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SiO
(GPS) scintillator-based alpha imaging detector for rapid plutonium detection in high-radon environments森下 祐樹; 井崎 賢二; 金子 純一*; 山本 誠一*; 樋口 幹雄*; 鳥居 建男
IEEE Transactions on Nuclear Science, 67(10), p.2203 - 2208, 2020/10
被引用回数：0GdSiO(GPS)シンチレータベースの
線イメージング検出器を開発し、実際のプルトニウム(Pu)粒子と
Rn子孫核種を測定することにより、Rn子孫核種存在下でのPu粒子検知の有効性を実証した。GPSシンチレータプレートの外形寸法は5
5cmで、シンチレータ層は厚さ3mmの高透明ガラス上に構成され、シンチレータ層の厚みは約50ミクロンであった。シンチレータプレートは、位置感知型光電子増倍管にシリコーングリースで光学的に結合した。開発した線イメージング検出器は良好な感度の均一性を示した。Pu粒子の放射能を検出器上の14か所の異なる位置で評価した。測定した線のカウントから放射能は正確に評価され、その差異は
6%以内となった。Pu同位体の線エネルギー領域にエネルギーウィンドウを適用することにより、ラドン222子孫核種のカウントを65.3%減少することができた。Pu/Rn子孫放射能比は1/51であったが、Pu粒子は5分測定でRn子孫核種から識別された。したがって、開発した線イメージング検出器は、高いラドンバックグラウンド環境下でのでのPu粒子の汚染のモニタリングに有効である。
森下 祐樹; Ye, Y.*; Mata, L.*; Pozzi, S. A.*; Kearfott, K. J.*
Radiation Measurements, 137, p.106428_1 - 106428_7, 2020/09
被引用回数：0 パーセンタイル：100(Nuclear Science & Technology)ラドン測定用のコンパクトな有機シンチレータベースの/
検出器を開発し、ユニークで小さなラドンチャンバーを使用して特徴付けた。検出器は、シリコン貫通電極(TSV)シリコン光電子増倍管(またはSiPM)と6mm6mm6mmのスチルベン結晶キューブで構成されている。SiPMからのアナログ信号はデジタイザに送信される。検出器は遮光ボックスに収納されており、Rnガスが内部に拡散できるようにボックスの片側に空気ろ紙が取り付けられる。ミシガン大学の地下室に設置された検出器とAlphaGUARD検出器を使用して、
Ra線源とともに小さなラドンチャンバーに両方の検出器を配置して他の実験を行った。パルス形状識別手法を適用することにより、アルファスペクトルとベータスペクトルを同時にかつ明確に分離し、それらを定量的に測定することができた。測定されたアルファスペクトルに2つのピークが検出され、
Poによる低エネルギーピークと
Poによる高エネルギーピークであった。AlphaGUARDのラドン濃度と/検出器の計数率との間の線形関係が確認された。/検出器の厚さは10mm未満であった。したがって、このコンパクトな有機シンチレータベースの/検出器は、新しいラドン検出システムとして有用となる可能性がある。
森下 祐樹; 星 勝也; 鳥居 建男
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 966, p.163795_1 - 163795_8, 2020/06
これまでに、福島第一原子力発電所(FDNPS)の原子炉建屋でアルファおよび高粒子エミッターが検出された。FDNPS原子炉建屋の放射線レベルは非常に高いため、ガイガーミュラー(GM)カウンターなどの市販のベータ測量計では、汚染レベルを測定できない。この問題を解決するために、極薄のプラスチックシンチレータを使用して、アルファおよびベータ汚染の検出器を開発した。検出器の評価のため、7, 22, 24, 31, 39、および55
mのさまざまな厚さの超薄型プラスチックシンチレータを準備した。それらの感度をテストするために、各シンチレータをガラスプレートと2インチの位置に敏感な光電子増倍管に光学的に結合し、アルファ, ベータ、またはガンマ線源に曝露した。アルファ分光法の結果は、厚さ55mのプラスチックシンチレータのみがアルファ粒子(5.5MeV)を完全に吸収し、半値全幅が16.7%であった。高ベータバックグラウンド下でのアルファイメージングの場合、厚さ7mのプラスチックシンチレータが最良の選択であり、アルファ対ベータ比が652であることがわかった。また、厚さ7mのプラスチックシンチレータは1MBq 
Sr/Y線源に直接コンタクトして測定しても41.740.93cpsのカウントレートであり、非常に低感度であるため飽和せずに測定を行うことが可能である。したがって、厚さ7mのプラスチックシンチレータを使用して、以前の方法では不可能だったFDNPSサイトのベータの表面汚染レベルをリアルタイムで直接測定することができる。
森下 祐樹; 宇佐美 博士; 古田 禄大; 青木 克憲; 鶴留 浩二; 星 勝也; 鳥居 建男
Radiation Protection Dosimetry, 189(2), p.172 - 181, 2020/04
被引用回数：0遠隔ダストモニタリング装置(RCAM)システムを開発した。RCAMシステムは、パーソナルダストモニターとロボットで構成した。パーソナルダストモニター(poCAMon, SARAD、ドイツ)は、400mm
のイオン注入シリコン検出器と25mm
のメンブレンエアフィルターで構成された。パーソナルダストモニターは、任意の測定時間間隔のアルファエネルギースペクトルを取得することが可能であった。実証測定は、瑞浪超深地層研究所(MIU)および換気の悪いコンクリートの建物で地下で行われた。RCAMシステムは遠隔操作され、相対湿度(RH)がほぼ100%であってもRn子孫を正常に測定した。測定されたアルファスペクトルでは、Po(6.0MeVアルファ線)およびPo(7.7MeVアルファ線)のピークが明確に識別された。我々の開発したモニターは、高ガンマ線環境または作業者が物理的に立ち入ることができない汚染場でのアルファダストモニタリングに有用である。
森下 祐樹
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 954, p.161708_1 - 161708_5, 2020/02
被引用回数：0 パーセンタイル：100(Instruments & Instrumentation)Measuring individual activities of Plutonium dioxide (PuO) particles is extremely important for the internal exposure of a worker to these particles. In this study, actual PuO particles were measured using the CCD-camera-based alpha-particle imaging system. An electron multiplying(EM) CCD Camera was used for alpha particle imaging. A Pu sample was placed on top of the ZnS(Ag) scintillator, and produced scintillation light was captured using the CCD camera. This study showed that the CCD camera-based alpha-particle imaging system has some advantages compared to the conventional alpha particle imaging systems; (1) High spatial resolution, (2) Counting capability of individual alpha particles, (3) Real-time imaging.
核種可視化検出器を用いた福島第一原子力発電所の核燃料起因核種の検知森下 祐樹; 宇佐美 博士; 鳥居 建男
Isotope News, (765), p.10 - 13, 2019/10
本論文は、福島第一原子力発電所の核燃料由来核種の測定のため、核種可視化検出器の開発と実際のスミヤ試料の測定について報告した。
森下 祐樹; Di Fulvio, A.*; Clarke, S. D.*; Kearfott, K. J.*; Pozzi, S. A.*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 935, p.207 - 213, 2019/08
被引用回数：2 パーセンタイル：26.15(Instruments & Instrumentation)パルス形状識別(PSD)対応の有機シンチレーター,シリコン光電子増倍管, 波形デジタイザーを使用して、プロトタイプのアルファ/ベータ粒子検出器を開発した。電荷積分PSD技術を使用して、アルファ粒子とベータ粒子を分離した。
Am線源(5.5MeVアルファ粒子)とSr線源を使用して測定を行い、2つのシンチレータ(EJ-299-33とスチルベン)のPSDの性能指数(FOM)の値を比較した結果、スチルベン(FOM=1.61)の弁別性能はEJ-299-33 (FOM=0.56)弁別性能よりも優れていることがわかりました。さらに、スチルベンは良好なエネルギー分解能を示した(5.5MeVのアルファ粒子で23.6% FWHM)。Sr/Y線源のパルス波高スペクトルでは、低エネルギー部分(Sr)と高エネルギー部分(Y)が分離して確認できる。
森下 祐樹; 金子 純一*; 樋口 幹雄*; 井崎 賢二; 矢島 辰雄*; 松浦 貢*; 田村 健; 鳥居 建男
Radiation Measurements, 122, p.115 - 120, 2019/03
被引用回数：3 パーセンタイル：58.8(Nuclear Science & Technology)A dust monitor with a silicon surface barrier detector (SSBD) is introduced at a nuclear fuel facility to detect airborne contamination of 
Pu and 
Pu released by past accidents. However, an SSBD frequently produces false alarms, especially in a room with high humidity. We developed an alpha-particle spectrometer based on a cerium-doped GdSiO (GPS) scintillator plate and a photomultiplier tube (PMT). The energy resolution for 5.5-MeV alpha particles was 
11.9% 0.2% of the FWHM. The efficiency was 92%, and it had a uniform sensitivity. By applying an energy window, the count-rate of the Rn progeny decreased by 77%. The GPS scintillator plate was able to measure the alpha spectrum even though the GPS scintillator got wet.
森下 祐樹; 鳥居 建男; 宇佐美 博士; 菊地 弘幸*; 宇津木 弥*; 高平 史郎*
Scientific Reports (Internet), 9, p.581_1 - 581_14, 2019/01
被引用回数：3 パーセンタイル：20.8(Multidisciplinary Sciences)We measured alpha emitters obtained from a reactor building in the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant (FDNPP) by using an alpha particle imaging detector. For developing the detector, we used a verythin (0.05-mm-thick) a cerium-doped Gd
(Ga,Al)
O
(Ce:GAGG) scintillator and silicon photomultiplier (SiPM) arrays as the photodetector. The floor of the reactor building in FDNPP was wiped off by using smear papers, and the radioactivity of these papers was measured by the alpha particle imaging detector. The alpha spectrum was in the energy range of 5-6 MeV, which corresponds to the alpha particle energy of Pu (5.5 MeV). Moreover, the peak of Am was identified by gamma spectrum measurement. Based on these results, we report actual findings of alpha emitters in the FDNPP reactor buildings originating from nuclear fuels.
中村 圭佑; 森下 祐樹; 高崎 浩司; 前畑 京介*; 杉本 哲也*; 木口 優*; 伊豫本 直子*; 満田 和久*
Journal of Low Temperature Physics, 193(3-4), p.314 - 320, 2018/11
被引用回数：0 パーセンタイル：100(Physics, Applied)Spectroscopic measurement of L X-ray is one of important techniques for a non-destructive assay of transuranium (TRU) elements because L X-rays of the energy ranging from 10 to 25 keV are emitted following internal conversion after the alpha-decay of TRU elements. For identification of L X-ray peaks of TRU elements, the energy resolution of the detector is required to be lower than 100 eV of the full width at half maximum (FWHM). In this work, a transition-edge-sensor (TES) microcalorimeter was operated for spectroscopic measurements of L X-rays emitted from a Np-237 and Cm-244 source. Typical L X-ray peaks of Pa, U and Pu elements were clearly identified in the obtained energy spectra. The FWHM energy resolution of the TES microcalorimeter was obtained to be 32.7 eV at Pu L alpha1 X-ray peak of 14.28 keV with natural line width of 12.20 eV. We considered a feasibility of a non-destructive assay of TRU elements with experimental L X-ray spectra obtained by the TES microcalorimeter.
森下 祐樹; 山本 誠一*; 井崎 賢二; 金子 純一*; 星 勝也; 鳥居 建男
Radiation Measurements, 112, p.1 - 5, 2018/05
被引用回数：7 パーセンタイル：15.83(Nuclear Science & Technology)高線量・
バックグランド下でプルトニウム同位体を検出するため、低・感度の線検出器が必要となる。そこで、線検出器のためのGAGGシンチレータの厚みの最適化を行った。0.05mm, 0.07mm, 0.1mmの厚みのシンチレータを用い、角厚みのシンチレータに対し, , 線をそれぞれ照射し、波高スペクトルを得た。線のエネルギー分解能は0.05mm厚のGAGGシンチレータが最も良かった。0.05mm、0.07mm、0.1mm、全ての厚みで感度は問題とならなかった。感度は0.05mm厚のGAGGシンチレータを用いることで、0.1mm厚のGAGGシンチレータに対し1/100に減少した。したがって、0.05mm厚のGAGGシンチレータを用いた線検出器は、高線量・バックグランド下でのプルトニウム同位体に検出に期待できる。
森下 祐樹; 山本 誠一*; 百瀬 琢麿; 金子 純一*; 根本 典雄
Radiation Protection Dosimetry, 178(4), p.414 - 421, 2018/03
被引用回数：0 パーセンタイル：100(Environmental Sciences)二酸化プルトニウム(PuO)は高速炉に用いるMOX燃料の製造に用いられる。PuOを包蔵するグローブボックスに欠陥、例えばグローブやビニールバッグの破損があった場合、プルトニウム(Pu)の空気汚染が生じる可能性がある。もし作業者がPuO粒子を吸引した場合肺に沈着し、肺癌を引き起こす可能性がある。鼻スミヤやnose blowがPuOの摂取の確認に用いられるが、鼻腔内のPuの定量的な放射能は評価できなかった。また、鼻腔内の直接測定が可能な線検出器も存在しなかった。そこで我々は作業者の正確な内部被ばく評価のため、鼻腔内の直接測定が可能な鼻モニタの開発を行った。22の角柱ライトガイドを用いて1つの検出器ブロックを構成し、ZnS(Ag)シンチレータを表面に貼りつけ、光検出器には88のSilicon photomultiplierを用いた。開発した鼻モニタの評価のため、実際のPuO粒子を鼻モニタで測定した。鼻モニタの5.5MeV線に対する平均の検出効率(4
方向)は左鼻が11.43%で右鼻が11.58%であった。線と線の影響は無視できる程度であった。Puの放射能を鼻モニタと線用放射能測定装置で評価した結果、差異は4.0%以内であった。以上の評価結果より、開発した鼻モニタは作業者の内部被ばくの正確な評価に有用であると考える。
森下 祐樹; 山本 誠一*; 井崎 賢二; 金子 純一*; 根本 典雄
Radiation Measurements, 103, p.33 - 38, 2017/08
被引用回数：7 パーセンタイル：20.47(Nuclear Science & Technology)核燃料施設では、プルトニウム(Pu)やウランが扱われる。ZnS(Ag)シンチレーション検出器で測定できない狭い場所がPuの汚染源となることがある。例えば、グローブボックスの窓と架台の間の隙間やフランジ、ポートカバーの隙間などである。そこで我々は現場の狭い場所の汚染源の特定が可能なフレキシブルアルファカメラと呼ばれるイメージング検出器の開発をした。検出器の厚みはZnS(Ag)シンチレーション検出器の1/5で、その効率は5.5MeVアルファ線に対し42.7%(4pi)であった。検出下限放射能は0.014Bqであった。4種のPuOのサンプルをフレキシブルアルファカメラで測定し、PuO粒子を自動で同定することができた。フレキシブルアルファカメラを用いることで、Pu汚染源を早期に検知することができ、汚染拡大の防止につながる。
山本 誠一*; 歳藤 利行*; 小森 雅孝*; 森下 祐樹*; 奥村 聡*; 山口 充孝; 齋藤 勇一; 河地 有木; 藤巻 秀
Annals of Nuclear Medicine, 29(3), p.268 - 275, 2015/04
被引用回数：10 パーセンタイル：42.45(Radiology, Nuclear Medicine & Medical Imaging)In proton therapy, imaging of proton-induced positrons is a useful method to monitor the proton beam distribution after therapy. We developed a small field-of-view gamma camera for high-energy gamma photons and used it for monitoring the proton-induced positron distribution. The gamma camera used 0.85 mm 0.85 mm 10 mm GAGG pixels arranged in 20 20 matrix to form a scintillator block, which was optically coupled to a 1-inch-square position-sensitive photomultiplier tube. The GAGG detector was encased in a 20-mm-thick container and a pinhole collimator was mounted on its front. The gamma camera had spatial resolution of approximately 6.7 cm and sensitivity of 3.2 10
at 1.2 m from the collimator surface. The gamma camera was set 1 m from the 35 cm 35 cm 5 cm plastic phantom in the proton therapy treatment room, and proton beams were irradiated to the phantom with two proton energies. For both proton energies, positron distribution in the phantom could be imaged by the gamma camera with 10-min acquisition. The lengths of the range of protons measured from the images were almost identical to the calculation. These results indicate that the developed high-energy gamma camera is useful for imaging positron distributions in proton therapy.
森下 祐樹; 山本 誠一*; 井崎 賢二; 金子 純一*; 東井 宏平*; 坪田 陽一*; 樋口 幹雄*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 764, p.383 - 386, 2014/11
被引用回数：23 パーセンタイル：6.08(Instruments & Instrumentation)Scintillation detectors for alpha particles are often used in nuclear fuel facilities. Alpha particle detectors have also become important in the research field of radionuclide therapy using alpha emitters. We tested a new ceramic scintillator, a cerium-doped GdSiO: GPS scintillator for an alpha particle detector and compared it with three other scintillators: ZnS(Ag), GAGG, and a plastic scintillator. We optically coupled them to two photodetectors with different types (photomultiplier tube: PMT and silicon photomultiplier: Si-PM) and measured the performance of each scintillator used as the alpha detectors. GPS and GAGG are the most promising alpha particle detectors among the four scintillators because their energy resolutions are good (10% with PMT and 14% with Si-PM). From the relation between the quantum efficiency (QE) distribution of the photodetectors and the emission wavelengths of scintillators, the best combinations were coupling GPS to PMT and GAGG to Si-PM.
森下 祐樹; 山本 誠一*; 井崎 賢二; 金子 純一*; 東井 宏平*; 坪田 陽一*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 747, p.81 - 86, 2014/05
被引用回数：29 パーセンタイル：4.29(Instruments & Instrumentation)核燃料施設では核燃料物質の検知のため、線が測定される。本研究では、Si-PMアレイとGAGGシンチレータ接合した新たな線イメージング装置を開発し、開発した装置の基本性能を評価した。シンチレータは0.1mm厚、ライトガイドは3.0mm厚のものを用いた。Am線源をすべての測定に用いた。空間分解能の評価では、1.6lp/mmのスリットが完全に識別でき、ここから空間分解能は0.6mm FWHM以下であると評価された。エネルギー分解能は13% FWHMであった。画像にはわずかなゆがみが確認されたが、中心付近の均一性は24%以内であった。これらの評価結果より、構築した線イメージング装置は、核燃料施設におけるプルトニウム検知に有用であることが示された。
森下 祐樹; 小山 修司*; 阿知波 正剛*
no journal, ,
近年、モンテカルロシミュレーションを用いX線CT検査時の被ばく線量の評価を行う動きが広まりつつある。シミュレーションで正確な被ばく線量の評価を行うには、X線CT固有のフィルタ(Beam-shaping Filter)と寝台の減弱の効果が必要になる。今回、測定したデータを用いその効果をシミュレーションに組み込み、CT DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine)データから人体ボクセルファントムを作成し、臓器ごとの線量を計算した。シミュレーションの結果を名古屋大学の青山らが作成した「in-phantom dosimetry system」の実測の結果と比較した。差異は照射野内の臓器において4.2%以内とおおむね良い一致を示した。さらに管電流変調機能をシミュレーションに組み込むことで、照射野内の臓器で数mGyの線量低減が確認できた。
線波高分析装置の中性子感度について森下 祐樹; 佐川 直貴; 椿 裕彦; 井崎 賢二; 水庭 春美
no journal, ,
MOX燃料製造施設などでは、Si半導体検出器と波高分析器を組合せた可搬の線波高分析装置を用いた迅速な核種判定が行われている。この測定器が中性子に対し感度を持ち、プルトニウムと判定されるエネルギー領域に信号がみられることが確認されている。この原因を明らかにするため、中性子線源を用いた実測、及び汎用モンテカルロシミュレーションコードにより評価を行った。シミュレーションによる計算の結果、測定器に入射する中性子とSiとの核反応によって2次粒子が生じ、それらによるSi内への沈着エネルギースペクトルが、実測と同様の傾向を示し、今回の誤計数事象の原因として考えられる。
金井 克太; 栗原 治*; 高田 千恵; 中川 貴博; 森下 祐樹; 外間 智規; 滝本 美咲; 圓尾 好宏; 百瀬 琢麿
no journal, ,
福島第一原子力発電所事故の発生時から2か月程度の期間に敷地内で作業された方約560名に対し、内部被ばくの精密検査を実施した。測定は4月から8月にかけて、精密型全身カウンタ(Ge半導体検出器)等を用い、全身及び頚部(甲状腺)を対象として行った。検査の概要・結果及びこの活動を通じて明確になった作業者の内部被ばく測定にかかわる課題等について報告する。
森下 祐樹; 井崎 賢二; 水庭 春美; 金子 純一*; 嶋岡 毅紘*; 坪田 陽一*; 樋口 幹雄*; 東井 宏平*
no journal, ,
プルトニウムの汚染管理(線計測)では、天然放射性核種(Rn子孫核種)がバックグラウンドとして存在しているため、プルトニウムの弁別技術として、エネルギー弁別や放射能強度分布測定を取り入れてきた。今回、両技術を取り入れた合理的な弁別手法を検討したので報告する。
