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論文

A Submillimeter spatial resolution scintillation detector for time-of-flight neutron diffraction imaging

中村 龍也; 川崎 卓郎; 藤 健太郎; 筒井 紀彰; 海老根 守澄; 美留町 厚; 坂佐井 馨

Proceedings of 2018 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2018) (Internet), 3 Pages, 2019/10

パルス中性子を用いた回折イメージングのためのサブmm空間分解能をもつシンチレータ検出器を開発した。検出ヘッド部は薄型のZnS/$$^{6}$$LiFシングルシンチレータと直径0.1mmの波長シフトファイバにより構成し高い位置分解能を実現した。有感面積24$$times$$24mm$$^{2}$$を有するプロトタイプ検出器の性能は分解能0.20および0.16$$pm$$0.06mm(x、y方向)、検出効率7%、$$^{60}$$Co $$gamma$$線感度10$$^{-6}$$である。本報では検出器の設計詳細とJ-PARC MLFにおける回折イメージング実験例を紹介する。

論文

Diagnosis of neutron sensitivity within a scintillator/wavelength-shifting fiber coil element by using a collimated pulsed neutron beam

中村 龍也; 藤 健太郎; 筒井 紀彰; 海老根 守澄; 美留町 厚; 坂佐井 馨

Proceedings of 2016 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2016), Vol.2, p.1506 - 1508, 2018/01

コリメータしたパルス中性子ビームを用いてシンチレータ 波長シフトファイバコイルエレメント内の中性子感度の位置依存性を診断した。1$$times$$1mm$$^{2}$$にコリメートしたビームをエレメント上でスキャンしてその各入射位置における中性子計数を記録した。診断の結果、円筒状シンチレータの結合部での感度の低下が起こっていることを明らかにした。

論文

Development of a position-sensitive scintillation neutron detector for a new protein single-crystal diffractometer at J-PARC MLF

中村 龍也; 藤 健太郎; 筒井 紀彰; 海老根 守澄; 美留町 厚; 坂佐井 馨

Journal of Instrumentation (Internet), 12(12), p.C12025_1 - C12025_9, 2017/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:5.86(Instruments & Instrumentation)

J-PARC/MLFに建設が予定されている新タンパク単結晶装置のための高位置分解能、大面積という特徴を有した位置敏感型シンチレータ中性子検出器を開発した。$$^{6}$$Li:ZnSシンチレータが装填されたプロトタイプ検出器は波長シフトファイバ技術を用いて製作されている。当該検出器は位置分解能2.5mm、中性子有感面積320$$times$$320mm$$^{2}$$を有している。発表では装置の概要と検出器の試験結果について報告する。

論文

Development of a ZnS/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$ 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:3 パーセンタイル:84.33

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/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$シンチレータを開発した。ZnS/$$^{6}$$LiFシンチレータはその高い発光と低い$$gamma$$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B$$_{2}$$O$$_{3}$$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。

論文

Investigation of the brightness enhancement using brightness enhancement films on a scintillator

飯倉 寛; 筒井 紀彰*; 齋藤 泰司*; 野島 健大; 安田 良; 酒井 卓郎; 松林 政仁

Physics Procedia, 43, p.161 - 168, 2013/00

 被引用回数:4 パーセンタイル:83.62

In neutron imaging, to enhance brightness of a neutron detector is one of the important factors which lead to shortening of imaging time, or improvement in image quality. Recently, we devised a technique to increase the light intensity of reception for a camera by adding brightness enhancement films (BEF) on the output surface of the scintillator. By using the BEF (BEF II 90/24, Vikuiti 3M), brightness was enhanced, but spatial resolution was reduced. In this study, we compared the brightness and spatial resolution using several types of BEFs with different film thicknesses and prism pitch. In brightness, although the further enhancement was observed, most influences of film thickness or a prism pitch were not recognized. In spatial resolution, when film thickness became thin, the tendency for spatial resolution to improve was recognized.

論文

Evaluations of the new LiF-scintillator and optional brightness enhancement films for neutron imaging

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:53.54(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$$^{6}$$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。

報告書

ENGIN-X型1次元シンチレータ中性子検出器の検出器性能向上に関する技術開発; ZnSシンチレータ,光リフレクタ、及びデジタル信号処理装置の開発

中村 龍也; 片桐 政樹; 美留町 厚; 海老根 守澄; 筒井 紀彰*; 曽山 和彦; Schooneveld, E. M.*; Rhodes, N. J.*

JAEA-Research 2008-116, 26 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-116.pdf:4.25MB

ENGIN-X型1次元中性子シンチレータ検出器の性能向上を目的として新規なZnSシンチレータ,光リフレクタ、及びデジタル信号処理装置の開発を行った。ZnSシンチレータに関してはさらなる高速・高検出効率化を図るためZnSを基本とした各種シンチレータを試作しその性能を評価した。その結果、開発したZnS/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$シンチレータによるとISIS標準シンチレータよりも検出効率が2割改善することを確認した(中性子波長1${AA}$)。また、シンチレータを装填する光リフレクタに関しては白色塗料を使用せず表面エッチング処理により製作する手法を開発した。これにより従来と同様の光散乱能を有しかつ経年変化にも強い光リフレクタを実現した。さらにフィールドプログラマブルゲートアレイによる全デジタル化フォトンカウンティング信号処理装置を開発しこれまでのアナログ回路による信号処理系と比べて中性子計数の温度安定性が改善することを実証した。

論文

High detection efficiency ZnS scintillator for a fiber-coded linear neutron detector for thermal neutron scattering instruments

中村 龍也; Schooneveld, E. M.*; Rhodes, N. J.*; 片桐 政樹; 筒井 紀彰*; 藤 健太郎; 坂佐井 馨; 曽山 和彦

2008 IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record (CD-ROM), p.1215 - 1219, 2009/02

熱中性子に対して高い検出効率を有するZnS/$$^{6}$$LiFシンチレータ及びZnS/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$セラミックシンチレータを開発した。開発したシンチレータの発光特性、及びファイバコード型1次元検出器に装填した場合における検出器性能の評価を行った。ZnS/$$^{6}$$LiFシンチレータでは、$$^{6}$$Li中性子コンバータの量を標準品の約2倍としたシンチレータにおいて検出効率が約30%改善することを確認した。また、ZnS/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$セラミックシンチレータにおいても約30%の検出効率の改善を確認した。さらに発光減衰時間がZnS/$$^{6}$$LiFのそれと比べて約40%と短くなることが明らかとなり本シンチレータが計数特性に優れる可能性を示した。

論文

Neutron scintillators with high detection efficiency

小島 孝弘*; 片桐 政樹; 筒井 紀彰*; 今井 幸治*; 松林 政仁; 坂佐井 馨

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.325 - 328, 2004/08

 被引用回数:36 パーセンタイル:89.74(Instruments & Instrumentation)

中性子イメージ検出器の高検出効率化を目指して蛍光体/中性子コンバータシンチレータの開発を進めた。その結果、市販のシンチレータに比較して$$^{6}$$Liの含有量が2倍のZnS:Ag/$$^{6}$$LiFの検出効率が43.5%であることがわかった。この検出効率は市販の同種シンチレータに比較して約1.6倍の検出効率である。また、中性子コンバータとして$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$を用いたZnS:Ag/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$シートシンチレータ及びZnS:Ag/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$ガラスシンチレータを開発し、約30%の検出効率を示すことを確認した。本ZnS:Ag/$$^{10}$$B$$_{2}$$シンチレータは熱中性子以上の中性子エネルギーの領域で高検出効率が得られる。

論文

$$^{238}$$U M$"o$ssbauer study of UPt$$_{3}$$

筒井 智嗣; 中田 正美; 那須 三郎*; 芳賀 芳範; 山本 悦嗣; 木村 憲彰*; 大貫 惇睦

Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 226-230(Part.1), p.87 - 88, 2001/05

重い電子系超伝導化合物UPt$$_{3}$$について$$^{238}$$Uメスバウア分光を行った。UPt$$_{3}$$の超伝導転移温度は0.5Kであり、中性子散乱だけで5Kにおいて反強磁性秩序が観測されている。帯磁率は常磁性状態25K付近で極大を示し、UPd$$_{2}$$Al$$_{3}$$やURu$$_{2}$$Si$$_{2}$$同様、その温度(Tx$$_{max}$$)は重い電子の形成と相関があると考えられている。測定したすべての温度のスペクトルで磁気分裂と四極子分裂が観測された。スペクトルの温度変化はTx$$_{max}$$付近で最もシャープなスペクトルを示し、UPd$$_{2}$$Al$$_{3}$$やURu$$_{2}$$Si$$_{2}$$の実験結果とは異なった。しかしながら、常磁性状態で観測された内部磁場は磁気緩和によって生じたものであり、観測された磁気緩和は重い電子の形成過程との相関を示唆する。また、5Kでの反強磁性秩序に関しては、UBe$$_{43}$$$$^{238}$$Uメスバウアー分光の結果から、2.8Kでは核位置に内部磁場を生じていることを示唆する。

口頭

大強度パルス中性子用シンチレーション検出器の開発,14; ZnS/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$セラミックシンチレータの開発

片桐 政樹; 筒井 紀彰*; 小島 孝弘*; Schooneveld, E.*; Rhodes, N.*; 藤 健太郎; 坂佐井 馨; 曽山 和彦; 中村 龍也

no journal, , 

中性子散乱実験用一次元シンチレータ検出器の検出効率を改善するためZnS/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$セラミックシンチレータを開発した。開発したシンチレータを用いることで検出器の検出効率が従来標準品(ZnS/$$^{6}$$LiFシンチレータ)に比べて約20%(1${AA}$波長中性子に対して)改善することを確認した。

口頭

J-PARC/MLF匠検出器のための高検出効率ZnS中性子有感シンチレータの開発

中村 龍也; 坂佐井 馨; 藤 健太郎; 片桐 政樹; 曽山 和彦; Rhodes, N.*; Schooneveld, E. M.*; 筒井 紀彰*

no journal, , 

J-PARCの物質・生命科学研究施設(MLF)、BL19の工学材料装置「匠」には10台の大面積1次元シンチレータ検出器がインストールされる。われわれは本検出器の高検出効率化を図るためZnSシンチレータを開発してきた。本発表では、開発したZnS/$$^{6}$$LiF及びZnS/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$を検出器に装填した場合の中性子検出器の特性試験結果について報告する。シンチレータとしては中性子コンバータである$$^{6}$$LiF及び$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$の量を標準品よりも増大するということを基本に製作した。これらを匠実機検出器と同一の構造を有する27ピクセル検出器に装填し、中性子計数,$$gamma$$線感度,バックグランド計数等の試験評価を行った。その結果、これまでISISで使用されてきた標準品と比較して、20$$sim$$30%の中性子検出効率が改善すること、$$gamma$$線感度は同等であることを確認した。

口頭

波長シフトファイバを用いた大面積シンチレータ中性子検出器の開発

中村 龍也; 筒井 紀彰*; 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

no journal, , 

特願 2010-003182   公報

近年のヘリウム3ガスの供給不足に伴い従来の$$^{3}$$Heガス管を代替する位置敏感型中性子検出器の開発が急務である。このため中性子有感シンチレータと波長シフトファイバを用いた大面積2次元中性子検出器の開発を開始した。本検出器は直径1mmの波長シフトファイバを5mmのピッチでX, Y軸方向に直交配置しその上下面をシンチレータで挟み見込んだ構造を有する。ピクセルサイズ5$$times$$5mm, 7$$times$$8ピクセルの有感面積を持つ小型検出器を用いて基礎特性試験を行い、位置分解能5mm, $$gamma$$線($$^{60}$$Co)感度$$10^{-6}$$, 検出効率30%(熱中性子)であることを確認した。

口頭

熱中性子ラジオグラフィ用-新規Liシンチレータ、及び輝度アップシートの評価

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

no journal, , 

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いる。中性子ラジオグラフィ用に開発された新規$$^{6}$$LiF/ZnSシンチレータの評価を行ったところ、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3倍明るくなることが確認された。本コンバータの利用により高速撮像の画質が格段に向上し、毎秒数万フレームの撮像も可能となり、自動車エンジン内のオイル挙動等のリアルタイム計測等に活用されるに至った。

口頭

波長シフトファイバを用いた大面積シンチレータ中性子検出器の開発,2; 試作検出器の特性試験

中村 龍也; 坂佐井 馨; 藤 健太郎; 美留町 厚; 海老根 守澄; 曽山 和彦; 片桐 政樹*; 筒井 紀彰*

no journal, , 

近年のヘリウム3ガスの供給不足に伴い従来の$$^{3}$$Heガス管を代替する位置敏感型中性子検出器の開発が急務である。このため中性子有感シンチレータと波長シフトファイバを用いた大面積2次元中性子検出器の開発を行っている。今回、ピクセルサイズ5$$times$$5mm, 64$$times$$64ピクセルの大有感面積を持つ2次元中性子検出器を試作しその性能評価試験を行った。その結果、位置分解能5mm, $$gamma$$線($$^{60}$$Co)感度10$$^{-6}$$,検出効率20%(熱中性子)であることを確認し、本方式による検出器が単結晶中性子回折計用の検出器として十分使用できることを確認した。

口頭

波長シフトファイバを用いた大面積シンチレータ中性子検出器の開発,3; ビームライン検出器の設計と性能評価

中村 龍也; 川崎 卓郎; 坂佐井 馨; 藤 健太郎; 美留町 厚; 海老根 守澄; 曽山 和彦; 片桐 政樹*; 筒井 紀彰*

no journal, , 

近年の$$^{3}$$Heの供給不足に伴い従来の$$^{3}$$Heガス管を代替する位置敏感型中性子検出器の開発が急務である。このため中性子有感シンチレータと波長シフトファイバを用いた大面積2次元中性子検出器をその最有力候補と位置づけ、これまでに開発を進めその動作原理を確認してきた。今回、これまでの基礎実験結果をもとにJ-PARC/MLFのビームライン17, 18への実機検出器システムを設計・製作しその性能試験を行った。当該ビームラインの要求に最適化された検出器はピクセルサイズ4$$times$$4mm, 256$$times$$256mmの有感面積を有し200ガウスの外部磁場下でも計数損失なく安定動作する。試験の結果、検出効率30-40%(熱中性子)、$$gamma$$線($$^{60}$$Co)感度$$sim$$10$$^{-6}$$と良好であり装置からの要求性能をほぼ満足するものであることを確認した。

口頭

A Two-dimensional scintillation neutron detector module for a new protein single crystal neutron diffractometer at J-PARC MLF

中村 龍也; 藤 健太郎; 筒井 紀彰; 海老根 守澄; 美留町 厚

no journal, , 

シンチレータと波長シフトファイバ技術を用いて次世代のたんぱく質専用中性子単結晶回折装置のための2次元中性子検出モジュールを開発した。本検出モジュールは位置分解能2.5mm、中性子有感面積320$$times$$320mm$$^{2}$$を有する。開発した検出モジュールは熱中性子に対して検出効率30-50%($$gamma$$感度依存)、検出感度の一様性は約13%であった。発表では検出器の設計と実験結果について報告する。

口頭

MLFのための位置敏感型シンチレータ中性子検出器の開発

中村 龍也; 藤 健太郎; 筒井 紀彰; 坂佐井 馨

no journal, , 

中性子基盤セクションでは0.5mmピクセル高分解能イメージ検出器(iBIX用)、3mmピクセル1次元ISIS型検出器(Takumi用)、4mmピクセル大面積検出器(Senju用)のシンチレータ検出器を開発してきた。特にBL03, BL18用ではデザイン設計の自由度と製造コストに優れるシンチレータ・波長シフトファイバ検出方式を採用した検出器を開発し、これらはMLFの先導的な実験装置に実装されている。我々はこの検出方式の技術の蓄積を継続すると同時にその特徴を生かして多様な要求仕様に適合する検出器の開発を進めている。発表では100ミクロン以下を実現する高分解能イメージ検出器、次世代大型たんぱく質回折装置用の1$$sim$$2.5mm分解能検出器、TakumiやSenju装置の高度化のためのコンパクト・大面積検出器等の開発について現状を報告する。

口頭

ToF中性子回折イメージング用高分解能シンチレータ検出器の開発

中村 龍也; 川崎 卓郎; 藤 健太郎; 筒井 紀彰; 海老根 守澄; 美留町 厚; 坂佐井 馨

no journal, , 

J-PARCのパルス中性子を用いた回折イメージングへの応用のため約200ミクロンの位置分解能をもつ中性子カウンティング型の2次元シンチレータ中性子検出器を開発した。この検出器はシンチレータと波長シフトファイバを用いた方式で製作され、要求性能を実現するため薄型のZnS/LiFシンチレータと100ミクロン直径のWLSFを選択して設計されている。発表では検出器の設計, 基礎特性, 回折 イメージ測定例等について報告する。

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