruments GmbH, Germany) including a calibrated Kodak KAF-1001 CCD detector was selected as the spectrometer. A Q-switched Nd-YAG Brilliant(Quantel, France) laser was selected as an energy source. As the first research stage, the excitation temperatures of Fe(I) as a function of the detector's delay intervals(500, 1000, 1500, 2000ns) were evaluated using the Einstein-Boltzmann equation. The optimized excitation temperature of Fe (I) was 7820k at the delay time of 1500㎱ using the 532nm Nd-YAG laser pulse. This LIBS system will be optimized under the real environment vitrification facility in the near future and then used to be in-situ analyzed the glass compositions in the melter qualitatively.

방사성폐기물 유리화 공전 중 용융로 내에서 유리시료를 직접분석 하기 위한 레이저유도 플라즈마분광법(LIBS: Laser Induced Breakdown Spectroscopy)을 개발 중이다. LIBS 시스템을 구성하기 위하여 분광기, 검출기, 레이저 등의 장비들을 구축하였다. 분광기는 CCD(charge coupled device)가 보정되어 내장되어있는 ESA 3000을 레이저는 Q-switched Nd-YAG인 Brilliant로 구매하여 분석시스템을 구축하였다. 구축된 분석시스템 분야별 성능들을 확인하였으며 최적화 연구를 수행하였다. 첫 번째 단계로 Fe가 함유된 시료에 레이저를 주사하였을 때 발광스펙트럼을 측정하였으며 검출기의 지연시간을 변화시켰을 때의 발광스펙트럼의 특성과 이를 이용한 여기온도를 Einstein-Boltzmann 식을 이용하여 계산하였다. 시료에 532nm Nd-YAG 레이저를 주사하고 검출기의 지연시간을 500, 1000, 1500, 2000ns로 변화시켰을 때의 분광선의 intensity 및 여기온도 변화를 분석하였다. 그 결과 검출시간이 1500㎱ 일 때 여기온도는 7820k로 가장 최적의 상태를 확인하였다. 향후 이 시스템은 유리화 실증시설에 적용되어 용융로 외부로의 유리시료 이송 없이 현장에서 유리성분들의 정량분석을 수행할 예정이다.