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

飛行時間法に基づく一次元位置敏感型石英光ファイバーセンサーの高線量率環境適用に向けた基礎評価

寺阪 祐太   ; 渡辺 賢一*; 瓜谷 章*

Terasaka, Yuta; Watanabe, Kenichi*; Uritani, Akira*

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。

For the measurement of radiation distribution inside the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS) buildings, the evaluation of a small-diameter quartz optical fiber as a one-dimensional position-sensitive sensor was conducted. The sensor determines the incident position of radiation into the fiber using the time-of-flight information of emitted Cerenkov photons in the optical fiber. Compared with the conventional sensor using the plastic scintillating fiber, the quartz optical fiber has much higher position resolution, which may be the result of the improvement of timing characteristics caused by the prompt emission mechanism of the Cerenkov radiation. Additionally, the response of position-sensitive quartz optical fiber sensor under high radiation field was evaluated, and good count rate linearity was confirmed using the 10 m long quartz optical fiber with a diameter of 0.4 mm up to the dose rate at least 20 mSv/h, and the radiation tolerance property up to the accumulated dose of 1 kGy was evaluated.