A Detection technique for low-energy gamma rays from alpha emitters in background radiation environment

バックグラウンド放射線環境におけるアルファ線放射体からの低エネルギーガンマ線の検出技術

森下 祐樹   ; 山田 勉*; 中曽根 孝政*; 菅野 麻里奈*; 佐々木 美雪  ; 眞田 幸尚   ; 鳥居 建男*  

Morishita, Yuki; Yamada, Tsutomu*; Nakasone, Takamasa*; Kanno, Marina*; Sasaki, Miyuki; Sanada, Yukihisa; Torii, Tatsuo*

福島第一原子力発電所の廃炉作業では、アルファ核種を含む配管の汚染を詳細に検査する必要がある。外部からのアルファ粒子測定は不可能であり、ガンマ線検出法が必要となる。低エネルギーガンマ線検出用のフォスウィッチ検出器を開発し、核燃料施設で実験的に検証した。検出器はエネルギー付与特性を考慮して設計された。検出器はYAlO:CeとBiGeOシンチレータと信号増幅用光電子増倍管から構成される。検証にはGeant4シミュレーションと実際の放射線源の測定が行われた。核燃料施設での性能評価では、ガンマ線の線量率は850Sv/hであった。測定とシミュレーションの結果は、異なるガンマ線エネルギーに対するシンチレータのエネルギー付与の相関を示している。パルス形状弁別(PSD)プロットはアルファ粒子とガンマ線を区別し、シミュレーションの予測を確認した。核燃料施設の測定では、第1シンチレータ層に高いエネルギー沈着が見られた。このことは、シンチレータの組み合わせを用いた高感度低エネルギーガンマ線検出器の開発の可能性を示唆している。今後の課題は、検出器の設計を最適化し、検証のためのフィールドテストを実施することである。

The Fukushima Daiichi Nuclear Power Station's decommissioning requires thorough inspection of piping for contamination, including alpha nuclides. External alpha particle measurements are impossible, necessitating gamma-ray detection methods. A phoswich detector for low-energy gamma-ray detection was developed and validated experimentally at a nuclear fuel facility. The detector was designed considering energy deposition characteristics. The detector comprises YAlO:Ce and BiGeO scintillators with a photomultiplier tube for signal amplification. Measurement and simulation results show correlation between scintillator energy depositions for different gamma-ray energies. Pulse Shape Discrimination (PSD) plots distinguish alpha particles and gamma-rays, confirming simulation predictions. Nuclear fuel facility measurements exhibit higher energy deposition in the first scintillator layer. This suggests potential for developing a sensitive low-energy gamma-ray detector using scintillator combinations. Future work aims to optimize detector design and conduct field tests for validation.