Development of a GdSiO (GPS) scintillator-based alpha imaging detector for rapid plutonium detection in high-radon environments

森下 祐樹; 井崎 賢二; 金子 純一*; 山本 誠一*; 樋口 幹雄*; 鳥居 建男

IEEE Transactions on Nuclear Science, 67(10), p.2203 - 2208, 2020/10

https://doi.org/10.1109/TNS.2020.3014997

GdSiO(GPS)シンチレータベースの線イメージング検出器を開発し、実際のプルトニウム(Pu)粒子とRn子孫核種を測定することにより、Rn子孫核種存在下でのPu粒子検知の有効性を実証した。GPSシンチレータプレートの外形寸法は55cmで、シンチレータ層は厚さ3mmの高透明ガラス上に構成され、シンチレータ層の厚みは約50ミクロンであった。シンチレータプレートは、位置感知型光電子増倍管にシリコーングリースで光学的に結合した。開発した線イメージング検出器は良好な感度の均一性を示した。Pu粒子の放射能を検出器上の14か所の異なる位置で評価した。測定した線のカウントから放射能は正確に評価され、その差異は6%以内となった。Pu同位体の線エネルギー領域にエネルギーウィンドウを適用することにより、ラドン222子孫核種のカウントを65.3%減少することができた。Pu/Rn子孫放射能比は1/51であったが、Pu粒子は5分測定でRn子孫核種から識別された。したがって、開発した線イメージング検出器は、高いラドンバックグラウンド環境下でのでのPu粒子の汚染のモニタリングに有効である。

Optimization of thickness of GAGG scintillator for detecting an alpha particle emitter in a field of high beta and gamma background

森下 祐樹; 山本 誠一*; 井崎 賢二; 金子 純一*; 星 勝也; 鳥居 建男

Radiation Measurements, 112, p.1 - 5, 2018/05

https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2018.02.003

高線量・バックグランド下でプルトニウム同位体を検出するため、低・感度の線検出器が必要となる。そこで、線検出器のためのGAGGシンチレータの厚みの最適化を行った。0.05mm, 0.07mm, 0.1mmの厚みのシンチレータを用い、角厚みのシンチレータに対し, , 線をそれぞれ照射し、波高スペクトルを得た。線のエネルギー分解能は0.05mm厚のGAGGシンチレータが最も良かった。0.05mm、0.07mm、0.1mm、全ての厚みで感度は問題とならなかった。感度は0.05mm厚のGAGGシンチレータを用いることで、0.1mm厚のGAGGシンチレータに対し1/100に減少した。したがって、0.05mm厚のGAGGシンチレータを用いた線検出器は、高線量・バックグランド下でのプルトニウム同位体に検出に期待できる。

Performance comparison of scintillators for alpha particle detectors

森下 祐樹; 山本 誠一*; 井崎 賢二; 金子 純一*; 東井 宏平*; 坪田 陽一*; 樋口 幹雄*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 764, p.383 - 386, 2014/11

https://doi.org/10.1016/j.nima.2014.07.046

Scintillation detectors for alpha particles are often used in nuclear fuel facilities. Alpha particle detectors have also become important in the research field of radionuclide therapy using alpha emitters. We tested a new ceramic scintillator, a cerium-doped GdSiO: GPS scintillator for an alpha particle detector and compared it with three other scintillators: ZnS(Ag), GAGG, and a plastic scintillator. We optically coupled them to two photodetectors with different types (photomultiplier tube: PMT and silicon photomultiplier: Si-PM) and measured the performance of each scintillator used as the alpha detectors. GPS and GAGG are the most promising alpha particle detectors among the four scintillators because their energy resolutions are good (10% with PMT and 14% with Si-PM). From the relation between the quantum efficiency (QE) distribution of the photodetectors and the emission wavelengths of scintillators, the best combinations were coupling GPS to PMT and GAGG to Si-PM.

MOX燃料製造施設の放射線管理へのイメージングプレートの適用,2; 露光条件及び解析条件変更による影響評価

佐川 直貴; 井崎 賢二; 水庭 春美*

JAEA-Technology 2013-029, 28 Pages, 2013/11

JAEA-Technology-2013-029.pdf:3.35MB

MOX燃料製造施設の放射線管理において汚染の可視化及びその定量化は、作業環境の汚染管理における汚染状況の迅速な把握に極めて有効である。現在用いているIPの基本的な取扱方法や解析方法、Puの検出及び定量方法は、露光条件や解析条件が一定であることが条件である。しかし、現場で汚染が発生した場合、汚染試料はPuのみの状態ではなく、RnTnやPbが含まれている場合もある。そして、IP操作をしている同室で他作業を行っている場合には、室内を暗くすることが困難なため、IP露光面に光が当たりPSLの減少が起こる。本研究では、MOX燃料製造施設におけるさらなる放射線防護の高度化を図るため、露光条件の変化として、Pu露光時に鉛が混在した場合やIP露光面に光が照射されPSLの減衰が起きた場合について調査した。また、解析条件の変更として、解像度を変更した場合における解析方法について調査した。

ZnS(Ag)シンチレーション検出器による線波高弁別に関する検討; 汚染管理用機器への適用の可能性

井崎 賢二; 猪野 和生*; 水庭 春美

JAEA-Research 2008-107, 46 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-107.pdf:3.81MB

MOX燃料製造施設や再処理施設などプルトニウムを取り扱う施設においては、線測定を主体とした汚染管理が行われる。線測定の場合、天然放射性核種であるラドン子孫核種による影響を考慮する必要があり、これまで必要に応じて表面障壁型の半導体検出器を用いた波高弁別を活用することにより、ラドン子孫核種の影響低減化を図ってきた。今回、半導体検出器より耐久性や耐ノイズ性に優れたZnS(Ag)シンチレーション検出器について、波高弁別の精度を確認し、汚染管理用機器への適用の可能性について検討した。

臨界警報装置に与える宇宙線の影響に関する調査; 単一検出と宇宙線との関連

井崎 賢二; 鈴木 秀樹; 椿 裕彦; 大関 清

JAEA-Research 2007-009, 40 Pages, 2007/03

JAEA-Research-2007-009.pdf:4.17MB

核燃料サイクル工学研究所内における約20年間の臨界警報装置の運用において、3台1組で構成される検出部のうち1台の検出器で、年に数回の頻度で「単一検出」と呼ばれる検出器出力の一過性の変動が施設の放射線レベルとは無関係に発生している。放射線管理部ではこれまでにノイズ対策を含めて単一検出の発生原因について調査・検討を行っており、今回、単一検出の発生原因として考えられる「宇宙線」の影響を調査するため、保守用(予備品)の臨界警報装置の検出器を用いて長期的な観測を行い、宇宙線検出の観点から観測データを解析した。本報告書では、観測結果及び解析結果を示すとともに、宇宙線が単一検出の発生に寄与している可能性が高いことを述べる。

走行式放射線モニタの高度化に関する研究

石川 久; 根本 典雄; 井崎 賢二; 小林 博英; 谷澤 輝明*; 金澤 吉人*

JNC TN8400 2004-008, 124 Pages, 2004/05

JNC-TN8400-2004-008.pdf:58.81MB

安全研究年次計画「走行式放射線モニタの高度化に関する研究」に基づき放射線モニタリング機能の強化を目的とした走行式放射線モニタの高度化として台車、データ伝送システムの設計、ハンドリング機能の調査及びモニタリング用機器の災害環境下を想定した耐久性試験を実施したので、その結果について報告する。走行式放射線モニタの基本性能としては、小型・軽量化を念頭に施設内での平面走行、不整地面走行、階段昇降、扉の開閉等が可能な機能を有すること、操作方式は搭載したカメラによるPHS回線又はSS無線による遠隔操作とした。また、現場の災害状況をモニタリングできる機能として、計測機器(線計測、線計測、中性子線計測を中心とした放射線計測機器)をモジュール化して搭載する設計とした。搭載機器の耐久性試験では、臨界事故や火災・爆発事故等を想定した環境下での放射線状況等のモニタリングとして、走行式放射線モニタ搭載予定機器等の耐熱、耐湿度、耐放射線、耐エアロゾル(煙)試験を実施し、想定環境下での機器の健全性確認を行った耐久性試験では、耐熱試験の温度を060、耐湿度試験の湿度を6090%とした。放射線試験では、1GyのX線照射の耐久試験及び中性子線、X線、線による特性試験を行った。耐エアロゾル試験では、ベントナイト(中位径2m)を用い、濃度40g/m3で耐久性試験を実施した。以上、試験の結果、半導体検出器を除く全ての機器が上記の条件下で正常に作動することを確認した。

静電捕集型ダストモニタの開発(基礎試験結果)

伊東 康久; 野田 喜美雄; 石川 久; 井崎 賢二; 江花 稔*

JNC TN8410 2001-007, 81 Pages, 2001/03

JNC-TN8410-2001-007.pdf:3.42MB

核燃料物質取扱施設では非密封の放射性物質を取扱う場合、グローブボックス(以下「GB」という)等の包蔵性を有した設備を配置している。放射性安全の立場からは包蔵性の一時的な機能低下等を考慮し、放射性物質漏洩の早期発見及び作業者の吸入を防止する目的で種々の施策を講じている。その中の一つに作業環境中の空気中放射性物質濃度を連続監視するためのダストモニタがあげられる。一般的にダストモニタは吸引ポンプを使用して空気を吸引し空気中に浮遊するダストをろ紙に捕集する方式であり、吸引ポンプの連続運転能力、可搬性及び排気場所の確保並びに騒音等に構造的問題を持っていた。このため、ダストの捕集方法に関し、従来技術である吸引ポンプを使用しない技術開発を進めることとした。上記目的を遂行するために、静電気により空気中のダストをイオン化し、ろ紙に捕集する市販の集塵器に着目し、静電捕集型のダストサンプラ及びダストモニタを試作し、特性試験及び操作性について評価した。静電捕集方式は空気吸引方式と違い吸引量の定量化が課題であり、捕集量を定量化するためにマスクマンテストで使用している装置を用い、塩化ナトリウム(以下「NaCl」という)による捕集量の定量化と捕集分布の解析評価を実施した。また、既存の空気吸引方式であるエアスニファとラドントロン子孫核種を対象に捕集量の比較を実施した結果、ほぼ同等の捕集性能を有していることが分った。一方、静電捕集方式の機能を明確にすることと、実際に使用する管理区域内を想定して操作性等の評価を実施した結果、十分実用に耐えうることも分った。今回の試験で使用したダスト捕集用ろ紙は市販されている集塵機の付属品を用いたが、放射性ダストの捕集には適していなかった。今後、集塵ろ紙の材質適正化を行うとともに、装置の小型化と捕集効率向上を検討し、また、試作機の構造は汚染防護対策が十分ではないので、これらを考慮した再設計を行う必要がある。

核燃料施設内気流解析結果集(2)-重力沈降モデルの作成-

江花 稔; 遠藤 邦明; 井崎 賢二

PNC TN8410 95-273, 188 Pages, 1995/11

PNC-TN8410-95-273.pdf:6.68MB

プルトニウム燃料取扱施設内等の空気中における放射性物質の挙動を精度良く評価できるシステムを整備し,空気汚染発生時の放射線モニタリングの最適手法や新増設施設における放射線管理設備設計等に反映し,放射線安全評価の向上に資することを目的として「放射性物質の閉じ込めに関する研究」を行っている。このうち,施設内における空気流線解析及び粒子挙動解析を計算コードを用いて行っている。本報告は汎用多次元熱流動解析コード(AQUA)に組み込む重力沈降モデルの調査,AQUAコードへの組み込み,種々の解析について得られた結果をとりまとめたものである。得られた知見は次のとおりである。1)半導体製造の生産技術の分野で粒子の重力沈降をモデル化した粒子拡散解析を行っていることがわかった。また,クリーンルーム内の換気回数は核燃料施設内の換気回数の10倍以上あるため,粒径10m程度では拡散に影響を与えなかった。2)市販の解析コードにも,重力沈降をモデル化しているコードがあった。3)AQUAコードへの重力沈降モデルの組み込みは,物質輸送モデルのz方向成分に重力沈降速度を加えることにより可能となった。4)クリーンルーム内気流解析については,粒子拡散分布が文献に示す実験値と一致しなかった。この実験を模擬するにはAQUAコードの乱流モデル定数をパラメータとするチューニングを行う必要がある。5)核燃料施設内の気流解析については,換気回数がクリーンルームに比べ1/10以下であるため,粒径10mでも拡散に影響することがわかった。

臨界警報装置に与える宇宙線の影響に関する調査

井崎 賢二; 大関 清; 古田 定昭; 鈴木 秀樹*

no journal, , 

臨界警報装置は、検出器部分にプラスチック・シンチレータ及び光電子増倍管を用い、その出力変動(電圧変動)を監視するタイプの装置であり、一般的なパルス計数型の放射線計測器とは異なるものである。これまで、原子力機構の核燃料サイクル工学研究所に設置されている臨界警報装置では、特定の施設において「単一検出(3つの検出器で構成される検出部において1つの検出器のみでトリップレベルを超える事象)」がまれに発生している。臨界警報装置では2/3論理回路を適用しているため、「単一検出」が臨界警報の吹鳴に至ることはないが。「単一検出」の発生防止の観点から電磁波や電源ノイズの影響についてハード的な対策を施すとともに、発生要因として考えられる宇宙線の影響について調査・評価している。今回、臨界警報装置の検出器の出力を長期的に観測し、検出器に与える宇宙線の影響について評価したので報告する。