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論文

Development of radiation resistant monitoring camera system

武内 伴照; 大塚 紀彰; 渡辺 恭志*; 田中 茂雄*; 小沢 治*; 駒野目 裕久*; 上野 俊二*; 土谷 邦彦

Proceedings of 2017 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2017) (Internet), 3 Pages, 2018/11

福島第一原子力発電所事故の教訓から、過酷事故時の環境でも原子炉建屋内の監視が可能な耐放射線性カメラシステムの開発を開始した。本研究は、カメラを構成する部品の要素技術開発を行い、カメラシステムの試作・性能を評価した。まず、要素技術開発として放射線環境下において100Gy未満で使用不能となるイメージセンサの劣化主因が暗電流増加であることを明らかにし、トランジスタの数を4つから3つに減らすとともに光電変換構造としてフォトゲート型を採用することで暗電流の軽減を図った。その結果、イメージセンサの耐放射線性は200kGy以上にまで向上した。また、光学系については、石英とフッ化カルシウムを用いた耐放射線プリズムとズームレンズにすることにより、1MGy照射後においても十分な性能を有することを示した。一方、その他の電子部品については、100kGy未満で故障するものもあり、一部に遮蔽構造を採用した。これらの結果を踏まえ、開発したカメラシステムが900kGy以上の照射線量でも良好な画像を取得できることを明らかにした。

論文

耐放射線性カメラ用撮像素子の$$gamma$$線照射効果

武内 伴照; 大塚 紀彰; 土谷 邦彦; 田中 茂雄*; 小沢 治*; 駒野目 裕久*; 渡辺 恭志*; 上野 俊二*

日本保全学会第13回学術講演会要旨集, p.391 - 394, 2016/07

東京電力福島第一原子力発電所事故の経験や教訓を踏まえ、プラント状態の情報把握能力の向上のため、耐放射線性カメラの開発に取り組んだ。放射線環境下におけるカメラ画像劣化の主因である撮像素子内の暗電流を抑制するため、撮像素子のトランジスタ及び光電変換部について3Tr型でフィールドプレートを有する素子(3TPD)、同型でフォトゲートを有する素子(3TPG)及び4Tr型でフォトゲートを有する素子(4TPG)を設計・試作し、$$gamma$$線照射中の暗電流と照射後の光電変換感度を測定した。その結果、3TPG型が最も耐放射線性が高く、200kGy照射後も十分なダイナミックレンジが維持された。

論文

The Prospective role of JAEA Nuclear Fuel Cycle Engineering Laboratories

小島 久雄; 土尻 滋; 田中 和彦; 武田 誠一郎; 野村 茂雄

Proceedings of International Conference on Advanced Nuclear Fuel Cycles and Systems (Global 2007) (CD-ROM), p.273 - 282, 2007/09

核燃料サイクル開発機構東海事業所から業務を引き継いで設立された核燃料サイクル工学研究所は、1959年にウラン精錬技術からの研究をもって事業を開始し、ウラン濃縮技術,軽水炉再処理,MOX燃料製造にかかわる技術開発を達成したほか、高レベル放射性廃棄物処分,高速増殖炉燃料再処理技術の研究開発を実施しており、その間適切な環境放出放射能の管理,核物質の管理を実施してきた。今後も、FBRからLWRへの過渡期の再処理技術開発,MOX燃料製造技術改良,先進的FBR燃料再処理技術開発,高レベル放射性廃棄物処分技術開発の各分野にかかわる研究開発により、核燃料サイクルの実現に貢献していく。

論文

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野村 茂雄; 河田 東海夫; 田中 和彦; 小島 久雄

Proceedings of International Conference on Future Nuclear Systems (Global'97), 0 Pages, 1997/10

CO2放出による環境問題及びエネルギー需要の問題を解決できるFBRに関し,PNCでは,先進的核燃料リサイクル技術開発として取り組んでいる。このシステムは,経済性等に優れた革新的MOX燃料製造とPurex法をベ-スとした湿式再処理から構成されている。本報告では,その開発の概要及び計画について述べる。本報告の中では,MAリサイクルを含んだR&Dについても述べるとともに,再処理と燃料製造を統合した先進施設の予備的検討結果及びそのコスト評価について示す。

論文

The Advanced fuel recycle for coming century

河田 東海夫; 小島 久雄; 田中 和彦; 野村 茂雄

Proceedings of International Conference on Future Nuclear Systems (Global'97), 0 Pages, 1997/00

CO2問題や今後のエネルギ-重要増大への解決策として、動燃はFBRを中心としたリサイクルシステムを確立すべく、現行MOX技術を基盤とした「先進的核燃料リサイクル」計画を提案してきている。この提案に基づき、現行技術の高度化、革新技術の導入、さらにはMAリサイクルの可能性も考慮しつつ、L資源の最大利用、廃棄物の最少廃棄を目指した技術開発に着手した。また、新型燃料や乾式再処理等の技術についてもその可能性を追求する計画である。本技術開発は、国内外の研究機関と協力しつつ進めていく計画である。

口頭

耐放射線性カメラ用撮像素子の照射劣化挙動

武内 伴照; 田中 茂雄*; 渡辺 恭志*; 大塚 紀彰; 小沢 治*; 駒野目 裕久*; 上野 俊二*; 土谷 邦彦

no journal, , 

過酷事故時にも使用可能な耐放射線性カメラの開発の一環として、本研究では、撮像素子のフォトゲート駆動電圧が画質に与える影響を調べた。対象材は、3トランジスタ型で光電変換部にフォトゲート(PG)と呼ばれる電極を有する撮像素子を用いた。まず、照射前にPGの駆動電圧を0$$sim$$-1.6Vの範囲で変化させ、コントラストが最も明瞭な最良の画質が得られる電圧を-1.6Vと決定した。次に、約1kGy/hの$$gamma$$線照射環境下でテストチャートを撮影したところ、-1.6Vでは、11階調の白黒テストバーのうち、白側の4階調分はコントラストが失われた。このため、0$$sim$$-0.8Vの範囲でPG駆動電圧による画質を取得したところ、コントラストが復帰するとともに、-0.2Vで最良の画質が得られることが分かった。以上より、最良の画質が得られる撮像素子PG駆動電圧は、放射線環境下と未照射環境では異なることが分かった。したがって、一般的には固定であるPG電圧を調節可能なカメラとすれば、放射線環境下における画質劣化を軽減しうることが示唆された。

口頭

耐放射線性カメラの実用化に向けた取り組み

田中 茂雄*; 小沢 治*; 渡辺 恭志*; 武内 伴照; 大塚 紀彰; 上野 俊二*; 駒野目 裕久*; 土谷 邦彦

no journal, , 

原子力発電所における監視システムの高度化の一環として、過酷事故時にも使用可能な耐放射線性カメラの開発に着手した。本研究は、耐放射線性を有しつつもカラーかつ高解像度なカメラを実現するため、対象とする型式を3CMOSカラーハイビジョンカメラとし、構成する部品の要素技術開発を行い、カメラシステムの試作・性能を評価した。まず、レンズとプリズムには、試作品の$$gamma$$線照射試験結果から、積算線量1MGy以上でも可視光領域における分光特性を保持することを確認した。また、信号処理/信号出力部を構成する部品は、一部について$$gamma$$線遮蔽構造を採用することにより1MGy以上でも使用が可能な見通しを得た。次に、耐放射線性の向上を狙ったCMOS撮像素子の設計のため、光電変換部の構造及び電極の形状を検討・試作し、$$gamma$$線照射前後及び照射中の特性試験を実施した。その結果、3トランジスタ型かつフォトゲートを有する撮像素子(3TPG)が、放射線による暗電流増加を軽減できることから、$$gamma$$線の積算線量240kGyで十分なダイナミックレンジを維持できることが分かった。

口頭

耐放射線性を有する軽水炉プラント監視システムの機器開発

武内 伴照; 大塚 紀彰; 土谷 邦彦; 田中 茂雄*; 小沢 治*; 駒野目 裕久*

no journal, , 

福島第一原子力発電所事故の教訓から、過酷事故が発生した軽水炉の状況下でも使用可能な監視システムの技術開発を実施している。本システムの開発課題として、耐放射線性カメラや可視光無線伝送システムで使用する撮像素子や電源IC等の耐放射線性が挙げられる。本研究では、耐放射線性カメラ撮像素子に対する$$gamma$$線の積算線量の影響を調べるため、異なる積算線量時においてフォトゲート(PG)駆動電圧に対する取得画像輝度のダイナミックレンジの違いを調べた。また、カメラ及び可視光無線伝送システムにおいて共通して使用する電源ICについて、$$gamma$$線環境下における出力電圧をモニタリングし、積算線量に対する変化を調べた。その結果、耐放射線性カメラに使用する撮像素子のダイナミックレンジを最大とするPG駆動電圧の最適値は積算線量に影響することが分かり、PG駆動電圧の変更によって実質的な耐放射線性を向上させたカメラシステムの可能性を見出した。また、電源ICの$$gamma$$線照射環境下における出力電圧は比較的低い積算線量で一時的に減少したが、その後に復帰してほぼ安定したことから、あらかじめ照射したICを用いること等により、放射線環境下においても安定した出力を得る見通しを見出した。

特許

光検出素子、固体撮像装置及びその駆動方法

武内 伴照; 土谷 邦彦

田中 茂雄*; 渡辺 恭志*

特願 2017-078851  公開特許公報

【課題】電荷読出領域における電界集中を抑えて暗電流の発生を抑制でき、放射線環境下でも高感度且つ広ダイナミックレンジな撮像が可能な光検出素子を提供する。 【解決手段】P型の基体領域1と、基体領域1の上部に埋め込まれ、基体領域1とフォトダイオードを構成するN型の電荷生成埋込領域5と、電荷生成埋込領域5の上面に設けられたP型のシールド領域6と、シールド領域6の上面に接して設けられたゲート絶縁膜4と、ゲート絶縁膜4上に設けられた透明電極14と、基体領域1の上部に埋め込まれたP型のウェル領域11と、電荷生成埋込領域5側のウェル領域11の端部において、基体領域1の上部に埋め込まれたN+型の電荷読出領域8とを備え、透明電極14の電位がゲート絶縁膜4を介してシールド領域6の表面に及ぼす静電ポテンシャル効果により、シールド領域6の表面にP型の電荷をピンニングする。

特許

OPTICAL-DETECTION ELEMENT, SOLID-STATE IMAGING DEVICE, AND METHOD FOR DRIVING SOLID-STATE IMAGING DEVICE

土谷 邦彦; 武内 伴照

渡辺 恭志*; 田中 茂雄*

特願 15/941023  公開特許公報  特許公報

An optical-detection element includes a p-type supporting-layer, an n-type buried charge-generation region to implement a photodiode with the supporting-layer, a p-type shield region buried in the buried charge-generation region, a gate insulating-film contacted with the shield region, a transparent electrode on the gate insulating-film, a p-type well region buried in the supporting-layer, and an n+-type charge-readout region buried in the supporting-layer at an edge of the well region toward the buried charge-generation region.

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