Real-time inversion of radioactive source distribution using air dose rate measurements via least absolute shrinkage and selection operator method

空間線量率測定とLASSO法を用いた放射性線源分布のリアルタイム逆推定

Shi, W.*; 町田 昌彦  ; 岡本 孝司*; Luo, X.*; Feng, W.*; Liu, X.*

Shi, W.*; Machida, Masahiko; Okamoto, Koji*; Luo, X.*; Feng, W.*; Liu, X.*

深刻な原子力事故時における緊急対応の信頼性は、放射性線源分布をリアルタイムで確実に監視できるかどうかに大きく依存する。しかし、この安全機能は、監視の死角を生じさせる物理的制約や動的な放出を追跡するには静的手法が不十分であるという問題によって大きく制約されている。本研究では、線源推定の信頼性およびロバスト性を向上させるため、時間正則化を導入したLASSO回帰に基づく動的再構成フレームワークを提案する。具体的には、スライディングウィンドウ型の時間ペナルティ機構を導入し、時間ステップ間の線源変化に対してノルム制約を課すことで、物理的連続性を確保する。また、放射線遮蔽や時間的に変動する強度によるバイアスを補正するため、寄与行列および測定ベクトルを正規化した。検証には、内部遮蔽を有する二室モデルを用い、PHITS(モンテカルロシミュレーション)を用いて実施した結果、遠隔測定データから動的線源を高精度に再構成できることが示された。時間正則化は、空間エイリアシングを抑制し、状況認識能力を向上させる。スライディングウィンドウ幅(正則化なし)の場合、ホットスポット位置は大きく変動し、平均絶対誤差の変動量は約であった。一方、では空間的一貫性が改善され、誤差変動量は程度まで低減した。比較解析の結果、精度と計算コストのバランスの観点からが最適であることが示された。本研究は、困難な条件下においても線源位置および強度を高精度で追跡可能とする、動的ハザード評価のためのより信頼性の高い手法を提示するものである。提案手法は、原子力施設における緊急時管理のレジリエンスと安全性を向上させる意思決定支援ツールとしての活用が期待される。

The reliability of emergency response in severe nuclear accidents critically depends on robust real-time monitoring of radioactive source distributions. However, this safety function is challenged by physical constraints that create monitoring blind spots and by the inadequacy of static methods in tracking dynamic releases. To enhance the reliability and robustness of source term estimation, this study proposes a dynamic reconstruction framework based on LASSO regression with temporal regularization. A sliding-window time-penalty mechanism is introduced, imposing -norm constraints on inter-step source variations to ensure physical continuity. The contribution matrix and measurement vector are normalized to counteract biases from radiation shielding and time-varying intensities. Validation using a two-room model with internal shielding, with PHITS Monte Carlo simulation, demonstrates accurate reconstruction of dynamic sources from remote measurements. Temporal regularization enhances situational awareness by suppressing spatial aliasing: at sliding-window width (no regularization), hotspot locations fluctuate significantly, with quantitative mean absolute error fluctuations at around , whereas yields improved spatial consistency and the fluctuation quantities decrease to the range. Comparative analysis identifies as optimal in balancing accuracy and computational cost. This work establishes a more reliable pathway for dynamic hazard assessment, enabling accurate localization and intensity tracking under challenging conditions. The proposed framework provides a decision-support tool enhancing the resilience and safety of emergency management in nuclear facilities.