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gamma-ray imager using detector response patterns北山 佳治; 野上 光博*; 人見 啓太朗*
Japanese Journal of Applied Physics, 63(7), p.076502_1 - 076502_8, 2024/07
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Physics, Applied)三次元空間に無作為に配置した複数のガンマ線検出器の応答強度パターンから、ガンマ線源の入射方向を推定する新しいガンマ線イメージング技術の開発を行っている。本論文では、8個のGAGG (Ce)シンチレータキューブと18個の鉛キューブで構成されるガンマ線イメージャー、Coded Cube Camera for Gamma-ray (C3G)を製作し、
Cs線源の4イメージング実験を実施した。実験の結果、3m先にある10MBqのCs線源を10分間の測定で、angle uncertainty5度の精度でイメージングできることを確認した。一般にガンマ線イメージャーは数百から数千の読み出しチャンネル数が必要となるが、C3Gは僅か8チャンネルの読み出し回路で構成される。そのため回路や再構成アルゴリズムはシンプルにすることができ、安価かつ信頼性の高いイメージャーが実現する。C3Gは大きさ86mm 
86mm 86mmのハウジングに格納されており、重量は約600gである。小型軽量で4視野を持ち、高角度分解能を持つ本技術は、天文学や医療、核セキュリティ、原子力発電所の廃止措置など広範な応用が期待される。
field-of-view gamma-ray imaging北山 佳治
IEEE NPSS Newsletter (Internet), 4 Pages, 2024/06
At the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station decommissioning site, there's a need for gamma-ray imaging technology that is compact and lightweight enough to be mounted on autonomous exploration robots, has a wide FOV and can operate in high-dose-rate environments. Coded masks and Compton cameras, although small and light, suffer from limitations such as a narrow FOV, susceptibility to background noise, or poor angular resolution and unsuitability for high-dose environments, respectively. Therefore, we developed a novel gamma-ray imaging technology that weighs about 600 g, has a cubic form measuring 8.6 cm on each side, offers a 4 FOV, has an angular resolution of approximately 5
, and is expected to operate in environments with radiation levels up to 100 mSv/h with only eight readout channels.
北山 佳治; 野上 光博*; 人見 啓太朗*
Japanese Journal of Applied Physics, 63(3), p.032005_1 - 032005_6, 2024/03
被引用回数：1 パーセンタイル：35.22(Physics, Applied)検出器の応答パターンを利用した新しいガンマ線イメージング技術を紹介する。この方法では、三次元状にランダムに配置された複数の遮蔽体キューブを使用する。これらのキューブで定義された領域内では、ガンマ線の入射方向に基づいて固有のガンマ線フラックスパターンが形成される。このパターンは、複数のシンチレーターキューブの応答パターンとして測定される。ガンマ線の入射方向と対応する検出器応答パターンを事前に測定することで、アンフォールディング法を用いて入射方向を推定することができる。Cs点線源を用いてシミュレーションを行った。その結果、10MBqのCs線源をイメージャーから3m離れた位置に設置した場合、約10
の角度分解能で撮像できることがわかった。これらの結果は、我々の新しい方法が既存のガンマ線イメージング技術と同等以上の性能を有することを示唆している。この撮像法の応用としては、原子力発電所の廃止措置、核医学、セキュリティ、天文学などが考えられる。
北山 佳治; 野上 光博*; 人見 啓太朗*
KEK Proceedings 2022-3, p.46 - 53, 2023/01
街灯の光で夜道に映し出された自分の影の向きや形から街灯の位置を予想することができる。この考えをガンマ線イメージャーに応用したものはCoded apertureとして知られている。今回、立体的な遮蔽とシンチレータ結晶配置を持ったCoded Cube Camera - POrtable (C3PO)を発案した。C3POは鉛、シンチレータ、空乏でできたキューブを333のルーリックキューブ状にランダムに配置したもので、各シンチレータの出力は3次元影模様を作り出す。三次元影からアンフォールディングによって線源方向分布にもどる。今回、Geant 4を用いたシミュレーションでその特性や実現可能性を検討した。
冠城 雅晃; 佐藤 優樹; 吉原 有里*; 島添 健次*; 高橋 浩之*; 鳥居 建男
Reactor Dosimetry; 16th International Symposium on Reactor Dosimetry (ISRD-16) (ASTM STP 1608), p.405 - 414, 2018/11
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Nuclear Science & Technology)On March 11, 2011, a massive earthquake occurred in the Tohoku region of Japan, and a large tsunami hit the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant (1F), resulting in a nuclear accident. Despite the years that have passed since the accident, decommissioning remains a concern. Radiation measurement techniques are very important for accelerating the decommissioning and ensuring low radiation exposure to workers. Our gamma-ray imaging system is the detection device for determining the three dimensional radioactive distributions of nuclear fuel debris, measuring high-energy gamma rays (greater than 1 MeV). Silicon semiconductor detectors are among the candidate detectors for radiation measurements in our system because of their radiation-hardness and high counting rate capability. We have been developing a stacked amorphous-silicon (Si)/crystal-Si heterojunction Si strip detector, which has 1-mm-pitch striped electrodes (0.5 mm wide) and 1.2-mm-pitch stacked technology. The detector consists of an Si strip mounted on a thin printed circuit board, front-end readout electronics with a complementary metal oxide semiconductor application specific integrated circuit, and a field programmable gate array. The threshold level of energy deposition of each pulse signal in each channel can be set from the application-specific integrated circuit, and gamma-ray images with energy discrimination can be obtained. The energy threshold level for discrimination of 
Co gamma rays from Cs gamma rays was investigated experimentally and by means of simulation, and it was found to be about 500 keV. Therefore, our Si strip detector has the required position sensitivity and energy discrimination ability for identifying high-energy gamma-ray source distributions.
北山 佳治
人見 啓太朗*; 野上 光博*
特願 2023-007015 
公開特許公報
【課題】視野が広く、放射線エネルギーの適用範囲が広く、且つ、小型軽量化を図ることが可能な新しい放射線検出装置を提供することを目的とする。 【解決手段】放射線検出装置1は、放射線を検出する複数の検出素子12が3次元的に配置された検出素子群11を備える放射線検出装置である。検出素子群11の構造は、任意の仮想面S上に検出素子12が敷き詰められた仮想検出素子群から任意の位置の検出素子12を取り除いて形成された空乏13を有する構造である。空乏13は、任意の方向に沿って配置された一の検出素子12A及び他の検出素子12Bの各検出値の差分が、当該方向を入射方向とする放射線が入射する場合と当該方向の逆方向を入射方向とする放射線が入射する場合とにおいて、異なる値を示す位置に設けられる。
北山 佳治; 野上 光博*; 人見 啓太朗*
no journal, ,
本研究ではガンマ線の三次元影を機械学習を用いてデコードすることで、8chの検出器と簡単な計数回路だけでガンマ線の全方向イメージングが可能となる新手法を提案した。本手法の角度分解能は既存のイメージャーと同等以上であり、定量性も高いことが本研究により示された。本手法は遮蔽体と検出器の材質やサイズを適切に選択することで、広いエネルギー範囲において環境レベルから炉内等の超高線量場まで幅広く適用が可能である。本手法の検出器形状を問わないという特異な性質はイメージャーの設置場所が限られるような状況で有利に働く。本手法は廃炉,医療,宇宙観測等の極めて多くの分野への応用が期待できると考えられる。
野上 光博*; 北山 佳治; 人見 啓太朗*; 高田 英治*; 鳥居 建男*; 石井 慶造*
no journal, ,
先進放射線計測研究グループでは、福島第一原子力発電所建屋内で使用することを念頭において、斜方立方八面体型鉛遮蔽体とシンチレータを組み合わせた指向性検出器の開発に取り組んでいる。本発表では、今まで実施した基礎的な検討内容について報告を行う。
北山 佳治; 寺阪 祐太; 佐藤 優樹
no journal, ,
It is important to continuously grasp the distribution of radioactive materials and air dose rate in the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station site to assist in formulating the decommissioning plan and secure the safety of workers and residents inthe vicinity. On the other hand, continuous measurement of the distribution of radioactive materials within a wide site area using existing technologies requires a significant amount of time and human resources. Therefore, we have developed the iRIS-V (integrated Radiation Imaging System-Vehicle), which can perform a wide area of car-borne survey and gamma-ray imaging in a small number of people in a short time by mounting all systems for gamma-ray imaging on a vehicle. The iRIS-V has a total of 144 Compton cameras placed on the upper six panels of a regular dodecahedron housing with a height of about 1 m. As a result, gamma-ray imaging with a field of view around the entire circumference can be performed with high detection efficiency. In this paper, we report the results of a car-borne survey test and a two-dimensional gamma-ray imaging test.
北山 佳治; 野上 光博*; 人見 啓太朗*
no journal, ,
次世代のガンマ線イメージング手法として、イメージャー内部に生じたガンマ線フラックス強度の空間的勾配からガンマ線の入射方向を推定する手法(三次元影法)を提案している。三次元影法は既にシミュレーションによってその実現可能性が示されている。今回新たに8chのGAGG(Ce)シンチレータと18個の鉛キューブを用いた小型ガンマ線イメージャー(C3PO)の試作機を製作し手法の妥当性を実験的に確認した。
北山 佳治; 野上 光博*; 人見 啓太朗*
no journal, ,
空間に無作為に配置された複数の検出器応答パターンを利用した新しいガンマ線イメージング技術である三次元影法を開発している。既に662keVのガンマ線に対して約10度の角度分解能で全方向ガンマイメージングが可能だと実験で示された。本研究では同一ジオメトリのイメージャーを用いて異なるエネルギーに対する本手法の特性をシミュレーションにより調査した。C3Gから3m離れた位置に置かれた10MBqの
Tcと
F点線源を10分間測定する状況を仮定し141keV及び511keVの全方向ガンマ線イメージングシミュレーションを行った。その結果、それぞれ適切な位置に結像が見られることを確認した。一方で、141keVのイメージング精度は511keVと比較して悪い。これは511keVの散乱成分が141keVの光電ピークに被さる影響だと考えられる。今後は、精度向上のため、検出器ジオメトリや再構成アルゴリズムの最適化を図る。
野上 光博*; 北山 佳治; 人見 啓太朗*; 高田 英治*; 鳥居 建男*; 石井 慶造*
no journal, ,
シンチレータと多面体ガンマ線遮蔽体からなる多面体型指向性検出器の開発に取り組んでいる。現在までに、LYSO(Ce)シンチレータと多面体型鉛アンチモン遮蔽体を組み合わせた多面体型検出器の製作を行い、またその評価を実施している。本発表では、それら詳細について報告を行う。
吉原 有里*; 島添 健次*; 高橋 浩之*; 冠城 雅晃; 鳥居 建男
no journal, ,
2011年3月11日の東京電力福島第一原子力発電所の事故に伴い、同年12月より1-4号機の廃止措置が進められている。原子炉建屋内は汚染により高線量率環境下となっており放射線検出器は遠隔操作ロボットに搭載する必要があるため、軽量な放射線イメージング技術が求められている。しかし、既存の放射線イメージングシステムは、放射線の入射方向を特定するために鉛やタングステン等を用いた機械式コリメータ等を採用しているものが多く、それによりシステムが重量化し建屋内のロボットの可動範囲に大きな制限を掛かる。そのような背景から、我々は機械式コリメータレスで指向性を有するエッジオンの積層型シリコンストリップ検出器検出器の研究を行っている。今回、6層積層型シリコンストリップ検出器の指向性を評価した。1MBqのCs-137線源を検出器から10cmの距離に配置し0, 15, 30, 60, 90度の角度に回転させ、それぞれの
線カウント数を閾値180/360keVを用いて測定した。
北山 佳治; 野上 光博*; 人見 啓太朗*
no journal, ,
空間に無作為に配置した複数の遮蔽体によって、測定環境のガンマ線フラックス場を局所的に変調し、その三次元的なフラックス強度パターンからガンマ線源分布を推定する、新しいガンマ線イメージング手法を開発している。これまで、本手法を利用したガンマカメラであるC3Gを製作し、単一線源を用いたイメージング実験を実施してきた。本研究では、線・面状分布を持ったガンマ線源に対してのイメージングについてシミュレーションによる評価を行った。長さ2m, 4m, 6mの線状線源、また一片の長さが2m, 4m, 6mの正方形線源を3m先に置いた状況を仮定した。Cs (662keV)と
Co (122keV)の二核種をターゲットとした。その結果、分布線源の形状に応じたイメージング結果が得られることを確認した。また、ガンマ線のエネルギーによってイメージング精度に差が出ることも分かった。
野上 光博*; 北山 佳治; 人見 啓太朗*; 田村 雄介*; 金子 慎一郎*; 高田 英治*; 鳥居 建男*
no journal, ,
ガンマ線源分布を調査するための指向性検出器の開発に取り組んでいる。ロボットに搭載することを前提に開発を行っているため、重量やサイズに制限がある中で、シンチレータとガンマ線遮蔽体として鉛アンチモンを採用した多面体型指向性検出器を製作し、その評価を実施している。本発表では、それらの詳細についての報告を行う。
北山 佳治; 野上 光博*; 人見 啓太朗*
no journal, ,
検出器群の応答強度パターンからガンマ線の照射方向を推定する新しいガンマ線イメージング手法並びにその手法を用いたガンマ線イメージャーであるCoded Cube Camera for Gamma-ray (C3G)の開発を行っている。今回は、本手法の複数線源、また多核種線源の同時イメージングへの適用可能性についてシミュレーションによって検討した。
北山 佳治; 野上 光博*; 人見 啓太朗*
no journal, ,
We are developing a gamma-ray imager, the "Coded Cube Camera for Gamma-Ray" (C3G), which offers an omnidirectional field of view, and is compact and lightweight. The C3G consists of irregularly arranged shielding and detector cubes. The C3G has demonstrated the ability to image a Cs source at a distance of 3 meters with an angular uncertainty of 5 degrees. In the current prototype, the arrangement of shielding and detectors has yet to be optimized. Since the imager geometry influences the angular resolution and accuracy of position estimation, identifying a metric for geometry optimization has become a pressing challenge. This study analyzed the relationship between imaging accuracy and detector response patterns. A simulation was conducted to search for parameters that affect imaging accuracy. As a result, it was found that the coefficient of variation (CV) of the detector's response patterns affects imaging accuracy, and the simulation confirmed that performance can be improved by changing the imager geometry to enhance the CV. The results obtained will be an essential indicator for future imager design. We plan to develop an algorithm that can select the optimal geometry.
北山 佳治
no journal, ,
医療や天文学、原子力施設など様々な分野で放射線イメージング技術は重要な役割を果たしている。本発表では、小型軽量、広視野、高空間分解能、低コストという相反する要素を高いレベルで実現した次世代の放射線イメージング技術を紹介する。小型ドローンから人工衛星まで対応可能なポテンシャルを持つこの要素技術について、具体的な技術概要とその応用可能性を説明する。
北山 佳治; 野上 光博*; 人見 啓太朗*
no journal, ,
複数の検出器の応答強度パターンから、ガンマ線の入射方向を推定する手法に関する研究を続けている。本手法は空間に複数配置した遮蔽体と検出器で構成される。この配置パターン(ジオメトリ)はイメージング精度に強い影響を与えることが分かっているが、現状は無作為に配置している。本研究では、ジオメトリ最適化に関するいくつかの考察を行い、イメージング精度の向上を図った結果について報告する。
野上 光博*; 北山 佳治; 人見 啓太朗*; Baduy, N.*; 田村 雄介*; 河田 竜太朗*; 金子 慎一郎*; 高田 英治*; 鳥居 建男*
no journal, ,
放射線デジタルグループでは、高視野・迅速・安価な放射線源探査を実現するロボットシステム(Cooperative Operation Robot system for Radiation Source Exploration: CORRASE)コラッセの研究開発を行っている。現在までに、コラッセに搭載する指向性検出器の開発を中心に報告(2024年秋の年会2H-10など)を行ってきたが、本発表ではロボットシステムと指向性検出器を組み合わせ製作したコラッセの実証試験についての報告を行う。
