First demonstration of a single-end readout position-sensitive optical fiber radiation sensor inside the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station based on wavelength-resolving analysis

寺阪 祐太; 佐藤 優樹; 瓜谷 章*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1062, p.169227_1 - 169227_6, 2024/05

https://doi.org/10.1016/j.nima.2024.169227

We have developed a new position-sensitive optical fiber radiation sensor that achieves single-end readout and high dose rate application. The sensor determines the incident position of radiation on the optical fiber by using the wavelength dependency of light attenuation within the fiber. Through the analysis of the output wavelength spectrum from the fiber end, the incident position of radiation on the optical fiber can be inversely estimated using the spectrum unfolding procedure. Using this optical fiber sensor, we conducted a measurement of radiation distribution inside the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS). The actual trend of incident position of radiation was successfully reproduced in a high dose rate area, with a maximum dose rate exceeding 100 mSv/h. This validates the effectiveness of our new position-sensitive optical fiber radiation sensor.

Neutron/-ray discrimination based on the property and thickness controls of scintillators using Li glass and LiCAF(Ce) in a -ray field

冠城 雅晃; 島添 健次*; 寺阪 祐太; 富田 英生*; 吉橋 幸子*; 山崎 淳*; 瓜谷 章*; 高橋 浩之*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1046, p.167636_1 - 167636_8, 2023/01

https://doi.org/10.1016/j.nima.2022.167636

波形分別手法を実施せず、強い線場において熱中性子検出器をするための無機シンチレーターの厚さと性質の制御に焦点を当てた。測定では、0.5mmならびに1.0mm厚のGS20(Liガラス)ならびにLiCaAlF結晶(LiCAF:Ce)を採用し、上記のシンチレーターを結合させた光電子増倍管からのパルス信号を1Gspsのデジタル信号処理に入力し、360ns間の波形面積を積分した。Coの線場において、0.5mm厚のGS20では0.919Gy/hまで中性子検出器が可能であった。一方で、0.5mm厚のLiCAF:Ceは、0.473Gy/hまで中性子検出が可能であったが、0.709Gy/hで中性子検出器が不可能であり、中性子/線分別において、GS20は、より良いエネルギー分解能と高中性子検出効率により、LiCAF:Ceよりも優れている結果であった。

Theoretical and experimental estimation of the relative optically stimulated luminescence efficiency of an optical-fiber-based BaFBr:Eu detector for swift ions

平田 悠歩; 佐藤 達彦; 渡辺 賢一*; 小川 達彦; Parisi, A.*; 瓜谷 章*

Journal of Nuclear Science and Technology, 59(7), p.915 - 924, 2022/07

https://doi.org/10.1080/00223131.2021.2017372

放射線測定において、検出器の線量応答を高い信頼性を持って評価することは、放射線治療,放射線防護,高エネルギー物理学など、多様な分野で共通した課題となる。しかし、多くの蛍光現象を利用する放射線検出器では、高い線エネルギー付与(LET)を持つ放射線に対して消光効果と呼ばれる検出効率の低下を示すことが知られている。また、この消光現象は、異なる種類の粒子線による微小領域へのエネルギー付与分布の変化にも依存する。先行研究では、PHITSコードのマイクロドジメトリ計算により消光現象を予測する手法が開発されていた。本研究では、この成果を活用して、PHITSのマイクロドジメトリ計算により、BaFBr:Eu検出器の光刺激蛍光(OSL)効率を予測した。また、He, C, Neのイオンビーム照射実験を行い、BaFBr:Eu検出器の発光効率変化を測定し、計算による予測値を検証した。本検証では、PHITSのマイクロドジメトリ計算でターゲット球の直径を30-50nmと設定することで、発光効率の予測値が実験値を再現した。また、計算によりBaFBr:Euの発光効率の粒子線種に対する依存性を明らかにし、PHITSのマイクロドジメトリ計算がBaFBr:EuのOSL測定結果を正確に予測できることを示した。

Strain distribution visualization of punched electrical steel sheets using neutron Bragg-edge transmission imaging

笹田 星児*; Takahashi, Yoshihito*; Takeuchi, Keisuke*; 廣井 孝介; Su, Y. H.; 篠原 武尚; 渡辺 賢一*; 瓜谷 章*

Japanese Journal of Applied Physics, 61(4), p.046004_1 - 046004_8, 2022/03

https://doi.org/10.35848/1347-4065/ac5153

Residual strains in a punched electrical steel sheet increase the iron loss in the steel sheet. To accurately estimate the effect of residual strain on iron loss, the residual strain distribution in a punched electrical steel sheet should be evaluated. In this study, we demonstrated the two- dimensional imaging of the residual strain distribution in a punched electrical steel sheet using the neutron Bragg-edge transmission imaging method. To improve the accuracy of strain measurement with minimal deterioration of spatial resolution, we applied a process of superposing many specimen images. The tensile strain near the punched edge and the compressive strain inside the core were experimentally confirmed using this method. Finally, the neutron Bragg-edge imaging results and those obtained from kernel average misorientation map using electron backscattered diffraction were compared to verify the validity of the proposed method.

Feasibility study of the one-dimensional radiation distribution sensing method using an optical fiber sensor based on wavelength spectrum unfolding

寺阪 祐太; 渡辺 賢一*; 瓜谷 章*; 山崎 淳*; 佐藤 優樹; 鳥居 建男; 若井田 育夫

Journal of Nuclear Engineering and Radiation Science, 7(4), p.042002_1 - 042002_7, 2021/10

https://doi.org/10.1115/1.4048841

福島第一原子力発電所原子炉建物内の高線量率環境での線源分布測定への応用を目指し、波長スペクトルのアンフォールディング処理に基づく光ファイバーを用いた新しい一次元放射線分布測定法を開発した。開発した手法は光ファイバー内を伝搬する光の減衰量が波長依存であることを利用して、光ファイバー端から出力された波長スペクトルをアンフォールディングすることにより、光ファイバーへの放射線の入射位置を逆推定するというものである。この手法は光強度の積分値を利用するため、パルスカウンティングを行う放射線検出器を使用した場合に高線量率環境下で発生する計数損失や信号パイルアップの問題を回避することができる。本研究では紫外光源とSr/Y放射線源を用いた基礎実験を行い、線源位置検出の基本特性を確認した。

Development of one-dimensional optical fiber type radiation distribution sensing method based on wavelength spectrum unfolding

寺阪 祐太; 渡辺 賢一*; 瓜谷 章*; 山崎 淳*; 佐藤 優樹; 鳥居 建男; 若井田 育夫

Proceedings of International Youth Nuclear Congress 2020 (IYNC 2020) (Internet), 4 Pages, 2020/05

For the application in the measurement of the high dose rate hot spots inside the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station buildings, we propose a wavelength-resolved type one-dimensional radiation distribution sensing method using plastic scintillating fiber (PSF). The proposing method estimates the incident position of radiation to the PSF by the unfolding of the wavelength spectrum output from the fiber edge using the fact that the attenuation length of scintillating light depends on the wavelength. By measuring the response function in advance, which defined as the wavelength spectrum measured at the fiber edge by the spectrometer with every transmission distance, the spectrum which can obtain when measured a certain radiation distribution can be expressed as the convolution of the response function. This method can avoid the problem of chance coincidence effect and signal pile-up, which occurs in the radiation detector with pulse counting mode under high dose rate field because this method measures the integrated light intensity. Through basic experiment using the ultraviolet irradiation source and Sr point source, basic properties of inverse estimation of irradiated position were confirmed, which showed that source position was reasonably estimated using the response function which obtained by the ultraviolet irradiation source in advance.

Photodisintegration cross section measurements on W, Re and Os; Implications for the Re-Os cosmochronology

静間 俊行; 宇都宮 弘章*; Mohr, P.*; 早川 岳人; 後神 進史*; 牧永 あや乃*; 秋宗 秀俊*; 山県 民穂*; 太田 雅久*; 大垣 英明*; et al.

Physical Review C, 72(2), p.025808_1 - 025808_9, 2005/08

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.72.025808

産業技術総合研究所のレーザー逆コンプトン線を用いて、W, Re, Os核の光核反応実験を行い、中性子放出のしきい値エネルギー近傍の詳細な断面積を測定した。得られた実験データと核統計模型による計算値との比較を行い、良い一致が得られた。Os核には、励起エネルギー9.75keVに第一励起状態が存在しており、元素合成過程の高温状態下では、この状態が強く生成されていたと考えられる。そこで、今回得た光核反応Os()の断面積データを用いて、Os第一励起状態からの中性子捕獲反応断面積の評価を行い、Re-Os宇宙時計に適用した。

共鳴レーザーアブレーションを用いた超高感度中性子ドジメトリー手法に関する基礎研究,原子力基礎研究H12-035(委託研究)

井口 哲夫*; 渡辺 賢一*; 河原林 順*; 瓜谷 章*; 榎田 洋一*; 渡部 和男

JAERI-Tech 2004-010, 62 Pages, 2004/03

JAERI-Tech-2004-010.pdf:2.6MB

短パルス・高繰り返し率で適切な出力強度の得られる波長可変レーザーを用いて、中性子ドジメトリーへ共鳴アブレーション(RLA)現象を効果的に活用するため、理論モデルにより最適条件、すなわち、高感度性と元素選択性の両立を図ることのできる条件を探索した。その結果、従来の低繰り返しレーザーと比べ、約100倍検出感度を改善できることを実証した。さらに、改良型RLA-質量分析システムにより、14MeVDT中性子照射を行った高純度Al試料中に生成された極微量長半減期核種Al-26を明瞭に検出することに成功し、本分析手法に基づく中性子ドジメトリー手法の実現可能性を示すことができた。

Radioactivity measurements of Ir wire sources with a microcalorimeter

源河 次雄; 岩本 清吉; 竹内 紀男; 瓜谷 章*; 森 千鶴夫*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 339, p.398 - 401, 1994/00

https://doi.org/10.1016/0168-9002(94)91839-2

金属イリジウム-192線源を微少熱量計を用いて非破壊で放射能を測定した。線源からの放射線を全て吸収して熱エネルギーに変換するために、タングステン製の放射線吸収体を作製して用いた。試料となる線源は、0.110mmのIr-Pt合金を0.1mm厚のPtで被覆したものである。約60MBqの線源を3.2%の不確かさ以内で測定することができた。熱量計による測定値は、電離箱による値より約10%高いが、熱量測定では、放射線の線源内での自己吸収による影響がないので、その差が出たものである。

Crystallographic characterization on different types of structure (Tsukurikomi) of Japanese swords using pulsed neutron imaging and diffraction methods

及川 健一; 鬼柳 善明*; 篠原 武尚; 甲斐 哲也; 渡辺 賢一*; 瓜谷 章*; 堀 元紀*; 平田 悠歩*

no journal, , 

The Japanese swords are very attractive not only as a work of art but also a metallurgical point of view. There are various kinds of the structure combining the Japanese swords materials. Non-destructive experiments such as pulsed neutron imaging and diffraction are powerful tools to study metallic cultural heritages due to their high penetrating power and capability to give crystallographic information. For the first trial of our study, three kinds of Japanese swords were made by a swordsmith. Pulsed neutron imaging and diffraction experiments were performed at RADEN and NOBORU at J-PARC, respectively. Each sword samples were cut in three parts to be measured simultaneously by using the 100100 mm area detector, nGEM. Neutron diffraction experiments were focused on specific parts of the swords to see the difference in combination of the steels. Detailed analysis results will be presented at the meeting.