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Development of a Si-PM based alpha camera for plutonium detection in nuclear fuel facilities

核燃料施設におけるプルトニウム検知を目的としたSi-PMベースのアルファカメラの開発

森下 祐樹; 山本 誠一*; 井崎 賢二; 金子 純一*; 東井 宏平*; 坪田 陽一*

Morishita, Yuki; Yamamoto, Seiichi*; Izaki, Kenji; Kaneko, Junichi*; Toi, Kohei*; Tsubota, Yoichi*

核燃料施設では核燃料物質の検知のため、$$alpha$$線が測定される。本研究では、Si-PMアレイとGAGGシンチレータ接合した新たな$$alpha$$線イメージング装置を開発し、開発した装置の基本性能を評価した。シンチレータは0.1mm厚、ライトガイドは3.0mm厚のものを用いた。$$^{241}$$Am線源をすべての測定に用いた。空間分解能の評価では、1.6lp/mmのスリットが完全に識別でき、ここから空間分解能は0.6mm FWHM以下であると評価された。エネルギー分解能は13% FWHMであった。画像にはわずかなゆがみが確認されたが、中心付近の均一性は24%以内であった。これらの評価結果より、構築した$$alpha$$線イメージング装置は、核燃料施設におけるプルトニウム検知に有用であることが示された。

Alpha particles are monitored for detecting nuclear fuel material (i.e., plutonium and uranium) at nuclear fuel facilities. In this study, we developed a new alpha-particle imaging system by combining an Si-PM array, which is insensitive to noise, with a Ce-doped Gd$$_{3}$$Al$$_{2}$$Ga$$_{3}$$O$$_{12}$$ (GAGG) scintillator, and evaluated our developed system's fundamental performance. The scintillator was 0.1-mm thick, and the light guide was 3.0 mm thick. An $$^{241}$$Am source was used for all the measurements. We evaluated the spatial resolution by taking an image of a resolution chart. A 1.6 lp/mm slit was clearly resolved, and the spatial resolution was estimated to be less than 0.6-mm FWHM. The energy resolution was 13% FWHM. A slight distortion was observed in the image, and the uniformity near its center was within 24%. We conclude that our developed alpha-particle imaging system is promising for plutonium detection at nuclear fuel facilities.

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