光ファイバを用いた新方式片側読み出し型放射線分布測定法に関する基礎研究

寺阪 祐太; 渡辺 賢一*; 瓜谷 章*

放射線(インターネット), 47(3), p.89 - 96, 2022/10

We developed a novel single-end readout type position-sensitive optical fiber radiation sensor. This sensor measures the radiation intensity distribution along the fiber with light readout only from single end of the optical fiber. To estimate the radiation intensity distribution, we analyzed the wavelength spectrum output at single end of the fiber, which contains information about the transmission distance of light inside the fiber. Based on the unfolding of the wavelength spectrum, the radiation intensity distribution along the fiber could be estimated. The effects of wavelength channel selection and signal-to-noise ratio of the wavelength spectrum on radiation distribution estimation were evaluated. In addition, we performed that our optical fiber sensor could estimate the radiation intensity distribution under the dose rate of 3 Gy/h. The dose rate detection limit was estimated to be 21 mGy/h for the irradiation range of 20 cm.

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.

Evaluation of a one-dimensional position-sensitive quartz optical fiber sensor based on the time-of-flight method for high radiation dose rate applications

寺阪 祐太; 渡辺 賢一*; 瓜谷 章*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 996, p.165151_1 - 165151_8, 2021/04

https://doi.org/10.1016/j.nima.2021.165151

福島第一原子力発電所建屋内における放射線分布測定を目的として、小口径石英光ファイバーの一次元位置敏感型センサーとしての基礎評価を行った。本センサーは光ファイバーと放射線の相互作用により発生するチェレンコフ光の飛行時間情報から放射線の入射位置を決定する。プラスチックシンチレーション光ファイバーを用いた従来のセンサーと比較して、石英光ファイバーは位置分解能がより優れることが分かった。これは、チェレンコフ光の発光寿命が短いことによりタイミング特性が向上したためと考えられた。加えて、本センサーの高放射線環境下での動作特性について、20mSv/hまでの出力線形性及び積算1kGyまでの耐放射線特性を評価した。

環境放射線の変動要因に関する研究

原子力安全技術センター*

PNC TJ1545 91-001, 260 Pages, 1991/03

PNC-TJ1545-91-001.pdf:7.6MB

本報告書は、バックグラウンド放射線レベルとその分布を把握する上で、地域的変動の大きな要因となっている地質、岩質に着目し、地質と放射線レベルの関連性について調査したものである。本報告書は、当研究遂行の初年度でもあり、バックグラウンド放射線レベル、および地質と放射線との関係について、測定された文献をサーベイすることに主眼を置いた。さらに、環境放射線による被ばく線量を推定するため、計数率と照射線量率との関係に必要なデータの分析、および地図上に放射線レベルを色別、図示する作業の緒に付いた。

航空機モニタリングによる自然放射線評価手法の開発

西澤 幸康; 杉田 武志*; 眞田 幸尚; 鳥居 建男

no journal, , 

広い範囲に拡散した放射性セシウムの詳細な分布評価のためには、バックグラウンドとなる天然核種の影響を精度よく評価する必要がある。放射性セシウムによって汚染された地域においても天然核種の影響をより高精度に弁別する手法として、新たな自然放射線分布評価法を開発した。今回、平成23年度から実施されている航空機モニタリングの測定データを用いて放射性セシウムの影響を除いた自然放射線分布を解析した。本データは空間線量率から放射性セシウム沈着量を評価する際の自然放射線の基礎データとして期待できる。

無人ヘリ搭載小型軽量コンプトンカメラを用いた放射線分布測定とドローン空撮による3D地形モデルの融合

寺阪 祐太; 佐藤 優樹; 冠城 雅晃; 宇佐美 博士; 森下 祐樹; 鳥居 建男

no journal, , 

福島県浜通り地域屋外において、無人ヘリコプターに搭載した小型軽量コンプトンカメラを用いてホバリング飛行による放射線分布測定を複数ポイントで実施した。さらに、同じエリアをドローンを用いて空撮した結果より得られた3D地形モデルと重ね合わせることにより、より視覚的に理解しやすい放射線分布の3D可視化を目指した。

波長分解型一次元光ファイバー放射線分布センシングに関する基礎検討

寺阪 祐太; 渡辺 賢一*; 瓜谷 章*; 花井 哲哉*; 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)の廃炉過程における作業者の被ばく線量低減及び効率的な除染計画立案を行うためには、局所的に存在するホットスポットの分布を把握する必要がある。シンチレーション光ファイバーに飛行時間法を適用した広域一次元放射線分布測定システムが1F事故後に広く応用されてきたが、1F原子炉建屋内のような高線量率の環境では回路系のパイルアップやセンサーの偶発同時計数が問題となる。そこで、パイルアップ等の問題を回避できる積分型の測定手法として、光ファイバーの片側から波長スペクトルを読み出し、ファイバー内での光の減衰が波長依存であることを利用して放射線入射位置を特定する「波長分解法」を考案した。

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。

光ファイバを用いた波長スペクトルアンフォールディングに基づく片側読み出し型放射線位置検出器の開発

寺阪 祐太

no journal, , 

福島第一原子力発電所廃炉作業環境の高線量率場での放射線計測に適用可能な検出器の開発を目的として、放射線システム開発グループでは光ファイバを用いた放射線位置検出器・測定法を開発している。今回、従来ファイバ両端からの信号読み出しが必須であった一次元光ファイバ放射線位置検出器について、ファイバ内での光減衰量に波長依存性が存在するという特性とアンフォールディング法を用いた逆推定によりファイバ片側のみからの光読み出しで放射線位置検出が可能なセンサを実現した。開発した検出器は片側読み出しによる測定自由度向上に加え、光量積分値から放射線位置を導出するため、高線量率環境でパイルアップ等の問題が発生しないという特徴も併せ持つ。本フォーラムでは、開発した片側読み出し型光ファイバ放射線位置検出器について、これまでの主な研究成果に関して講演を行う。

コンプトンカメラによる福島県浜通りでの放射線分布画像の測定解析

河原 梨花*; 越智 康太郎; 山口 克彦*; 鳥居 建男*

no journal, , 

本研究では、コンプトンカメラを用いて、福島県浜通りエリアで放射性物質の分布計測を行なった。コンプトンカメラは軽量で放射線分布の可視化が可能であることから、現場での測定に有用である。今回、コンプトンカメラに加えて、サーベイメータ等を用いて、放射線測定を行いその比較を行なった。その結果、コンプトンカメラにより環境中での放射線分布(2次元画像)が明らかになった。しかし、2次元画像ではホットスポットまでの距離が分からない。そこで、より詳細に放射線源を把握するために、線源位置とその強度の3次元分布の作成を目指す。また、コンプトンカメラは核種別の線量率が求められることから、今後の線量率分布の予測にも繋がると考えている。