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報告書

光ファイバーブラッググレーティングによる原子炉計装の研究

雨宮 邦招*; 中澤 正治*; 有吉 昌彦; 伊藤 敬輔

JNC-TY9400 2004-008, 52 Pages, 2004/04

JNC-TY9400-2004-008.pdf:2.65MB

温度、歪み、振動に感度を有する光ファイバーブラッググレーティング(FBG)をセンサ要素とした新しい原子カプラントモニタリングシステムの開発を行った。 FBG の放射線照射試験の結果、1.4MGy程度のガンマ線吸収線量、および 10 sup14 n/cm sup2 程度の高速中性子フルエンスにも反射波長は影響されないことが分かった。温度に感度を持たず振動の測定のみを調整なしに行うことのできるシステムを構築し、100kGyまでのガンマ線吸収線量があっても問題なく動作することを確認した。さらに複数の点における振動を同時に測定できるシステムの設計および構築を行い動作することを確認した。このシステムを東大弥生炉の冷却系に適用し、運転状態の監視が可能であることを実証した。その上で「常陽」一次冷却系へ敷設し実証試験を行った。その結果、原子炉起動前にはナトリウム流量と振動状態の相関が確認できたものの、起動後には反射光が減衰し測定できなくなった。原因を調査したところ、FBGセンサ自体の問題ではなく伝送用の光ファイバーの接続部分の損失の影響が大きく改善は十分に可能であることが分かった。

論文

High-counting-rate and high-position-resolution neutron imaging detectors using short-lifetime phosphors with crossed-fiber readout

片桐 政樹; 坂佐井 馨; 松林 政仁; 高橋 浩之*; 中澤 正治*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 513(1-2), p.374 - 378, 2003/11

 被引用回数:3 パーセンタイル:69.32(Instruments & Instrumentation)

短半減期蛍光体とクロスファイバー読み出し法を用いた高計数率・高位置分解能中性子イメージング検出器を開発した。蛍光体としてはY$$_{2}$$SiO$$_{5}$$、有機蛍光体などを用い中性子コンバータとしては7Li$$_{10}$$B$$_{4}$$O$$_{7}$$を用いる。冷中性子ラジオグラフィ施設を用いた中性子照射実験の結果、位置分解能0.6mmを維持したまま3Mcpsの高計数率中性子イメージングが可能であることを確認した。

論文

A SrBPO$$_{5}$$:Eu$$^{2+}$$ storage phosphor for neutron imaging

坂佐井 馨; 片桐 政樹; 藤 健太郎; 高橋 浩之*; 中澤 正治*; 近藤 泰洋*

Applied Physics A, 74(Suppl.1), p.S1589 - S1591, 2002/12

 被引用回数:16 パーセンタイル:42.03(Materials Science, Multidisciplinary)

パルス中性子の2次元イメージング用蛍光体としてSrBPO$$_{5}$$:Eu$$^{2+}$$蛍光体の特性を調べた。われわれは本蛍光体が、Gdのような中性子有感物質を添加しなくても、中性子照射後、635nmのレーザー光を照射することによって輝尽性蛍光特性を有することを発見した。単位中性子束あたりの輝尽性蛍光の強度は中性子エネルギーの-0.5乗に比例することがわかった。中性子感度は母体中のホウ素をホウ素-10に濃縮することによって増大することを確認した。$$gamma$$線感度と中性子感度の比は市販の中性子イメージングプレートより10倍優れていることも確認した。

論文

High counting rate two-dimensional neutron imaging method using rectangular scintillators with WLS fibers

藤 健太郎; 片桐 政樹; 坂佐井 馨; 松林 政仁; 美留町 厚; 高橋 浩之*; 中澤 正治*

Applied Physics A, 74(Suppl.1), p.S1601 - S1603, 2002/12

 被引用回数:4 パーセンタイル:76.43(Materials Science, Multidisciplinary)

大面積/高計数率な中性子イメージングを目指してLiガラスシンチレータと波長シフトファイバを組み合わせた中性子イメージング検出法を開発した。検出器の構造は、Liガラスシンチレータの4つの側面に波長シフトファイバを配置しアレイ化した構造である。X軸及びY軸の位置はガラスシンチレータのそれぞれ相対する側面に配置されたファイバの同時計数が成立した場合に決定する方法を用いている。5mm$$times$$5mm$$times$$2mmtのLiシンチレータを4$$times$$4のアレイとした検出器を用いた基礎実験により、3Mcpsの中性子が入射してもリニアリティ良く中性子イメージングが可能であることを確認した。

論文

High position-resolution scintillation neutron-imaging detector by crossed-fiber readout with novel centroid finding method

片桐 政樹; 藤 健太郎; 坂佐井 馨; 松林 政仁; 美留町 厚; 高橋 浩之*; 中澤 正治*

Applied Physics A, 74(Suppl.1), p.S1604 - S1606, 2002/12

 被引用回数:5 パーセンタイル:72.42(Materials Science, Multidisciplinary)

高位置分解能/高計数率な中性子イメージングを目指して新しい中心位置決定法によるクロスファイバ読み取り法を用いた高位置分解能シンチレーション中性子イメージング検出法を開発した。検出器の構造は、シンチレータの上下の面にクロスした波長シフトファイバを配置した構造である。これまでは、中性子入射位置周辺で蛍光を検出したファイバのなかで最も蛍光の量が多いファイバの位置を入射位置としていた。考案された方法では、複数のファイバの同時計数を行い同時計数したファイバの中心の位置を中性子入射位置としている。この方法により、中心位置決定回路の簡易化を図りコストを削減するとともに高計数率化を可能とした。ZnS:Ag/LiFシンチレータを用いた基礎実験により、0.5mmの位置分解能が得られることを確認した。

論文

Two-dimensional neutron imaging method using scintillators with wavelength shifting fibers

藤 健太郎; 片桐 政樹; 坂佐井 馨; 松林 政仁; 美留町 厚; 高橋 浩之*; 中澤 正治*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 485(3), p.571 - 575, 2002/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:78.72

次世代パルス中性子源を利用した中性子散乱研究に利用可能なシンチレータと波長シフトファイバを組み合わせた二次元中性子イメージング検出法の研究を進めている。本イメージング法は矩形シンチレータの4つの側面にそれぞれ波長シフトファイバを配置した構造の検出素子を用いている。入射する中性子の位置は、これら4本の波長シフトファイバから同時に蛍光が検出された場合入射位置とする方法により決定される。5$$times$$5$$times$$2mmtのLiガラスシンチレータを4$$times$$4のアレイとして配置した中性子イメージング検出素子を作製し基礎実験を行った。この結果、中性子検出効率が13%で、かつシンチレータ間のクロストロークが10%以下の位置精度で中性子イメージングが可能であることを確認した。

報告書

光技術による原子炉計装系の研究, 原子力基礎研究 H10-041(委託研究)

中澤 正治*; 高橋 浩之*; 福田 大治*

JAERI-Tech 2002-019, 30 Pages, 2002/03

JAERI-Tech-2002-019.pdf:1.6MB

光技術を応用した原子炉計装系の構築を目的に、キイコンポーメントとなる光ファイバの放射線による誘起伝送損失の評価を行うとともに、光ファイバをセンサとして使用した場合の測定精度,時間応答性,放射線下での寿命評価など基礎特性の評価を行った。誘起伝送損失の評価を行ったフッ素ドープ型光ファイバは、照射量に対し$$gamma$$線では飽和傾向を示すが、中性子照射では増加傾向を示した。原子炉環境での利用にはこの点に注意しなければならない。光ファイバセンサの評価は、ラマン散乱型温度分布センサ(RDTS)及びファイバブラッググレーティング(FBG)について行った。RDTSは一年以上にわたり東大弥生炉に設置し評価した結果から、雰囲気温度の測定や異常監視系として十分適用可能であることが確認された。FBGに対しては高速中性子及び$$gamma$$線の照射を行い、基礎特の評価を行った結果、配管領域で十分に利用可能であることが確認された。光ファイバ及び光ファイバセンサは、原子力プラントへの適用が可能であり、計装系の軽量化によって安全性の向上に寄与できるものと期待される。

論文

High-speed readout method using wavelength-shifting fibers for an imaging plate

片桐 政樹; 坂佐井 馨; 岸本 牧; 中村 龍也; 藤 健太郎; 高橋 浩之*; 中澤 正治*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 477(1-3), p.179 - 183, 2002/03

 被引用回数:4 パーセンタイル:67.05

大強度陽子加速器を用いた核破砕中性子源から発生するパルス中性子を用いた中性子散乱研究に用いる中性子イメージング検出法として、イメージングプレートの高速読み出し法の研究を進めている。本検出法は、長方形状の励起光をイメージングプレートに照射し、放出される輝尽性螢光を並列にならべた波長シフトファイバ束により検出する。並列に読み取りを行うため、従来法に比較して数100倍から数1000倍、読み取り速度を改善することができる。イメージングプレート,波長シフト光ファイバ束,光電子増倍管等を用いた基礎実験を行った結果、本検出法により放射線イメージを測定可能であることを確認した。

論文

A Fast readout method for an imaging plate using wavelength shifting fibers and line-shaped laser

坂佐井 馨; 片桐 政樹; 中村 龍也; 藤 健太郎; 高橋 浩之*; 中澤 正治*

IEEE Transactions on Nuclear Science, 49(1), p.156 - 159, 2002/02

 パーセンタイル:100(Engineering, Electrical & Electronic)

イメージングプレート(IP)の高速読みとり法として波長シフトファイバ及び線状レーザーを用いる方法を提案している。本方法は、線状レーザーをIP上スキャンし、IPの背面から信号を読みとることによって高速読みとりが可能となっている。その有効性を確認するため、回転ミラーを用いた実験装置を試作し、基礎実験を行った。信号読みとり法として、比較的低い線量の場合にはフォトンカウンティング法、高線量の場合には電荷積分法を用いた。両方法における空間分解法は、実験の結果0.5mm及び0.62mmであった。また、$$alpha$$線の強度分布測定を試み、両方法においてその分布(5$$times$$5mm四方)が10ms以内で測定できることを確認した。

報告書

JENDL Dosimetry File 99 (JENDL/D-99)

小林 捷平*; 井口 哲夫*; 岩崎 信*; 青山 卓史*; 島川 聡司; 池田 裕二郎; 小田野 直光; 桜井 淳; 柴田 恵一; 中川 庸雄; et al.

JAERI 1344, 133 Pages, 2002/01

JAERI-1344.pdf:7.59MB

中性子束及び中性子のエネルギースペクトルの決定に必要なJENDLドシメトリーファイル99(JENDL/D-99)を作成した。このドシメトリーファイルに収納したデータは47核種,67反応である。そのうち、主たるドシメトリー断面積の33反応と共分散データは同時に評価したが、残りの34反応データは主として初版のJENDL/D-91から引用した。評価作業にあたってはEXFORの実験データを参考にし、大部分の場合、これをGMAコードで処理した。データは、20MeV以下のエネルギー範囲において、ENDF-6フォーマットでpoint-wiseファイルとgroup-wiseファイルの二種類が与えられている。データの信頼性を確認するために、IRDF-90V2の評価値との比較,核分裂中性子場,高速/熱中性子炉の中性子場,DT中性子場及びLi(d,n)中性子場での平均断面積値との比較による積分テストを行った。本報告では、JENDL/D-99ファイルの内容と積分テストの結果について述べる。また、付録に当ドシメトリー断面積の図を載せる。

論文

Positive utilization; Excess quasiparticle injection in superconducting tunnel junction X-ray detector with quasiparticle trapping layers

中村 龍也; 片桐 政樹; 大久保 雅隆*; Pressler, H.*; 高橋 浩之*; 中澤 正治*

AIP Conference Proceedings 605, p.173 - 176, 2002/00

準粒子トラップ層を持つ超伝導トンネル接合型X線検出器(Nb/Al/AlOx/Al/Nb)において、ある条件下では周期的な電荷出力分布を持つことをLTSSMによる実験から初めて明らかにした。このような電荷出力分布はSTJ検出器のエネルギー分解能を顕著に劣化する原因の一つである。本周期構造は、(1)素子サイズがジョセフソン特性長,$$lambda_{J}$$、の2倍以上、かつ(2)バイアス電圧が0.2mV以上、において生じ、その周期はおよそ100$$mu m$$であった。この周期的電荷出力分布の起源は超伝導電極への過剰準粒子注入による超伝導不安定性にあると考えられる。したがって、準粒子トラップ層を持つSTJ検出器の高エネルギー分解能化のためには、素子を準粒子トラップ層のエネルギーギャップに相当するバイアス電圧以下で動作させる、あるいは2$$lambda_{J}$$以下の大きさの素子とする必要があることがわかった。

論文

High count rate X-ray detector using a superconducting tunnel junction with current readout method

片桐 政樹; 中村 龍也; 大久保 雅隆*; Pressler, H.*; 高橋 浩之*; 中澤 正治*

AIP Conference Proceedings 605, p.177 - 180, 2002/00

Nb/Al/AlO$$_{x}$$/Sl/Nb構造の超伝導トンネル接合の信号読み出しに高速電流読み出し法を用いた高計数率X線検出器の開発を行った。素子の特性は、ライズタイムは100ns,電流収集時間は260nsそして0.4Kにおける抵抗は20オームであった。本素子を用いて、超伝導コイルを用いた高速電流読み出し回路を作製した。KEKの放射光施設を用いてX線に対する特性試験を行った。その結果、10cpsから100kcpsまでの計数率に対して270eVのエネルギー分解能が得られた。300kcpsでも300eVの性能が得られることが確認できた。これにより、超伝導トンネル接合の高計数率X線測定への応用の見通しが得られた。

論文

中性子イメージング用SrBPO$$_{5}$$:Eu$$^{2+}$$蛍光体の特性

坂佐井 馨; 片桐 政樹; 藤 健太郎; 高橋 浩之*; 中澤 正治*; 近藤 泰洋*

電気学会原子力研究会資料(NE-01-8), p.41 - 46, 2001/09

中性子イメージング用蛍光体としてSrBPO$$_{5}$$:Eu$$^{2+}$$蛍光体の特性を調べた。われわれは本蛍光体が中性子照射によって輝尽性蛍光特性を有することを見出した。この輝尽性蛍光の強度は中性子エネルギーの-1/2乗に比例することがわかった。また、中性子感度は蛍光体中の天然ホウ素を$$^{10}$$Bホウ素に濃縮することによって増大することを確認した。$$gamma$$線感度と中性子感度の比は市販の中性子イメージングプレートより一桁優れていることがわかった。

論文

A Fast readout method for an imaging plate using CAMAC system

坂佐井 馨; 片桐 政樹; 藤 健太郎; 中村 龍也; 高橋 浩之*; 中澤 正治*

Journal of the Physical Society of Japan, Vol.70, Supplement A, p.468 - 470, 2001/05

 被引用回数:9 パーセンタイル:45.62(Physics, Multidisciplinary)

イメージングプレートをTOF法に適用するため、CAMACシステムを用いたその高速読み取り法を考案した。本方法では、高速読み取りのために線状レーザーを採用し、イメージングプレートの裏面から信号を読み取っている。本方法の有効性を確認するため、回転ミラーを用いた読み取り装置を試作し、放射線の読み取り特性を調べた。その結果、読み取り方向の空間分解能は0.5mm,スキャン速度は0.53mm/msとなった。また、本方法によっての線源の強度分布を測定できることも確認した。この読み取り速度は、5$$times$$5mmのスキャン範囲の場合、10ms以内である。

論文

Real-time readout method of an imaging plate using wavelength-shifting fibers and a streak camera

片桐 政樹; 坂佐井 馨; 中村 龍也; 藤 健太郎; 高橋 浩之*; 中澤 正治*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 461(1-3), p.207 - 209, 2001/04

 被引用回数:3 パーセンタイル:69.27

イメージングプレートの高速読み取り法を用いたパルス中性子イメージング検出法の開発研究を進めている。波長シフトファイバとストリークカメラを用いたイメージングプレートの高速読み取り法を考案しその予備実験を行った。従来から用いられている点状の励起光のかわりに線状の励起光をイメージングプレートに照射し走査し、背面に配置した波長シフトファイバにより放出される輝尽性蛍光を検出した。走査時間とストリークカメラのスイープ時間を同期させることにより波長シフトファイバによりコンバートされた蛍光を測定することによりイメージングプレート像を収集した。この結果、4cm$$times$$5cmのイメージ像を数mSで読み取ることが原理的に可能であることを確認した。

論文

A SrBPO$$_{5}$$:Eu$$^{2+}$$ phosphor for neutron imaging

坂佐井 馨; 片桐 政樹; 藤 健太郎; 中村 龍也; 高橋 浩之*; 中澤 正治*

JAERI-Conf 2001-002, p.639 - 644, 2001/03

パルス中性子イメージング用蛍光体としてSrBPO$$_{5}$$:Eu$$^{2+}$$についてその諸特性を調べた。SBPは、X線照射ののち、632nmのレーザーを照射することによっていわゆる輝尽性蛍光を発することを確認した。また発光のスペクトル特性はEu$$^{2+}$$に起因する390nmにピークを持つものであり、通常のイメージングプレートと同様であった。また、SBPは通常のBaFBr:Eu$$^{2+}$$と比べて密度が低いため、$$gamma$$線が混在した中性子場においても使用可能であった。また、SBPはその母体中に中性子有感物質であるほう素を含んでいるので、通常の蛍光体のように中性子有感物質を添加することなく、中性子測定が可能である。予備実験の結果、SBPは中性子に対しても輝尽性蛍光特性を有することがわかった。

論文

A Large area neutron imaging method using rectangular scintillators with WLS fibers

藤 健太郎; 片桐 政樹; 坂佐井 馨; 中村 龍也; 松林 政仁; 高橋 浩之*; 中澤 正治*

JAERI-Conf 2001-002, p.627 - 638, 2001/03

強力なパルス中性子源を用いた中性子スキャッタリング実験装置には、大面積、高計数率、広ダイナミックレンジなどの性能の中性子イメージング検出器が要求される。同時にこれら検出器には、装置のアッセブルあるいはメインテナンスの簡単化も要求される。このため、矩形シンチレータと波長シフトファイバを組合わせた新しい中性子イメージング検出法の研究を進めている。本方法では、矩形シンチレータの4辺に波長シフトファイバを装着し、これらファイバから出力される信号の同時計測を行うことにより入射位置を決定している。5mm$$times$$5mm$$times$$2mmtの$$^{6}$$Liガスラスシンチレータと1mm$$phi$$の波長シフトファイバを用いた予備実験の結果、熱中性子を約13%の検出効率で検出できることを確認した。蛍光検出過程の最適化により、実用に必要十分な30%以上の検出効率が得られると考えられる。

論文

イメージングプレートの輝尽発光特性に関する理論解析

岸本 牧; 中村 龍也; 藤 健太郎; 坂佐井 馨; 片桐 政樹; 高橋 浩之*; 中澤 正治*

日本原子力学会誌, 43(2), p.168 - 181, 2001/02

 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

イメージングプレート(IP)の輝尽性発光現象に関する理論モデルを構築するために、$$alpha$$線を使ってIPの輝尽発光特性を実験的に調べた。その結果輝尽性強度は$$alpha$$線照射線量に比例しておらず、それが$$alpha$$線によって生じたIP中のF中心電子やEu$$^{2+}$$による捕獲正孔の一部が、後から生じた電子や正孔と再結合損失を起こすためであるらしいことを示した。次に励起レーザー照射に伴う輝尽蛍光体内での正孔数、伝導帯電指数、F中心電子数の時間変化に関する理論モデル式を構築した。最後にフェーディング特性に関する詳細な実験を行い、フェーディング現象が$$alpha$$線照射による大量の不安定F(Br$$^{-}$$)中心生成とその数の揺らぎによって生じるらしいことがわかった。

論文

Readout characteristics of an imaging plate by fast laser pulses

坂佐井 馨; 片桐 政樹; 岸本 牧; 中村 龍也; 藤 健太郎; 高橋 浩之*; 中澤 正治*

IEEE Transactions on Nuclear Science, 47(3), p.944 - 947, 2000/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:68.05(Engineering, Electrical & Electronic)

高速レーザーパルスによるイメージングプレートの読みとり特性を$$alpha$$線を用いた実験を通じて調べた。計測された総PSL量は$$alpha$$線照射時間に比例しており、放射線線量測定に有効であることがわかった。イメージングプレートに蓄積された放射線情報はPSLを読み出していくことによって減少し、PSL発光強度の時間的変化は、どのレーザーパルス周波数においても指数関数的に減少することがわかった。また、その減少の速さはレーザーパルス周波数と良い線形関係あることも見いだした。本方式による読みとり方法は、即発発光と組み合わせることにより実時間放射線モニタの開発の可能性を示すものである。

論文

Research of superconducting tunnel junction X-ray detectors with direct signal observation method using a fast current readout system

岸本 牧; 片桐 政樹; 中村 龍也; 大久保 雅隆*; 浮辺 雅宏*; 倉門 雅彦*; 神野 郁夫*; 福田 大治*; 高橋 浩之*; Kraus, H.*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 444(1-2), p.124 - 128, 2000/04

 被引用回数:4 パーセンタイル:60.98

超伝導トンネル接合X線検出器のトンネル接合部における準粒子の流れを正確に調べるためには、直接接合部を流れる電流を測定する必要がある。そこでわれわれは110MHzという非常に広い周波数帯域を持つ超高速電流アンプを開発し、TuSTJとNbSTJを用いたX線検出実験に用いた。その結果、従来の電荷増幅型アンプではわからなかった、トンネル接合部での準粒子の流れを直接観測することができるようになった。

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