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報告書

JPDRから発生した放射性廃棄物に対する放射化学分析

飛田 実*; 原賀 智子; 遠藤 翼*; 大森 弘幸*; 水飼 秋菜; 青野 竜士; 上野 隆; 石森 健一郎; 亀尾 裕

JAEA-Data/Code 2021-013, 30 Pages, 2021/12

JAEA-Data-Code-2021-013.pdf:1.47MB

日本原子力研究開発機構の研究施設等から発生する放射性廃棄物は、放射能レベルに応じて将来的に浅地中埋設処分される予定であり、埋設処分を開始するまでに、廃棄体の放射能濃度を評価する方法を構築する必要がある。そこで、原子力科学研究所バックエンド技術部では、研究施設等廃棄物に対する放射能濃度評価方法の検討に資するため、原子力科学研究所内で保管されているJPDRから発生した放射性廃棄物よりコンクリート試料を採取し、放射化学分析を実施した。本報告書は、平成30年度から令和元年度に取得した21核種($$^{3}$$H, $$^{14}$$C, $$^{36}$$Cl, $$^{41}$$Ca, $$^{60}$$Co, $$^{63}$$Ni, $$^{90}$$Sr, $$^{94}$$Nb, $$^{rm 108m}$$Ag, $$^{137}$$Cs, $$^{152}$$Eu, $$^{154}$$Eu, $$^{rm 166m}$$Ho, $$^{234}$$U, $$^{238}$$U, $$^{238}$$Pu, $$^{239}$$Pu, $$^{240}$$Pu, $$^{241}$$Am, $$^{243}$$Am, $$^{244}$$Cm)の放射能濃度データについて整理し、放射能濃度評価法検討のための基礎資料としてまとめたものである。

報告書

JRR-3及びJPDRから発生した放射性廃棄物に対する放射化学分析

土田 大貴; 原賀 智子; 飛田 実*; 大森 弘幸*; 大森 剛*; 村上 秀昭*; 水飼 秋菜; 青野 竜士; 石森 健一郎; 亀尾 裕

JAEA-Data/Code 2020-022, 34 Pages, 2021/03

JAEA-Data-Code-2020-022.pdf:1.74MB

日本原子力研究開発機構の研究施設等から発生する放射性廃棄物は、放射能レベルに応じて将来的に浅地中埋設処分される予定であり、埋設処分を開始するまでに、廃棄体の放射能濃度を評価する方法を構築する必要がある。そこで、原子力科学研究所バックエンド技術部では、研究施設等廃棄物に対する放射能濃度評価方法の検討に資するため、原子力科学研究所内で保管されているJRR-3及びJPDRから発生した放射性廃棄物よりコンクリート試料を採取し、放射化学分析を実施した。本報告書は、令和元年度に取得した22核種($$^{3}$$H, $$^{14}$$C, $$^{36}$$Cl, $$^{41}$$Ca, $$^{60}$$Co, $$^{63}$$Ni, $$^{90}$$Sr, $$^{94}$$Nb, $$^{rm 108m}$$Ag, $$^{133}$$Ba, $$^{137}$$Cs, $$^{152}$$Eu, $$^{154}$$Eu, $$^{rm 166m}$$Ho, $$^{234}$$U, $$^{238}$$U, $$^{238}$$Pu, $$^{239+240}$$Pu, $$^{241}$$Am, $$^{243}$$Am, $$^{244}$$Cm)の放射能濃度データについて整理し、放射能濃度評価法検討のための基礎資料としてまとめたものである。

論文

Repeatability and reproducibility of measurements of low dissolved radiocesium concentrations in freshwater using different pre-concentration methods

栗原 モモ*; 保高 徹生*; 青野 辰雄*; 芦川 信雄*; 海老名 裕之*; 飯島 健*; 石丸 圭*; 金井 羅門*; 苅部 甚一*; 近内 弥恵*; et al.

Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 322(2), p.477 - 485, 2019/11

https://doi.org/10.1007/s10967-019-06696-2
 被引用回数：4 パーセンタイル：34.50(Chemistry, Analytical)

福島県の淡水に含まれる低レベル溶存態放射性セシウム濃度の測定に関する繰り返し精度と再現精度を評価した。21の実験施設が5つの異なる前濃縮法(プルシアンブルー含浸フィルターカートリッジ,リンモリブデン酸アンモニウム共沈,蒸発,固相抽出ディスク、およびイオン交換樹脂カラム)によって10L試料3検体を前濃縮し、放射性セシウム濃度を測定した。全$$^{137}$$Cs濃度測定結果のzスコアは$$pm$$2以内で、手法間の誤差は小さいことが示された。一方で、各実験施設内の相対標準偏差に比べて、施設間の相対標準偏差は大きかった。

論文

Three-dimensional and multienergy $$gamma$$-ray simultaneous imaging by using a Si/CdTe Compton camera

鈴木 義行*; 山口 充孝; 小高 裕和*; 島田 博文*; 吉田 由香里*; 鳥飼 幸太*; 佐藤 隆博; 荒川 和夫*; 河地 有木; 渡辺 茂樹; et al.

Radiology, 267(3), p.941 - 947, 2013/06

https://doi.org/10.1148/radiol.13121194
 被引用回数：24 パーセンタイル：64.31(Radiology, Nuclear Medicine & Medical Imaging)

Capabillity tests of 3D imaging for medical applications were performed by using a new Compton camera. $$^{18}$$F, $$^{131}$$I and $$^{67}$$Ga separately compacted into micro tubes were injected subcutaneously into a Wister rat and imaged after sacrifice of the rat (ex-vivo model). In a separate experiment $$^{111}$$In-chloride and $$^{131}$$I-Methylnorcholestenol were injected into a rat intravenously and $$^{64}$$Cu was injected into the stomach orally just before imaging (more physiological model). The Compton camera demonstrated its 3D multinuclear imaging capability by separating out the three nuclear distributions clearly in ex-vivo model. In the more physiological model, the distributions of $$^{131}$$I and $$^{64}$$Cu were clearly imaged although $$^{111}$$In was difficult to visualize due to blurring at low energy region of $$gamma$$-ray. In conclusion, our new Compton camera successfully demonstrated highly resolved multiplanar and multinuclear $$gamma$$-ray simultaneous imaging.

論文

Experimental results of the $$gamma$$-ray imaging capability with a Si/CdTe semiconductor Compton camera

武田 伸一郎*; 青野 博之*; 奥山 翔*; 石川 真之介*; 小高 裕和*; 渡辺 伸*; 国分 紀秀*; 高橋 忠幸*; 中澤 知洋*; 田島 宏康*; et al.

IEEE Transactions on Nuclear Science, 56(3), p.783 - 790, 2009/06

https://doi.org/10.1109/TNS.2008.2012059
 被引用回数：57 パーセンタイル：95.74(Engineering, Electrical & Electronic)

A semiconductor Compton camera that combines silicon (Si) and Cadmium Telluride (CdTe) detectors was developed, and its imaging capability was examined with various kinds of $$gamma$$-ray targets such as a point source, arranged point sources and an extended source. The camera consists of one double-sided Si strip detector and four layers of CdTe pad detectors, and was designed to minimize the distance between a scatterer and the target. This is because the spatial resolution with Compton imaging improves as the target approaches the scatterer. This new camera realizes a minimum distance of 25 mm. By placing the target at a distance of 30 mm from the detector, resolving power better than 3 mm was demonstrated experimentally for a 364 keV ($$^{131}$$I) $$gamma$$-ray. Positional determination with accuracy of 1 mm was also demonstrated. As a deconvolution method, we selected the iteration algorithm (called List-Mode Expectation-Maximizing Maximum Likelihood), and applied it to several kinds of experimental data. The Compton back projection images of the arranged point sources and an extended object were successfully deconvolved.

論文

Monte Carlo simulation of multi-head Si/CdTe Compton camera for medical imaging

山口 充孝*; 河地 有木; 渡辺 伸*; 小高 裕和*; 武田 伸一郎*; 石川 真之介*; 青野 博之*; 高橋 忠幸*; 荒川 和夫; 中野 隆史*

2008 IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record (CD-ROM), p.4000 - 4002, 2008/10

We have developed a prototype of Compton camera using Si/CdTe semiconductors for medical imaging. In the case where the detection area of Compton camera is restricted to small region, position resolution of depth direction is expected to be low. To overcome this weakness, we propose multi-head Compton camera. In this work, we evaluated the position resolutions of single- and double-head Compton camera by using Monte Carlo simulation. After the Monte Carlo simulation, two hit Compton event was selected, and back-projection and image reconstruction were performed in 3D-space. Consequently, the position resolution of the z-axis was about 5.6 mm for double-head camera whereas about 27 mm for single-head camera. These results indicate that the position resolution is improved and clear 3D-image is taken by using multi-head Compton camera.

論文

Basic characteristics of a newly developed Si/CdTe Compton camera for medical imaging

河地 有木; 渡邉 茂樹; 佐藤 隆博; 荒川 和夫; 武田 伸一郎*; 石川 真之介*; 青野 博之*; 渡辺 伸*; 山口 充孝*; 高橋 忠幸*; et al.

2008 IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record (CD-ROM), p.1540 - 1543, 2008/10

The Compton camera is a very promising medical imaging system when we consider multiple radionuclide imaging and its sensitivity, portability and compactness. We have developed a Compton camera by using Si and CdTe semiconductors for medical imaging. The prototype Compton camera head consists of a double-sided Si strip detector (DSSD) module as the scatter detector and four layered 16 CdTe pixel detector modules as the absorber detector. The DSSD has an area of 2.56$$times$$2.56 cm, a thickness of 500 $$mu$$m and a strip pitch of 400 $$mu$$m. The CdTe pixel detector has an area of 1.35$$times$$1.35 cm, a thickness of 500 $$mu$$m and a pixel size of 1.35 mm$$^{2}$$. The high-energy resolution detectors (DSSD: $$Delta$$E/E$$sim$$2.5%, CdTe: $$Delta$$E/E$$sim$$1%) enable detect the Compton scatter events of the incident $$gamma$$-rays, in consequence image radioactive multi-nuclide tracer. We evaluated distributions of sensitivity and spatial resolution, and rat study was performed with three tracers ($$^{111}$$In, $$^{131}$$I, $$^{64}$$Cu) concurrently-administered. As results, lines of point-source data indicated 4 mm spatial resolution in the center of field of view (FOV) in this experimental design, and a characteristic manner of the distributions in the Compton camera FOV was shown. The nuclides in the rat body were distinguished by the $$gamma$$-ray energies, each tracer imaged separately in vivo, and the difference in distribution among the nuclide was visualized successfully.

口頭

Application of double-sided silicon strip detectors for a Si/CdTe Compton camera

青野 博之*; 武田 伸一郎*; 石川 真之介*; 小高 裕和*; 国分 紀秀*; 渡辺 伸*; 高橋 忠幸*; 中澤 知洋*; 奥山 翔*; 田島 宏康*; et al.

no journal, , 

We have developed a low noise double-sided silicon strip detector for hard X-ray imaging spectroscopy. Development of low-noise analog electronics, optimized double-sided silicon strip detectors and a compact assembly technology realized the high-quality X-ray imaging device with fine energy, position and timing resolutions, and good uniformity. Imaging detectors in 10-100 keV would be attractive in various fields such as astrophysics, medical and nondestructive inspection. For these purposes, the development the next generation Compton Camera is now underway.

口頭

福島沖における海洋環境中の放射性セシウムの濃度変動について

青野 辰雄*; 西川 淳*; 乙坂 重嘉*; 高田 兵衛*; 御園生 敏治; 中西 貴宏; 三浦 輝*; 福田 美保*; 神林 翔太*; 櫻田 正宣*; et al.

no journal, , 

2016年から2020年にかけて、福島周辺海域の放射性物質の動態を調査する航海が4回実施された。福島第一原子力発電所(FDNPS)沖の海域で、海水や堆積物等の採取が行われた。海洋環境の状況を把握するために、福島沖の海水と堆積物中の放射性セシウム(Cs)濃度を調査した。その結果、海水,堆積物ともに2016年から2020年にかけて大きな変動はみられなかった。

口頭

福島第一原発沖における海水と堆積物中の放射性セシウム濃度変動

青野 辰雄*; 福田 美保*; 櫻田 正宣*; 高橋 博路*; 山崎 慎之介*; 神林 翔太*; 御園生 敏治; 中西 貴宏; 三浦 輝*; 西川 淳*; et al.

no journal, , 

2016年から2020年に東北海洋生態系調査研究船新青丸による福島周辺海域の放射性核種の動態と生物利用性等の調査航海が4回実施され、福島第一原子力発電所(FDNPS)周辺海域を中心に、海水,堆積物や生物等の採取が行われた。調査航海の目的はFDNPS事故によって海域に放出された放射性核種の沿岸域における放射性核種のフラックスの観測や放射性核種の生物利用性の把握等である。海洋環境の状況を把握するために、福島沖の海水と堆積物中の放射性セシウム濃度を調査した。今回は、FDNPS近傍の海水と堆積物中の放射性セシウムの濃度分布や変動について報告する。

口頭

福島第一原子力発電所の廃炉に向けた分析技術者の育成

柳澤 華代; 五十木 理子; 森井 志織; 岡 壽崇; 北辻 章浩; 深谷 洋行; 原賀 智子; 大竹 良徳; 丹保 雅喜; 稲田 有紗; et al.

no journal, , 

福島第一原子力発電所の廃炉作業を円滑に進めるため、日本原子力研究開発機構(JAEA)は、1Fサイト内に立地する大熊分析・研究センターにおいて、ガレキや伐採木、焼却灰などの放射性廃棄物の分析ならびに多核種除去設備等処理水(ALPS処理水)の第三者分析を行っている。しかし、廃炉作業は長期にわたることに加え、分析対象となる放射性核種は69核種にも及ぶことから、幅広い知識と経験を持つ分析技術者を中長期的に確保・育成する必要がある。この課題を解決するため、発表者らが所属するJAEA原子力科学研究所では、大熊分析・研究センターと連携し、JAEAの若手職員や大学、民間企業からの人材を受け入れ、管理区域内での作業や核種分析技術を実践的に習得してもらうための実習を行っており、今後も積極的に外部人材の受け入れを推進する予定である。本発表では、本事業における原子力科学研究所での人材育成の取り組みについて紹介し、さらに、今後の展望や人材受け入れに関する情報提供を行う。

口頭

Multi-tracer Compton imaging by a newly developed Si/CdTe Compton camera

河地 有木; 渡邉 茂樹; 藤巻 秀; 石岡 典子; 荒川 和夫; 武田 伸一郎*; 石川 真之介*; 青野 博之*; 渡辺 伸*; 高橋 忠幸*; et al.

no journal, , 

We have developed a Compton camera by using Si and CdTe semiconductors. The prototype Compton camera head consists of a double-sided Si strip detector (DSSD) module as the scatter detector and 4- layered 16 CdTe pixel detector modules as the absorber detector. The dimensions of the DSSD module are area, 2.56 $$times$$ 2.56 cm$$^{2}$$; thickness, 500 $$mu$$m; and strip pitch, 400 $$mu$$m. The dimensions of the CdTe pixel detector are area, 1.35 $$times$$ 1.35 cm$$^{2}$$; thickness, 500 $$mu$$m; and pixel size, 1.35 mm. The high-energy resolution detectors (DSSD: $$Delta$$E/E, 2.5%; CdTe: $$Delta$$E/E, $$sim$$1%) detect the Compton scatter events of the incident $$gamma$$-rays and consequently, image the radioactive multinuclide tracers. We evaluated the distributions of sensitivity and spatial resolution and performed a rat study wherein 3 tracers were administered concurrently. The lines of point-source data were found to indicate a distribution of spatial resolutions and efficiencies in the field of view (FOV) in this experimental design, and a characteristic distribution in the Compton camera FOV was observed. The nuclides in the rat body were distinguished by the $$gamma$$-ray energies; each tracer in vivo could be imaged distinctly, and the difference in distributions of the nuclides could be visualized.

口頭

Performance characterization of a prototype Si/CdTe Compton camera

河地 有木; 渡邉 茂樹; 藤巻 秀; 石岡 典子; 佐藤 隆博; 神谷 富裕; 荒川 和夫; 渡辺 伸*; 武田 伸一郎*; 石川 真之介*; et al.

no journal, , 

The Compton camera is a next-generation in vivo imaging system. In order to achieve accurate Compton imaging, it is necessary to develop technologies that can be used to detect the Compton scattering in the camera and estimate the direction of a incoming $$gamma$$-ray produced by a radiation source. These techniques will be different from the methods used in PET and SPECT to detect the $$gamma$$-ray with the coincidence of two points and with the physical collimation. We have developed a prototype Compton camera for in vivo imaging by using semiconductor imaging devices, which has been proved to be successful techniques for the an observation of high-energy astrophysical phenomena. In this camera, double-sided Si strip detectors (DSSDs) serve as scatterers and CdTe pixel detectors serve as absorbers. In this paper, we present some images acquired with the Compton camera; we have also acquired images of radioisotopes in a phantom, which reveal certain characteristic distributions of efficiencies and spatial resolutions.

口頭

Development of Si/CdTe Compton camera for medical imaging

山口 充孝*; 荒川 和夫; 青野 博之*; 石川 真之介*; 神谷 富裕; 河地 有木; 小高 裕和*; 櫻井 英幸*; 佐藤 隆博; 島田 博文*; et al.

no journal, , 

We have developed a prototype of Compton camera using Si/CdTe semiconductors for medical imaging. In a Compton camera, employing the imaging semiconductors as the component of the Compton camera, with their good energy and position resolution, improves angular resolution and hence sensitivity. Moreover, for the supposed energy range of $$gamma$$ rays, from several tens keV to a few MeV, silicon is suitable for the scatter of Compton camera since the photo absorption cross section of Si is small and the Compton cross-section is relatively large because of the small atomic number. On the other hand, CdTe is suitable for the absorbers because of its high photo-absorption efficiency for $$gamma$$ rays of this energy region, due to the large atomic numbers. In this presentation we will summarize the basic principle and performance of the Si/CdTe Compton camera for medical imaging.

口頭

Monte carlo simulation of multi-head Si/CdTe Compton camera for medical imaging

山口 充孝*; 河地 有木; 渡辺 伸*; 小高 裕和*; 武田 伸一郎*; 石川 真之介*; 青野 博之*; 高橋 忠幸*; 荒川 和夫; 中野 隆史*

no journal, , 

We evaluated the position resolutions of single- and double-head Compton camera by using Monte Carlo simulation. A $$gamma$$-ray source was placed at the origin of rectangular coordinates. For single-head camera, one head was placed as its center axis was corresponding to the z-axis. For double-head camera, two heads were placed as those center axes were corresponding to the z- and y-axis, respectively. Monte Carlo simulations were performed by using the Geant4 toolkit on ANL PLUS framework. The energy of $$gamma$$ rays was set at 364.5 keV, which correspond to radiation of iodine-131. After these simulations, two hit Compton event was selected. And then back-projection and image reconstruction were performed in 3D-space. Image reconstructions were performed by using the List-Mode Most- Likelihood Expectation-Maximizing, LM-ML-EM, algorithm. Consequently, the position resolution (FWHM) of the z-axis was about 4.4 mm for double-head camera whereas about 15 mm for single-head camera. These values are consistent with the values roughly estimated by using angular resolution measure (ARM). These results indicate that the position resolution is improved and clear 3D-image is taken by using multi-head Compton camera.

口頭

In vivo study of Si/CdTe Compton imaging device

吉田 由香里*; 島田 博文*; 河地 有木; 武田 伸一郎*; 石川 真之介*; 青野 博之*; 鈴木 義行*; 櫻井 英幸*; 渡辺 伸*; 山口 充孝*; et al.

no journal, , 

We have developed a prototype Compton camera for medical imaging by using Si/CdTe semiconductor imaging devices. The high detection efficiency for $$gamma$$-rays produced by radiation source in the medical imaging devices will improve quality of diagnostic radiological images using radiopharmaceuticals. The Si/CdTe Compton camera is a next-generation medical imaging device because it has good energy and position resolution, and high detection efficiency for $$gamma$$-rays. Moreover, it can be used not only to detect the $$gamma$$-rays produced by single radiation source, but also to detect the $$gamma$$-rays produced by multiple radiation sources. To evaluate the performance of the Si/CdTe Compton camera for medical imaging, we made an experiment of in vivo by using rat and plural radiopharmaceutical.

口頭

医用マルチヘッドSi/CdTeコンプトンカメラのモンテカルロシミュレーション

山口 充孝*; 河地 有木; 渡辺 伸*; 小高 裕和*; 武田 伸一郎*; 石川 真之介*; 青野 博之*; 高橋 忠幸*; 荒川 和夫; 中野 隆史*

no journal, , 

これまで、シリコン及びテルル化カドミウム半導体検出器を用いたコンプトンカメラの開発を行ってきた。このコンプトンカメラの検出器部分が1台の場合、検出面に相対するX-Y平面は半導体に微細構造を施した効果により良好な空間分解能が得られている。しかし、奥行き方向(Z軸)の分解能は、大幅な劣化が計測された。この欠点を解消するため、次世代の医用コンプトンカメラではマルチヘッド化を提唱し、モンテカルロシミュレーションによる分解能の評価を行った。その結果、Z軸のみならずX-Y平面におけるさらなる分解能の向上が示唆された。

口頭

Si/CdTeコンプトンカメラによるイメージングと偏光測定

青野 博之*; 武田 伸一郎*; 石川 真之介*; 小高 裕和*; 渡辺 伸*; 国分 紀秀*; 高橋 忠幸*; 河地 有木; 豊川 秀訓*

no journal, , 

これまで散乱体にSi両面ストリップ検出器,吸収体にCdTe Pad検出器を用いたコンプトンカメラを開発し、高い位置分解能を有することを実証してきた。また、コンプトンカメラはその検出原理から偏光観測においても威力を発揮することが期待できる。本研究ではSPring-8において100%の偏光ビームを用いて、170keVの偏光$$gamma$$線に対しモジュレーションファクターが0.8という結果を得た。これは理論計算から予測される値とほぼ一致し、コンプトンカメラの高い偏光検出能力を表している。

口頭

Clinical application of Si/CdTe Compton imaging device

鈴木 義行*; 吉田 由香里*; 島田 博文*; 加藤 弘之*; 櫻井 英幸*; 河地 有木; 武田 伸一郎*; 石川 真之介*; 青野 博之*; 渡辺 伸*; et al.

no journal, , 

本研究は、現在開発を進めているSi/CdTeコンプトンカメラの医療への応用について検討したものである。本報告では、これまで開発を進めてきたプロトタイプ機を用い、ラットに投与した3核種($$^{111}$$In, $$^{131}$$I, $$^{64}$$Cu)のイメージング及びファントム実験結果について述べる。さらに、多核種同時イメージングによる新たな診断法及び微小な病変部位の精密診断法について述べるとともに、照射した重粒子イオンの体内位置のリアルタイムモニターによるがん治療の高精度化への期待と今後の臨床利用までの研究計画について述べる。

口頭

医用Si/CdTeコンプトンカメラの空間分解能の評価

山口 充孝; 河地 有木; 渡邉 茂樹; 佐藤 隆博; 荒川 和夫; 小嶋 拓治; 神谷 富裕; 渡辺 伸*; 武田 伸一郎*; 小高 裕和*; et al.

no journal, , 

宇宙$$gamma$$線観測用に開発されたSi/CdTe半導体コンプトンカメラを重粒子線治療に応用するための技術開発を進めている。シリコン(Si)はコンプトン散乱断面積が比較的大きく、テルル化カドミウム(CdTe)は吸収断面積が大きいほか、半導体の中でも特に密度が高いため、コンプトンカメラとして高い検出効率を実現するための理想的な組合せである。エネルギー分解能が高い半導体検出器を用い、信号処理に低ノイズ電子回路を使用することで、高い位置分解能で複数の核種からの$$gamma$$線を同時にイメージングすることができるコンパクトなカメラとなる。今回JAXA/ISASにおいて製作されたSi/CdTeコンプトンカメラの試作機を用い、医学・生物学用に必要な撮像能力についての評価を行った。医学・生物学用途で求められる三次元イメージを取得する能力を評価するため、モンテカルロシミュレーションにより、奥行方向の空間分解能を求め、実際の撮像結果との比較を行った。さらに、マルチヘッド化により空間分解能が改善することをシミュレーションによって再現し、それと実データとを比較した結果についても報告する。

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