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論文

A Study on fast digital discrimination of neutron and $$gamma$$-ray for improvement neutron emission profile measurement

内田 雄大*; 高田 英治*; 藤崎 明広*; 磯部 光孝*; 小川 国大*; 篠原 孝司; 富田 英生*; 河原林 順*; 井口 哲夫*

Review of Scientific Instruments, 85(11), p.11E118_1 - 11E118_4, 2014/11

 被引用回数:3 パーセンタイル:75.42(Instruments & Instrumentation)

Neutron and $$gamma$$-ray discrimination with a digital signal processing system has been used to measure the neutron emission profile in magnetic confinement fusion devices. However, a sampling rate must be set low to extend the measurement time because the memory storage is limited. Time jitter decreases a discrimination quality due to a low sampling rate. As described in this paper, a new charge comparison method was developed. Furthermore, automatic neutron-$$gamma$$ discrimination method was examined using a probabilistic approach. Analysis results were investigated using the figure of merit. Results show that the discrimination quality was improved. Automatic discrimination was applied using the EM algorithm and k-means algorithm.

論文

Fast neutron detection under intense $$gamma$$-ray fields with novel nuclear emulsion technique

石原 康平*; 高木 恵輔*; 湊 春奈*; 河原林 順*; 富田 英生*; 前田 茂貴; 中 竜大*; 森島 邦博*; 中野 敏行*; 中村 光廣*; et al.

Radiation Measurements, 55, p.79 - 82, 2013/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

原子核乾板を用いた高$$gamma$$線下での中性子測定に向け、新規に開発を進めている原子核乾板について$$gamma$$線に対する乾板応答シミュレーション結果と実験結果との比較により、潜像が現像されるには付与エネルギーに閾値が存在する可能性が示唆され、$$gamma$$線に対する感度を低減するためにAgBr結晶粒径微細化が有用であることがわかった。新型乾板の中性子と$$gamma$$線の感度を比較し、$$gamma$$/n比8桁で測定できる可能性を得た。

論文

Development of neutron measurement in intense $$gamma$$ field using new type of nuclear emulsion

河原林 順*; 石原 康平*; 高木 恵輔*; 富田 英生*; 井口 哲夫*; 中 竜大*; 森島 邦博*; 前田 茂貴

Journal of ASTM International (Internet), 9(3), 5 Pages, 2012/03

新しい原子核乾板法を用いた高$$gamma$$線下での中性子測定法の開発を行っている。中性子照射実験により新型原子核乾板の検出感度曲線(阻止能-銀粒子密度の関係)を求め、その検出感度曲線を用いてモンテカルロシミュレーションによる$$gamma$$線飛跡シミュレーションを行った。さらに、$$gamma$$線照射実験によりシミュレーションの妥当性を評価した。銀粒子径を60$$mu$$mにすることで、中性子と$$gamma$$線の感度比が向上し、中性子エネルギースペクトル測定が可能となる見通しを得た。

論文

Multi-scattering time-of-flight neutron spectrometer for deuterium to tritium fuel ratio measurement in fusion experimental reactors

浅井 啓輔*; 湯川 恭平*; 井口 哲夫*; 直井 紀拓*; 渡辺 賢一*; 河原林 順*; 山内 通則*; 今野 力

Fusion Engineering and Design, 83(10-12), p.1818 - 1821, 2008/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

DTプラズマ中のD/T比は、DD/DT反応によって発生するDD中性子(2.45MeV)とDT中性子(14.1MeV)の測定によりそれらの中性子強度比から求めることができ、測定にはDT中性子中の微量なDD中性子の検出が鍵となる。本研究では、TOF法をベースに、飛行時間を測定するシンチレータ対の前に中性子散乱体(水)を挿入した多重散乱飛行時間中性子スペクトロメータ(MS-TOF)の開発を行っている。本システムは、ビームライン上にアクティブな検出器を持たないことと中性子散乱体中の水素原子核がDT中性子よりもDD中性子に対して大きな弾性散乱断面積を有することを利用して、シンチレータ対に入射する中性子束のDD/DT中性子強度比を向上させることができ、微量DD中性子の検出に有利である。今回は、日本原子力研究開発機構核融合中性子源施設FNSの加速器DT中性子源を用いて、本システムによるDT中性子ビーム中の微量DD中性子検出を試みた。その結果、DT中性子ピークとともにDD中性子ピークも観測できた。また予備的ながら、使用した中性子ビーム中のDD/DT中性子強度比を評価し、妥当な結果を得た。

論文

Novel concept of time-of-flight neutron spectrometer for measurement of the D/T burning ratio in the ITER

浅井 啓輔*; 直井 紀拓*; 井口 哲夫*; 渡辺 賢一*; 河原林 順*; 西谷 健夫

Review of Scientific Instruments, 77(10), p.10E721_1 - 10E721_3, 2006/10

 被引用回数:3 パーセンタイル:76.32(Instruments & Instrumentation)

中性子スペクトロスコピーは、プラズマ中の核融合反応で発生するDD中性子,DT中性子の強度比の計測から燃焼に寄与したD/T比(燃料比)の評価に利用できる。本研究では、ITERプラズマ中心付近燃料比(D/T比)測定用に、飛行時間を測定する結晶対の前にDT中性子よりもDD中性子に対して大きな弾性散乱断面積を有する中性子散乱体(ラジエータ)を挿入することにより結晶対に入射する中性子のDD/DT強度比を上げ、DD中性子検出のS/N比向上を図る新しいシステム概念の中性子飛行時間スペクトロメータを提案した。このシステムでは飛行時間測定のトリガー信号を生成する検出器を入射ビームに直接曝すことがないため、飛行時間法の問題点であるアクシデンタルカウントを大幅に低減でき、微量のDD中性子検出に有利でもある。中性子散乱体として水(2cm$$phi$$,5cm厚)を採用したプロトタイプシステムを作製し、日本原子力研究開発機構FNSの加速器DT中性子源を用いた本概念の原理実証実験とモンテカルロシミュレーションを通して、本システムが中性子スペクトロメータとして成立することを示した。

論文

Design consideration for high-energy-resolution neutron spectrometer based on associated particle detection using proton recoil telescope and time-of-flight technique for ITER

直井 紀拓*; 浅井 啓輔*; 井口 哲夫*; 渡辺 賢一*; 河原林 順*; 西谷 健夫

Review of Scientific Instruments, 77(10), p.10E704_1 - 10E704_3, 2006/10

 被引用回数:5 パーセンタイル:65.5(Instruments & Instrumentation)

核融合実験炉における中性子スペクトル計測は、燃焼プラズマ中のイオン温度(速度分布)を知る有力な手段である。国際熱核融合実験炉ITERにおいては、DT中性子(14.1MeV)に対し3%程度の高いエネルギー分解能と$$sim$$1$$times$$10$$^{-5}$$cm$$^{2}$$の検出効率が求められている。ITERにおける、このイオン温度測定用高エネルギー分解能中性子スペクトロメータの概念として、反跳陽子テレスコープ(PRT)法と二結晶型飛行時間(TOF)法を組合せた手法を新規に考案した。本手法は、従来のPRTやTOFで問題となっていた反跳陽子や散乱中性子の角度拡がりによるエネルギー分解能の悪化を原理的に抑制でき、検出効率を損なうことなくエネルギー分解能の向上が可能である。本方式の原理実証及び性能評価を行うため、プロトタイプのシステムを製作し、日本原子力研究開発機構核融合中性子源施設FNSにおいて単色DT中性子の測定を試み、半値幅で3.3%のエネルギー分解能が達成されることを実証した。その結果に基づく検討により、本システムがITERに対して最高出力から1桁以内の領域で適用可能である見通しが得られた。

報告書

共鳴レーザーアブレーションを用いた超高感度中性子ドジメトリー手法に関する基礎研究,原子力基礎研究H12-035(委託研究)

井口 哲夫*; 渡辺 賢一*; 河原林 順*; 瓜谷 章*; 榎田 洋一*; 渡部 和男

JAERI-Tech 2004-010, 62 Pages, 2004/03

JAERI-Tech-2004-010.pdf:2.6MB

短パルス・高繰り返し率で適切な出力強度の得られる波長可変レーザーを用いて、中性子ドジメトリーへ共鳴アブレーション(RLA)現象を効果的に活用するため、理論モデルにより最適条件、すなわち、高感度性と元素選択性の両立を図ることのできる条件を探索した。その結果、従来の低繰り返しレーザーと比べ、約100倍検出感度を改善できることを実証した。さらに、改良型RLA-質量分析システムにより、14MeVDT中性子照射を行った高純度Al試料中に生成された極微量長半減期核種Al-26を明瞭に検出することに成功し、本分析手法に基づく中性子ドジメトリー手法の実現可能性を示すことができた。

報告書

光ファイバーを用いた高信頼性・高機能放射線モニタの開発研究(先行基礎工学研究)

辻村 憲雄; 吉田 忠義; 河原林 順*; 水野 良治*; 中 亮太郎*; 瓜谷 章*; 渡辺 賢一*

JNC-TY8400 2003-010, 46 Pages, 2003/03

JNC-TY8400-2003-010.pdf:1.36MB

通常光ファイバーを利用した広域の放射線分布を連続的に測定することができる放射線検出システムを開発した。光減衰の小さい通常光ファイバーを使用することにより、従来使用されてきたプラスチックシンチレーションファイバーに比べ、測定可能範囲が約100mへと約2桁伸ばすことができた。

口頭

核融合実験炉におけるD/T燃焼比測定用多重散乱型飛行時間中性子スペクトロメータの設計検討

浅井 啓輔*; 直井 紀拓*; 井口 哲夫*; 渡辺 賢一*; 河原林 順*; 西谷 健夫

no journal, , 

ITERにおけるプラズマ中心付近の燃料比(重水素D/三重水素T比)計測の有力候補である中性子スペクトロメータについて、本研究ではエネルギー弁別が容易で比較的高効率が期待できる二結晶型飛行時間法に着目し、飛行時間を測定する結晶対の前にDT中性子よりもDD中性子に対して大きな弾性散乱断面積を有する中性子散乱体(ラジエータ)を挿入したシステムを提案した。本システムは、入射中性子ビームのラジエータとの散乱により結晶対に入射する中性子のDD/DT強度比を上げ、DD中性子検出のS/N比向上が期待できる。今回は中性子散乱体に水(2cm$$phi$$, 5cm厚)を採用したプロトタイプシステムの試作し、加速器DT中性子源を用いた本システムの性能を評価した。その結果、DT中性子の検出効率,エネルギー分解能ともにモンテカルロシミュレーション結果とおおむね一致し、本システムの応答を模擬できるシミュレーションモデルが構築できた。

口頭

燃焼D/T比測定用多重散乱型飛行時間中性子スペクトロメータの開発基礎研究

浅井 啓輔*; 直井 紀拓*; 井口 哲夫*; 渡辺 賢一*; 河原林 順*; 今野 力

no journal, , 

プラズマ中心付近の燃料比(D/T比)計測手法用の飛行時間中性子スペクトロメータについて、本研究では飛行時間を測定する結晶対の前に水のセル(数cm$$phi$$,数cm厚)を挿入したシステムの開発を行っている。本システムは、入射中性子ビームの水の中の水素原子核との弾性散乱により結晶対に入射する中性子のDD/DT強度比を上げ、DD中性子検出のS/N比向上を狙うものである。今回は ITERへの適用を想定したモンテカルロシミュレーションによって、本システムの主な設計パラメータであるラジエータサイズやエネルギー測定のための飛行距離について検討を行い、さらに期待される時間分解能を評価した。その結果、実機最高出力時に数秒の時間分解能でのプラズマ中心付近のDD/DT中性子強度比測定が期待できることを示した。

口頭

核融合実験炉用高エネルギー分解能中性子スペクトロメータ概念の実験的検討

直井 紀拓*; 浅井 啓輔*; 井口 哲夫*; 渡辺 賢一*; 河原林 順*; 西谷 健夫

no journal, , 

核融合反応により生成される中性子のエネルギー分布には重水素やトリチウムイオンの速度分布に起因するドップラー拡がりが反映されるため、中性子スペクトル計測により燃焼プラズマ中のイオン温度(速度分布)を知ることができる。本研究では、国際熱核融合実験炉ITERの高出力領域への適用を想定した高エネルギー分解能中性子スペクトロメータの概念として、反跳陽子テレスコープ(PRT)法と二結晶型飛行時間(TOF)法を組合せた手法を考案した。それによりプロトタイプのシステムを製作し、日本原子力研究所核融合中性子源施設FNSにおいて単色DT中性子の測定を試みて3%のエネルギー分解能を実証した。

口頭

核燃焼プラズマ診断用共役粒子同時検出型中性子スペクトロメータの開発

直井 紀拓*; 浅井 啓輔*; 井口 哲夫*; 渡辺 賢一*; 河原林 順*; 今野 力

no journal, , 

核融合実験炉では、中性子スペクトル計測によりDD中性子(2.45MeV)とDT中性子(14.1MeV)の強度比から燃焼D/T比(DとTの密度比)を知ることができ、プラズマ中心付近の情報を取得することが可能になる。これまでプラズマ中のイオン温度測定を測定するために共役粒子同時検出型高エネルギー分解能中性子スペクトロメータを開発してきたが、DD中性子検出のためには圧倒的に多く発生するDT中性子の散乱成分がバックグラウンドとなる。そこでこのスペクトロメータをDD中性子に対する検出効率をある程度重視した仕様に変更し、日本原子力研究開発機構核融合中性子源施設FNSにおいて基本性能をテストした。その結果をもとにITERへの適用性を評価したところ、ITERの燃焼D/T比に対する要求測定精度20%を満たす時間分解能が得られる見通しがたったが、燃料注入系制御のためにさらなるDD中性子検出効率の向上が必要なことがわかった。

口頭

重水素プラズマ実験におけるイオン温度測定用中性子スペクトロメータの開発

岩井 春樹*; 直井 紀拓*; 浅井 啓輔*; 井口 哲夫*; 磯部 光孝*; 湯川 恭平*; 河原林 順*; 今野 力

no journal, , 

本研究グループでは、重水素プラズマ実験におけるイオン温度測定用中性子スペクトロメータとして共役粒子同時計数型中性子スペクトロメータを開発している。本システムは、中性子-水素原子核弾性散乱の共役粒子である反跳陽子,散乱中性子のエネルギーをそれぞれ反跳陽子テレスコープ法,二結晶型飛行時間法により測定し、それらを足し合わせることで、入射中性子のエネルギーを求めるものである。反跳陽子,散乱中性子の角度広がりの影響を受けないことから、比較的コンパクトなサイズでの高エネルギー分解能達成が可能である。日本原子力研究開発機構FNS加速器DD中性子源を用いた実験とモンテカルロシミュレーションによる設計検討により、DD中性子に対して$$sim$$5%のエネルギー分解能が期待できるシステム構成を提示した。また、この場合、イオン温度2keV以上の重水素プラズマに対して適用可能である。しかし、現時点では適用可能な中性子強度が大幅に限定されることがわかり、本システムの設置位置,コリメータの設計などダイナミックレンジ拡張に向けた具体的検討が今後求められる。

口頭

核融合実験炉における燃料密度比測定用多重散乱飛行時間中性子スペクトロメータの適用検討

湯川 恭平*; 浅井 啓輔*; 富田 英生*; 井口 哲夫*; 岩井 春樹*; 河原林 順*; 今野 力

no journal, , 

プラズマ中の燃料密度比(重水素Dと三重水素Tの密度比)はDT核融合炉のプラズマ燃焼制御において不可欠なパラメータであり、プラズマより発生するDT中性子(14.1MeV)とDD中性子(2.45MeV)の強度比より算出できるが、DD中性子発生率はDT中性子の約1/200と低く、微量なDD中性子検出がカギである。本研究では中性子散乱体で散乱した中性子を飛行時間法で測定する多重散乱飛行時間中性子スペクトロメータの開発を行っている。中性子散乱体中の水素原子核はDD中性子に対し大きな弾性散乱断面積を持つため(DT中性子に対する弾性散乱断面積の約3倍)、微量なDD中性子検出の一助となる。これまで加速器DT中性子源を用いDT中性子中の微量DD中性子検出を行った。その結果、$$gamma$$線起因の偶然同時計数がバックグラウンドとなりDD/DT中性子強度比の精度を悪化させていたため、中性子-$$gamma$$線弁別を用いたシステム改善を行った。今回は本スペクトロメータをITER搭載時に予測されるサンプリングタイム,測定精度を評価した。その結果、ITER最高出力時に要求測定精度20%に対しサンプリングタイム2秒程度ならば適用可能であるという見通しを得た。

口頭

LHD重水素実験に向けた高速イオン診断用中性子スペクトロメータの開発

富田 英生*; 岩井 春樹*; 井口 哲夫*; 河原林 順*; 磯部 光孝*; 今野 力

no journal, , 

本研究グループでは、重水素プラズマ実験における、高速イオンの速度分布測定のための2.5MeV中性子スペクトロメータとして共役粒子同時計数型中性子スペクトロメータを開発している。本システムは、中性子-水素原子核弾性散乱の共役粒子である反跳陽子.散乱中性子のエネルギーをそれぞれ反跳陽子テレスコープ法.二結晶型飛行時間法により測定し、それらを足し合わせることで、入射中性子のエネルギーを求めるものである。NBI加熱されたLHD重水素プラズマより放出される中性子エネルギースペクトルのモデル計算より、DD核融合中性子ピークの半値幅は約7%程度であり、これよりも分解能の良いスペクトロメータが必要とされることを明らかにした。また、日本原子力研究開発機構核融合中性子源施設(FNS)の準単色DD中性子源を用いて、本検出器の基本性能を調べ、エネルギー分解能7%.検出効率3.3$$times$$$$10^{-7}$$counts/neutronを達成していることを確認した。

口頭

AgBr結晶粒径微細化による原子核乾板の$$gamma$$線・中性子に対する感度制御

石原 康平*; 高木 恵輔*; 河原林 順*; 富田 英生*; 中 竜大*; 浅田 貴志*; 森島 邦博*; 中村 光廣*; 久下 謙一*; 前田 茂貴; et al.

no journal, , 

原子核乾板を用いた高$$gamma$$線下での中性子測定にむけ、新規に開発を進めている原子核乾板について$$gamma$$線に対する乾板応答シミュレーション結果と実験結果との比較により、潜像が現像されるには付与エネルギーに閾値が存在する可能性が示唆され、$$gamma$$線に対する感度を低減するためにAgBr結晶粒径微細化が有用であることがわかった。

口頭

新型原子核乾板を用いた高$$gamma$$線バックグラウンド下での中性子スペクトル測定手法の開発,1; 全体概要

河原林 順*; 前田 茂貴; 高木 恵輔*; 石原 康平*; 富田 英生*; 森島 邦博*; 井口 哲夫*

no journal, , 

中性子ビームの利用の広がりとともに高$$gamma$$線バックグラウンド下での中性子計測の高度化が求められている。われわれのグループでは原子核乾板に着目し、AgBr結晶粒径を制御することにより、中性子起因反跳陽子の検出効率を落とすことなく$$gamma$$線起因電子の検出効率を下げることに成功している。本発表では、中性子のエネルギー情報を保持している反跳陽子飛跡長の解析手法について、シリーズ発表の全体の概略を説明するとともに、新型乾板における飛跡の形状について報告する。

口頭

新型原子核乾板を用いた高$$gamma$$線バックグラウンド下での中性子スペクトル測定手法の開発,2; 反跳陽子飛跡認識アルゴリズムの開発

高木 恵輔*; 石原 康平*; 富田 英生*; 河原林 順*; 井口 哲夫*; 森島 邦博*; 前田 茂貴; 松本 哲郎*

no journal, , 

$$gamma$$線バックグラウンド下での中性子スペクトル測定に向けて新たに開発した原子核乾板では、$$gamma$$線感度を抑制するために粒径100nm程度のArBr結晶を用いている。中性子及び$$gamma$$線を照射した新型原子核乾板には、銀粒子が離散的に連なって構成された中性子起因反跳陽子飛跡と、バックグラウンドとなる$$gamma$$線起因の銀粒子が記録される。そこで、反跳陽子飛跡の抽出に適した飛跡抽出アルゴリズムを開発し、その特性を評価した。

口頭

新型原子核乾板を用いた高$$gamma$$線バックグラウンド下での中性子スペクトル測定手法の開発,3; アンフォールディングによる中性子スペクトル評価

前田 茂貴; 高木 恵輔*; 石原 康平*; 富田 英生*; 河原林 順*; 井口 哲夫*

no journal, , 

$$gamma$$線感度を制御した新型乾板を作成し、高$$gamma$$線バックグラウンド下での中性子スペクトル測定手法を開発している。原子核乾板には中性子起因の反跳陽子による飛跡が記録される。反跳陽子の飛跡長は中性子のエネルギーに依存することから、その応答関数を評価し、飛跡長から中性子エネルギースペクトルをアンフォールディングによって評価できることを示す。

口頭

AgBr結晶粒径微細化原子核乾板における$$gamma$$線・中性子に対する感度の温度依存性評価

石原 康平*; 河原林 順*; 富田 英生*; 中 竜大*; 浅田 貴志*; 森島 邦博*; 中村 光廣*; 前田 茂貴; 井口 哲夫*

no journal, , 

本研究では、原子炉の使用済燃料周辺等における高$$gamma$$線環境下での中性子測定に向けて、新型の原子核乾板NGITA(Neutron-Gamma Image TrAcker)の開発を行っている。原子核乾板の利用では、高温の状態で潜像退行を起こしやすいという特徴があるため、今回はNGITA乾板の$$gamma$$線・中性子に対する感度の温度依存性を実験により評価した。その結果、乳剤の持つ潜像退行性により、少なくとも30$$^{circ}$$C以上の環境では中性子の検出効率が低下することを確認した。

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