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中村 龍也; 藤 健太郎; 坂佐井 馨; 本田 克徳; 曽山 和彦; 片桐 政樹*
JAEA-Conf 2015-002, p.391 - 398, 2016/02
J-PARC/MLFの中性子散乱実験装置用として開発してきた位置敏感型シンチレータ中性子検出器の成果をレビューする。当該検出器は主としてクリアファイバおよび波長シフトファイバとZnS/B2O3セラミックシンチレータあるいはZnS/LiFシンチレータを用いて構成される。中性子検出面積やピクセルサイズ等の検出器仕様は装填される装置ごとに異なり、とくに波長シフトファイバを用いた検出器ではその設計柔軟性を生かしてファイバ直径やファイバピッチ等が最適設計されている。発表ではこれまで開発してきた検出器の紹介に加えて3He代替検出器や将来の装置のための検出器の開発ついても議論したい。
LiF scintillator for detecting thermal neutrons中村 龍也; 藤 健太郎; 本田 克徳; 坂佐井 馨; 曽山 和彦; 片桐 政樹*
Journal of Instrumentation (Internet), 9(11), p.C11020_1 - C11020_7, 2014/11
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Instruments & Instrumentation)ZnS/LiFを用いた波長シフトファイバ型2次元シンチレータ中性子検出器において、シンチレータ内および波長シフトファイバ層内でのシンチレーション光の散乱による空間分解能の劣化寄与割合を分離測定により明らかとし、当該検出器の空間分解能を記述する実験式を導出した。得られた表式は試験検出器の空間分解能をよく再現することを示しその有効性を確認した。
He at J-PARC/MLF中村 龍也; 藤 健太郎; 本田 克徳; 美留町 厚; 海老根 守澄; 坂佐井 馨; 曽山 和彦; 片桐 政樹*
Journal of Physics; Conference Series, 528, p.012042_1 - 012042_7, 2014/07
被引用回数：5 パーセンタイル：87.86(Optics)J-PARC/MLFではヘリウム3代替検出器としてシンチレータと波長シフトファイバを用いた2次元中性子検出器を開発している。本検出器はパルス中性子を用いた非弾性散乱実験装置での使用が目的である。本用途では位置分解能はリラックスしたものでよいが高い検出効率,低い
線感度,バックグランド計数が要求される。われわれはJ-PARC/MLFのSENJU装置用の検出器をもとに、検出面積32
32cm、ピクセルサイズ2020mmの検出器を開発した。発表ではSENJU検出器との比較から本検出器の性能について議論する。
B
O
scintillator with low-afterglow phosphor中村 龍也; 片桐 政樹*; 筒井 紀彰*; 藤 健太郎; Rhodes, N. J.*; Schooneveld, E. M.*; 大栗 裕史*; 野口 泰延*; 坂佐井 馨; 曽山 和彦
Journal of Physics; Conference Series, 528, p.012043_1 - 012043_8, 2014/07
被引用回数：4 パーセンタイル：84.23(Optics)J-PARC/MLFに設置する中性子散乱実験装置のために高い発光でありながら低残光である中性子有感ZnS/BOシンチレータを開発した。ZnS/LiFシンチレータはその高い発光と低い線感度からよく使用されるがその大きな残光成分が検出器の計数率特性を制限していた。われわれはJ-PARCの将来的な1MWでの稼働に対応するため従来よりも低残光であるZnS蛍光体を開発した。本蛍光体と高効率が期待されるBOコンバータを焼結法により成形し中性子有感シンチレータを製作した。開発したシンチレータはJ-PARC/MLFのiBIXやSenju装置に装填されている。発表ではシンチレータの特性やこれらを組み込んだ検出器の性能について議論する。
He-gas-based detector for neutron-scattering instruments中村 龍也; 片桐 政樹*; 藤 健太郎; 本田 克徳; 鈴木 浩幸; 海老根 守澄; 美留町 厚; 坂佐井 馨; 曽山 和彦
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 741, p.42 - 46, 2014/03
被引用回数：7 パーセンタイル：48.36(Instruments & Instrumentation)ヘリウム3ガス検出器の代替として管形状を有する位置敏感型のシンチレータ中性子検出器を提案する。当該検出器の一要素はロールされたZnS/LiFによりコイル状の波長シフトファイバを挟み込んだ構造(SFCエレメント)を持ち、これを同一軸上に多数配置しアルミ管内に設置して1次元検出器が構成される。64エレメント、ピクセルサイズ2220mmであるプロトタイプ機を製作し中性子検出原理、位置敏感性を実証することに成功した。
m spatial resolution comprising a fibre-optic taper with wavelength-shifting fibre readout for time-of-flight neutron imaging中村 龍也; 藤 健太郎; 川崎 卓郎; 本田 克徳; 鈴木 浩幸; 海老根 守澄; 美留町 厚; 坂佐井 馨; 曽山 和彦; 片桐 政樹*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 737, p.176 - 183, 2014/02
被引用回数：13 パーセンタイル：70.2(Instruments & Instrumentation)A scintillator-based neutron-counting imaging detector with a sub-100-m spatial resolution was developed for energy-selective neutron imaging. The detector head of the detector comprised a thin ZnS/LiF scintillator screen, a fibre-optic taper and crossed wavelength-shifting (WLS) fibre arrays. The developed detector had a pixel size of 34 m 34 m, and exhibited spatial FWHM resolutions of 80 m and 61 m in the x and y directions, respectively. A small prototype detector demonstrated the capability of neutron imaging using Bragg edges of a Cu/Fe sample when using the pulsed-neutron source in the Materials and Life Science Experimental Facility at the Japan Proton Accelerator Research Complex.
single-crystal time-of-flight neutron diffractometer at J-PARC/MLF川崎 卓郎; 中村 龍也; 藤 健太郎; 細谷 孝明*; 及川 健一; 大原 高志; 鬼柳 亮嗣; 海老根 守澄; 美留町 厚; 坂佐井 馨; et al.
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 735, p.444 - 451, 2014/01
被引用回数：18 パーセンタイル：80.14(Instruments & Instrumentation)The detector system of 
- a single-crystal time-of-flight neutron diffractometer - is described. is the first diffractometer employing a large-area two-dimensional wavelength shifting fibre-based scintillator detector at the Material and Life Science Experimental Facility at the Japan Proton Accelerator Research Complex. Thirty-seven detectors were installed in the instrument to cover a scattering angle of 30%. The detector modules exhibited a detector efficiency of 37-47
1% for thermal neutrons, a 
Co -ray sensitivity of 1.4-5.10.110
, a background count rate of 2.1-3.81.010
cps/cm
and a tolerance to stray magnetic fields up to 120 gauss. The detector exhibited stable performance under the operating conditions used, such as stable count rates over 400 days and a count temperature coefficient of -0.010.02%/
C at around 20C.
LiF scintillator and wavelength shifting fibers with high spatial resolution and with low gamma-ray sensitivity中村 龍也; 藤 健太郎; 川崎 卓郎; 本田 克徳; 美留町 厚; 海老根 守澄; 坂佐井 馨; 曽山 和彦; 片桐 政樹*
Proceedings of 2014 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference; 21st International Symposium on Room-Temperature Semiconductor X-ray and -ray detectors (NSS/MIC 2014), p.1751 - 1753, 2014/00
飛行時間型中性子イメージングのための高位置分解能、低線感度である2次元シンチレータ検出器を開発した。検出器はZnSシンチレータ,波長シフトファイバ,光学拡大素子から構成される。開発した検出器は100ミクロン以下の高位置分解能、10
以下の低線感度を実現した。発表ではJ-PARC/MLFでの飛行時間型の中性子イメージング性能の実証結果も報告する。
日下 勝弘*; 細谷 孝明*; 山田 太郎*; 友寄 克亮; 大原 高志; 片桐 政樹*; 栗原 和男; 田中 伊知朗*; 新村 信雄*
Journal of Synchrotron Radiation, 20(6), p.994 - 998, 2013/11
被引用回数：37 パーセンタイル：85.99(Instruments & Instrumentation)茨城生命物質構造解析装置iBIXは、主にあらゆる生命維持に関わる生体巨大分子の水素、プロトネーションや水和構造解明を目的とした飛行時間型中性子単結晶回折計である。2008年後半から、iBIXは茨城大学の支援によりユーザ実験に利用されている。2012年8月から既存の14台の検出器の更新が行われ、16台の新しい検出器がiBIXに設置された。現在の回折計の測定効率は、加速器出力の増加に伴い、以前の測定効率に比べて1オーダ改善した。2012年12月には、アップグレードされた検出器を用いた運用のコミッショニングに成功し、標準蛋白質であるリボヌクレアーゼAの回折データセット収集が試みられた。検出器アップグレード以前データ収集を行ったリボヌクレアーゼAの結果と比較し、最新のiBIXの性能評価を実施した結果、回折データの分解能、等価反射強度および構造精密化のR-factorが劇的に改善した。iBIXは世界で最も高性能な生物専用の中性子単結晶回折装置の一つであると予想される。
安田 良; 松林 政仁; 酒井 卓郎; 野島 健大; 飯倉 寛; 片桐 政樹*; 高野 勝昌*; Pikuz, T.; Faenov, A.*
Physics Procedia, 43, p.196 - 204, 2013/00
被引用回数：1 パーセンタイル：53.27(Physics, Applied)A device for evaluating spatial resolution of a neutron imaging system was developed. By laser processes the line-pair patterns were fabricated on the 5 micrometer thick Gd film evaporated on a glass plate. Large line-pairs ranging from 0.2 to 2 mm wide were machined by Nd:YVO
laser with 30 micometer in spot size and displayed on a brightness field. Small line-pairs ranging from 0.01 to 0.1 mm wide were done by eximer laser as a dark field. In the results of SEM observation, although the large line-pairs machined by Nd:YVO laser chipped on the corner of the Gd bars, difference between the measured and designed line-pair eidthe controled within 20 micormeter absolutely. In small line-pairs below 0.1 mm processed by the eximer laser, sharper edge could be formed than that in the large line-pairs. In neutron imaging tests using a LiF/ZnS(Ag) scintillator and a CCD camera system, good contrast images were obtained at brightness field even in 5 micrometer thick. Small line-pairs on the dark field were observed at a LiF single crystal detector, which has ultra-high spatial resolution around 5 micrometer. Split of the small line-pairs even in 0.01 mm wide were shown with good contrast on the image.
野島 健大; 安田 良; 竹中 信幸*; 片桐 政樹*; 飯倉 寛; 酒井 卓郎; 松林 政仁
Physics Procedia, 43, p.282 - 287, 2013/00
被引用回数：2 パーセンタイル：69.19(Physics, Applied)発電中のJARI標準燃料電池のガス流路内における水の挙動を可視化するために、従来に比べてノイズが低いリアルタイム撮像システムを開発した。この撮像システムは、EM-CCDカメラ、高輝度LiF/ZnS(Ag)コンバータ及び小角スリットシステムで構成されている。EM-CCDカメラは、数秒オーダーで生じる燃料電池内部の事象を捉えることができる。高輝度LiF/ZnS(Ag)コンバータは原子力機構が開発したコンバータであり、TNRFで通常使用している市販のNRコンバータと比較し、高い輝度を有する。また、スリットシステムにより線由来のホワイトスポットの低減を可能とし、画像データ上のピクセルにおけるミスカウントが抑止され、定量評価をするうえで効果が得られる。これらを用いて、発電中における燃料電池の可視化を行い、流路中の水分挙動をその場観察を行った。
中村 龍也; 藤 健太郎; 川崎 卓郎; 本田 克徳; 鈴木 浩幸; 海老根 守澄; 美留町 厚; 坂佐井 馨; 曽山 和彦; 片桐 政樹*
Proceedings of 2013 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (2013 NSS/MIC), Vol.4, p.2367 - 2369, 2013/00
硫化亜鉛蛍光体を用いた中性子検出器における検出効率の中性子入射角度依存性を評価した。中性子波長(1-8
)と入射角度をパラメータとし、J-PARCのパルス中性子を用いて実験的に評価した。試料としてZnS/LiFとZnS/BOシンチレータを用いた。測定したそれぞれの試料(厚さは0.45と0.20mm)において中性子検出効率はいづれも3以下で入射角度の増加とともに増大することがわかった。発表では実験結果とモデル計算の比較結果について報告する。
中村 龍也; 川崎 卓郎; 細谷 孝明*; 藤 健太郎; 及川 健一; 坂佐井 馨; 海老根 守澄; 美留町 厚; 曽山 和彦; 片桐 政樹*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 686, p.64 - 70, 2012/09
被引用回数：31 パーセンタイル：90.36(Instruments & Instrumentation)有感面積256256mm,ピクセルサイズ4mm分解能である2次元シンチレータ中性子検出器を開発した。本検出器はJ-PARC/MLFに設置される飛行時間法を用いた単結晶中性子回折装置SENJUのためにコンパクト,モジュラー、かつ中性子不感領域を最小とするようデザインされている。本検出器は2枚のZnS/
シンチレータを装荷し、中性子による発光を波長シフトファイバにより読み出す構造により大面積と高検出効率を実現する。プロトタイプ検出器の性能は検出効率401%(1.6), Co 線感度6.00.1
であり、SENJUの要求を満足することを確認した。
OS:Tb scintillators for neutron imaging安田 良; 片桐 政樹*; 松林 政仁
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 680, p.139 - 144, 2012/07
被引用回数：20 パーセンタイル：80.69(Instruments & Instrumentation)GdOS:Tb scintillator has much higher neutron-capture cross-section than ZnS/LiF commonly used in neutron radiography. Characteristics of those scintillators correlate to some material parameters including scintillator-thickness and powder-size. Three types of GdOS:Tb scintillator with different particle size were prepared, and effects of the powder size and thickness on the scintillator characteristics were evaluated using a sensitivity indicator (SI) and a beam purity indicator (BPI). Intensity of scintillation increases as the particle size increases. In addition, the intensity was saturated at a thickness each scintillator. It is considered that those phenomena are caused by difference in the packing rate of powder near substrate and flight path of thermal neutrons and internal conversion electrons in the scintillator.
飯倉 寛; 筒井 紀彰*; 中村 龍也; 片桐 政樹*; 呉田 昌俊; 久保 純*; 松林 政仁
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 651(1), p.100 - 104, 2011/09
被引用回数：8 パーセンタイル：53.37(Instruments & Instrumentation)原子力機構では、秩父富士と共同で中性子用シンチレータの開発を行ってきている。本研究では、新たに開発されたLiF/ZnS系シンチレータ型コンバータの性能評価を行った。従来品と比べて、空間分解能は同等の性能を保持したまま輝度は約2倍明るくなることが確認された。本コンバータと高速度カメラシステムの利用により高速撮像の画質が格段に向上し、毎秒1万フレーム以上の撮像も可能となった。本技術は運転中の自動車エンジン内のオイル挙動等のハイフレームレート計測等に活用されるに至った。さらに、シンチレータの発光面に光指向性を持たせる輝度向上フィルムを設置することにより、カメラ側の受光強度を増加させることを考案した。これにより、空間分解能はやや低下するが、受光強度をさらに約3倍明るくさせることに成功した。
安田 良; 塩澤 方浩*; 片桐 政樹*; 竹中 信幸*; 酒井 卓郎; 林田 洋寿; 松林 政仁
電気化学および工業物理化学, 79(8), p.614 - 619, 2011/08
被引用回数：1 パーセンタイル：2.43(Electrochemistry)Neutron radiography is a useful tool for visualization of water distribution in fuel cells. In this study, we prepared a high spatial resolution neutron imaging system and small-sized fuel cell, and observed the through-plane water distribution in the fuel cell after operation. Fuel cell operations were carried out while varying the gas flow rate in the constant current mode. In low flow rate conditions, voltage decreased as operation time increased, and dropped below 0.2 V at 7.5 min. In neutron images obtained after fuel cell operation, water distribution was observed around the membrane electrode assembly (MEA) at the beginning of the operation and expanded over time to the gas diffusion layer (GDL) and channel on the cathode side. In higher flow rate conditions, fuel cell operation was more stable than in the low flow rate conditions. Neutron imaging results suggest that stable fuel cell operation is attributable to water discharge due to expulsion by the gas flow.
榊 泰直; 金崎 真聡; 堀 利彦*; 福田 祐仁; 余語 覚文; 西内 満美子; 片桐 政樹*; 仁井田 浩二*
Proceedings of 8th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.667 - 669, 2011/08
原子力機構では、コンパクトな高エネルギー粒子源の開発を目指し、レーザー駆動型粒子線源の開発を行っている。2010年報告したように、これまでにCOクラスターをターゲットとして用いた際には、10MeV/核子を超えるような高エネルギー粒子線が実現されているが、その物理メカニズムを深く掘り下げさらに効率的な加速を行うためには、レーザー光やクラスターのパラメータの最適化をこれまで以上に実施していく必要がある。レーザー駆動型粒子線の計測では、レーザーが物質に照射されて生じるプラズマ状態から発生する、電子線やX線などのさまざまな放射線の影響があるために、電子に感度がないCR39などの固体飛跡検出器が一般的に使われている。そのため、レーザー光とイオン発生に関する計測は実時間性のないCR39の解析をパラメータごとに大量に行わねばならず、そのことがデータ解析の進捗を妨げることが多いのが現状である。そこで、数十MeVのオンライン計測を狙い、原子力機構が開発した中性子検出用の蛍光体(ZnS)と、そのデータ解析にPHITSコードを利用した、オンライン型の高精度トムソンパラボラスペクトロメーターを開発する手法を確立したので報告する。
中村 龍也; 安田 良; 片桐 政樹*; 藤 健太郎; 坂佐井 馨; 美留町 厚; 海老根 守澄; 曽山 和彦
Proceedings of 2011 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2011), Vol.1, p.382 - 384, 2011/00
シンチレータと波長シフトファイバ読み出しによる高位置分解能型中性子イメージ検出器を開発している。本検出器ではテーパー付きファイバ光学素子(FOT)をシンチレータと波長シフトファイバの間に組み込むことで中性子による発光を光学的に拡大し高位置分解能を実現しようとするものである。今回、検出視野の拡大を目指し従来の小視野FOT(2.62.6mm、角型)から直径20mm(円形)の大面積品に改良を行いその特性試験を実施した。その結果、大型FOTでは従来品よりも光透過率が20
低減するものの位置分解能は従来と同様の0.260.07mmを保持することがわかり、有効面積314mm、有効ピクセルサイズ0.170.17mmである高分解能型検出器となることが確認できた。
榊 泰直; 西内 満美子; 堀 利彦; Bolton, P.; 余語 覚文; 片桐 政樹*; 小倉 浩一; 匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; 織茂 聡; et al.
Applied Physics Express, 3(12), p.126401_1 - 126401_3, 2010/11
被引用回数：8 パーセンタイル：34.38(Physics, Applied)これまで、レーザー駆動型粒子線加速実験においては、ビーム診断手法にCR39という固体飛跡検出器を用いることが一般的であった。しかし、固体検出器は実時間性を持たない検出器であるために、不安定なプラズマから粒子が発生するメカニズムの解明においては、その不安定性がレーザーに依存するものか、プラズマ自身が持つものなのかが1ショットごとに分析できなかった。そこで、それらの問題を解決するために、蛍光膜モニタを使った加速粒子のビーム形状とTOF法によるエネルギー分布を1ショットごとに観測できるシステムを構築した。この構築には、原子力機構が開発したPHITSコードを用いて、その設計性能の高さ及び、診断解析への有効性を示している。
坂佐井 馨; 藤 健太郎; 中村 龍也; Harjo, S.; 盛合 敦; 伊藤 崇芳; 阿部 淳; 相澤 一也; 曽山 和彦; 片桐 政樹*; et al.
Proceedings of 19th Meeting of the International Collaboration on Advanced Neutron Sources (ICANS-19) (CD-ROM), 5 Pages, 2010/07
英国ラザフォードアップルトン研究所との国際協力の下、J-PARC工学材料回折装置(匠)用中性子検出器の開発を行い、2009年3月にはすべての検出器の設置を完了した。本検出器は、外形寸法8051370217mmを有し、中性子検出には、Li(n,
)H反応に基づくZnS/LiFシンチレーション反応を利用している。製作した検出器は、位置分解能3mm、中性子検出効率は中性子波長1で50%以上、線感度はCo換算で10以下である。匠では、製作した検出器を90度方向に5台ずつ、全10台が設置された。匠は順調に稼動を開始し、現在では広くユーザーに供用を行っている。
