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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

Wavelength-shifting-fibre-based neutron image detector with a fibre-optic taper to increase the spatial resolution

中村 龍也; 片桐 政樹; 藤 健太郎; 坂佐井 馨; 海老根 守澄; 美留町 厚; 曽山 和彦

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 604(1-2), p.158 - 160, 2009/06

 被引用回数:5 パーセンタイル:56.05(Instruments & Instrumentation)

波長シフトファイバ型二次元中性子検出器の位置分解能を向上するため、中性子有感シンチレータと波長シフトファイバ間にファイバオプティックテーパー光学素子を組み込んだ検出器を試作しその性能評価を行った。ファイバオプティックテーパー光学素子は多数の細径ガラス管を束ね管径に傾きを付けながら引伸焼成したものでシンチレータ上に形成された入射中性子イメージ(シンチレーション光イメージ)を拡大する機能を有する。xy方向各16本に張り巡らされた波長シフトファイバに約3倍の拡大率であるファイバオプティックテーパー光学素子を装填したプロトタイプ検出器において、検出器実効ピクセルサイズが0.5mmから0.16mmへ、位置分解能が0.8mmから0.3mmへと改善することを実証した。

報告書

ENGIN-X型1次元シンチレータ中性子検出器の検出器性能向上に関する技術開発; ZnSシンチレータ,光リフレクタ、及びデジタル信号処理装置の開発

中村 龍也; 片桐 政樹; 美留町 厚; 海老根 守澄; 筒井 紀彰*; 曽山 和彦; Schooneveld, E. M.*; Rhodes, N. J.*

JAEA-Research 2008-116, 26 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-116.pdf:4.25MB

ENGIN-X型1次元中性子シンチレータ検出器の性能向上を目的として新規なZnSシンチレータ,光リフレクタ、及びデジタル信号処理装置の開発を行った。ZnSシンチレータに関してはさらなる高速・高検出効率化を図るためZnSを基本とした各種シンチレータを試作しその性能を評価した。その結果、開発したZnS/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$シンチレータによるとISIS標準シンチレータよりも検出効率が2割改善することを確認した(中性子波長1${AA}$)。また、シンチレータを装填する光リフレクタに関しては白色塗料を使用せず表面エッチング処理により製作する手法を開発した。これにより従来と同様の光散乱能を有しかつ経年変化にも強い光リフレクタを実現した。さらにフィールドプログラマブルゲートアレイによる全デジタル化フォトンカウンティング信号処理装置を開発しこれまでのアナログ回路による信号処理系と比べて中性子計数の温度安定性が改善することを実証した。

報告書

波長シフトファイバを用いた高検出効率,高位置分解能型2次元シンチレータ中性子検出器の開発研究; J-PARC/MLF生命物質構造解析装置「iBIX」のためのコンパクト型検出器の開発

中村 龍也; 片桐 政樹; 細谷 孝明*; 美留町 厚; 海老根 守澄; 曽山 和彦; Schooneveld, E.*; Rhodes, N.*

JAEA-Research 2008-115, 33 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-115.pdf:3.77MB

J-PARC/MLFの生命物質構造解析装置に実機として供与することのできる波長シフトファイバを用いた高検出効率,高位置分解能型2次元シンチレータ中性子検出器を開発した。検出器を構成する各要素について当該装置仕様に基づいて最適化し高性能化を図った。有感面積13.3$$times$$13.3cm$$^{2}$$,不感面積率30%以下であるコンパクトなプロトタイプ検出器を試作しISISパルス中性子源にてその動作性能を確認した。開発した2次元検出器は当該装置に要求された仕様をほぼ満足するものであった。

論文

Signal processing system based on FPGAs for neutron imaging detectors using scintillators

海老根 守澄; 片桐 政樹; 美留町 厚; 松林 政仁; 坂佐井 馨; 佐藤 節夫*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.429 - 432, 2004/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:88.21(Instruments & Instrumentation)

中性子散乱実験及びラジオグラフィーのために、シンチレータと波長シフトファイバを用いた中性子イメージ検出器を開発した。特に、高精度な中性子イメージ検出にはデータ収集システムに多チャンネルの信号処理が必要であるため、FPGAs(Field Programmable Gate Array)を用いて信号処理システムを開発した。イメージ信号処理においては64$$times$$64チャンネルイメージを扱うことを可能とするとともに、中性子入射位置の決定精度を上げるための機能を装備した。

論文

A Compact neutron detector using scintillators with wavelength shifting fibers by backside readout method

片桐 政樹; 松林 政仁; 坂佐井 馨; 中村 龍也; 海老根 守澄; 美留町 厚; Rhodes, N.*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.313 - 316, 2004/08

 被引用回数:11 パーセンタイル:35.48(Instruments & Instrumentation)

蛍光体/中性子コンバータ検出シートの背面に吸収波長帯の異なる二種類の波長シフトファイバを直交して配置し、中性子の入射位置を読み出す背面読み取り法を開発した。この背面読み取り法と直角に折り曲げた波長シフトファイバとを組合せることにより、コンパクト化を実現した中性子イメージ検出器を開発した。X軸及びY軸の位置分解能はそれぞれ0.6mmと0.7mmであった。この位置分解能性能は、従来のクロスド・ファイバ読み取り法とほぼ同じ性能であった。コンパクト化が可能となったことから、中性子散乱実験装置を製作するうえで大きな問題となっていたデッドスペースを小さくすることが可能となった。

論文

FPGAを使用したプリセットカウンタおよびタイミングボードの製作

海老根 守澄

NIFS-MEMO-26, p.99 - 102, 1998/03

設計者が開発現場で任意にプログラム可能なASICとしてFPGAの普及が著しい。これは従来のPLDとGAの利点を合わせたもので、PLDは開発期間が短く、手軽にセミカスタムICを開発できる反面、小規模でゲート利用率が低いという欠点がある。GAは高集積で設計の自由度は高いが、開発期間が長く、初期コストが高い欠点を持っていた。これに対してFPGAは、内部のロジックセルを組み合わせていくことで任意の論理回路を実現できることから、柔軟性が高く、高集積なセミカスタムICの開発が可能となった。当課でもこの技術を積極的に導入し、モジュールの設計・開発に利用している。技術研究会では、実際のFPGAを使用して製作したプリセットカウンタ及びタイミングボード等を例に、開発手法や留意点など、実体験に基づいて報告する。

口頭

大強度パルス中性子用シンチレーション検出器の開発,2; ISIS型一次元中性子検出器用デジタル信号処理法の開発

海老根 守澄; 片桐 政樹; 美留町 厚; 坂佐井 馨; 中村 龍也; 曽山 和彦; 佐藤 節夫*; Schooneveld, E.*; Rohdes, N.*

no journal, , 

英国ISISパルス中性子施設が開発したZnS/$$^{6}$$LiFシンチレータを用いた一次元中性子検出器用信号処理回路のデジタル信号処理法の開発を行った。光電子増倍管から出力された信号をディスクリミネータ回路でデジタル信号化した後、FPGAを用いて信号処理を行い120chの一次元イメージを得た。

口頭

大強度パルス中性子用シンチレーション検出器の開発,3; フォトンカウンティング用高速アンプ・ディスクリミネーション技術の開発

美留町 厚; 片桐 政樹; 海老根 守澄; 中村 龍也; 佐藤 節夫*

no journal, , 

波長シフトファイバを用いた高位置分解能中性子イメージ検出器を多チャンネル化し実用化する場合に不可欠な高速アンプ・ディスクリミネーション技術の開発を行った。開発・評価用回路を試作し、そのフォトンカウンティング特性を測定した。

口頭

大強度パルス中性子用シンチレーション検出器の開発,6; 中性子イメージ検出器用多機能FPGA信号処理回路の開発

海老根 守澄; 片桐 政樹; 美留町 厚; 中村 龍也; 曽山 和彦; 佐藤 節夫*

no journal, , 

シンチレータを用いた中性子イメージ検出器の実用化に不可欠なコストの低減と高性能化を実現するため、色々なイメージ検出処理に対応した多機能FPGA信号処理回路を開発した。入力仕様と出力仕様の共通化により中性子イメージのTOF測定に対応可能とした。

口頭

大強度パルス中性子用シンチレーション検出器の開発,5; 多チャンネル高速デジタル信号化回路の開発

美留町 厚; 片桐 政樹; 海老根 守澄; 中村 龍也; 曽山 和彦; 佐藤 節夫*

no journal, , 

シンチレータを用いた高位置分解能中性子イメージ検出器を実用化するため、高速アンプ・ディスクリミネータ回路の多チャンネル化を行った。6層基板を用いた32チャンネル回路を試作し、検出器と組合せてそのフォトンカウンテング特性を試作した。

口頭

大強度パルス中性子用シンチレーション検出器の開発,10; 中性子イメージ検出器用イメージ信号処理回路の開発

海老根 守澄; 片桐 政樹; 美留町 厚; 中村 龍也; 細谷 孝明; 曽山 和彦

no journal, , 

シンチレータと波長シフトファイバを用いた高位置分解能中性子イメージ検出器に用いるため、100MHzで動作するFPGAを使用したイメージ信号処理回路を開発した。中性子の入射に伴い発生する蛍光をX・Y方向に配置した波長シフトファイバで検出しフォトンカウンティングされた信号を、本回路において100MHzクロックでサンプリングした後、中性子の入射位置に対応した信号パターンを用いてX・Y入射位置を決定し中性子イメージを取得する。本回路による中性子位置検出特性について報告する。

口頭

大強度パルス中性子用シンチレーション検出器の開発,11; 中性子ビームモニタ検出器用高計数率信号処理回路の開発

美留町 厚; 片桐 政樹; 中村 龍也; 細谷 孝明; 海老根 守澄; 曽山 和彦

no journal, , 

中性子シンチレータとしてZnS:Ag/B$$_{2}$$O$$_{3}$$検出体とZnO:Ga/B$$_{2}$$O$$_{3}$$検出体を用いた中性子ビームモニタの開発を進めた。ZnS:Ag/B$$_{2}$$O$$_{3}$$検出体の場合、蛍光寿命が比較的長いためパルス整形時定数を持つ信号処理回路とした。また、ZnO:Ga/B$$_{2}$$O$$_{3}$$検出体の蛍光寿命は数nsと非常に短いためフォトンカウンティング回路を用いた信号処理回路とした。それぞれの中性子ビームモニタについて、中性子に対する検出特性を報告する。

口頭

J-PARCの新しい飛行時間型単結晶中性子回折計iBIXの二次元検出器システム開発

片桐 政樹; 中村 龍也; 海老根 守澄; 美留町 厚; 曽山 和彦; 細谷 孝明

no journal, , 

J-PARC/MLFの茨城県生命物質構造解析装置iBIXは有機低分子から生体高分子までを対象とした新規TOF単結晶中性子回折計である。格子定数135${AA }$までの試料結晶に対応し、広い散乱角をカバーするために、二次元検出器には高時間・空間分解能及び小さい不感領域が求められている。現存する検出器でこれらの要求を満たすものは存在しないため、原子力機構では波長変換ファイバ読取型の二次元シンチレータ検出器・データ集積システムが新規に開発されてきた。本検出器は有感領域が133$$times$$133mm$$^{2}$$(全体の約70%)、時間方向は1$$mu$$s、空間方向は1ピクセル0.52mm(分解能1mm程度)である。本発表では両システムの開発現状と、評価結果について報告を行う。

口頭

大強度パルス中性子用シンチレーション検出器の開発

海老根 守澄; 中村 龍也; 片桐 政樹; 美留町 厚; 細谷 孝明*; 曽山 和彦

no journal, , 

J-PARCに使用するシンチレータと波長シフトファイバを用いた高位置分解能中性子イメージ検出器システムに用いるため、100MHzで動作するFPGA2個から構成する信号処理回路及びFPGAを2個使用したTOFデータ収集回路を開発し実用化した。

口頭

大強度パルス中性子用シンチレーション検出器の開発,16; 高S/N中性子ビームモニタ検出器用信号処理回路

中村 龍也; 片桐 政樹; 海老根 守澄; 細谷 孝明*; 曽山 和彦; Schooneveld, E.*; Rhodes, N.*

no journal, , 

J-PARCの大強度パルス中性子源を用いた中性子散乱実験装置においては、実験試料に照射されるパルス中性子数をTOF測定で常にモニタしておく必要がある。特に、広範囲な中性子エネルギーを高計数率でかつ高S/N比で安定に計測する必要がある。このため、短寿命成分が約200nsの蛍光寿命を持ちかつ$$gamma$$線に対する感度が低いZnS:Ag蛍光体と中性子捕獲断面積の小さい中性子コンバータを混合して作成した低感度中性子シンチレータを用いた中性子ビームモニタの開発を進めている。ZnS:Ag蛍光体にはスロー蛍光寿命成分があり、蛍光検出に用いる光電子増倍管にはパルス性ノイズが多いことから、ISIS型信号処理方式を用いた信号処理回路を用いて、中性子ビームモニタの高計数率を維持しかつ高S/N比を図った。

口頭

高精度放射線・中性子計測のための信号処理・回路技術の開発,2; 高精度イメージングのための新イメージ信号処理回路の開発

海老根 守澄; 片桐 政樹*; 中村 龍也; 美留町 厚; 細谷 孝明*

no journal, , 

シンチレータと波長シフトファイバを用いた中性子イメージ検出器における高精度イメージングを実現するため、新しいイメージ信号処理回路の開発に着手した。従来、高位置分解能検出器の中性子入射位置決定には、光電子増倍管から出力されるフォトン信号の出力パターンを用いていたが、各チャネルに出力されるフォトン個数を計測し、その情報をもとに入射位置を決定する新しいイメージ信号処理回路を開発した。

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