First demonstration of a novel single-end readout type position-sensitive optical fiber radiation sensor based on wavelength-resolved photon counting

寺阪 祐太; 渡辺 賢一*; 瓜谷 章*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1034, p.166793_1 - 166793_6, 2022/07

https://doi.org/10.1016/j.nima.2022.166793

In this study, a single-end readout type position-sensitive optical fiber radiation sensor was developed. Using the wavelength dependency of light attenuation inside the optical fiber, the incident position of radiation at the fiber can be estimated reversely. Instead of a spectrometer, we employed bandpass filters and photon-counting head as a photodetector to improve detection efficiency. The detection efficiency of a 10 m long plastic scintillation fiber at the 5 m position from the readout end was evaluated to be in the range of 0.08-0.12 % for 662 keV gamma-rays from Cs and 2.6-3.9 % for beta-rays from Sr/Y when a bandpass filter transmitting photons with a wavelength of 500 nm was used. A basic measurement test of radiation intensity distribution was conducted using a Sr/Y radioactive point source. A field test was also performed at the difficult-to-return zone in Fukushima Prefecture, and the estimated dose rate distribution roughly agreed with the survey meter measurement.

Measurement of double-differential thick-target neutron yields of the C() reaction at 12, 20, and 30 MeV

Patwary, M. K. A*; 金 政浩*; 青木 勝海*; 吉浪 皓亮*; 山口 真矢*; 渡辺 幸信*; 塚田 和明; 佐藤 望*; 浅井 雅人; 佐藤 哲也; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 58(2), p.252 - 258, 2021/02

https://doi.org/10.1080/00223131.2020.1819908

重陽子加速器中性子源の設計のため、これまでにLi, Be, Cといった軽元素に対する重陽子核データが数MeVから50MeVの入射エネルギー範囲で系統的に測定されてきた。しかし、二重微分中性子収量(DDTTNY)の実測データについては、特に入射エネルギー18から33MeVの範囲で不足しているのが現状である。この問題を解消するため、本研究では12, 20, 30MeVにおける天然炭素標的に対する()反応からのDDTTNYを多重箔放射化法によって測定した。DDTTNYを導出するためのアンフォールディングにはGRAVELコードを用いた。また、本測定結果を用いて重陽子入射反応計算コードDEURACSの検証を行うとともに、総中性子収量や0放出における微分中性子収量に関する系統式の検証も行った。

Cf及びAm-Be中性子源を用いた速中性子校正場の散乱線評価

J.R.Dumais*; 吉澤 道夫; 山口 恭弘

JAERI-Tech 98-005, 65 Pages, 1998/03

JAERI-Tech-98-005.pdf:2.32MB

原研・放射線標準施設棟には、中性子線量測定用の個人線量計やサーベイメータを校正するためのRI中性子源を用いた速中性子校正場が整備されている。この速中性子校正場には、線源カプセル、スタンド、空気及び壁等からの散乱線が含まれており、線量計の校正に影響を及ぼす可能性がある。そこで、MCNP-A4モンテカルロコードを用いた計算により、各散乱成分の割合及び中性子エネルギースペクトルの評価を行った。さらに、ボナー球検出器を用いた実験により中性子エネルギースペクトルを求め、これに基づき計算結果の補正を行った。その結果、線源から100cmにおける散乱線の混入割合は、中性子フルエンスについてCfで23%、Am-Beで19%であった。これらを線量当量に換算すると、Cfで13~14%、Am-Beで8~10%であることが明らかになった。

光ファイバ検出器を用いた放射性腐食生成物挙動の高精度測定法の開発

住野 公造; 青山 卓史; 江本 武彦

PNC TN9410 96-233, 27 Pages, 1996/08

PNC-TN9410-96-233.pdf:0.96MB

高速炉プラントにおける放射性腐食生成物(CP)の1次冷却系内の移行挙動を精度よく把握することは,プラントの保守・点検や補修作業時の放射線被ばくを低減させる上で極めて重要である。このため,高速実験炉「常陽」では,定期検査ごとに主要な被ばく源である^60Co,^54Mn等のCP核種の機器・配管への付着密度とそれによる線量率分布の測定を実施している。本測定に,近年実用化が進んでいるプラスチック・シンチレーション光ファイバ(PSF)検出器を適用し,その特性を活かすことにより高精度で迅速に測定できる手法を開発した。本開発では,検出感度に関しては,「常陽」実機の放射線場でも有効にPSFを使用できるように,ファイバ素子の太さや本数を変えて検出感度を調整した数種類のファイバを製作し,約0.0110mSv/hまでのワイドアレンジで測定できるように改良した。また,ポジション・センシティブな検出器としてのPSFの特徴を最大限に活用できるようにするため,応答関数を用いた逐次近似法によるアンフォールディング技術を適用し,高速炉の1次冷却系の線量率分布のような微細な空間分布測定にも適用可能な感度範囲と高い位置分解能を得るようにした。本測定手法を用いて,「常陽」1次冷却系の線量率の測定を行い,従来の熱蛍光線量計(TLD)による測定との比較を行った。この結果,測定値取得までの所要時間をTLDの約2日から数分間に短縮すると同時に,高分解能の連続的な空間線量率分布として測定することができ,高速炉プラントのCP挙動測定の高精度化と迅速化を実現した。

Estimation of scattered radiation spectral distribution of exposure in gamma calibration fields

高橋 史明; 清水 滋

IRPA9: 1996 International Congress on Radiation Protection, Proceedings, 4, p.215 - 217, 1995/00

線測定器の応答にはエネルギー依存性があるため、校正場のエネルギー分布は明確にされる必要がある。特に、校正場における散乱線の寄与の評価は重要となる。本試験では、原研放射線標準施設棟内の線校正場において、NaI(Tl)シンチレーション検出器を用いて波高分布測定を実施した。測定結果についてはアンフォールディングを行い、照射線量率単位で校正場の光子エネルギー分布を評価した。シャドウコーンの使用により、散乱線を発生源で分割した。分割された散乱線についても同様に光子エネルギー分布を評価した。EGS4コードを用いたモンテカルロ計算を実施し、測定結果との比較を行った。この結果、線校正場における光子エネルギー分布が明確になり、線測定器のレスポンスのより高精度な評価が可能となった。

福島における放射性物質の分布状況調査と関連研究,7; 光子エネルギースペクトル解析に基づく人工/天然核種の線量評価

津田 修一; 谷垣 実*; 斎藤 公明

no journal, , 

東京電力福島第一発電所事故後、環境中に沈着した放射性物質の分布状況調査や空間線量率モニタリングにおいて、京都大学が開発したGPS連動型放射線自動計測システムKURAMA及びその改良版のKURAMA-IIが車走行サーベイで利用されている。このうちKURAMA-IIは、内蔵されたCsI(Tl)シンチレーション検出器で取得する波高スペクトルデータに基づいて空間線量率を精度よく算出する機能を有する。本研究では、環境中の放射性核種ごとの線量評価を精度よく行うため、波高スペクトル測定データと、環境を模擬したシミュレーション計算で決定したCsI(Tl)シンチレーション検出器の応答関数データセットを用いて、アンフォールディング法による光子エネルギースペクトル評価を実施した。この手法に基づき、福島県内で測定した波高スペクトルデータから推定した人工および天然核種の線量寄与の評価結果について、シリーズ発表「福島における放射性物質の分布状況調査と関連研究」の中で報告する。

新方式波長分解分析型光ファイバー放射線分布センシング法の開発

寺阪 祐太; 渡辺 賢一*; 瓜谷 章*; 山崎 淳*; 佐藤 優樹; 鳥居 建男; 若井田 育夫

no journal, , 

福島第一原子力発電所(1F)建屋内のホットスポットの分布測定を目的として、光ファイバーを用いた一次元放射線分布測定法の開発を進めている。高線量率環境に適用可能な新しい放射線分布測定手法として、光ファイバーと放射線の相互作用由来の発光波長スペクトルをファイバーの片側で測定し、ファイバー内を伝搬する光の減衰量が波長依存であることを利用して放射線入射位置を逆推定する「波長分解分析法」を開発した。発表では本手法の原理検証結果について報告する。

光ファイバー発光波長スペクトルのアンフォールディングによる放射線源分布測定法の開発

寺阪 祐太; 渡辺 賢一*; 瓜谷 章*

no journal, , 

福島第一原子力発電所(1F)廃炉作業環境における作業者の被ばく線量低減のためには、放射性物質の分布を詳細に把握することが求められる。放射性物質の分布測定法にはサーベイメータやガンマカメラ等様々な方法があるが、我々は形状可変で狭隘部測定が可能、様々な線種に対応可能な光ファイバーセンサーに着目した。光ファイバーに飛行時間法を適用した一次元放射線源分布測定は1F廃炉作業環境現場で応用例があるが、比較的低線量率の現場に限られた。我々は飛行時間法に代わる全く新しい放射線源分布測定法として、光の波長情報と光ファイバー内での光減衰を利用した「波長分解分析法」の開発を行っている。本手法は光ファイバー内での光減衰量の波長依存性に着目し、任意の放射線源分布を測定した際にファイバー片側で得られる波長スペクトルをアンフォールディング処理することで、線源位置分布を逆推定する。本手法の利点として、パルス計数計測ではなく光積算量を用いているため高線量率でのパイルアップの問題を回避できる点、飛行時間法とは異なり片側読み出しのためシステムが簡便で現場での取り回しが容易である点が挙げられる。本研究では提案した波長分解分析法の原理検証試験の結果を報告する。

Novel one-sided readout type position-sensitive optical fiber radiation sensor based on the wavelength-resolving analysis

寺阪 祐太; 渡辺 賢一*; 瓜谷 章*

no journal, , 

A novel one-sided readout type position-sensitive optical fiber radiation sensor was developed. This sensor measures the radiation intensity distribution along the fiber with light readout from only one side of the optical fiber. For the estimation of radiation intensity distribution, the wavelength spectrum at the fiber end, which contains the information of propagation distance of light inside the fiber, was analyzed. Using the unfolding method, radiation intensity distribution along the fiber could be estimated. We have developed two types of sensors, the high dose rate type and the low dose rate type, and demonstrated the position-detection performance of both detectors.

片側読み出し・広ダイナミックレンジ光ファイバ型放射線位置検出器の開発

寺阪 祐太; 渡辺 賢一*; 瓜谷 章*

no journal, , 

光ファイバの片側のみからの光読み出しにより放射線強度分布をファイバに沿って一次元的に測定可能な放射線位置検出器を開発した。本検出器は光ファイバと放射線の相互作用由来の光をファイバ片側で分光し、波長スペクトルを得る。ここで、ファイバ内での光減衰量の波長依存性を利用し、予めファイバ発光位置毎にファイバ端で得られる応答波長スペクトルを整備することで、アンフォールディング法により元の放射線強度分布を逆推定可能である。ファイバ端での光の分光系に分光器またはバンドパスフィルタを用いることにより、数十Sv/hから数Sv/hの非常に広い線量率範囲で放射線強度分布を一次元的に測定可能なセンサを考案・実証した。