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論文

A Phoswich alpha/beta detector for monitoring in the site of Fukushima Daiichi Nuclear Power Station

森下 祐樹; 高崎 浩司; 北山 佳治; 田川 明広; 柴田 卓弥; 星 勝也; 金子 純一*; 樋口 幹雄*; 大浦 正利*

Radiation Measurements, 160, p.106896_1 - 106896_10, 2023/01

https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2022.106896
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.02(Nuclear Science & Technology)

福島第一原子力発電所のアルファおよびベータ汚染をリアルタイム弁別測定するためのPhoswichアルファ/ベータ検出器を開発した。検出器は、アルファ線とベータ線を検出する2層のシンチレータ(プラスチックシンチレータ及びGPSシンチレータ)で構成した。パルス波形弁別(PSD)法を使用して、高ベータ線および高ガンマ線環境でアルファ線をリアルタイムを弁別測定できた。さらに、この検出器は、最大9.0mSv/hのバックグラウンド線量下でアルファ線を識別することができた。

論文

Development of a Gd$$_{2}$$Si$$_{2}$$O$$_{7}$$ (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
 被引用回数：7 パーセンタイル：72.9(Engineering, Electrical & Electronic)

Gd$$_{2}$$Si$$_{2}$$O$$_{7}$$(GPS)シンチレータベースの$$alpha$$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$$^{222}$$Rn子孫核種を測定することにより、$$^{222}$$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5$$times$$5cm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$$alpha$$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$$alpha$$線のカウントから放射能は正確に評価され、その差異は$$pm$$6%以内となった。Pu同位体の$$alpha$$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/$$^{222}$$Rn子孫放射能比は1/51であったが、Pu粒子は5分測定で$$^{222}$$Rn子孫核種から識別された。したがって、開発した$$alpha$$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。

論文

Development of an alpha dust monitor using a GPS scintillator plate

森下 祐樹; 金子 純一*; 樋口 幹雄*; 井崎 賢二; 矢島 辰雄*; 松浦 貢*; 田村 健; 鳥居 建男

Radiation Measurements, 122, p.115 - 120, 2019/03

https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2019.01.011
 被引用回数：7 パーセンタイル：66.48(Nuclear Science & Technology)

A dust monitor with a silicon surface barrier detector (SSBD) is introduced at a nuclear fuel facility to detect airborne contamination of $$^{238}$$Pu and $$^{239}$$Pu released by past accidents. However, an SSBD frequently produces false alarms, especially in a room with high humidity. We developed an alpha-particle spectrometer based on a cerium-doped Gd$$_{2}$$Si$$_{2}$$O$$_{7}$$ (GPS) scintillator plate and a photomultiplier tube (PMT). The energy resolution for 5.5-MeV alpha particles was $$sim$$11.9% $$pm$$ 0.2% of the FWHM. The efficiency was 92%, and it had a uniform sensitivity. By applying an energy window, the count-rate of the Rn progeny decreased by 77%. The GPS scintillator plate was able to measure the alpha spectrum even though the GPS scintillator got wet.

論文

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
 被引用回数：34 パーセンタイル：93.47(Instruments & Instrumentation)

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 Gd$$_{2}$$Si$$_{2}$$O$$_{7}$$: 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 ($$sim$$10% with PMT and $$sim$$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.

口頭

GPS:Ceシンチレータを用いた$$alpha$$線計測の試み

金子 純一*; 近藤 香織*; 坪田 陽一*; 樋口 幹雄*; 藤田 文行*; 井崎 賢二

no journal, , 

JAEAと北海道大学は先行基礎工学研究制度を利用し、エネルギー弁別が可能な$$alpha$$線用シンチレータを開発している。GPS:Ceシンチレータは北海道大学と日立化成がおもに中性子イメージング用として共同開発された日本独自の高性能シンチレータであるが、薄型化することで$$alpha$$線測定への適正も確認されていた。北海道大学は$$alpha$$線応答の最適化を目的としてCe濃度の異なるGPSシンチレータ(数cm大の単結晶を含む多結晶体)の合成に成功し、$$alpha$$線に対してCe2.5%で最も高い発光強度となり、そのときのエネルギー分解能が5.7%となることを確認した。今後は$$alpha$$線用シンチレータへの適正評価として、JAEAが中心となってラドン子孫核種の弁別試験等を実施する計画である。

口頭

GPSシンチレータプレートの$$alpha$$線ダストモニタ適用試験

東井 宏平*; 嶋岡 毅紘*; 金子 純一*; 井崎 賢二; 坪田 陽一*; 樋口 幹雄*; 西山 修輔*

no journal, , 

高エネルギー分解能を持つGPSシンチレータを粒径100$$sim$$600$$mu$$m程度に粉砕し、ガラス基板上に固定、機械研磨することで、エネルギー分解能を維持したまま大面積化することに成功した。実用化に向けダストモニタ適用試験を行った結果、ZnS:Agシンチレータと比較してRn子孫核種除去率を20%程度向上できる見込みを得た。

口頭

エネルギー弁別・位置検出技術を利用したプルトニウム弁別技術の検討

森下 祐樹; 井崎 賢二; 水庭 春美; 金子 純一*; 嶋岡 毅紘*; 坪田 陽一*; 樋口 幹雄*; 東井 宏平*

no journal, , 

プルトニウムの汚染管理($$alpha$$線計測)では、天然放射性核種(Rn子孫核種)がバックグラウンドとして存在しているため、プルトニウムの弁別技術として、エネルギー弁別や放射能強度分布測定を取り入れてきた。今回、両技術を取り入れた合理的な弁別手法を検討したので報告する。

口頭

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*

no journal, , 

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 Gd$$_{2}$$Si$$_{2}$$O$$_{7}$$: 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 ($$sim$$10% with PMT and $$sim$$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.

口頭

Light yield maximization of triclinic La-GPS scintillator by optimizing La and Ce concentration

坪田 陽一; 和氣 嵩暁*; 金子 純一*; 樋口 幹雄*; 石橋 浩之*

no journal, , 

Gd$$_{2}$$Si$$_{2}$$O$$_{7}$$:Ce(GPS)はNaI:Tlを超える大発光量を持ち、523Kを超える高温環境下でも使用可能な希土類ケイ酸塩シンチレータである。GPSのGdの一部をLaで置換した三斜晶La-GPSもNaI:Tlに匹敵する発光量を有し、複数の単結晶合成例が報告されている。しかしLa-GPSの発光量に関する系統的な研究はいまだ報告されていない。本研究においてはLa-GPSシンチレータの発光量最大化を目指し、発光量のLa及びCe濃度依存性を調査した。(LaxGd1-x-yCey)$$_{2}$$Si$$_{2}$$O$$_{7}$$(x=0.1, y=0-0.16)および(x=0-0.15, y=0.025)の組成の調整したLa-GPS焼結体をガラス基板に固定、研磨することで厚み100$$mu$$m程度のプレートを作製した。$$^{241}$$Amからの$$alpha$$線応答測定の結果、Ce濃度2.5%でLa濃度を変化させた場合、La濃度5-6.7%程度で発光量が最大となり、La濃度増加とともに発光量は減少した。La濃度を10%とし、Ce濃度を変化させた場合、Ce濃度0-2.5%の領域では濃度増加に伴い、発光量が増加し、Ce濃度4%より高い領域では濃度消光により発光量が減少した。

口頭

Development of alpha particle detectors for detecting radiological contamination

森下 祐樹; 井崎 賢二; 金子 純一*; 樋口 幹雄*; 田村 健; 宇佐美 博士; 菊地 弘幸*; 宇津木 弥*; 高平 史郎*; 鳥居 建男

no journal, , 

プルトニウム同位体などの$$alpha$$線放出核種は、作業員が吸い込むと非常に有害であるため、原子力施設内の$$alpha$$汚染を瞬時に検出することが求められている。我々は、$$alpha$$汚染を正確かつ瞬時に検出するための検出器として、$$alpha$$線イメージング検出器と$$alpha$$ダストモニタを開発した。$$alpha$$線検出器には、プルトニウムなどの核物質とラドン子孫核種を弁別するために、エネルギー分解能と空間分解能の高い検出器が要求される。本研究では、セリウムをドープしたGd$$_{3}$$(Ga,Al)$$_{5}$$O$$_{12}$$(Ce:GAGG)シンチレータとシリコン光電子増倍管(SiPM)を用いて、$$alpha$$線イメージング検出器を開発した。薄いGAGGシンチレータはライトガイドに光学的に結合され、シリコン光電子増倍管は検出器の作製に用いられた。検出器は、5.5MeVのアルファ粒子に対して良好なエネルギー分解能を示した(半値幅(FWHM)で13%)。この検出器は、2次元の$$alpha$$線画像を取得することができる。また、この検出器はコンパクトなサイズであるため、狭い空間でも$$alpha$$汚染の測定が可能であるという利点がある。今回、開発した検出器を用いて、福島第一原子力発電所から得られたスミヤ試料の実測を行った。また、一部の原子力施設で稼働しているシリコン表面障壁型半導体検出器(SSBD)を用いた市販の$$alpha$$線用ダストモニタでは、湿度などの環境条件により誤報が頻発していた。そこで、セリウム添加Gd$$_{2}$$Si$$_{2}$$O$$_{7}$$(GPS)シンチレータプレートと光電子増倍管(PMT)を用いたアルファダストモニターを開発した。5.5MeVの$$alpha$$線に対するエネルギー分解能は12%FWHMであった。ラドン子孫核種の計数率は、エネルギー識別を適用することで77%減少した。このダストモニタは、GPSシンチレータ表面が濡れても$$alpha$$線スペクトル測定を行うことができた。この$$alpha$$ダストモニタは、温度や湿度の管理ができない環境での使用に適している。IRPA15会議での発表では、これらの$$alpha$$検出器の開発と測定結果を発表する。

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