JPS635003Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、直流プラズマ発光分光分析法で用い
るプラズマジエツト装置の陰極ブロツクに、タン
グステン電極を容易に装填できるようにするため
の治具に関し、特に限定されるものではないが、
マニプレータによる電極交換を可能としうるよう
なタングステン電極装填用のスペーサに関するも
のである。

原子力関係分野における、高レベル放射性物質
研究に伴う分析では、外界と遮断されたホツトセ
ルを使用した遠隔操作による分析が必要となる。
しかし従来の滴定分析、比色分析等はもともと実
験室を対象とした分析操作であり、セル内分析法
に適用することは困難である。また分析操作が複
雑であり、多種多様な試薬を使用し、そのわりに
は分析対象範囲が狭く、分析所要時間が長い等の
欠点がある。

その点分析試料を励起発光させ、その発光スペ
クトルの波長及びスペクトル線強度を測定し、分
析試料中の成分及び濃度を同定する発光分光分析
法は、分析操作が簡単であり、検出感度が高く、
また測定濃度範囲が広く、多元素を同時に分析で
きる利点を有している。また光の測定を原理とし
ているので、ホツトセル内で大きな妨害要因とな
る高放射線の影響も受けず安定した測定が可能で
あり、セル内分析法として最も適した分析法であ
る。

直流プラズマ発光分光分析装置は、第１図に示
すように、直流プラズマジエツト装置（発光部）
１、分光器２、検出部３、データ処理部等により
構成され、高温の直流プラズマ中に分析試料を導
き励起発光させ、発光スペクトル線を分光器によ
り検出し、そのスペクトル線及びスペクトル線強
度から、分析試料中の元素及び含有量を測定する
多元素同時分析型の装置であり、従来公知であ
る。なお、符号４は、スペクトルの焦点面におか
れた出口スリツトである。

ここで直流プラズマジエツト装置１は、例え
ば、第２図にも詳細に示されているように、２本
の陽極ブロツク１０と１本の陰極ブロツク１１と
が逆Ｙ字型に設置された構造をなしている。陽極
には黒鉛電極１２（例えば2.3φ×46.6mm）が、ま
た陰極にはタングステン電極１３（例えば1φ×
61mm）が使用される。符号１４は、各々の電極ブ
ロツクに取付けられるセラミツクスリーブであ
る。プラズマ点灯時は、電極ブロツク１０，１１
からアルゴンガスを吹込み、黒鉛電極１２とタン
グステン電極１３を突出させ、接触させて放電さ
せる。プラズマ点灯と同時に３本の電極はセラミ
ツクスリーブ１４内に引き込まれ、アルゴンの電
離が持続し、プラズマ１５が形成される。ネブラ
イザにより霧化された分析試料は、石英製のサン
プル導入管１６を通つてプラズマ１５中に導か
れ、励起発光する。

陰極ブロツクの詳細を第３図に示す。陰極ブロ
ツクは、クーリングブロツク２０、シリンダ２
１、ジヨイント２２により構成される。タングス
テン電極１３は、クーリングブロツク２０内の多
孔板２３の中心孔（約１mmφ）に通したのち、シ
リンダ２１内のプツシヤー２４の先端部に固定さ
れる。このプツシヤー２４は、その軸方向に移動
可能に収容されており、ジヨイント２２からのア
ルゴンガス圧によつて前進し、また、アルゴンガ
スの供給を停止したときスプリング（図示せず）
の力によつて後退する構成となつている。プツシ
ヤー２４先端のタングステン電極固定部は、クリ
ツプ状になつており、プラズマ点灯時にアルゴン
ガスによりプツシヤー２４が押し上げられるとク
リツプが閉じタングステン電極１３が固定される
ようになつている。タングステン電極装填時の突
出長さの調整は通常は目視により行なうが、この
作業はかなりの熟練が要求される。前記突出長さ
の調整は、電極クーリングブロツク内に引込まれ
た状態で6.5±0.5mmの精度を必要とする。この寸
法に調整すればプラズマ点灯時、電極が押し上げ
られたとき陰極を確実に陽極に接触させることが
できる。なお、セラミツクスリーブ１４は、電極
交換時に取外される。

さて、このような従来の直流プラズマ発光分光
分析装置は、前述のように通常の実験室で利用す
るうえでは極めて有効な分析装置である。しか
し、かかる装置をそのままホツトセル内に設置
し、分析を実施することは不可能である。という
のは、ホツトセル内は、高温多湿で、しかも酸蒸
気等が存在する劣悪な環境であり、装置の保守管
理上問題があり、また、マニプレータによりこれ
らの運転及びメンテナンスを行なうことは難しい
からである。そこで複雑な光学系及び電気回路を
有する分光器及びデータ処理部等をセル外に設置
し、直流プラズマジエツト装置１をセル内に設置
して、セル内の光情報をセル外へ取出す方法を検
討した。その場合、各電極は、プラズマジエツト
運転中に消耗するため定期的に交換する必要があ
る。ホツトセル内に直流プラズマジエツトを設置
して運転する場合は、ホツトセル内でマニプレー
タにより電極交換が行なえなけばならない。しか
し、電極部は非常に狭く、しかも前述のようにタ
ングステン電極の装填には、約１mmφの微細な孔
への挿入及び電極先端部の突出長さ調整を行なわ
なければならない。このタングステン陰極の突出
長さ調整は、黒鉛陽極との接触を持たせ、２極間
にアークを発生させる上で必要でありプラズマ形
成上重要な寸法である。ホツトセル内という特殊
な条件下では、このタングステン電極の突出長さ
調整を目視で行なうことはできないという新たな
条件も加わる。

このように、従来技術では、上述した保守操作
をホツトセル内でマニプレータにより実行するこ
とは全く不可能であり、直流プラズマジエツトを
ホツトセル内で運転するためにはこれらを解決す
る必要があつた。またこれらが解決されない限
り、ホツトセル内分析法として直流プラズマ発光
分光分析法を適用することは不可能だつたのであ
る。

本考案は、上記のような従来技術の実情に鑑み
なされたもので、その目的は、ホツトセル内でマ
ニプレータによりタングステン電極の交換や突出
長さの調整を容易に行なえるようなタングステン
電極装填用スペーサを提供することにある。

以下、本考案について詳述する。第４図は本考
案に係るタングステン電極装填用スペーサの一実
施例を示す説明図である。同図から明らかなよう
に、このスペーサ３０は、直流プラズマジエツト
装置の陰極ブロツク先端開口（第３図参照）に丁
度嵌入する小径脚部３１と、タングステン電極の
突出長さに等しい高さｈを有し前記小径脚部３１
の上部に連設される膨出ヘツド部３２とからな
り、それらの中心部にはタングステン電極装填用
の貫通孔３３が穿設され、かつ該貫通孔３３のヘ
ツド部側端にすり鉢状のテーパー入口部３４が形
成された構造である。本実施例では、スペーサ３
０は、ステンレス鋼等で製作されており、中心の
貫通孔３３はタングステン電極を挿入しうる寸法
（約１mmφ）、テーパー入口部３４の開き角度は約
60度となつている。また、膨出ヘツド部３２の高
さは、この場合6.5mmに設定されている。タング
ステン電極１３の装填時の状況を第５図に示す。
まず、スペーサ３０をマニプレータで把持して、
陰極ブロツクを構成しているクーリングブロツク
２０の先端開口に嵌着する。次に、タングステン
電極１３をつかんで貫通孔３３に挿入する。この
とき、前述の如く、ヘツド部側端にはすり鉢状の
テーパー入口部３４が形成されているので、タン
グステン電極１３を容易に貫通孔３３内に挿入で
き、その後はタングステン電極１３はその自重で
滑り落ち、クーリングブロツク２０内の多孔板２
３の中心孔に確実に入る。その後は単にマニプレ
ータハンド部３５の平面でタングステン電極１３
を、その先端がスペーサ３０の上端面に一致する
まで押込むことにより、タングステン電極１３の
装填及びその突出長さの調整が終了する。従つ
て、最後にマニプレータでスペーサ３０をつか
み、抜き取ることにより、タングステン電極１３
の陰極ブロツクへの装填作業は完了することにな
る。

なお、スペーサ３０を抜き取つたとき、タング
ステン電極１３の位置がずれないようにするた
め、タングステン電極１３とスペーサ３０との摩
擦力が、タングステン電極１３と陰極ブロツクの
プツシヤー２４先端の電極固定部の摩擦力よりも
はるかに小さくなるようにスペーサ３０を製作し
ておく。このためには、スペーサ３０の貫通孔３
３の直径をタングステン電極１３の外径より若干
大きめにし、タングステン電極１３が遊嵌するよ
うにしておくだけで充分である。

かかるスペーサ３０を用いてマニプレータによ
りタングステン電極の装填作業を繰返した結果は
充分満足しうるものであつた。10回の測定結果で
は、平均値6.5mm、最大値6.8mm、最小値6.3mmで
6.5mm±0.5mmという要求精度内に完全に収まるこ
とが確認された。

このタングステン電極装填作業をさらに有利に
するためには、第６図、第７図に示すような直流
プラズマジエツト装置を用いるとよい。第６図は
使用時の状態を示し、第７図は電極交換時の状態
を示す。

２本の陽極ブロツク１０と１本の陰極ブロツク
１１は、それぞれ装置上方に向つて起立固定でき
るよう回転可能に取付けられている。すなわち回
転ラチエツト機構４０によつて発光位置（第６図
に示す）と電極交換位置（第７図に示す）とのい
ずれかで位置決め固定できる構成である。陽極ブ
ロツク１０及び陰極ブロツク１１は、取手４１を
マニプレータで操作することにより、アーム４２
を動かし、それによつて回転させることができ
る。第７図に示すように、電極の交換時には電極
装填用の穴が上方を向き、しかも各電極ブロツク
の間隔はかなり広くなるため、電極交換作業は極
めて容易となるのである。なお、第６図、第７図
において、符号４３は得られた分析試料の発光ス
ペクトルをセル外の分光器まで伝送するための光
フアイバの脱着機構、符号４４は光フアイバ微動
装置である。

本考案は上記のように構成したタングステン電
極装填用スペーサであるから、従来不可能と考え
られていたマニプレータによるタングステン電極
の装填が可能となり、電極交換に要する時間が短
縮され、しかも交換操作に熟練を必要としないな
ど、数々のすぐれた効果を奏しうるものである。
これらの効果により、ホツトセル内における直流
プラズマジエツトの遠隔保守が可能となり、ホツ
トセル用直流プラズマ発光分光分析システムが実
用化し、それにより、セル内における分析対象元
素が大幅に拡大され、また作業の省力化、能率化
が実現し、高レベル放射性物質の試験、研究を強
力に支援できるようになつたものである。

なお、本考案は、ホツトセル内に設置する場合
のみならず、通常の実験室等に設置する場合にも
適用でき、電極交換等を容易に行なえることは言
うまでもなく明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は直流プラズマジエツト発光分光分析装
置の概念図、第２図はその直流プラズマジエツト
装置の説明図、第３図は従来の陰極ブロツクの分
解説明図、第４図は本考案に係るスペーサの説明
図、第５図はその使用状態の説明図、第６図及び
第７図はホツトセル用の直流プラズマジエツト装
置の説明図である。 １……直流プラズマジエツト装置、２……分光
器、３……検出部、１０……陽極ブロツク、１１
……陰極ブロツク、１３……タングステン電極、
１５……プラズマ、１６……サンプル導入管、２
０……クーリングブロツク、２１……シリンダ、
２３……多孔板、２４……プツシヤー、３０……
スペーサ、３１……小径脚部、３２……膨出ヘツ
ド部、３３……貫通孔、３４……テーパー入口
部、３５……マニプレータハンド部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 直流プラズマジエツト装置の陰極ブロツク先端
   開口に丁度嵌入する小径脚部と、タングステン電
   極の突出長さに等しい高さを有し前記小径脚部の
   上部に連設される膨出ヘツド部とからなり、それ
   らの中心部にはタングステン電極装填用の貫通孔
   が穿設され、かつ該貫通孔のヘツド部側端にすり
   鉢状のテーパー入口部が形成されてなるタングス
   テン電極装填用スペーサ。