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Application of InGaP space solar cells for a radiation dosimetry at high dose rates environment of Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant

福島第一原子力発電所の高線量率環境下におけるInGaP宇宙太陽電池の放射線線量測定への応用

奥野 泰希; 大久保 成彰; 今泉 充*

Okuno, Yasuki; Okubo, Nariaki; Imaizumi, Mitsuru*

2011年の津波による事故の後、福島第一原子力発電所(1F)を廃止するには、線量分布測定による燃料デブリの特性評価が必要である。この論文では、InGaP太陽電池を適用した放射線検出器の実験的および理論的な挙動を調べ、燃料デブリの局在化および特徴付けが可能となることを説明する。照射試験では、InGaP太陽電池の放射線誘導電流出力は、60Coの$$gamma$$線の線量率の増加に伴って直線的に増加することが観察された。低線量率での測定では、特徴付けを行ったノイズを分析することによって、検出可能な最小線量率および空間分解能を決定できることを明らかにした。InGaP太陽電池の放射線線量測定の最大検出限界は、1Fプラントの炉心で観測可能な最高$$gamma$$線線量率よりも高いことが判明した。さらに、放射線誘起電流の解析として、吸収線量率と太陽電池における放射線誘導電流対の生成との間の関係式を表現しようと試みている。これら本研究での実験およびシミュレーションの結果は、太陽電池が1Fプラントの燃料デブリ近くの高線量率環境における放射線線量測定のための強力なツールとなり得ることを示唆している。

Decommissioning the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant (1F) after the accident caused by a tsunami in 2011 requires characterization of the fuel debris by dose distribution measurement. This paper describes the experimental and theoretical behavior of a radiation detector applied with InGaP solar cells is investigated and allow the localization and characterization of the fuel debris. In the irradiation test, it was observed that the radiation-induced current output of the InGaP solar cells increases linearly with increasing dose rates of $$^{60}$$Co $$gamma$$-ray. For measurements at low dose rates, it becomes clear that the minimum detectable dose rate and resolution can be determined by analyzing the noise characterization. The maximum detection limit of radiation dosimetry for the InGaP solar cell was found to be higher than the highest $$gamma$$-ray dose rate observable at the reactor core for 1F plants. Additionally, as an analysis of the radiation-induced current, it is attempted to express a relational expression between the absorbed dose rate and the creation of radiation-induced current pairs in the solar cells. The experimental and simulation results suggest that solar cells can be powerful tools for radiation dosimetry in high dose rate environments near the debris of the 1F plant.

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