Published November 9, 2021 | Version v1
Publication Open

High sensitivity hydrogen analysis in zircaloy-4 using helium-assisted excitation laser-induced breakdown spectroscopy

Creators

  • 1. Pelita Harapan University
  • 2. Krida Wacana Christian University
  • 3. Binus University
  • 4. University of Azad Jammu and Kashmir
  • 5. State University of Jakarta
  • 6. Indonesian Institute of Sciences
  • 7. Syiah Kuala University
  • 8. Diponegoro University
  • 9. University of Faisalabad
  • 10. University of Agriculture Faisalabad
  • 11. Fukui Prefecture Special Education Center

Description

Abstract High-sensitivity detection of hydrogen (H) contained in zircaloy-4, a commonly used material for nuclear fuel containers, is crucial in a nuclear power plant. Currently, H detection is performed via gas chromatography, which is an offline and destructive method. In this study, we developed a technique based on metastable excited-state He-assisted excitation to achieve excellent quality of H emission spectra in double-pulse orthogonal laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS). The production of metastable excited-state He atoms is optimized by using LiF as sub-target material. The results show a narrow full-width-at-half-maximum of 0.5 Å for the H I 656.2 nm emission line, with a detection limit as low as 0.51 mg/kg. Thus, using this novel online method, H in zircaloy-4 can be detected efficiently, even at very low concentrations.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يعد الكشف عن الهيدروجين عالي الحساسية (H) الموجود في الزركالوي-4، وهي مادة شائعة الاستخدام لحاويات الوقود النووي، أمرًا بالغ الأهمية في محطة الطاقة النووية. في الوقت الحالي، يتم إجراء الكشف عن H عبر كروماتوغرافيا الغاز، وهي طريقة غير متصلة بالإنترنت ومدمرة. في هذه الدراسة، طورنا تقنية تعتمد على الإثارة غير المستقرة بمساعدة He لتحقيق جودة ممتازة لأطياف انبعاث H في مطياف الانهيار المستحث بالليزر المتعامد (LIBS). يتم تحسين إنتاج ذرات الحالة المستثارة غير المستقرة باستخدام LiF كمواد مستهدفة فرعية. تظهر النتائج أن الحد الأقصى الضيق للعرض الكامل هو 0.5 Å لخط انبعاث H I 656.2 نانومتر، مع حد كشف منخفض يصل إلى 0.51 مجم/كجم. وبالتالي، باستخدام هذه الطريقة الجديدة عبر الإنترنت، يمكن اكتشاف H في zircaloy -4 بكفاءة، حتى بتركيزات منخفضة جدًا.

Translated Description (French)

Résumé La détection à haute sensibilité de l'hydrogène (H) contenu dans le zircaloy-4, un matériau couramment utilisé pour les conteneurs de combustible nucléaire, est cruciale dans une centrale nucléaire. Actuellement, la détection de H est effectuée par chromatographie en phase gazeuse, qui est une méthode hors ligne et destructrice. Dans cette étude, nous avons développé une technique basée sur l'excitation assistée par He à l'état excité métastable pour obtenir une excellente qualité des spectres d'émission H en spectroscopie de claquage orthogonale à double impulsion induite par laser (LIBS). La production d'atomes He à l'état excité métastables est optimisée en utilisant le LiF comme matériau sub-cible. Les résultats montrent une largeur maximale de 0,5 Å pour la raie d'émission H I 656,2 nm, avec une limite de détection aussi faible que 0,51 mg/kg. Ainsi, en utilisant cette nouvelle méthode en ligne, H dans le zircaloy-4 peut être détecté efficacement, même à de très faibles concentrations.

Translated Description (Spanish)

Resumen La detección de alta sensibilidad del hidrógeno (H) contenido en zircaloy-4, un material de uso común para contenedores de combustible nuclear, es crucial en una planta de energía nuclear. Actualmente, la detección de H se realiza mediante cromatografía de gases, que es un método fuera de línea y destructivo. En este estudio, desarrollamos una técnica basada en la excitación asistida por He de estado excitado metaestable para lograr una excelente calidad de los espectros de emisión de H en la espectroscopia de ruptura inducida por láser ortogonal de doble pulso (libs). La producción de átomos de He de estado excitado metaestables se optimiza mediante el uso de LiF como material subobjetivo. Los resultados muestran un ancho completo estrecho a la mitad del máximo de 0.5 Å para la línea de emisión H I 656.2 nm, con un límite de detección tan bajo como 0.51 mg/kg. Por lo tanto, utilizando este novedoso método en línea, se puede detectar H en zircaloy-4 de manera eficiente, incluso a concentraciones muy bajas.

Files

s41598-021-01601-y.pdf.pdf

Files (1.4 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:57b93ffd2b127536b361fd7b82409d0c
1.4 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تحليل الهيدروجين عالي الحساسية في الزركالوي-4 باستخدام مطياف الانهيار المستحث بالليزر بمساعدة الهليوم
Translated title (French)
Analyse de l'hydrogène à haute sensibilité dans le zircaloy-4 à l'aide de la spectroscopie de claquage induite par laser à excitation assistée par hélium
Translated title (Spanish)
Análisis de hidrógeno de alta sensibilidad en zircaloy-4 utilizando espectroscopía de ruptura inducida por láser de excitación asistida por helio

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3212465546
DOI
10.1038/s41598-021-01601-y

Is supplement to
https://openalex.org/W3185493346 (Other)
https://openalex.org/W2978040296 (Other)
https://openalex.org/W2912621749 (Other)
https://openalex.org/W2776370874 (Other)
https://openalex.org/W2754017172 (Other)
https://openalex.org/W2474411599 (Other)
https://openalex.org/W2410954733 (Other)
https://openalex.org/W2381174698 (Other)
https://openalex.org/W2099182329 (Other)
https://openalex.org/W2005591678 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1606793832
  • https://openalex.org/W1861605613
  • https://openalex.org/W1967231857
  • https://openalex.org/W1972540612
  • https://openalex.org/W1977541430
  • https://openalex.org/W1979539256
  • https://openalex.org/W1983224564
  • https://openalex.org/W1984530427
  • https://openalex.org/W1990572798
  • https://openalex.org/W1991125721
  • https://openalex.org/W1994568521
  • https://openalex.org/W2005424934
  • https://openalex.org/W2009820489
  • https://openalex.org/W2018839049
  • https://openalex.org/W2026128135
  • https://openalex.org/W2032712261
  • https://openalex.org/W2040711420
  • https://openalex.org/W2047962438
  • https://openalex.org/W2053311500
  • https://openalex.org/W2054036210
  • https://openalex.org/W2063927039
  • https://openalex.org/W2065944903
  • https://openalex.org/W2069163680
  • https://openalex.org/W2070782408
  • https://openalex.org/W2075274334
  • https://openalex.org/W2076284050
  • https://openalex.org/W2088477875
  • https://openalex.org/W2088762959
  • https://openalex.org/W2093544473
  • https://openalex.org/W2095191636
  • https://openalex.org/W2158339769
  • https://openalex.org/W2318705411
  • https://openalex.org/W2493503649
  • https://openalex.org/W2551334778
  • https://openalex.org/W2734361118
  • https://openalex.org/W2758445136
  • https://openalex.org/W2759591808
  • https://openalex.org/W2904686815
  • https://openalex.org/W2946871834
  • https://openalex.org/W3004561859
  • https://openalex.org/W848838503