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JPS60174933A - Hydrogen fluoride gas analyzer - Google Patents

Hydrogen fluoride gas analyzer

Info

Publication number
JPS60174933A
JPS60174933A JP3024284A JP3024284A JPS60174933A JP S60174933 A JPS60174933 A JP S60174933A JP 3024284 A JP3024284 A JP 3024284A JP 3024284 A JP3024284 A JP 3024284A JP S60174933 A JPS60174933 A JP S60174933A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
laser
excitation light
analysis
pipe
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3024284A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Haruo Fujimori
治男 藤森
Itaru Komori
小森 至
Toyohiko Horikawa
堀川 豊彦
Takehiko Kitamori
武彦 北森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP3024284A priority Critical patent/JPS60174933A/en
Publication of JPS60174933A publication Critical patent/JPS60174933A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/171Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with calorimetric detection, e.g. with thermal lens detection

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、フッ化水素(HF)ガス分析装置にj’f、
 h ’ −’−M 19ルA=−//TTD−1x−
p+ryτ対+Jbh+として不可避的に存在する微1
iHFガスの配管内濃度をオンライン分析するに好適な
HFガス分析装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention provides a hydrogen fluoride (HF) gas analyzer with j'f,
h'-'-M 19ruA=-//TTD-1x-
The slight 1 that inevitably exists as p+ryτ pair +Jbh+
The present invention relates to an HF gas analyzer suitable for online analysis of iHF gas concentration in piping.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

UFsガス取扱いプラントにおいては、配管内に不可避
的にHFガスが微量存在する。その理由は、UF6ガス
がHzOが存在すると直ちに次式の反応を生ずるためで
ある。
In a UFs gas handling plant, a small amount of HF gas inevitably exists in the piping. The reason is that UF6 gas immediately causes the following reaction in the presence of HzO.

U Fs +2 HxO−”UOzF+ +4HF ・
・・・・・(1)UFsガス自体も腐食性ガスであるが
、HFガスはそれを上回る高腐食性ガスであり、その濃
度を常時モニターすることはプラント信頼性の面で必須
である。また、(1)式よシわかるように、プラント配
管割れ等の事故があった場合、HFガス濃度は急激に上
昇するので、HFガス濃度の過渡的変化をモニターする
ことは事故検出につながる。
U Fs +2 HxO−”UOzF+ +4HF ・
(1) UFs gas itself is a corrosive gas, but HF gas is a highly corrosive gas that is even more so, and constant monitoring of its concentration is essential in terms of plant reliability. Furthermore, as can be seen from equation (1), if an accident such as a crack in a plant pipe occurs, the HF gas concentration will rise rapidly, so monitoring transient changes in the HF gas concentration will lead to accident detection.

以上のように、UF6ガス取扱いプラントにおいては、
配管内のHFガス濃度の定常時の値及び過渡的変化をオ
ンラインで常時モニターすることは、ともにプラント信
頼性の面から不可欠である。
As mentioned above, in the UF6 gas handling plant,
Constant online monitoring of the steady-state value and transient changes in the HF gas concentration in the piping is essential from the standpoint of plant reliability.

UFaガス中のHFガス濃度分析の従来例としては、ガ
スクロマトグラフ (A 、 Q、Haml in 。
A conventional example of HF gas concentration analysis in UFa gas is a gas chromatograph (A, Q, Hamlin).

etal 、 、 Anal 、Chem、、 35 
、2037 (1963))。
etal, , Anal, Chem,, 35
, 2037 (1963)).

質量分析(へ野耕明他9日本原子力学会 昭和47年年
会、予稿集A7.(1972))、及び赤外吸収分光(
大和田謙他9日本原子力学会誌。
Mass spectrometry (Koaki Heno et al. 9 Atomic Energy Society of Japan 1972 Annual Meeting, Proceedings A7. (1972)), and infrared absorption spectroscopy (
Ken Owada et al. 9 Journal of the Atomic Energy Society of Japan.

■、77 (1975))などがある。ガスクロマトグ
ラフは耐食性、特にカラムの耐食性がオンライン計測で
問題になるのに加えて、カラムを通る配管系をプラント
配管に別途設置しなければならず、カラムを通ったU 
F aガスを常時排気する必要がある。U F 6ガス
が核燃料物質であるのに加えて、排気時点で(1)式に
従って直ちに高腐食性のI(Fガスを発生するので、こ
のHF’ガスの排気処理が問題となる。ガスクロマトグ
ラフでは、さらにHFガス濃度の過渡変化を追えるまで
の応答性がないことも問題である。質量分析の場合も、
やはシ耐食性が問題であシ、特にイオン源寿命のためオ
ンライン使用に適さない。加えてガスクロマトグラフと
同じく分析用の配管と排気系と応答性の問題がある。一
方、赤外吸収分光の場合は、光をプローブするため、プ
ラント配管外から分光することによシ耐食性の問題を回
避でき、また、応答性も充分である。しかし、検出限界
が大きく(0,5〜1Torr、大和田他、前記原子力
学会誌)実用に供し得ない問題点がある。
■, 77 (1975)). Gas chromatographs have corrosion resistance, especially column corrosion resistance, which is a problem in online measurements.
It is necessary to constantly exhaust Fa gas. In addition to being a nuclear fuel material, UF6 gas immediately generates highly corrosive I(F gas) according to equation (1) at the time of exhaust, so the exhaust treatment of this HF' gas becomes a problem.Gas chromatograph Another problem is that it does not have enough responsiveness to track transient changes in HF gas concentration.In the case of mass spectrometry,
However, corrosion resistance is a problem, and the ion source has a long lifespan, making it unsuitable for online use. In addition, like gas chromatographs, there are problems with analysis piping, exhaust systems, and responsiveness. On the other hand, in the case of infrared absorption spectroscopy, since light is probed, problems with corrosion resistance can be avoided by performing spectroscopy from outside the plant piping, and the response is also sufficient. However, there is a problem in that the detection limit is large (0.5 to 1 Torr, Owada et al., cited in the Journal of the Atomic Energy Society) and cannot be put to practical use.

以上のような各技術は、配管内を流れるHFガス濃度の
定常時のモニター及び過渡的変化の常時モニターには利
用できない。
Each of the techniques described above cannot be used to constantly monitor the concentration of HF gas flowing in the pipe or to constantly monitor transient changes.

また、赤外吸収分光の利点を持ち合わせ、かつ検出限界
も光音響分光と同程度にすぐれているものに、熱レンズ
屈折分光(A、C−Boccara etal、。
In addition, thermal lens refraction spectroscopy (A, C-Boccara et al.) has the advantages of infrared absorption spectroscopy and has a detection limit comparable to that of photoacoustic spectroscopy.

Appl 、phys 、Lett 、 36.130
 (1980) )がある。この原理を第1図を用いて
簡単に示す。
Appl, phys, Lett, 36.130
(1980)). This principle is briefly illustrated using FIG.

励起光源1からの励起光2の強度をチョッパ3を用いて
変調し、レンズ4を通して試料5の分析対象箇所に照射
する。試料5の励起光吸収により発生した熱が、チョッ
パ3による励起光2の変調に同期して試料周辺に伝わり
熱レンズ領域6を形成する。そのため、試料近傍を通る
グローブレーザー7からのプローブレーザ−光8が、や
はシチョツパ3の変調に同期して屈折する。この屈折量
を位置検出器または複数の光検出器などのプローブ光受
光器9で計測する。屈折量は試料中の分析対象分子ある
いは原子の濃度と定量的に結びつくので、定量分析がで
きる。また、光音響法と同様に、励起光3の吸収を直接
測定しないので、散乱等の影響はなく、励起光強度を上
げるほど感度が増す等の利点を持ち、その検出感度は光
音響と同程度にすぐれている。
The intensity of excitation light 2 from an excitation light source 1 is modulated using a chopper 3, and is irradiated through a lens 4 to a portion of a sample 5 to be analyzed. Heat generated by absorption of the excitation light by the sample 5 is transmitted to the periphery of the sample in synchronization with the modulation of the excitation light 2 by the chopper 3, forming a thermal lens region 6. Therefore, the probe laser beam 8 from the globe laser 7 passing near the sample is refracted in synchronization with the modulation of the chopper 3. The amount of refraction is measured by a probe light receiver 9 such as a position detector or a plurality of photodetectors. Since the amount of refraction is quantitatively linked to the concentration of molecules or atoms to be analyzed in the sample, quantitative analysis is possible. Also, like the photoacoustic method, since the absorption of the excitation light 3 is not directly measured, there is no effect of scattering, etc., and it has the advantage that the sensitivity increases as the excitation light intensity increases, and its detection sensitivity is the same as that of photoacoustics. It is of excellent quality.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、UF6ガス流れのゆらぎの影響を除去
した熱レンズ屈折分光でHFガス濃度を精度良く分析で
きるHFガス分析装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an HF gas analyzer that can accurately analyze HF gas concentration using thermal lens refraction spectroscopy that eliminates the influence of fluctuations in the flow of UF6 gas.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、プローブレーザー光をビームスグリツタ−を
介してガス中の熱レンズ領域の外側と内側とに通過せし
めて、ガスの流れのゆらぎに基づ(プルーブレーザー臀
の書#シー /1−釣r教しンゼ効果による屈折が加わ
ったグローブレーザー光の変位とに分離し、これら変位
を屈折光学素子を用いて増幅して計測することにより、
上記ガスの流れのゆらぎに基づく変位を有効に相殺する
方法を用い、UF6ガス取扱いプラントの配管内の定常
時および/又は過渡時のHFガスS度を常時オンライン
分析できるHFガス分析を達成したものである。
The present invention is based on the fluctuation of the gas flow by passing the probe laser beam through a beam sinter to the outside and inside of the thermal lens region in the gas. By separating the displacement of the globe laser beam with refraction due to the Shinze effect and amplifying and measuring these displacements using a refractive optical element,
HF gas analysis has been achieved that allows continuous online analysis of the HF gas S degree in the piping of a UF6 gas handling plant during steady and/or transient conditions using the method that effectively offsets the displacement caused by fluctuations in the gas flow. It is.

第2,3図に示す装置構成で基礎検討を行った。A basic study was conducted using the equipment configuration shown in Figures 2 and 3.

第2図は分析部を配管断面方向から見た図、第3図は横
方向から見た図である。励起光源としてはHFレーザー
10を、グローブレーザーとしてはHeNeレーザー1
1を用いた。また配管12に設けた励起光2及びプロー
ブレーザ−光8の透過領域にはCaFz窓13全13し
た。グローブ光受光器には2個の受光素子を接続した接
合型受光器14を用い、その検出強度をチョッパ3と同
期させたロックインアンプ15を用いて計測し、プロー
ブレーザ−光8の屈折量をめた。以上の構成において配
管12の部分を除き、防憩−f+に設置した。配管12
には以下のようにUF6ガスとHFガスとの混合ガス1
6を流した。実験に用いたガス流れの構成は第4図に示
すもので点線で囲んだ分析箇所17に第2図及び第3図
に示した分析系を設置した。配管12へ導入するUFs
ガスはU F sガスボンベ18よシ供給する。HFガ
ス濃度はH20タンク19を用い、蒸気圧と(1)式を
用いて設定した。これらのガスを循環ポンプ20によシ
配管12内に循環させた。事前の準備としては、配管1
2内壁をU F sガスとHFガスに充分ばく露して、
反応及び吸着量を飽和させてから実験を行った。準備段
階で用いたガスは液体チッ素トラップ21及びNaF)
ラップ22を通して排気ポンプ23によシ排気した。実
験結果を第5図及び第6図に示す。これらはUFs圧力
10TOrr。
FIG. 2 is a diagram of the analysis section viewed from the cross-sectional direction of the pipe, and FIG. 3 is a diagram viewed from the lateral direction. HF laser 10 was used as the excitation light source, and HeNe laser 1 was used as the globe laser.
1 was used. In addition, CaFz windows 13 were provided in the transmission region of the excitation light 2 and the probe laser light 8 provided in the pipe 12. A junction type light receiver 14 with two light receiving elements connected is used as the globe light receiver, and its detected intensity is measured using a lock-in amplifier 15 synchronized with the chopper 3, and the amount of refraction of the probe laser light 8 is measured. I met. In the above configuration, the pipe 12 was removed and installed in the break-break -f+. Piping 12
A mixed gas 1 of UF6 gas and HF gas is used as shown below.
I played 6. The gas flow configuration used in the experiment is shown in FIG. 4, and the analysis system shown in FIGS. 2 and 3 was installed at the analysis point 17 surrounded by the dotted line. UFs introduced into pipe 12
Gas is supplied from a UFs gas cylinder 18. The HF gas concentration was set using the H20 tank 19 using the vapor pressure and equation (1). These gases were circulated in the pipe 12 by the circulation pump 20. As a preliminary preparation, piping 1
2. Sufficiently expose the inner wall to U Fs gas and HF gas,
The experiment was conducted after the reaction and adsorption amount were saturated. The gases used in the preparation stage were liquid nitrogen trap 21 and NaF)
The air was evacuated through the wrap 22 by an exhaust pump 23. The experimental results are shown in FIGS. 5 and 6. These are UFs pressure 10 TOrr.

HF圧力8 X I Q””’l’orr及び0.8 
X 10−3Torrの場合のものである。第5図は壊
循ポンプ20を駆動した場合の結果であシ、HF圧力が
10倍異っても、同様の信号を与えることがわかった。
HF pressure 8 x I Q""'l'orr and 0.8
This is for the case of X 10-3 Torr. FIG. 5 shows the results when the necrosis pump 20 was driven, and it was found that similar signals were given even if the HF pressure was different by a factor of 10.

一方、第6図は循環ポンプ20を停止して、従来実験室
規模で実施されている気体封入セルでの実験と同様の条
件にした場合の結果を示すものであシ、HF圧力(すな
わち濃度)依存した信号が得られることがわかった。す
なわち、第5図の結果は、ガス流れのゆらぎに基づくも
のであることがわかった。さらに循環ポンプ20を駆動
した状態でUF6ガスポンベ18のバルブ24を開けて
配管12内にU F sガスを導入したところ、第7図
のように圧力変動の影響が現れることがわかった。
On the other hand, FIG. 6 shows the results when the circulation pump 20 is stopped and the conditions are the same as those for experiments in gas-filled cells conventionally carried out on a laboratory scale. )-dependent signals were obtained. That is, it was found that the results shown in FIG. 5 were based on fluctuations in the gas flow. Furthermore, when the valve 24 of the UF6 gas pump 18 was opened to introduce UFs gas into the pipe 12 while the circulation pump 20 was being driven, it was found that the influence of pressure fluctuations appeared as shown in FIG.

以上の結果から、熱レンズ屈折分光は、第2図及び第3
図の構成では、UF6ガス取扱いプラントの配管内HF
分析へは適用できないことがわかった。
From the above results, thermal lens refraction spectroscopy is shown in Figures 2 and 3.
In the configuration shown in the figure, HF in the piping of a UF6 gas handling plant is
It turns out that it cannot be applied to analysis.

本発明は、以上のような検討結果に基づいてなされたも
のであシ、その実施例を以下に示す。
The present invention has been made based on the above study results, and examples thereof will be shown below.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

本発明の好適な一実施例の構成を第8図及び第9図に示
す。第8図は配管12の断面方向、第9図は横方向から
見た図である。励起光源にはHFレーザー発信器10を
用いる。)(Fレーザー発信器10はHF分子個有の光
吸収線に対応するレーザー光を出すので励起効率が良い
ばかシでなく、U F aガスあるいはN2ガスなど他
のガスの吸収波長と合致しない利点を持っている。プロ
ーブレーザ−8を得る手段としては出力が安定していて
長寿命のHeNeレーザー発信器11を用いる。励起光
2を透過する配管部には、HF分子の赤外吸収域に吸収
帯を持たず、かつ耐U F s性、耐HF性にすぐれた
CaFzの単結晶の窓13を用いる。
The configuration of a preferred embodiment of the present invention is shown in FIGS. 8 and 9. FIG. 8 is a cross-sectional view of the pipe 12, and FIG. 9 is a view from the side. An HF laser oscillator 10 is used as an excitation light source. ) (The F laser transmitter 10 emits a laser beam corresponding to the optical absorption line unique to the HF molecule, so it is not an idiot with good excitation efficiency, and it does not match the absorption wavelength of other gases such as UFa gas or N2 gas. As a means for obtaining the probe laser 8, a HeNe laser oscillator 11 with stable output and long life is used. A CaFz single crystal window 13 is used which does not have an absorption band and has excellent resistance to U F s and HF.

またグローブレーザー光8のビームスプリンター24は
、ハーフミラ−25とミラー26よシ構成される。プロ
ーブレーザ−光8を透過する配管部にはフッ素コーティ
ングして耐U F s性、耐HF性を持たせたガラス窓
27A及び27Bを用いる。
The beam splinter 24 of the globe laser beam 8 is composed of a half mirror 25 and a mirror 26. Glass windows 27A and 27B coated with fluorine to provide U Fs resistance and HF resistance are used for the piping portion through which the probe laser beam 8 passes.

グローブレーザー光8の屈折量を増幅する屈折光学素子
には凹レンズ28A及び28Bを用いる。
Concave lenses 28A and 28B are used as refractive optical elements that amplify the amount of refraction of the globe laser beam 8.

プローブ光受光器には位置検出器9A及び9Bを用いる
。位置検出器としては通常のフォトダイオードアレイ等
(位置分解能〜10μm)で充分で期的に変調されて、
CaF2窓13全13て配管12内を流れるUFaとH
Fの混合ガス16に照射される。励起光2を吸収して励
起されたHF分子が無輻射的に脱励起するために、熱レ
ンズ領域6が、励起光2の通過領域に形成される。グロ
ーブレーザー光8はビームスプリンター24によυ2本
のビームに分離され、一方は熱レンズ領域6の内側を、
一方は外側を、それぞれフッ素コーティングガラス窓2
7A及び27Bを通して通過する。熱レンズ領域6を通
らないプローブレーザ−光(以下参照ビーム29)は混
合ガス16のゆらぎを受けて多少偏向し、凹レンズ28
Bでその偏向を拡大されて位置検出器9Bによりその変
位を検出する。一方、熱レンズ領域6を通るプローブレ
ーザ−光(以下分析ビーム30)は上記混合ガスのゆら
ぎに加えて、熱レンズ効果による屈折のため励起光2の
変調と同期して偏向し、凹レンズ28Aを通って位置検
出器9Aによシその変位を検出する。位置検出器9A及
び9Bからの信号はデータM′L御回路31で机理六れ
1分析ビーム30の変位から参照ビーム29の変位を差
引いて混合ガス16の流れの影響を除去し、混合ガス中
のHFガスの励起光2の吸収に基づく屈折量のみを取シ
出す。なお、配管12とデータ処理回路31以外は、防
震台に設置する。第8図及び第9図の装置構成を、前述
した第4図のガスループに設置して実験したところ、第
10図及び第11図に示す結果を得た。第10図はU 
F a 10 Torr+HFlXl0″”Torr及
びIXI Q=4Torrを循環させた場合の結果で、
ガスを循環させない場合の分析結果(第11図)と良い
一致を示した。第12図は、第4図のプスループにおけ
るH20タンク19のパルプ24を開けてH2Oを瞬間
的に配管12の内部に導入してプラント事故を模擬した
場合の結果を示ビたものである。この結果から、本実施
例では過渡時のHFガス分析も可能であることがわかっ
た。なお、以上の実験において、分析ビーム30自体の
検出信号はやはシ第5〜7図と同様であった。
Position detectors 9A and 9B are used as probe light receivers. As a position detector, an ordinary photodiode array (position resolution ~10 μm) is sufficient, and it can be periodically modulated.
UFa and H flowing through the CaF2 window 13 and the pipe 12
The mixed gas 16 of F is irradiated. A thermal lens region 6 is formed in the region through which the excitation light 2 passes, in order to non-radiatively de-excite the HF molecules excited by absorbing the excitation light 2 . The globe laser beam 8 is separated into υ two beams by the beam splinter 24, and one beam is split inside the thermal lens area 6,
One side has two fluorine coated glass windows on the outside.
7A and 27B. The probe laser light (below reference beam 29) that does not pass through the thermal lens region 6 is slightly deflected by the fluctuation of the mixed gas 16, and then passes through the concave lens 28.
The deflection is magnified at B, and the displacement is detected by the position detector 9B. On the other hand, the probe laser light (hereinafter referred to as analysis beam 30) passing through the thermal lens region 6 is deflected in synchronization with the modulation of the excitation light 2 due to refraction due to the thermal lens effect in addition to the fluctuation of the mixed gas, and is deflected in synchronization with the modulation of the excitation light 2. The displacement is detected by the position detector 9A. The signals from the position detectors 9A and 9B are processed by the data M'L control circuit 31 to subtract the displacement of the reference beam 29 from the displacement of the analysis beam 30 to remove the influence of the flow of the mixed gas 16. Only the amount of refraction based on the absorption of the excitation light 2 of the HF gas is extracted. Note that the components other than the piping 12 and the data processing circuit 31 are installed on a seismic stand. When the apparatus configurations shown in FIGS. 8 and 9 were installed in the gas loop shown in FIG. 4 described above and tested, the results shown in FIGS. 10 and 11 were obtained. Figure 10 is U
The result is when circulating F a 10 Torr + HFlXl0''Torr and IXI Q=4Torr,
The results showed good agreement with the analysis results obtained without gas circulation (Fig. 11). FIG. 12 shows the results of simulating a plant accident by opening the pulp 24 of the H20 tank 19 in the pump loop of FIG. 4 and instantly introducing H2O into the pipe 12. From this result, it was found that HF gas analysis during transient conditions is also possible in this example. In the above experiment, the detection signal of the analysis beam 30 itself was similar to that shown in FIGS. 5 to 7.

以上のように本実施例によれば、HFレーザー10とC
aFz窓13との組み合わせでHFガス分子を効率良く
かつ選択的に励起して、配管内を流れるU F aガス
中の定常時及び過渡時のHFガス濃度をオンラインで分
析できる利点を持つ。
As described above, according to this embodiment, the HF laser 10 and C
In combination with the aFz window 13, HF gas molecules can be efficiently and selectively excited, and the HF gas concentration in the U Fa gas flowing in the pipe can be analyzed online during steady state and transient times.

次に本発明の他の実施例を第13図を使って説明する。Next, another embodiment of the present invention will be described using FIG. 13.

この図は配管断面方向から見た図である。This figure is a view seen from the cross-sectional direction of the pipe.

励起光源には、HFレーザー発信器10と同一波長領域
で発振するFセンタレーザー発信器32を用いる。プロ
ーブレーザ−には、HeNeレーザー発信器11と同様
に出力が安定しているArレーザー33を用いる。また
配管12の励起光2及び参照ビーム29と分析ビーム3
0の透過領域に割れにくいフッ素コーティングプラスチ
ック窓34を用いる。28A及び28Bは凹レンズの屈
折光学素子、9A、9Bは位置検出器である。参照ビー
ム29は必ずしも分析ビーム30の真直上流の位置(第
8,9図)でおる必要はない(第13図で参照ビーム2
9と分析ビーム30は同一紙面上にない)。ただし、も
ちろん前実施例においても本実施例においても、両ビー
ム29.30は上記条件を満たす範囲で接近している必
要がある。さらに本実施例が前実施例と異なる点は、励
起光2の配管12からの出口を設けていない点である。
An F center laser oscillator 32 that oscillates in the same wavelength region as the HF laser oscillator 10 is used as the excitation light source. As the probe laser, an Ar laser 33 whose output is stable like the HeNe laser oscillator 11 is used. In addition, the excitation light 2 of the pipe 12, the reference beam 29 and the analysis beam 3
A fluorine-coated plastic window 34, which is hard to break, is used in the zero transmission area. 28A and 28B are concave lens refractive optical elements, and 9A and 9B are position detectors. The reference beam 29 does not necessarily need to be positioned directly upstream of the analysis beam 30 (see Figures 8 and 9) (see Figure 13).
9 and analysis beam 30 are not on the same page). However, of course, in both the previous embodiment and this embodiment, both beams 29 and 30 must be close to each other within a range that satisfies the above conditions. Furthermore, this embodiment differs from the previous embodiment in that an exit from the pipe 12 for the excitation light 2 is not provided.

この場合、配管内壁での励起光散乱の影響が考えられる
が、通常の配管の場合、内壁は充分あらいため励起光2
は等方向に散乱されて空間密度は弱まるので、参照ビー
ム29及び分析ビーム30への散乱光35の影響は無視
できる。
In this case, the influence of excitation light scattering on the inner wall of the pipe is considered, but in the case of normal pipes, the inner wall is sufficiently rough that the excitation light 2
The influence of the scattered light 35 on the reference beam 29 and the analysis beam 30 can be ignored since it is scattered in the same direction and the spatial density is weakened.

以上、本実施例によれば、励起光2の出口を設けず、さ
らに他の励起光2及び参照ビーム29と分析ビーム30
の透過領域にフッ素コーティングプラスチック窓34を
用いることによシ、配管12の分析部分から内部のU 
F a及びHFガスがもれる事故の生じる危険性を減少
させて、HFガス分析できる利点を持つ。なお、本実施
例の変形として、励起光2と参照ビーム29及び分析ビ
ーム30とは必ずしも直交する必要はないので、フッ素
コーティングプラスチック窓を共用して配管12内部に
これらレーザー光を入射させることもマ心ヒ+m 4 
? / blt 1J fi口次に本発明のさらに他の
実施例を第15図を用いて説明する。本実施例はフーリ
エ変換分光を適用したものであり、励起光源としては白
色赤外光源35を用いる。仁とからの励起光2はスプリ
ッター36で分けられ、ミラー駆動モーター37で駆動
される移動ミラー38と固定ミラー39までの光路差に
応じて干渉光40となり、レンズ4で配管12内部に焦
点を結び熱レンズ領域6を生成する。プローブレーザ−
からの参照ビーム29と分析ビーム30の役割はこれま
で示した他の実施例と同じである。移動ミラー38が設
定範囲を移動し終ると、データ処理回路31内部で高速
フーリエ変換して配管12内部を流れるガスの吸収スペ
クトルをめる。必要に応じて、以上の動作をくシ返して
スペクトルを集積し、精度向上を達成することができる
。9は位置検出器で、28は凹レンズの屈折光学素子で
ある。
As described above, according to this embodiment, the exit of the excitation light 2 is not provided, and the other excitation light 2, the reference beam 29, and the analysis beam 30 are
By using a fluorine-coated plastic window 34 in the transmission region of the
It has the advantage of being able to analyze HF gas while reducing the risk of an accident involving F a and HF gas leakage. As a modification of this embodiment, the excitation light 2, the reference beam 29, and the analysis beam 30 do not necessarily need to be perpendicular to each other, so these laser beams may be made to enter the inside of the pipe 12 by sharing a fluorine-coated plastic window. mashinhi+m 4
? / blt 1J fi Next, still another embodiment of the present invention will be described using FIG. 15. This embodiment applies Fourier transform spectroscopy, and uses a white infrared light source 35 as an excitation light source. The excitation light 2 from the lens is split by a splitter 36 and becomes interference light 40 according to the optical path difference between a movable mirror 38 driven by a mirror drive motor 37 and a fixed mirror 39, and is focused into the pipe 12 by a lens 4. A knotted thermal lens area 6 is generated. Probe laser
The roles of the reference beam 29 and the analysis beam 30 from the 3D are the same as in the other embodiments shown so far. When the movable mirror 38 finishes moving within the set range, fast Fourier transform is performed inside the data processing circuit 31 to determine the absorption spectrum of the gas flowing inside the pipe 12. If necessary, the above operations can be repeated to accumulate spectra and improve accuracy. 9 is a position detector, and 28 is a refractive optical element having a concave lens.

以上のように本実施例によれば、赤外吸収スペクトルを
測定できるので、UF6ガス取扱いプラントの密當蒔に
一配管内のHpガスげ孔h〒h?他の不純物ガスも同時
に分析できる利点がある。
As described above, according to this embodiment, it is possible to measure infrared absorption spectra, so that Hp gas vents in one pipe can be installed in a UF6 gas handling plant. It has the advantage that other impurity gases can be analyzed simultaneously.

次に本発明のさらに他の実施例を第16図を用いて説明
する。本実施例では参照ビーム29及び分析ビーム30
の位置検出器9側の配管12の透過領域にフッ素コーテ
ィングプリズム41を設ケたことに特徴がある。したが
って別途、他の実施例のように屈折光学素子を設ける必
要がない。なお、プリズムのかわシに凹レンズでもかま
わない。
Next, still another embodiment of the present invention will be described using FIG. 16. In this embodiment, a reference beam 29 and an analysis beam 30
A feature is that a fluorine-coated prism 41 is provided in the transmission area of the pipe 12 on the position detector 9 side. Therefore, there is no need to separately provide a refractive optical element as in other embodiments. Note that a concave lens may be used instead of the prism.

第16図では省略したが、励起光源やチョッパー等の構
成は他の実施例と同じである。
Although omitted in FIG. 16, the configurations of the excitation light source, chopper, etc. are the same as in the other embodiments.

以上のように本実施例によれば、配管12の透過領域に
屈折機能を持たせることによシ、屈折光学素子を別途設
けなくとも、参照ビーム29及び分析ビーム30の変位
を拡大してg[測が可能で、U F s ガスプラント
配管内のHFガスを分析できる利点がある。
As described above, according to this embodiment, by providing the transmission region of the pipe 12 with a refraction function, the displacement of the reference beam 29 and the analysis beam 30 can be enlarged without separately providing a refraction optical element. [It has the advantage of being able to measure and analyze HF gas in U F s gas plant piping.

本実施例に類似した実施例として第17図の構成も可能
である。すなわち、フッ素コーティングプリズム41と
同様に、混合ガス16に接する面をフッ素コーティング
して耐食性を持たせた7ツ素コーテイングビームスプリ
ツタ−42を用いることによシ、プローブレーザ−光8
の透過窓とビームスプリッタ−とを別途設ける必要がな
くなる利点がある。なお、第17図においては、第16
図と同様、励起光源やチョッパー等の構成は省略しであ
る。ビームスプリッタ−42としては第17図に示した
構造のプリズムに限らない。
As an embodiment similar to this embodiment, the configuration shown in FIG. 17 is also possible. That is, by using a seven element coated beam splitter 42 whose surface in contact with the mixed gas 16 is coated with fluorine to provide corrosion resistance, similarly to the fluorine coated prism 41, the probe laser light 8 can be
This has the advantage that there is no need to separately provide a transmission window and a beam splitter. In addition, in Fig. 17, the 16th
As in the figure, structures such as the excitation light source and chopper are omitted. The beam splitter 42 is not limited to the prism having the structure shown in FIG. 17.

次に本発明のさらに他の実施例を第18図によシ説明す
る。本実施例の特徴はこれまで示した他の実施例と異な
シ、チョッパーを用いない点にある。すなわち励起光2
0強度は周期的に変調されることなく配管12内部に照
射されるので、熱レンズ領域6は定常的に存在し、した
がって分析ビーム30は周期的に屈折することはない。
Next, still another embodiment of the present invention will be explained with reference to FIG. The feature of this embodiment is that, unlike the other embodiments shown so far, a chopper is not used. That is, excitation light 2
Since the zero intensity is irradiated into the pipe 12 without being periodically modulated, the thermal lens region 6 is constantly present and the analysis beam 30 is therefore not periodically refracted.

原理的には、気体を対象とした熱レンズ屈折分光は、光
音響分光と異なシ、周期的励起を必要としない。
In principle, thermal lens refraction spectroscopy for gases does not require periodic excitation, unlike photoacoustic spectroscopy.

なぜなら気体の場合、被励起分子が次々と入れ替るため
、定常的に励起光2を照射しても熱レンズ効果は変化し
ないためである。ただし、熱レンズ効果による分析ビー
ム30の屈折量が微少なため定常的な変位としては計測
精度が悪いため、周期的に熱レンズ領域を生成し、熱レ
ンズ効果の有無による変化として従来計測している。し
かしながら第12図に示すような、過渡時のHF濃度変
化の検出手段に限定すると、定常励起でも有効である。
This is because in the case of a gas, the excited molecules are replaced one after another, so even if the excitation light 2 is constantly irradiated, the thermal lens effect does not change. However, since the amount of refraction of the analysis beam 30 due to the thermal lens effect is small, the measurement accuracy is poor as a steady displacement, so thermal lens regions are generated periodically and conventionally measured as changes depending on the presence or absence of the thermal lens effect. There is. However, if the detection means is limited to detecting changes in HF concentration during a transient period as shown in FIG. 12, steady excitation is also effective.

以上のように本実施例によれば、励起光2のチョッパー
を用いることなく、シたがってデータ処理回路31にロ
ックイン機構を設けることなく、U F aガス取扱い
プラント配管内のHFガス濃度の過渡的変化を検出し、
プラント異常検出に利用できるHFガス分析装置を提供
できる。
As described above, according to this embodiment, the HF gas concentration in the UFa gas handling plant piping can be controlled without using a chopper for the excitation light 2 and without providing a lock-in mechanism in the data processing circuit 31. Detects transient changes,
It is possible to provide an HF gas analyzer that can be used to detect plant abnormalities.

次に本発明のさらに他の実施例を第19図によシ説明す
る。本実施例では、配管12の上流及び下流側にペロー
43を設けたことを特徴とする。
Next, still another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is characterized in that Perot 43 is provided on the upstream and downstream sides of the pipe 12.

上記ペロー43を設けることによシ、配管12の分析に
係る部分のプラント運転に基づく振動を減少させ、分析
への影響を防ぐことができる。励起光源、プローブレー
ザ−、チョッパー、プローブ光受光器等は防電台上に配
するか、または配管12に一体化して接続して振動の影
響を除去することができる。なお、第19図において、
フッ素コーティングビームスプリッタ−42の具体的形
状は省略しである。また、参照ビーム29は励起光2と
同一平面上になく、熱レンズ領域6を通過しない点は第
13〜15.18図と同様である。
By providing the above-mentioned Perot 43, it is possible to reduce vibrations caused by plant operation in the portion of the piping 12 related to analysis, and prevent the vibrations from affecting the analysis. An excitation light source, a probe laser, a chopper, a probe light receiver, etc. can be arranged on an electrically shielded stand, or can be integrally connected to the piping 12 to eliminate the influence of vibration. In addition, in Fig. 19,
The specific shape of the fluorine coated beam splitter 42 is omitted. Further, the reference beam 29 is not on the same plane as the excitation light 2 and does not pass through the thermal lens region 6, similar to FIGS. 13 to 15.18.

以上、本実施例によれば、プラント配管12の振動なペ
ロー43を用いることによシ減少せしめ、振動の影響を
除去して配管内のHFガスを分析できる利点がある。
As described above, according to this embodiment, there is an advantage that the vibration of the plant piping 12 can be reduced by using the Perot 43, and the HF gas in the piping can be analyzed while eliminating the influence of vibration.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、グローブレーザー光を分析ビームと参
照ビームとに分離してそれぞれ熱レンズ領域の内側と外
側を通過させるとともに、これらビームの変位を屈折光
学素子を使って拡大することによシ、配管内ガス流れの
ゆらぎに基づく分析ビーム及び参照ビームの変位を有効
に相殺できるので、UF6ガス取扱いプラント配管内を
流れるU F sガス中のHP濃スス濃度定常時及び、
へは過渡時の値を分析できる1(Fガス分析装置を提供
できる。
According to the present invention, a globe laser beam is separated into an analysis beam and a reference beam, which pass inside and outside a thermal lens region, respectively, and the displacement of these beams is magnified using a refractive optical element. Since the displacement of the analysis beam and reference beam due to fluctuations in the gas flow in the piping can be effectively offset, the concentration of HP-rich soot in the UFs gas flowing in the piping of a UF6 gas handling plant is steady and
We can provide 1 (F gas analyzer) that can analyze transient values.

本発明では、励起光とプローブレーザ−光の透過窓さえ
あれば、プラント配管の任意箇所でHF分析ができる。
In the present invention, as long as there is a transmission window for excitation light and probe laser light, HF analysis can be performed at any location in the plant piping.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は熱レンズ屈折分光の原理を説明する図、第2及
び3図は、熱レンズ屈折分光の基礎実験装置の概略図、
第4図は上記実験のガスループ構成の略図、第5〜7図
は上記実験の結果、第8,9図は本発明の一実施例の構
成を示す図で、第10〜12図は第8,9図の構成によ
る実験結果、第13図は他の実施例の構成を、第14図
はその変形例を示す図、第15図、第16図はそれぞれ
さらに他の実施例の構成を示す図で、第17図は第16
図の実施例の変形例、第18及び19図は、それぞれさ
らに他の実施例の構成を示す図、である。 1・・・励起光源、2・・・励起光、6・・・熱レンズ
領域、7・・・プローブレーザ−18・・・プローブレ
ーザ−光、9.9A、9B・・・位置検出器、10・・
・HFレーザー、12・・・配管、13・・・CHF2
窓、14・・・接合型受光器、16・・・U F aガ
スとHFガスの混合ガス、24・・・ビームスプリッタ
、27,27A。 27B・・・フッ素コーティングガラス窓、28゜28
A、28B・・・凹レンズ、29・・・参照ビーム、3
0・・・分析ビーム、31・・・データ処理装置、32
・・・Fセンタレーザー、34・・・フッ素コーティン
グプラスチック窓、41・・・フッ素コーティングプリ
ズム、42・・・フッ素コーティングビームスプリッタ
−143・・・ベロー。 ¥l 1 口 箒 2 図 も 3 日 も 4 図 廟 5 図 ¥−、w 防 Bがrl → 箔 8 巳 も り B」 も 10 図 千 1 ’l 図 不 13 刀 も 14図 も I5 15 も 1G 図 も 11 (2) 箭 13 口
Figure 1 is a diagram explaining the principle of thermal lens refraction spectroscopy, Figures 2 and 3 are schematic diagrams of the basic experimental equipment for thermal lens refraction spectroscopy,
Fig. 4 is a schematic diagram of the gas loop configuration of the above experiment, Figs. 5 to 7 are the results of the above experiment, Figs. 8 and 9 are diagrams showing the structure of an embodiment of the present invention, and Figs. , 9, Figure 13 shows the configuration of another embodiment, Figure 14 shows a modification thereof, and Figures 15 and 16 each show the configuration of another embodiment. In the figure, Figure 17 is the 16th
Modifications of the embodiment shown in the figure, FIGS. 18 and 19, are diagrams showing the configuration of still other embodiments, respectively. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Excitation light source, 2... Excitation light, 6... Thermal lens area, 7... Probe laser-18... Probe laser light, 9.9A, 9B... Position detector, 10...
・HF laser, 12...Piping, 13...CHF2
Window, 14... Junction type light receiver, 16... Mixed gas of U Fa gas and HF gas, 24... Beam splitter, 27, 27A. 27B...Fluorine coated glass window, 28°28
A, 28B... Concave lens, 29... Reference beam, 3
0... Analysis beam, 31... Data processing device, 32
...F center laser, 34...Fluorine coating plastic window, 41...Fluorine coating prism, 42...Fluorine coating beam splitter-143...Bello. ¥l 1 mouth broom 2 figure 3 day 4 picture temple 5 figure ¥-, w Defense B is rl → foil 8 Mi Mori B'mo 10 figure thousand 1 'l figure no 13 sword too 14 figure I5 15 too 1G Figure also 11 (2) Bamboo shoots 13 Mouth

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、フッ化水素を含む六フッ化ウランガスが流れる配管
内にフッ化水素レーザを照射する手段と、プローブレー
ザを発生する手段と、前記フッ化水素レーザの照射によ
シ前記配管内に生じる熱レンズ領域を通過させるべく前
記プローブレーザを導く第1光学手段と、前記熱レンズ
領域以外の前記配管内の領域を通過させるべく前記プロ
ーブレーザを導く第2光学手段と、前記第1光学手段に
よって導かれ前記熱レンズ領域を通過した前d己プロー
ブレーザ及び前記第2光学手段によって導かれ前記熱レ
ンズ領域以外の領域を通過した前記プローブレーザに基
づいてフッ化水素の濃度を測定する手段とからなるフッ
化水素分析装置。
1. A means for irradiating a hydrogen fluoride laser into a pipe through which uranium hexafluoride gas containing hydrogen fluoride flows, a means for generating a probe laser, and heat generated in the pipe by the irradiation with the hydrogen fluoride laser. a first optical means for guiding the probe laser to pass through a lens region; a second optical means for guiding the probe laser to pass through a region in the piping other than the thermal lens region; a probe laser that has passed through the thermal lens region; and means for measuring the concentration of hydrogen fluoride based on the probe laser that has been guided by the second optical means and has passed through a region other than the thermal lens region. Hydrogen fluoride analyzer.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7105354B1 (en) 1998-06-12 2006-09-12 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Analyzer
US7625760B2 (en) 1999-08-11 2009-12-01 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Analyzing cartridge and liquid feed control device

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US7105354B1 (en) 1998-06-12 2006-09-12 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Analyzer
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