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論文

A Large area position-sensitive scintillation neutron detector for upgrading SENJU diffractometer

中村 龍也; 藤 健太郎; 海老根 守澄; 美留町 厚; 坂佐井 馨

Proceedings of 2019 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2019), Vol.1, p.735 - 736, 2020/08

J-PARCのSENJU回折計では検出器の増設や高度化が進められている。その高度化の一環として大面積(51.2$$times$$51.2cm)、高位置分解能(4mm)の2次元シンチレータ中性子検出器を開発した。この検出器は我々がこれまでに開発してきた実機レベルの散乱用シンチレータ検出器の中で最大サイズの検出器モジュールである。検出器の性能評価、長期安定性試験(1年以上)、回折測定実証等の結果から実機として使用可能な性能および堅牢性を有していることを確認した。

論文

A Submillimeter spatial resolution scintillation detector for time-of-flight neutron diffraction imaging

中村 龍也; 川崎 卓郎; 藤 健太郎; 筒井 紀彰; 海老根 守澄; 美留町 厚; 坂佐井 馨

Proceedings of 2018 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2018) (Internet), 3 Pages, 2019/10

パルス中性子を用いた回折イメージングのためのサブmm空間分解能をもつシンチレータ検出器を開発した。検出ヘッド部は薄型のZnS/$$^{6}$$LiFシングルシンチレータと直径0.1mmの波長シフトファイバにより構成し高い位置分解能を実現した。有感面積24$$times$$24mm$$^{2}$$を有するプロトタイプ検出器の性能は分解能0.20および0.16$$pm$$0.06mm(x、y方向)、検出効率7%、$$^{60}$$Co $$gamma$$線感度10$$^{-6}$$である。本報では検出器の設計詳細とJ-PARC MLFにおける回折イメージング実験例を紹介する。

論文

Diagnosis of neutron sensitivity within a scintillator/wavelength-shifting fiber coil element by using a collimated pulsed neutron beam

中村 龍也; 藤 健太郎; 筒井 紀彰; 海老根 守澄; 美留町 厚; 坂佐井 馨

Proceedings of 2016 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2016), Vol.2, p.1506 - 1508, 2018/01

コリメータしたパルス中性子ビームを用いてシンチレータ 波長シフトファイバコイルエレメント内の中性子感度の位置依存性を診断した。1$$times$$1mm$$^{2}$$にコリメートしたビームをエレメント上でスキャンしてその各入射位置における中性子計数を記録した。診断の結果、円筒状シンチレータの結合部での感度の低下が起こっていることを明らかにした。

論文

Development of a position-sensitive scintillation neutron detector for a new protein single-crystal diffractometer at J-PARC MLF

中村 龍也; 藤 健太郎; 筒井 紀彰; 海老根 守澄; 美留町 厚; 坂佐井 馨

Journal of Instrumentation (Internet), 12(12), p.C12025_1 - C12025_9, 2017/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:6.6(Instruments & Instrumentation)

J-PARC/MLFに建設が予定されている新タンパク単結晶装置のための高位置分解能、大面積という特徴を有した位置敏感型シンチレータ中性子検出器を開発した。$$^{6}$$Li:ZnSシンチレータが装填されたプロトタイプ検出器は波長シフトファイバ技術を用いて製作されている。当該検出器は位置分解能2.5mm、中性子有感面積320$$times$$320mm$$^{2}$$を有している。発表では装置の概要と検出器の試験結果について報告する。

論文

A 64$$times$$64 cm$$^{2}$$ area position-sensitive scintillation neutron detector as an alternative to helium-3 gas based detector

中村 龍也; 藤 健太郎; 本田 克徳; 海老根 守澄; 美留町 厚; 坂佐井 馨

Proceedings of 2015 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2015), Vol.1, p.680 - 683, 2016/11

波長シフトファイバとシンチレータを用いた検出器技術を基にして64$$times$$64cm$$^{2}$$の大面積を有する2次元シンチレータ中性子検出器を開発した。ピクセルサイズは大面積カバーに相当する20$$times$$20mm$$^{2}$$に設計している。シンチレーション光は波長シフトファイバの両端から読み出す工夫を施している。プロトタイプ検出器による性能試験の結果、1.8${AA}$波長の中性子に対する検出効率は約40%であり中サイズの有感面積(32$$times$$32cm$$^{2}$$)であるものと同様であることを確認した。

論文

A Two-dimensional scintillation-based neutron detector with wavelength-shifting fibers and incorporating an interpolation method

中村 龍也; 藤 健太郎; 川崎 卓郎; 海老根 守澄; 美留町 厚; 坂佐井 馨; 曽山 和彦

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 784, p.202 - 207, 2015/06

 被引用回数:2 パーセンタイル:19.3(Instruments & Instrumentation)

内挿法を適用した波長シフトファイバ型2次元シンチレータ中性子検出器を開発した。本手法をフォトンカウンティング法に基づいて動作する当該検出器に適用することで実効ピクセルサイズを実際に配置された波長シフトファイバのピッチよりも小さくすることが可能となる。本論文ではコリメート中性子ビームを用いて実効ピクセルをファイバピッチの1/2, 1/4とできることを実証した結果について報告する。

論文

Crystal structure and electron density distribution analyses of Nd$$_{x}$$Ce$$_{1-x}$$O$$_{2-delta}$$ for electrolyte by Rietveld/ maximum entropy method

田口 富嗣; 井川 直樹; 美留町 厚; 朝岡 秀人; 三輪 周平; 逢坂 正彦

e-Journal of Surface Science and Nanotechnology (Internet), 13, p.339 - 342, 2015/06

希土類元素を添加したセリアはイオン伝導および電子伝導を有するが、電子伝導に対してイオン伝導の割合が高いセリアは燃料電池用固体電極材として利用される。本研究では、Nd$$_{2}$$O$$_{3}$$を添加したセリアについて、電子伝導を低く抑えるために重要な結晶中の電子伝導経路を特定するため、X線回折実験を実施し、Rietveld解析および最大エントロピー法解析を行った。本材料の結晶構造は基本的に無添加材と同じ構造を有し、CeとNdはランダムに4${it a}$サイトを占有し、酸素は8${it c}$サイトを占有する。また、4${it a}$-8${it c}$と8${it c}$-8${it c}$サイト間に電子の伝導経路が観察された。発表ではこれら結晶構造と電子伝導経路のNd添加量依存性についても議論する予定である。

論文

Nuclear and electron density distributions of LiMn$$_{2}$$O$$_{4}$$ analyzed by combination of Rietveld/ maximum entropy method

井川 直樹; 樹神 克明; 美留町 厚; 田口 富嗣

e-Journal of Surface Science and Nanotechnology (Internet), 13, p.247 - 252, 2015/05

リチウムイオン電池用の正極材の一つであるLiMn$$_{2}$$O$$_{4}$$について、中性子回折およびX線回折法によるRietveld/最大エントロピー法解析を実施し、結晶構造とLiイオンの拡散経路を探査した。LiMn$$_{2}$$O$$_{4}$$の結晶構造は240$$sim$$573Kの温度域では${it Fd}$-3${it m}$であり、240K以下で${it Fddd}$へと相変化した。最大エントロピー法によって、LiMn$$_{2}$$O$$_{4}$$の原子核密度と電子密度分布を解析した結果、300KにおけるLiイオンは8${it b}$-16${it e}$サイト間を介して伝導していることが明らかになった。

論文

Development of a wavelength-shifting-fibre-based scintillator neutron detector as an alternative to $$^{3}$$He at J-PARC/MLF

中村 龍也; 藤 健太郎; 本田 克徳; 美留町 厚; 海老根 守澄; 坂佐井 馨; 曽山 和彦; 片桐 政樹*

Journal of Physics; Conference Series, 528, p.012042_1 - 012042_7, 2014/07

 被引用回数:3 パーセンタイル:80.12

J-PARC/MLFではヘリウム3代替検出器としてシンチレータと波長シフトファイバを用いた2次元中性子検出器を開発している。本検出器はパルス中性子を用いた非弾性散乱実験装置での使用が目的である。本用途では位置分解能はリラックスしたものでよいが高い検出効率,低い$$gamma$$線感度,バックグランド計数が要求される。われわれはJ-PARC/MLFのSENJU装置用の検出器をもとに、検出面積32$$times$$32cm、ピクセルサイズ20$$times$$20mmの検出器を開発した。発表ではSENJU検出器との比較から本検出器の性能について議論する。

論文

Neutron-sensitive ZnS/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$ ceramic scintillator detector as an alternative to a $$^{3}$$He-gas-based detector for a plutonium canister assay system

中村 龍也; 大図 章; 藤 健太郎; 坂佐井 馨; 鈴木 浩幸; 本田 克徳; 美留町 厚; 海老根 守澄; 山岸 秀志*; 高瀬 操; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 763, p.340 - 346, 2014/05

 被引用回数:3 パーセンタイル:28.05(Instruments & Instrumentation)

ヘリウム3ガス検出器の代替としてプルトニウム検認装置用に使用できるZnS/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$セラミックシンチレータ検出器を開発した。当該検出器はZnS/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$セラミックシンチレータを矩形状の光伝搬筐体内に対角配置しその両端に設置した光電子増倍管により中性子誘起の発光を収集するものでモジュラー構造を有する。有感面積30mm$$times$$250mmをもつプロトタイプ検出器を試作し、中性子感度21.7-23.4$$pm$$0.1cps$$/$$nv(熱中性子)、$$gamma$$線感度1.1-1.9$$pm$$0.2$$times$$10$$^{-7}$$($$^{137}$$Cs)、計数均一性$$<$$6%、温度計数-0.24$$pm$$0.05%/$$^{circ}$$C(20-50$$^{circ}$$C)の性能を確認した。

論文

A Position-sensitive tubular scintillator-based detector as an alternative to a $$^{3}$$He-gas-based detector for neutron-scattering instruments

中村 龍也; 片桐 政樹*; 藤 健太郎; 本田 克徳; 鈴木 浩幸; 海老根 守澄; 美留町 厚; 坂佐井 馨; 曽山 和彦

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 741, p.42 - 46, 2014/03

 被引用回数:6 パーセンタイル:45.96(Instruments & Instrumentation)

ヘリウム3ガス検出器の代替として管形状を有する位置敏感型のシンチレータ中性子検出器を提案する。当該検出器の一要素はロールされたZnS/$$^{6}$$LiFによりコイル状の波長シフトファイバを挟み込んだ構造(SFCエレメント)を持ち、これを同一軸上に多数配置しアルミ管内に設置して1次元検出器が構成される。64エレメント、ピクセルサイズ22$$times$$20mmであるプロトタイプ機を製作し中性子検出原理、位置敏感性を実証することに成功した。

論文

A Scintillator-based detector with sub-100-$$mu$$m spatial resolution comprising a fibre-optic taper with wavelength-shifting fibre readout for time-of-flight neutron imaging

中村 龍也; 藤 健太郎; 川崎 卓郎; 本田 克徳; 鈴木 浩幸; 海老根 守澄; 美留町 厚; 坂佐井 馨; 曽山 和彦; 片桐 政樹*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 737, p.176 - 183, 2014/02

 被引用回数:13 パーセンタイル:73.19(Instruments & Instrumentation)

A scintillator-based neutron-counting imaging detector with a sub-100-$$mu$$m spatial resolution was developed for energy-selective neutron imaging. The detector head of the detector comprised a thin ZnS/$$^{6}$$LiF scintillator screen, a fibre-optic taper and crossed wavelength-shifting (WLS) fibre arrays. The developed detector had a pixel size of 34 $$mu$$m $$times$$ 34 $$mu$$m, and exhibited spatial FWHM resolutions of 80 $$mu$$m and 61 $$mu$$m in the x and y directions, respectively. A small prototype detector demonstrated the capability of neutron imaging using Bragg edges of a Cu/Fe sample when using the pulsed-neutron source in the Materials and Life Science Experimental Facility at the Japan Proton Accelerator Research Complex.

論文

Detector system of the $$SENJU$$ single-crystal time-of-flight neutron diffractometer at J-PARC/MLF

川崎 卓郎; 中村 龍也; 藤 健太郎; 細谷 孝明*; 及川 健一; 大原 高志; 鬼柳 亮嗣; 海老根 守澄; 美留町 厚; 坂佐井 馨; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 735, p.444 - 451, 2014/01

 被引用回数:18 パーセンタイル:82.76(Instruments & Instrumentation)

The detector system of ${it SENJU}$ - a single-crystal time-of-flight neutron diffractometer - is described. ${it SENJU}$ is the first diffractometer employing a large-area two-dimensional wavelength shifting fibre-based scintillator detector at the Material and Life Science Experimental Facility at the Japan Proton Accelerator Research Complex. Thirty-seven detectors were installed in the instrument to cover a scattering angle of 30%. The detector modules exhibited a detector efficiency of 37-47$$pm$$1% for thermal neutrons, a $$^{60}$$Co $$gamma$$-ray sensitivity of 1.4-5.1$$pm$$0.1$$times$$10$$^{-6}$$, a background count rate of 2.1-3.8$$pm$$1.0$$times$$10$$^{-4}$$ cps/cm$$^{2}$$ and a tolerance to stray magnetic fields up to 120 gauss. The detector exhibited stable performance under the operating conditions used, such as stable count rates over 400 days and a count temperature coefficient of -0.01$$pm$$0.02%/$$^{circ}$$C at around 20$$^{circ}$$C.

論文

A Time-of-flight neutron imaging detector using ZnS/$$^{6}$$LiF scintillator and wavelength shifting fibers with high spatial resolution and with low gamma-ray sensitivity

中村 龍也; 藤 健太郎; 川崎 卓郎; 本田 克徳; 美留町 厚; 海老根 守澄; 坂佐井 馨; 曽山 和彦; 片桐 政樹*

Proceedings of 2014 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference; 21st International Symposium on Room-Temperature Semiconductor X-ray and $$gamma$$-ray detectors (NSS/MIC 2014), p.1751 - 1753, 2014/00

飛行時間型中性子イメージングのための高位置分解能、低$$gamma$$線感度である2次元シンチレータ検出器を開発した。検出器はZnSシンチレータ,波長シフトファイバ,光学拡大素子から構成される。開発した検出器は100ミクロン以下の高位置分解能、10$$^{-7}$$以下の低$$gamma$$線感度を実現した。発表ではJ-PARC/MLFでの飛行時間型の中性子イメージング性能の実証結果も報告する。

論文

Evaluation of angular dependence of neutron detection efficiencies of ZnS scintillator detectors

中村 龍也; 藤 健太郎; 川崎 卓郎; 本田 克徳; 鈴木 浩幸; 海老根 守澄; 美留町 厚; 坂佐井 馨; 曽山 和彦; 片桐 政樹*

Proceedings of 2013 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (2013 NSS/MIC), Vol.4, p.2367 - 2369, 2013/00

硫化亜鉛蛍光体を用いた中性子検出器における検出効率の中性子入射角度依存性を評価した。中性子波長(1-8${AA}$)と入射角度をパラメータとし、J-PARCのパルス中性子を用いて実験的に評価した。試料としてZnS/$$^{6}$$LiFとZnS/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$シンチレータを用いた。測定したそれぞれの試料(厚さは0.45と0.20mm)において中性子検出効率はいづれも3${AA}$以下で入射角度の増加とともに増大することがわかった。発表では実験結果とモデル計算の比較結果について報告する。

論文

A Large-area two-dimensional scintillator detector with a wavelength-shifting fibre readout for a time-of-flight single-crystal neutron diffractometer

中村 龍也; 川崎 卓郎; 細谷 孝明*; 藤 健太郎; 及川 健一; 坂佐井 馨; 海老根 守澄; 美留町 厚; 曽山 和彦; 片桐 政樹*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 686, p.64 - 70, 2012/09

 被引用回数:30 パーセンタイル:91.07(Instruments & Instrumentation)

有感面積256$$times$$256mm,ピクセルサイズ4mm分解能である2次元シンチレータ中性子検出器を開発した。本検出器はJ-PARC/MLFに設置される飛行時間法を用いた単結晶中性子回折装置SENJUのためにコンパクト,モジュラー、かつ中性子不感領域を最小とするようデザインされている。本検出器は2枚のZnS/$$^{10}{B}_{2}{O}_{3}$$シンチレータを装荷し、中性子による発光を波長シフトファイバにより読み出す構造により大面積と高検出効率を実現する。プロトタイプ検出器の性能は検出効率40$$pm$$1%(1.6${AA}$), $$^{60}$$Co $$gamma$$線感度6.0$$pm$$0.1$$times$$$${10}^{-6}$$であり、SENJUの要求を満足することを確認した。

論文

Neutron diffraction study on the Xe behavior in clathrate hydrate analyzed by Rietveld/maximum entropy method

井川 直樹; 田口 富嗣; 星川 晃範*; 山内 宏樹; 美留町 厚; 石井 慶信*

IOP Conference Series; Materials Science and Engineering, 18, p.022021_1 - 022021_4, 2011/05

10Kから245Kの温度域におけるキセノンガスハイドレートの結晶構造を粉末中性子回折によって調べ、最大エントロピー法によって、ハイドレート中のXeに焦点を当てた中性子散乱長密度分布図を求めた。ハイドレートの小ケージ中では、Xeの散乱長密度はケージの中心に球状に分布している。一方、大ケージ中では、Xeの散乱長密度はケージの中心として、ケージの六員環方向に向かった回転楕円体状に分布している。この傾向は温度によって影響を受けないことがわかった。

論文

Development of wavelength-shifting-fiber neutron image detector with a fiber-optic taper with a high spatial resolution

中村 龍也; 安田 良; 片桐 政樹*; 藤 健太郎; 坂佐井 馨; 美留町 厚; 海老根 守澄; 曽山 和彦

Proceedings of 2011 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2011), Vol.1, p.382 - 384, 2011/00

シンチレータと波長シフトファイバ読み出しによる高位置分解能型中性子イメージ検出器を開発している。本検出器ではテーパー付きファイバ光学素子(FOT)をシンチレータと波長シフトファイバの間に組み込むことで中性子による発光を光学的に拡大し高位置分解能を実現しようとするものである。今回、検出視野の拡大を目指し従来の小視野FOT(2.6$$times$$2.6mm、角型)から直径20mm(円形)の大面積品に改良を行いその特性試験を実施した。その結果、大型FOTでは従来品よりも光透過率が20$$%$$低減するものの位置分解能は従来と同様の0.26$$pm$$0.07mmを保持することがわかり、有効面積314mm$$^{2}$$、有効ピクセルサイズ0.17$$times$$0.17mmである高分解能型検出器となることが確認できた。

論文

Wavelength-shifting-fibre-based neutron image detector with a fibre-optic taper to increase the spatial resolution

中村 龍也; 片桐 政樹; 藤 健太郎; 坂佐井 馨; 海老根 守澄; 美留町 厚; 曽山 和彦

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 604(1-2), p.158 - 160, 2009/06

 被引用回数:8 パーセンタイル:51.45(Instruments & Instrumentation)

波長シフトファイバ型二次元中性子検出器の位置分解能を向上するため、中性子有感シンチレータと波長シフトファイバ間にファイバオプティックテーパー光学素子を組み込んだ検出器を試作しその性能評価を行った。ファイバオプティックテーパー光学素子は多数の細径ガラス管を束ね管径に傾きを付けながら引伸焼成したものでシンチレータ上に形成された入射中性子イメージ(シンチレーション光イメージ)を拡大する機能を有する。xy方向各16本に張り巡らされた波長シフトファイバに約3倍の拡大率であるファイバオプティックテーパー光学素子を装填したプロトタイプ検出器において、検出器実効ピクセルサイズが0.5mmから0.16mmへ、位置分解能が0.8mmから0.3mmへと改善することを実証した。

報告書

ENGIN-X型1次元シンチレータ中性子検出器の検出器性能向上に関する技術開発; ZnSシンチレータ,光リフレクタ、及びデジタル信号処理装置の開発

中村 龍也; 片桐 政樹; 美留町 厚; 海老根 守澄; 筒井 紀彰*; 曽山 和彦; Schooneveld, E. M.*; Rhodes, N. J.*

JAEA-Research 2008-116, 26 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2008-116.pdf:4.25MB

ENGIN-X型1次元中性子シンチレータ検出器の性能向上を目的として新規なZnSシンチレータ,光リフレクタ、及びデジタル信号処理装置の開発を行った。ZnSシンチレータに関してはさらなる高速・高検出効率化を図るためZnSを基本とした各種シンチレータを試作しその性能を評価した。その結果、開発したZnS/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$シンチレータによるとISIS標準シンチレータよりも検出効率が2割改善することを確認した(中性子波長1${AA}$)。また、シンチレータを装填する光リフレクタに関しては白色塗料を使用せず表面エッチング処理により製作する手法を開発した。これにより従来と同様の光散乱能を有しかつ経年変化にも強い光リフレクタを実現した。さらにフィールドプログラマブルゲートアレイによる全デジタル化フォトンカウンティング信号処理装置を開発しこれまでのアナログ回路による信号処理系と比べて中性子計数の温度安定性が改善することを実証した。

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