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佐々木 美雪; 阿部 裕稀*; 眞田 幸尚; 鳥居 建男*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1072, p.170207_1 - 170207_12, 2025/03
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Instruments & Instrumentation)フラクタル構造を採用した全方位放射線イメージング装置「FRIEシステム」を開発した。本論文では、福島第一原子力発電所のような廃止措置環境内での放射能分布を正確に推定するために設計されたFRIEシステムの開発と評価について述べる。FRIEシステムは、16個の四面体形状の放射線センサーで構成されており、それらがシェルピンスキー四面体形状に配置されている。また、センサー間の空間にはタングステンベースの合金が充填され、放射線シールドとして機能している。本研究では、シミュレーションと実際の測定試験を通じて、FRIEシステムの放射能分布推定性能を評価した。その結果、測定密度を少なくとも2point/m
、位置誤差を
10cm以内、角度誤差を10度以内に制限することで、約30度の角度分解能で線源位置を推定可能であることが確認された。FRIEシステムの結晶配置や遮蔽材の改良を行うことで、さらなる性能向上が期待される。本研究は、フラクタルを基盤とした放射線イメージング技術の革新的な実装を示しており、放射線測定に新たな方向性を提供するものである。
阿部 裕稀*; 佐々木 美雪; 鳥居 建男*; 床次 眞司*; 眞田 幸尚
no journal, ,
東京電力福島第一原子力発電所の廃炉を円滑に進めるためには、建屋内の放射能分布を把握する必要がある。私たちは、全方向に同等の感度を有し、個々の検出器の応答特性の違いから放射線の飛来方向を特定可能な小型で持ち運び可能な全方位指向性放射線検出器(FRIE)を開発してきた。FRIEは自己相似形であるSierpinski四面体を模擬して結晶を配置しており、逆問題解析と組み合わせることで放射瀬能分布を3次元的にイメージング可能なシステムである。本発表では、新たに高ガンマ線量環境下用に開発したFRIEの放射能分布推定精度評価結果及びフィールド測定結果について報告する。
阿部 裕稀*; 佐々木 美雪; 鳥居 建男*; 床次 眞司*; 眞田 幸尚
no journal, ,
福島第一原子力発電所の廃炉を円滑に進行させるためには、建屋内の放射性汚染分布を把握し、効率的に除染を行う必要がある。建屋内には、放射性汚染物が床面や壁、天井など3次元的に存在しているため、汚染分布を3次元的に把握する必要がある。われわれは、フラクタル形状であるSierpinskiの四面体型を模擬した、小型かつ持ち運びが可能な放射線検出器FRIE (Fractal Radiation Imaging Element)を開発した。FRIEは個々のセンサーの方向特性を利用し、逆問題解析の一種である最尤推定期待値最大化法(ML-EM法)と組み合わせることで三次元的に放射能分布を推定することが可能である。本発表では、新たに高ガンマ線量下用に開発したFRIEの基礎特性を評価した結果について報告する。
阿部 裕稀*; 佐々木 美雪; 鳥居 建男*; 床次 眞司*; 眞田 幸尚
no journal, ,
福島第一原子力発電所の廃炉を進めるためには、建屋内の放射能分布を把握する必要がある。そこで私たちは、高線量環境で使用できる小型で携帯可能な全方向性放射線検出器(FRIE)の開発及び評価を行った。FRIEは、フラクタル形状であるシェルピンスキーの四面体形にシンチレータを配置しており、FRIEの計数率と最大尤度期待値最大化法を組み合わせることで、放射能分布を三次元的にイメージ化できる。本研究では、FRIEの測定位置にランダムな誤差を導入した場合の放射能分布推定の精度をシミュレーションで評価した。また、
Cs線源を使用した実験室試験により、放射能分布を三次元で可視化を行った。その結果、測定位置の誤差が0.2m以内であれば、線源の位置をほぼ誤差なく測定できることが確認された。また、数分の測定で線源の位置を特定し、線源の放射能強度のおおよその推定が可能であることが分かった。
佐々木 美雪; 阿部 裕稀*; 眞田 幸尚; 鳥居 建男*
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本発表では小型・軽量な装置で放射線分布を推定できるFRIE(Fractal Radiation Imaging Element)と呼ばれる放射線計測システムを開発した成果を述べる。FRIEシステムは、フラクタル形状であるシェルピンスキー四面体構成を模擬した結晶配置構造をとっており、個々のセンサーデータを使用して放射線の入射方向を特定することができる。またFRIEシステムは、放射線測定データと測定空間の三次元点群データを利用することで、測定環境における放射能分布を逆問題解析により推定することができる。その放射能分布推定分解能は約10-30度程度と、高い推定精度が得られることがシミュレーション及び実測データを用いた評価から分かっている。なお現状のFRIEシステムは、ロボットや人がセンサーを背負うことで、歩行しながら測定可能なシステムとなっている。システムには放射線検出部の他に、デプスカメラを用いた自己位置推定機能が搭載されており、衛星測位システムから位置情報を得られない屋内、又は森林内などの環境であっても測定が可能となっている。今後、FRIEシステムをそれぞれの測定環境に応じて最適化することで、放射能分布把握の効率化および推定精度向上が期待できる。
鳥居 建男*; 阿部 裕稀*; 佐々木 美雪; 眞田 幸尚
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自己相似形のフラクタル形状であるSierpinskiの四面体形状の放射線検出器を開発している。正四面体の放射線センサーをユニットとして、16個のGAGGシンチレータをSierpinskiの四面体形状に配置しセンサー間に重金属を充填した。3次元的な配置から、あらゆる方向からの放射線の入射に対して効率よく計数する。16個のシンチレータの全計数率は入射方向に対してほぼ同感度であるにも関わらず、個々のシンチレータの計数率から放射線の入射方向の特定が可能となる。本発表では、前回の発表をもとに新たに開発整備した測定器の
・
線源を用いた特性試験とフィールド測定結果について報告する。
阿部 裕稀; 佐々木 美雪; 鳥居 建男; 床次 眞司*; 眞田 幸尚
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廃炉作業を円滑に進める上で、放射性汚染物の撤去等による除染が重要であり、そのためには放射性物質の詳細な分布を把握する必要がある。しかし、福島第一原子力発電所(1F)の建屋内作業環境は、床面だけでなく壁や天井、多くの機器やガレキが汚染しており放射性物質は3次元的に存在しているため、簡単には汚染分布を把握することはできない。汚染分布把握のためにコンプトンカメラが開発されているが、高線量環境下では検出器周囲に遮蔽が必要なことから使用が制限される。そこで本研究では、1F内での使用を想定した高線量ガンマ線用FRIEシステムの開発を行った。PHITSを用いたモンテカルロシミュレーションにより、高線量ガンマ線用FRIEのCsに対する入射角度ごとの応答関数を取得し、放射能分布推定解析に使用した。解析にはML-EM法を使用した。本節では、我々が開発した高線量線量FRIEの放射能推定の精度評価結果の詳細について紹介する。
阿部 裕稀*; 佐々木 美雪; 鳥居 建男*; 床次 眞司*; 眞田 幸尚
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福島第一原子力発電所(FDNPP)の事故から10年以上が経過し、現在、燃料デブリの取り出しや周辺環境の調査といった廃炉に向けた緊急の作業が進行している。作業計画の効率化や作業員の被ばく低減のためには、建屋内における放射性物質の三次元的な汚染分布を把握することが不可欠である。このため、鳥井らは、フラクタル形状を模倣した小型で軽量な全方向性放射線検出器(フラクタル放射線イメージング要素: FRIE)を開発した。本研究では、FDNPPでの使用に適した高線量対応FRIEの開発と評価に焦点を当てている。開発されたFRIEは、16個のGd
GaAl
O
(GFAG)結晶がシェルピンスキーの四面体パターンで配置され、結晶間に方向性を持たせるための銅タングステン(密度: 13.7
14.1g/cm
)が充填されている。高放射線環境での利用を評価するため、モンテカルロシミュレーションを用いて測定可能な線量限界が調査した。また、測定エリアの三次元ポイントクラウドモデルと放射線画像を統合することで、三次元的な汚染分布を取得するフィールドテストも行った。汚染分布の推定には、最尤推定期待値最大化法が使用された。フィールドテストの結果、数分間の測定で線源の位置を特定でき、線源の放射能強度のおおよその見積もりも可能であることが確認された。われわれは、この検出器を四足歩行ロボットに搭載し、FDNPPでの測定を実施する予定である。
