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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:42.29(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:30.13(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:15.78(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 performance for IBARAKI biological crystal diffractometer iBIX with new detectors

日下 勝弘*; 細谷 孝明*; 山田 太郎*; 友寄 克亮; 大原 高志; 片桐 政樹*; 栗原 和男; 田中 伊知朗*; 新村 信雄*

Journal of Synchrotron Radiation, 20(6), p.994 - 998, 2013/11

 被引用回数:18 パーセンタイル:19.56(Instruments & Instrumentation)

茨城生命物質構造解析装置iBIXは、主にあらゆる生命維持に関わる生体巨大分子の水素、プロトネーションや水和構造解明を目的とした飛行時間型中性子単結晶回折計である。2008年後半から、iBIXは茨城大学の支援によりユーザ実験に利用されている。2012年8月から既存の14台の検出器の更新が行われ、16台の新しい検出器がiBIXに設置された。現在の回折計の測定効率は、加速器出力の増加に伴い、以前の測定効率に比べて1オーダ改善した。2012年12月には、アップグレードされた検出器を用いた運用のコミッショニングに成功し、標準蛋白質であるリボヌクレアーゼAの回折データセット収集が試みられた。検出器アップグレード以前データ収集を行ったリボヌクレアーゼAの結果と比較し、最新のiBIXの性能評価を実施した結果、回折データの分解能、等価反射強度および構造精密化のR-factorが劇的に改善した。iBIXは世界で最も高性能な生物専用の中性子単結晶回折装置の一つであると予想される。

論文

A Line pair indicator made of Gd film for evaluating spatial resolution

安田 良; 松林 政仁; 酒井 卓郎; 野島 健大; 飯倉 寛; 片桐 政樹*; 高野 勝昌*; Pikuz, T.; Faenov, A.*

Physics Procedia, 43, p.196 - 204, 2013/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:34.64

A device for evaluating spatial resolution of a neutron imaging system was developed. By laser processes the line-pair patterns were fabricated on the 5 micrometer thick Gd film evaporated on a glass plate. Large line-pairs ranging from 0.2 to 2 mm wide were machined by Nd:YVO$$_{4}$$ laser with 30 micometer in spot size and displayed on a brightness field. Small line-pairs ranging from 0.01 to 0.1 mm wide were done by eximer laser as a dark field. In the results of SEM observation, although the large line-pairs machined by Nd:YVO$$_{4}$$ laser chipped on the corner of the Gd bars, difference between the measured and designed line-pair eidthe controled within 20 micormeter absolutely. In small line-pairs below 0.1 mm processed by the eximer laser, sharper edge could be formed than that in the large line-pairs. In neutron imaging tests using a LiF/ZnS(Ag) scintillator and a CCD camera system, good contrast images were obtained at brightness field even in 5 micrometer thick. Small line-pairs on the dark field were observed at a LiF single crystal detector, which has ultra-high spatial resolution around 5 micrometer. Split of the small line-pairs even in 0.01 mm wide were shown with good contrast on the image.

論文

Development of an imaging system for the observation of water behavior in a channel in PEFC

野島 健大; 安田 良; 竹中 信幸*; 片桐 政樹*; 飯倉 寛; 酒井 卓郎; 松林 政仁

Physics Procedia, 43, p.282 - 287, 2013/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:19.69

発電中のJARI標準燃料電池のガス流路内における水の挙動を可視化するために、従来に比べてノイズが低いリアルタイム撮像システムを開発した。この撮像システムは、EM-CCDカメラ、高輝度LiF/ZnS(Ag)コンバータ及び小角スリットシステムで構成されている。EM-CCDカメラは、数秒オーダーで生じる燃料電池内部の事象を捉えることができる。高輝度LiF/ZnS(Ag)コンバータは原子力機構が開発したコンバータであり、TNRFで通常使用している市販のNRコンバータと比較し、高い輝度を有する。また、スリットシステムにより$$gamma$$線由来のホワイトスポットの低減を可能とし、画像データ上のピクセルにおけるミスカウントが抑止され、定量評価をするうえで効果が得られる。これらを用いて、発電中における燃料電池の可視化を行い、流路中の水分挙動をその場観察を行った。

論文

Influence of powder particle size and scintillator layer thickness on the performance of Gd$$_{2}$$O$$_{2}$$S:Tb scintillators for neutron imaging

安田 良; 片桐 政樹*; 松林 政仁

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 680, p.139 - 144, 2012/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:64.21(Instruments & Instrumentation)

Gd$$_{2}$$O$$_{2}$$S:Tb scintillator has much higher neutron-capture cross-section than ZnS/LiF commonly used in neutron radiography. Characteristics of those scintillators correlate to some material parameters including scintillator-thickness and powder-size. Three types of Gd$$_{2}$$O$$_{2}$$S:Tb scintillator with different particle size were prepared, and effects of the powder size and thickness on the scintillator characteristics were evaluated using a sensitivity indicator (SI) and a beam purity indicator (BPI). Intensity of scintillation increases as the particle size increases. In addition, the intensity was saturated at a thickness each scintillator. It is considered that those phenomena are caused by difference in the packing rate of powder near substrate and flight path of thermal neutrons and internal conversion electrons in the scintillator.

論文

Evaluations of the new LiF-scintillator and optional brightness enhancement films for neutron imaging

飯倉 寛; 筒井 紀彰*; 中村 龍也; 片桐 政樹*; 呉田 昌俊; 久保 純*; 松林 政仁

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 651(1), p.100 - 104, 2011/09

 被引用回数:6 パーセンタイル:44.46(Instruments & Instrumentation)

原子力機構では、秩父富士と共同で中性子用シンチレータの開発を行ってきている。本研究では、新たに開発された$$^{6}$$LiF/ZnS系シンチレータ型コンバータの性能評価を行った。従来品と比べて、空間分解能は同等の性能を保持したまま輝度は約2倍明るくなることが確認された。本コンバータと高速度カメラシステムの利用により高速撮像の画質が格段に向上し、毎秒1万フレーム以上の撮像も可能となった。本技術は運転中の自動車エンジン内のオイル挙動等のハイフレームレート計測等に活用されるに至った。さらに、シンチレータの発光面に光指向性を持たせる輝度向上フィルムを設置することにより、カメラ側の受光強度を増加させることを考案した。これにより、空間分解能はやや低下するが、受光強度をさらに約3倍明るくさせることに成功した。

論文

Evaluation of water distribution in a small-sized PEFC by neutron radiography

安田 良; 塩澤 方浩*; 片桐 政樹*; 竹中 信幸*; 酒井 卓郎; 林田 洋寿; 松林 政仁

電気化学及び工業物理化学, 79(8), p.614 - 619, 2011/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:96.41(Electrochemistry)

Neutron radiography is a useful tool for visualization of water distribution in fuel cells. In this study, we prepared a high spatial resolution neutron imaging system and small-sized fuel cell, and observed the through-plane water distribution in the fuel cell after operation. Fuel cell operations were carried out while varying the gas flow rate in the constant current mode. In low flow rate conditions, voltage decreased as operation time increased, and dropped below 0.2 V at 7.5 min. In neutron images obtained after fuel cell operation, water distribution was observed around the membrane electrode assembly (MEA) at the beginning of the operation and expanded over time to the gas diffusion layer (GDL) and channel on the cathode side. In higher flow rate conditions, fuel cell operation was more stable than in the low flow rate conditions. Neutron imaging results suggest that stable fuel cell operation is attributable to water discharge due to expulsion by the gas flow.

論文

数十MeV級レーザー駆動型粒子線用オンライン・トムソンパラボラの開発

榊 泰直; 金崎 真聡; 堀 利彦*; 福田 祐仁; 余語 覚文; 西内 満美子; 片桐 政樹*; 仁井田 浩二*

Proceedings of 8th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.667 - 669, 2011/08

原子力機構では、コンパクトな高エネルギー粒子源の開発を目指し、レーザー駆動型粒子線源の開発を行っている。2010年報告したように、これまでにCO$$_{2}$$クラスターをターゲットとして用いた際には、10MeV/核子を超えるような高エネルギー粒子線が実現されているが、その物理メカニズムを深く掘り下げさらに効率的な加速を行うためには、レーザー光やクラスターのパラメータの最適化をこれまで以上に実施していく必要がある。レーザー駆動型粒子線の計測では、レーザーが物質に照射されて生じるプラズマ状態から発生する、電子線やX線などのさまざまな放射線の影響があるために、電子に感度がないCR39などの固体飛跡検出器が一般的に使われている。そのため、レーザー光とイオン発生に関する計測は実時間性のないCR39の解析をパラメータごとに大量に行わねばならず、そのことがデータ解析の進捗を妨げることが多いのが現状である。そこで、数十MeVのオンライン計測を狙い、原子力機構が開発した中性子検出用の蛍光体(ZnS)と、そのデータ解析にPHITSコードを利用した、オンライン型の高精度トムソンパラボラスペクトロメーターを開発する手法を確立したので報告する。

論文

Prompt in-line diagnosis of single bunch transverse profiles and energy spectra for laser-accelerated ions

榊 泰直; 西内 満美子; 堀 利彦; Bolton, P.; 余語 覚文; 片桐 政樹*; 小倉 浩一; 匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; 織茂 聡; et al.

Applied Physics Express, 3(12), p.126401_1 - 126401_3, 2010/11

 被引用回数:6 パーセンタイル:66.09(Physics, Applied)

これまで、レーザー駆動型粒子線加速実験においては、ビーム診断手法にCR39という固体飛跡検出器を用いることが一般的であった。しかし、固体検出器は実時間性を持たない検出器であるために、不安定なプラズマから粒子が発生するメカニズムの解明においては、その不安定性がレーザーに依存するものか、プラズマ自身が持つものなのかが1ショットごとに分析できなかった。そこで、それらの問題を解決するために、蛍光膜モニタを使った加速粒子のビーム形状とTOF法によるエネルギー分布を1ショットごとに観測できるシステムを構築した。この構築には、原子力機構が開発したPHITSコードを用いて、その設計性能の高さ及び、診断解析への有効性を示している。

論文

A Half-millimetre spatial resolution fibre-coded linear position-sensitive scintillator detector with wavelength-shifting fibre read-out for neutron detection

中村 龍也; Schooneveld, E. M.*; Rhodes, N. J.*; 片桐 政樹; 藤 健太郎; 坂佐井 馨; 曽山 和彦

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 606(3), p.675 - 680, 2009/07

 被引用回数:8 パーセンタイル:41.15(Instruments & Instrumentation)

A fibre-coded linear scintillator detector with a half-millimetre spatial resolution was developed with wavelength-shifting fibre read-out. The head of the detector comprised a ZnS/$$^{6}$$LiF scintillator placed on the ribbon of WLS fibres. Both ends of the fibres were coded to reduce the number of read-out photomultipliers and associated electronic circuitry. The prototype detector in which the fibre ribbon was sandwiched between two ZnS/$$^{6}$$LiF scintillators exhibited a spatial resolution of 0.5 mm, a detection efficiency of 35% for 1-${AA}$ neutrons, and a $$gamma$$ sensitivity of less than $$10^{-7}$$. This type of detector would be useful where a submillimetre spatial resolution is required with large detector coverage such as in neutron reflectometers.

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:55.95(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

Aalpha-ray detection with a MgB$$_{2}$$ transition edge sensor

岡安 悟; 片桐 政樹; 北條 喜一; 森井 幸生; 三木 重信*; 島影 久志*; Wang, Z.*; 石田 武和*

Physica C, 468(15-20), p.1998 - 2000, 2008/09

 パーセンタイル:100(Physics, Applied)

MgB$$_{2}$$超伝導体の超伝導転移端(TES)を利用した中性子センサーの開発を行っている。この目的のため低ノイズの測定系を開発してきた。この測定系の有用性を検証するため$$^{241}$$Amを用いた$$alpha$$線検出を試みた。感度をかせぐため試料は1$$mu$$m幅で35$$mu$$mの長さの短いミアンダパターンを用いた。定電流モードで測定を行ったところ$$alpha$$線の検出に成功した。バイアス電流は6$$mu$$Aであった。

論文

Superconducting MgB$$_2$$ thin film detector for neutrons

石田 武和*; 西川 正利*; 藤田 賢文*; 岡安 悟; 片桐 政樹*; 佐藤 和郎*; 四谷 任*; 島影 久志*; 三木 茂人*; Wang, Z.*; et al.

Journal of Low Temperature Physics, 151(3-4), p.1074 - 1079, 2008/05

 被引用回数:25 パーセンタイル:25.91(Physics, Applied)

本論文では、ボロン同位体(質量数10)を増量した超伝導MgB$$_2$$中性子検出器は比較的高い温度で操作可能であることを示す。基本動作原理は、ボロン同位体が中性子をよく吸収し、核反応を起こすことで、超伝導転移近傍で大きな電気抵抗変化が瞬間的に起こることであり、実験用の原子炉から射出される冷中性子が高感度で検出可能となる。出力となる発生電位差については、デジタルオシロスコープを用いて低ノイズの増幅装置を用いることで十分に検出可能であることが分かった。また、詳細な上記核反応により起こる超伝導非平衡ダイナミクスについては、時間依存のギンツブルク・ランダウ方程式のシミュレーションをスーパーコンピュータ上で実施することにより追跡可能であり、観測事実とよく符号することが分かっている。

報告書

ENGIN-X型1次元シンチレータ中性子検出器の製作と性能試験

中村 龍也; 坂佐井 馨; 片桐 政樹; 美留町 厚; 細谷 孝明; 曽山 和彦; 佐藤 節夫*; Shooneveld, E.*; Rhodes, N.*

JAEA-Research 2007-014, 14 Pages, 2007/03

JAEA-Research-2007-014.pdf:1.9MB

ENGIN-X型1次元シンチレータ中性子検出器を試作しその検出性能試験・評価を行った。試作した検出器は英国ラザフォードアップルトン研究所にて開発されたものでISISパルス中性子源ENGIN-X装置にて稼動しているものと同型である。試作した検出器はENGIN-X装置の1検出器モジュールであり、幅3mm,高さ196mmの中性子有感ピクセルが240チャンネル配置された構造を有する。検出器性能試験を行った結果、試作検出器が位置分解能3mm,中性子検出効率64%(中性子波長1.8${AA}$)、計数ユニフォーミティー6$$sim$$7%、$$^{60}$$Co $$gamma$$線感度$$sim$$5$$times$$10$$^{-7}$$を有することを確認し、大強度陽子加速器計画における残留応力解析や粉末回折実験装置に必要な1次元シンチレータ中性子検出器の国産化の見通しを得た。

論文

InSb cryogenic radiation detectors

神野 郁夫*; 菱木 繁臣*; 杉浦 修*; Xiang, R.*; 中村 龍也; 片桐 政樹

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 568(1), p.416 - 420, 2006/11

 被引用回数:13 パーセンタイル:26.45(Instruments & Instrumentation)

開発研究を進めているInSb半導体を用いた放射線検出器について、$$alpha$$線,$$gamma$$線及び中性子に対する検出特性とInSbの基本特性についての研究状況を報告した。ショットキーバリア型InSb検出器について4.2Kから40Kまで温度を変化させて、5.5MeVの$$alpha$$線のエネルギースペクトルを測定した結果、40Kでもピークとして検出可能であることが確認できた。PN接合型InSb検出器を用いて、$$gamma$$線検出を試みた結果、ピークにはならないが60keVの$$gamma$$線を検出できることを確認した。以上の研究結果をベースに今後InSb半導体放射線検出器の特性改善を進める。

論文

RBPO$$_{5}$$(R=Ca, Sr)-based storage phosphors for neutron detection

坂佐井 馨; 片桐 政樹; 松林 政仁; 中村 龍也; 近藤 泰洋*

IEEE Transactions on Nuclear Science, 52(5), p.1856 - 1859, 2005/10

 被引用回数:9 パーセンタイル:40.26(Engineering, Electrical & Electronic)

中性子検出を目的として、RBPO$$_{5}$$(R=Ca, Sr)系蛍光体のストレージ特性を調べた。CaBPO$$_{5}$$:Ce$$^{3+}$$及びSrBPO$$_{5}$$:Ce$$^{3+}$$蛍光体の輝尽性蛍光出力を増大させるため、フッ素原子を導入し、その母体に対する添加モル比を最適化した。また、フッ素原子や臭素原子の導入はSrBPO$$_{5}$$:Eu$$^{2+}$$蛍光体の輝尽性蛍光出力の増大には効果的ではなかったが、Li$$_{2}$$B$$_{4}$$O$$_{7}$$粉末を導入するとその輝尽性蛍光出力が大幅に増大することを見いだした。これらの蛍光体は軽元素より構成されているため、低い$$gamma$$線感度を有する中性子ストレージ蛍光体として使用可能である。

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