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論文

Development of a bump cathode element for two-dimensional neutron detection

藤 健太郎; 中村 龍也; 坂佐井 馨; 山岸 秀志*

Journal of Instrumentation (Internet), 12(12), p.C12011_1 - C12011_9, 2017/12

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

円形のバンプカソードを用いた中性子検出素子を開発し、$$^{252}$$Cf中性子線源を用いた照射試験を実施した。開発した素子は三角配置した小型の円形カソードバンプを持っており、それらのバンプは入射位置を導出するためx, y方向にそれぞれ接続されている。照射試験はガス圧7気圧(He: 85%、CF$$_{4}$$: 15%)の条件下で実施された。試験の結果、均一性10.1%の優れた二次元応答を確認した。中性子により生成する二次粒子の飛程の違いから計算した位置分解能は1.89mm(半値幅)であることを確認することができた。

論文

Materials and Life Science Experimental Facility at the Japan Proton Accelerator Research Complex, 3; Neutron devices and computational and sample environments

坂佐井 馨; 佐藤 節夫*; 瀬谷 智洋*; 中村 龍也; 藤 健太郎; 山岸 秀志*; 曽山 和彦; 山崎 大; 丸山 龍治; 奥 隆之; et al.

Quantum Beam Science (Internet), 1(2), p.10_1 - 10_35, 2017/09

J-PARC物質・生命科学実験施設では、中性子検出器、スーパーミラーや$$^{3}$$Heスピンフィルターなどの光学機器、及びチョッパー等の中性子デバイスが開発され、据え付けられている。また、計算環境として機器制御、データ取得、データ解析、及びデータベースの4つのコンポーネントが整備されている。また、物質・生命科学実験施設では実験に使用される様々な試料環境が利用可能である。本論文では、これらの現状について報告する。

論文

$$^3$$He代替非破壊分析装置の開発; 迫り来る$$^3$$Heクライシスの解決を目指して

小泉 光生; 坂佐井 馨; 呉田 昌俊; 中村 仁宣

日本原子力学会誌, 58(11), p.642 - 646, 2016/11

核セキュリティ、保障措置分野では、核分裂に伴う中性子を検出する検認装置として$$^3$$He検出器を利用したものが広く利用されている。検出器に利用される$$^3$$Heガスは、主に米国におけるストックから供給されてきたが、2001年9月11日の同時多発テロ以後、大量の$$^3$$He中性子検知装置を米国内に配備したことから、在庫が減少し、供給が近い将来停止する状況になりつつあった。そうした中、2011年3月末の$$^3$$He代替中性子検出技術に関するワークショップにおけるIAEAの$$^3$$He代替非破壊分析装置開発の呼びかけに応じ、原子力機構においても、J-PARCセンターが開発したZnS/$$^{10}$$B$$_2$$O$$_3$$セラミックシンチレータをベースに$$^3$$He代替検出器の開発を行い、平成27年3月には、開発した中性子検出装器の性能試験及びそれを実装した核物質検認用非破壊分析(Non-Destructive Assay (NDA))装置の性能実証試験を実施した。本解説では、開発した検出器、代替NDA装置を紹介し、あわせて$$^3$$He問題の顛末を報告する。

論文

Characteristics of radiation-resistant real-time neutron monitor for accelerator-based BNCT

中村 剛実; 坂佐井 馨; 中島 宏; 高宮 幸一*; 熊田 博明*

Journal of Radiation Protection and Research, 41(2), p.105 - 109, 2016/06

加速器BNCT実用化研究開発を、つくば国際戦略総合特区のプロジェクトの下で実施している。この中で、我々はリアルタイム中性子モニターの研究の1つとして、SOF検出器の開発を行っている。このSOF検出器はJRR-4の臨床研究にも適用し実績を有するが、照射量が多くなると光ファイバーの劣化・損傷により、感度が低下することが報告されている。このため、本開発ではプラスチック光ファイバーを耐放射性に優れている石英光ファイバーに仕様を変更する改良を行った。劣化・損傷に関するデータを取得するため、改良したSOF検出器に用いられている光ファイバー及びシンチレータに対して、専用の照射実験用検出器を製作し、京都大学原子炉実験所KURの傾斜照射孔にて照射を行った。一方、検出器の特性測定については、KURの重水設備照射場を用いて波高分布測定を行った。実験結果より、改良した石英光ファイバー型SOF検出器は、既存のプラスチック型SOF検出器と同等以上の性能を有していることを確認した。また、石英光ファイバーは設定した熱中性子フルエンスの目標値に対して劣化・損傷による感度の低下が少ないことを確認した。

論文

A Ceramic-insulated ball-anode element for two-dimensional neutron detector

藤 健太郎; 中村 龍也; 坂佐井 馨; 山岸 秀志*

Proceedings of 2016 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2016) (Internet), 2 Pages, 2016/00

セラミックスを絶縁体とし、球形の陽極構造を有する中性子検出素子を新たに開発し、Cf-252中性子線源を用いた照射試験を実施した。開発した素子はセラミックス絶縁体、絶縁体上に設置した陰極ライン、球形の陽極、および絶縁体背面に設置した陽極ラインで構成されている。有限要素法を用いた電界計算の結果、10$$^{7}$$V/m以上の高い電界が得られることが確認された。8$$times$$8のピクセルを有する小型の試験素子を新たに製作し、中性子照射試験を実施したところ、全てのピクセルから信号が得られることを確認した。

論文

Numerical evaluation of the light transport properties of alternative He-3 neutron detectors using ceramic scintillators

大図 章; 高瀬 操*; 春山 満夫; 倉田 典孝*; 小林 希望*; 呉田 昌俊; 中村 龍也; 藤 健太郎; 坂佐井 馨; 鈴木 浩幸; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 798, p.62 - 69, 2015/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:66.76(Instruments & Instrumentation)

シンチレータを用いたヘリウム3代替中性子検出器内部のシンチレータ光の伝搬特性を光線追跡コードを用いて調査した。検出器の構造は、ガラス基板に積層された薄いセラミックシンチレータ板とそれを囲む光反射管、及びその光反射管の両端に設置された二つの光電子増倍管からなる。管内部のセラミックシンチレータ板の設置を様々に変化させた場合の検出器の両端に現れる光出力を計算し、試験結果と比較した。その結果、管内部の光伝搬特性は、そのセラミックシンチレータの配置、及び光反射管の構造に大きく依存することが判明した。

論文

Development of a ceramic-insulated ball-anode element for neutron detection

藤 健太郎; 中村 龍也; 坂佐井 馨; 曽山 和彦; 山岸 秀志*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 784, p.194 - 197, 2015/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:81.41(Instruments & Instrumentation)

中性子計測のため、セラミックスを絶縁体とする検出素子を開発し、Cf-252中性子線源を用いた照射試験を実施した。開発した素子はセラミックス絶縁体、絶縁体上に設置した陰極ライン、および球形の陽極で構成されている。陰極ラインはセラミックス表面、球形陽極と接続される陽極ラインはセラミックス背面に陽極の垂直方向に配置している。通常、検出器に中性子が入射すると、検出素子自身で中性子が散乱される。そこで、モンテカルロシミュレーションを用いて散乱の効果を計算した。計算の結果、一般的に絶縁体として使用されるポリマーに比べ、セラミックスを使用することで散乱成分を約4割減少させることができることが分かった。

論文

Two-dimensional gas-based neutron detector under high pressure gas condition

藤 健太郎; 中村 龍也; 坂佐井 馨; 山岸 秀志*

Proceedings of 2015 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2015), 2 Pages, 2015/00

J-PARCセンター物質・生命科学実験施設で使用するため高ガス圧下で動作する二次元中性子検出器システムを開発した。開発した検出器システムでは、中性子信号取得用の256チャンネルのアルミナセラミックで絶縁されたフィードスルー、および高電圧印加用の6チャンネルのコネクターを有する圧力容器を使用している。高ガス圧下でCf-252を用いた中性子照射試験を実施した結果、均一性7.7%の優れた二次元応答を示した。また、同じ条件で$$gamma$$線感度を測定した結果、1.1$$times$$10$$^{-7}$$であった。

論文

Evaluation of two-dimensional multiwire neutron detector with individual line readout under pulsed neutron irradiation

藤 健太郎; 中村 龍也; 坂佐井 馨; 曽山 和彦; 山岸 秀志*

Journal of Instrumentation (Internet), 9(11), p.C11019_1 - C11019_9, 2014/11

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

J-PARCセンター・物質・生命科学実験施設の中性子散乱施設のため、個別読み出し法と光信号伝送を利用したマルチワイヤ型中性子検出システムを開発した。開発したシステムの有感面積は128$$times$$128mm$$^{2}$$、各軸のピッチは1mm、計256本の信号線は個々に信号処理される仕様である。初のパルス中性子による照射特性試験をJ-PARCセンターにて行った結果、開発したシステムによりJ-PARCセンターの25Hz(40ms)の時定数をもったパルス中性子を正確に測定できることが確認された。最終的にはNi/Ti多層膜を利用した中性子反射率測定に成功することができた。

論文

Performance evaluation of high-pressure MWPC with individual line readout under Cf-252 neutron irradiation

藤 健太郎; 中村 龍也; 坂佐井 馨; 曽山 和彦; 山岸 秀志*

Journal of Physics; Conference Series, 528, p.012045_1 - 012045_6, 2014/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:34.99

J-PARCセンター物質・生命科学実験施設で使用するためマルチワイヤ素子を用いた高圧駆動中性子検出器システムを開発した。この検出器では個別読み出し法を用いることで高速応答・高位置分解能を実現する。開発した検出器は256チャンネルの検出素子,圧力容器,信号増幅・波形整形・波高弁別一体型基板,光信号伝送装置, FPGA実装位置エンコーダ,データ収集機器で構成されている。中性子照射試験の結果、ピクセルごとの均一性: 7.9%、固有の位置応答: 1.55mm(半値幅)という性能を確認することができた。

論文

Development and demonstration of a Pu NDA system using ZnS/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$ ceramic scintillator detectors

中村 仁宣; 大図 章; 小林 希望*; 向 泰宣; 坂佐井 馨; 中村 龍也; 曽山 和彦; 呉田 昌俊; 栗田 勉; 瀬谷 道夫

Proceedings of INMM 55th Annual Meeting (Internet), 9 Pages, 2014/07

計量管理及び保障措置に用いられているHe-3型中性子検出器の代替技術を開発するため、ZnS/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$セラミックシンチレータを用いた中性子検出器(Pu非破壊測定システム)の開発プロジェクトを日本国政府の支援のもと進めている。代替システム(ASAS:代替サンプル測定システム)の設計は基本的に従前からプルトニウムの測定に用いられているINVS(在庫サンプル測定装置)を参考にした。INVSはサンプル瓶に採取されたMOX粉末またはPu溶液中のPu量を測定する装置であり、18本のHe-3中性子検出器(検出効率約42%)を有している。ASAS検出器の開発(製作)後、その技術や性能を確立するために、原子力機構はデモンストレーションを2015年の早々に計画しており、サンプルの位置再現性の確認、検出器パラメータの最適化、計数の統計ばらつき、温度変化や$$gamma$$線の線量率の変化に対する安定性及び代替He-3技術の有効性に係る指標(FOM)の評価をチェックソースやMOX粉末を利用して行う予定である。さらに、INVSとASASの性能比較試験も実施する計画である。本論文は、MCNP遮蔽計算コードによる研究成果、ASASの設計図及び性能や技術を証明するためのデモンストレーション計画についてまとめたものである。

論文

Neutron-sensitive ZnS/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$ ceramic scintillator detector as an alternative to a $$^{3}$$He-gas-based detector for a plutonium canister assay system

中村 龍也; 大図 章; 藤 健太郎; 坂佐井 馨; 鈴木 浩幸; 本田 克徳; 美留町 厚; 海老根 守澄; 山岸 秀志*; 高瀬 操; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 763, p.340 - 346, 2014/05

 被引用回数:2 パーセンタイル:72.96(Instruments & Instrumentation)

ヘリウム3ガス検出器の代替としてプルトニウム検認装置用に使用できるZnS/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$セラミックシンチレータ検出器を開発した。当該検出器はZnS/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$セラミックシンチレータを矩形状の光伝搬筐体内に対角配置しその両端に設置した光電子増倍管により中性子誘起の発光を収集するものでモジュラー構造を有する。有感面積30mm$$times$$250mmをもつプロトタイプ検出器を試作し、中性子感度21.7-23.4$$pm$$0.1cps$$/$$nv(熱中性子)、$$gamma$$線感度1.1-1.9$$pm$$0.2$$times$$10$$^{-7}$$($$^{137}$$Cs)、計数均一性$$<$$6%、温度計数-0.24$$pm$$0.05%/$$^{circ}$$C(20-50$$^{circ}$$C)の性能を確認した。

論文

A Position-sensitive tubular scintillator-based detector as an alternative to a $$^{3}$$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:5 パーセンタイル:43.1(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/$$^{6}$$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22$$times$$20mm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。

論文

A Scintillator-based detector with sub-100-$$mu$$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:7 パーセンタイル:30.82(Instruments & Instrumentation)

A scintillator-based neutron-counting imaging detector with a sub-100-$$mu$$m spatial resolution was developed for energy-selective neutron imaging. The detector head of the detector comprised a thin ZnS/$$^{6}$$LiF scintillator screen, a fibre-optic taper and crossed wavelength-shifting (WLS) fibre arrays. The developed detector had a pixel size of 34 $$mu$$m $$times$$ 34 $$mu$$m, and exhibited spatial FWHM resolutions of 80 $$mu$$m and 61 $$mu$$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.

論文

Detector system of the $$SENJU$$ 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:11 パーセンタイル:16.16(Instruments & Instrumentation)

The detector system of ${it SENJU}$ - a single-crystal time-of-flight neutron diffractometer - is described. ${it SENJU}$ 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$$pm$$1% for thermal neutrons, a $$^{60}$$Co $$gamma$$-ray sensitivity of 1.4-5.1$$pm$$0.1$$times$$10$$^{-6}$$, a background count rate of 2.1-3.8$$pm$$1.0$$times$$10$$^{-4}$$ cps/cm$$^{2}$$ 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 -0.01$$pm$$0.02%/$$^{circ}$$C at around 20$$^{circ}$$C.

論文

Evaluation of light transport property in alternative He-3 neutron detectors using ceramic scintillators by a ray-tracing simulation

大図 章; 高瀬 操*; 倉田 典孝*; 小林 希望*; 飛田 浩; 春山 満夫; 呉田 昌俊; 中村 龍也; 鈴木 浩幸; 藤 健太郎; et al.

Proceedings of 2014 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference; 21st International Symposium on Room-Temperature Semiconductor X-ray and $$gamma$$-ray detectors (NSS/MIC 2014), 5 Pages, 2014/00

日本原子力研究開発機構では、セラミックシンチレータを用いたヘリウム3代替中性子検出器を開発している。その検出器は、矩形のアルミニウム管とその内側に設置された光反射シート、その内部に対角線状に設置されたガラス板に焼結されたセラミックシンチレータシート、及びアルミニウム管の両端に設置された光電子増倍管で構成される。検出器の中性子検出効率は、内部のシンチレータ光の伝搬特性に影響を受けるため、シンチレータ表面及びガラス面から検出器内部を通過するシンチレータ光の伝搬特性を光線追跡シミュレーションで調査した。そのシミュレーション結果を実験結果と比較して報告する。

論文

He-3代替中性子検出器を用いた代替PCAS(APCA: Alternative Plutonium Canister Assay System)の開発

大図 章; 呉田 昌俊; 春山 満夫; 高瀬 操; 倉田 典孝; 小林 希望; 曽山 和彦; 中村 龍也; 坂佐井 馨; 藤 健太郎; et al.

核物質管理学会(INMM)日本支部第34回年次大会論文集(インターネット), 9 Pages, 2013/10

文部科学省核セキュリティ強化等推進事業の一つとして、世界的なHe-3ガス供給不足問題に対処するため、核セキュリティや保障措置分野での用途を目的としたZnSセラミックシンチレーターを用いたHe-3代替中性子検出器とそれら代替検出器を多数装備した保障措置用プルトニウム非破壊評価測定装置(NDA)の実証機を開発している。本報では、開発しているHe-3代替中性子検出器の基本性能に大きな影響を及ぼす検出器内部のシンチレーション光の導光特性の光線追跡シミュレーションコードを用いた計算結果と試作した検出器の試験結果の比較、及び中性子モンテカルロ計算コード(MVP)で設計,構築した代替Pu-NDA計測システム(APCA)実証機の設計性能と現行のプルトニウム貯蔵容器測定システム(PCAS)装置の性能比較に関して、今後の試験計画とあわせて報告する。

論文

Development of two-dimensional multiwire-type neutron detector system with individual line readout and optical signal transmission

藤 健太郎; 中村 龍也; 坂佐井 馨; 曽山 和彦; 日野 正裕*; 北口 雅暁*; 山岸 秀志*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 726, p.169 - 174, 2013/10

 被引用回数:4 パーセンタイル:53.77(Instruments & Instrumentation)

J-PARCセンター物質・生命科学実験施設で使用するため有感面積128$$times$$128mm$$^{2}$$のマルチワイヤ素子を用いた中性子検出器システムを開発した。この検出器では個別読み出し法を用いることで高速応答・高位置分解能を実現する。光伝送を用いることで、長距離信号伝送、及び遮蔽体内に設置された検出器ヘッドとデータ収集機器との絶縁を実現している。検出器システムのパルス分解能は1$$mu$$s、二次元均一性は8.3%であった。

論文

ZnSセラミックシンチレータを使ったPu-NDAシステムの開発計画

呉田 昌俊; 曽山 和彦; 瀬谷 道夫; 大図 章; 春山 満夫; 高瀬 操; 坂佐井 馨; 中村 龍也; 藤 健太郎

核物質管理学会(INMM)日本支部第33回年次大会論文集(インターネット), 9 Pages, 2012/10

He-3ガス不足問題が深刻となり、核セキュリティや保障措置分野で数多く利用されてきたHe-3中性子検出器に代替するNDA用中性子検出器技術の開発が急務となっている。そこで、文部科学省核セキュリティ強化等推進事業の一つとして、保障措置検認装置に組み込んで使用できるZnSセラミック・シンチレーション中性子検出器の開発を進めている。本稿では、開発計画、試作したZnSシンチレーション中性子検出器を用いた実験結果、He-3中性子検出器を用いた現行PCAS装置を比較対象モデルと想定した基礎技術実証装置の基本設計について記す。

論文

Development plan of Pu NDA system using ZnS ceramic scintillator

呉田 昌俊; 曽山 和彦; 瀬谷 道夫; 大図 章; 春山 満夫; 高瀬 操; 坂佐井 馨; 中村 龍也; 藤 健太郎

Proceedings of INMM 53rd Annual Meeting (CD-ROM), 8 Pages, 2012/07

He-3ガス不足問題が深刻となり、核セキュリティや保障措置分野で数多く利用されてきたHe-3中性子検出器に代替するNDA用中性子検出器技術の開発が急務となっている。そこで、文部科学省核セキュリティ強化等推進事業の一つとして、保障措置検認装置に組み込んで使用できるZnSセラミック・シンチレーション中性子検出器の開発を進めている。本稿では、開発計画、試作したZnSシンチレーション中性子検出器を用いた実験結果、He-3中性子検出器を用いた現行PCAS装置を比較対象モデルと想定した基礎技術実証装置の基本設計について記す。

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