Evaluation of the distribution accuracy of radioactivity from a gamma-ray source using an omnidirectional detector for radiation imaging with fractal geometry

フラクタルジオメトリを用いた全方向検出型放射線イメージング装置を用いたガンマ線源放射能分布推定精度の評価

佐々木 美雪  ; 阿部 裕稀*; 眞田 幸尚   ; 鳥居 建男*  

Sasaki, Miyuki; Abe, Yuki*; Sanada, Yukihisa; Torii, Tatsuo*

フラクタル構造を採用した全方位放射線イメージング装置「FRIEシステム」を開発した。本論文では、福島第一原子力発電所のような廃止措置環境内での放射能分布を正確に推定するために設計されたFRIEシステムの開発と評価について述べる。FRIEシステムは、16個の四面体形状の放射線センサーで構成されており、それらがシェルピンスキー四面体形状に配置されている。また、センサー間の空間にはタングステンベースの合金が充填され、放射線シールドとして機能している。本研究では、シミュレーションと実際の測定試験を通じて、FRIEシステムの放射能分布推定性能を評価した。その結果、測定密度を少なくとも2point/m、位置誤差を10cm以内、角度誤差を10度以内に制限することで、約30度の角度分解能で線源位置を推定可能であることが確認された。FRIEシステムの結晶配置や遮蔽材の改良を行うことで、さらなる性能向上が期待される。本研究は、フラクタルを基盤とした放射線イメージング技術の革新的な実装を示しており、放射線測定に新たな方向性を提供するものである。

We have developed an omnidirectional radiation imager with fractal geometry named the FRIE system. This paper presents the development and evaluation of the FRIE system, designed to accurately estimate radioactivity distribution within decommissioning environments, such as the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station. The FRIE system is a unit of tetrahedral radiation sensors; 16 sensors are arranged in a Sierpinski tetrahedron shape, and the space between the sensors is filled with tungsten-based alloy for radiation shielding. This study assessed the performance of the FRIE system in estimating radiation distribution through simulations and actual measurement tests. From the results of the simulations and experimental data, it was confirmed that by maintaining a measurement density of at least 2 points/m, limiting the positional error to within 10 cm, and the angular error to within 10 degrees, it is possible to estimate the source location with an angular resolution of approximately 30 degrees. Future improvements in the arrangement of the FRIE system's crystals and shielding should enhance the performance metrics. This research signifies a pioneering implementation of fractal-based radiation imaging technology, offering a new direction in radiation measurement.