First demonstration of a single-end readout position-sensitive optical fiber radiation sensor inside the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station based on wavelength-resolving analysis

寺阪 祐太; 佐藤 優樹; 瓜谷 章*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1062, p.169227_1 - 169227_6, 2024/05

https://doi.org/10.1016/j.nima.2024.169227

We have developed a new position-sensitive optical fiber radiation sensor that achieves single-end readout and high dose rate application. The sensor determines the incident position of radiation on the optical fiber by using the wavelength dependency of light attenuation within the fiber. Through the analysis of the output wavelength spectrum from the fiber end, the incident position of radiation on the optical fiber can be inversely estimated using the spectrum unfolding procedure. Using this optical fiber sensor, we conducted a measurement of radiation distribution inside the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS). The actual trend of incident position of radiation was successfully reproduced in a high dose rate area, with a maximum dose rate exceeding 100 mSv/h. This validates the effectiveness of our new position-sensitive optical fiber radiation sensor.

アルファダストの検出を目指した超高位置分解能イメージング装置の開発(委託研究); 令和3年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業

廃炉環境国際共同研究センター; 東北大学*

JAEA-Review 2022-065, 111 Pages, 2023/03

JAEA-Review-2022-065.pdf:6.8MB

日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和3年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス株式会社福島第一原子力発電所の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、研究課題のうち、平成30年度に採択された「アルファダストの検出を目指した超高位置分解能イメージング装置の開発」の平成30年度から令和3年度の研究成果について取りまとめたものである。本課題は令和3年度が最終年度となるため4年度分の成果を取りまとめた。本研究は、スミヤろ紙上に付着するより細かい線核種を含む微細なダストの詳細な分布を可視化することを可能にする技術の開発を目的の1つとする。この目的を満たすためには、これまでの研究から、シンチレータ信号の効率化と、発光した信号の収集効率の向上が必要であり、その工夫を行い、位置分解能10m以下を達成することができた。これらの研究課題の過程で、新たなシンチレータ材料の創成が期待でき、上記のダストモニタのみならず、多くの応用が期待できた。特に当該研究に関連して、非常に高い線量率場における線量率の分布を、光ファイバーを用いて測定できるかもしれないとの着想を得た。そこで、光ファイバーを用いた高線量率モニタの実証についても、最大数kSv/h程度の線量率下の環境で実施することができた。

一次元光ファイバ放射線センサを用いた原子炉建屋内放射線源分布計測(委託研究); 令和2年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業

廃炉環境国際共同研究センター; 名古屋大学*

JAEA-Review 2021-033, 55 Pages, 2021/12

JAEA-Review-2021-033.pdf:2.9MB

日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和2年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス株式会社福島第一原子力発電所の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、研究課題のうち、令和元年度に採択された「一次元光ファイバ放射線センサを用いた原子炉建屋内放射線源分布計測」の令和2年度の研究成果について取りまとめたものである。本研究は、福島第一原子力発電所の廃炉を進めるにあたり把握する必要がある建屋内作業環境の放射線源の位置分布を測定するセンサとして、最も確実に汚染源の位置分布の把握を行うことができる密着型で、かつ「点」ではなく「線」に沿った放射線源分布が把握できる一次元光ファイバ放射線センサの開発を行う。従来方式の飛行時間型光ファイバ放射線センサの高線量率対応を図るため、様々な径と材質の光ファイバについて一次元センサとしての基礎評価を行い、小口径の石英光ファイバの一次元センサとしての有用性を見出した。また、光の波長成分に着目した全く新しい方式の波長分解型光ファイバ放射線センサの実証試験を通じて、Sv/hを超える線量率で放射線分布が測定可能であることを実証した。

Measurement of high-energy neutron fluxes and spectra around the J-PARC mercury spallation neutron target using multi-foil activation method

春日井 好己; 原田 正英; 甲斐 哲也; 大井 元貴; 明午 伸一郎; 前川 藤夫

JAEA-Data/Code 2015-033, 28 Pages, 2016/03

JAEA-Data-Code-2015-033.pdf:1.78MB

J-PARC、物質・生命科学実験施設(MLF)の水銀を使った核破砕中性子源周りの高エネルギー中性子束及びスペクトルを、多数箔放射化法で測定した。この実験で使った中性子反応のしきい値は0.1から50MeVであった。実験における箔の照射は、2008年5月30日から31日にかけて実施されたMLFにおける初めてのビーム運転の際に行われたものである。照射後、各金属箔の放射能をHPGe検出器で測定し、中性子誘導反応のターゲット周りにおける反応率分布のデータを得た。これらのデータを使い、各測定位置における高エネルギー中性子束及びスペクトルをアンフォールディング法で導出した。その際、初期スペクトルとしてPHITSによる計算値を用いた。初期スペクトルとアンフォールディングスペクトルを比較したところ、計算結果(これはMLFのターゲット集合体の中性子工学設計の基礎となったものであるが)は、実験値に30%で一致することがわかった。

A Factorization of LET effects of ion induced photostimulated luminescence

阿部 健*; 斎藤 究*; 藤 健太郎; 小嶋 拓治; 酒井 卓郎

JAERI-Review 99-025, TIARA Annual Report 1998, p.103 - 105, 1999/10

https://jopss.jaea.go.jp/pdfdata/JAERI-Review-99-025.pdf

イメージングプレート(IP, 組成BaFBr:Eu)を用いてサイクロトロンから得られるイオンビームの線種、エネルギー弁別測定技術を開発するため、輝尽発光のLET特性の機構に関する研究を行った。この結果、IPの励起スペクトル応答における線種・エネルギー依存性が、入射イオンの蛍光体層への侵入深さによるものだけでなく、特に重イオンでは入射イオンのLET効果にもよることが、スペクトル成分の分離解析によりわかった。また、このLET効果は、IP中のBr及びFのFセンターのレベルに相当するスペクトルに現れていることが明らかになった。さらに、1kGy以上の線量域における輝尽発光量の低下は、基材のポリエチレンテレフタレートの劣化でなく、輝尽発光体の損傷によることがわかった。これらにより、IP応答のLET特性及びその機構をほぼ明らかにした。

定常臨界実験装置STACYにおける線量評価コードにかかわる整備(受託研究)

桜井 淳; 三好 慶典; 中村 剛実*; 佐藤 理*

JAERI-Data/Code 99-021, 99 Pages, 1999/03

JAERI-Data-Code-99-021.pdf:3.03MB

日本原子力研究所・燃料サイクル安全工学研究施設(NUCEF)の定常臨界実験装置STACYでは、ドシメトリーの一環としてNEUPAC-JLOGコードを用いて測定値及び応答関数の誤差を考慮してスペクトル・アンフォールディングを行うことを予定している。NEUPAC-JLOGは、これまでおもに高速炉のドシメトリーに用いられてきたため、本報告書では熱中性子系用にNEUPAC-JLOGを改良した。主な改良点は、中性子エネルギー群を200群まで拡張、熱群の影響が高速群まで敏感に及ぼさないように結合係数を小さくしたこと、及び箔の厚さを考慮した箔吸収自己遮蔽効果を厳密に評価したことである。これらの処理結果については、STACYの中性子スペクトルを用いて試計算を行い検討及び評価を行った。

NE213液体シンチレーション検出器を用いたスペクトル荷重関数法による中性子線量測定法

大山 幸夫; 田中 俊一

JAERI-M 9982, 21 Pages, 1982/03

JAERI-M-9982.pdf:0.82MB

中性子によるエネルギー依存の積分量を求める一般的な意味での線量測定(ドジメトリー)にスペクトル苛重関数法を用いた。この方法を用いることによって、計数の低いデータに対しても誤差評価を明確にした諸量を得ることができる。また、DBM回路のように電気信号処理で中性子検出器から直接、上記の諸量を得ることもできる。本論文では、NE213液体シンチレータに対するスペクトル荷重関数法を計算するコードGFUNCを作成し、各種の量に対してスペクトル荷重関数を計算した。また、線量当量率に対しては、中性子線源を用いてアンフォールディング法、レムカウンタ等による結果と実験的検討を行った。これらの検討の結果、アンフォールディング法とは7%以内で一致し、2インチ2インチのNE213検出器はStudsvik社のレムカウンタと同程度の測定感度を持ち、D-T中性子のスカイシャインなどに対して有力であることがわかった。

反跳陽子比例計数管の応答関数とwall-and-end効果の補正

大部 誠; 一守 俊寛*

JAERI-M 8919, 44 Pages, 1980/07

JAERI-M-8919.pdf:1.05MB

反跳陽子スペクトロメー夕の応答関数をSnidowの解析的な方法を用いて求めた。計数管の不感領域の影響を取扱うため、計算は管端に不感領域をもつ円筒二領域モデルについて行った。メタンおよび水素計数管のwall-and-end応答を陽子エネルギーの関数として5MeVまで求めている。計算結果から、wall-and-end効果を受ける応答のうち不感領域から発生する陽子事象の占める割合は、平均的に約15%であることが判明した。 得られた応答関数は、FCAの測定反跳陽子エネルギー分布に対するwall-and-end効果の補正に適用している。補正に関するunfoldingの手順および定量的な補正量を検討し、それらの補正が導出中性子スペクトルにおよぼす効果について詳述している。

A Computer program for spectrum analysis

馬場 宏

Nuclear Instruments and Methods, 148(1), p.173 - 178, 1978/01

線スペクトルの解析のための電算機プログラムを開発した。プログラムの構成は、ピーク・フィットの部分を除いて、線スペクトル解析プログラムBOB73Sと本質的に同じである。波形関数は高エネルギー側をガウス関数、低エネルギー側の穏やかなテール部分を指数関数で与え、両者を滑らかにつないだ関数で近似した。波形関数を表示するためのパラメータはスペクトル中の個々の複合ピークごとに別個に定められる。プログラムの大きさは114k語であり、解析の速さはFACOM230-75を用いて適当な鋭敏さを有するスペクトルを処理した場合で10秒以内である。プログラムの信頼性は、プルトニウム同位体を試料としたときに得られるスペクトルを用いて検討された。

攪拌下で放射線重合したポリエチレンの微細構造

細井 正広*; 栗山 将; 河合 徹*

繊維学会誌, 30(3), p.184 - 188, 1974/03

https://doi.org/10.2115/fiber.30.3_T102

エチレンの線重合過程におけるポリマー効果を明らかにするため、重合中に加えられる攪拌のポリマー形態および物性に与える影響を検討するとともに、重合結晶化機構との関連を明らかにした。攪拌速度を変えて得られたポリマーの融点、融解熱、メチル基濃度は攪拌速度の影響をうけず、単に比表面積のみが変化する。比表面積は重合速度および分子量の攪拌速度依存性と全く同様に、重合速度の増大するとともに最初減少し約200~500rpmで極小となり、それ以後再び増大する。分子量分布は攪拌速度の増大とともに、より高分子量成分をより多く含み、形態観察でも同様にフィビリル状構造がより多く認められる。さらに、このフィビリル状構造には節部が認められるが、これは分子鎖の折りたたまれたラメラ晶の部分的unfoldingで生成すると考えられ、このため比表面積が大となり、従って生成ポリマー効果の影響が表われ、反応速度および分子量が増大するのであろう。