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北山 佳治; 野上 光博*; 人見 啓太朗*
Japanese Journal of Applied Physics, 63(3), p.032005_1 - 032005_6, 2024/03
検出器の応答パターンを利用した新しいガンマ線イメージング技術を紹介する。この方法では、三次元状にランダムに配置された複数の遮蔽体キューブを使用する。これらのキューブで定義された領域内では、ガンマ線の入射方向に基づいて固有のガンマ線フラックスパターンが形成される。このパターンは、複数のシンチレーターキューブの応答パターンとして測定される。ガンマ線の入射方向と対応する検出器応答パターンを事前に測定することで、アンフォールディング法を用いて入射方向を推定することができる。
Cs点線源を用いてシミュレーションを行った。その結果、10MBqのCs線源をイメージャーから3m離れた位置に設置した場合、約10
の角度分解能で撮像できることがわかった。これらの結果は、我々の新しい方法が既存のガンマ線イメージング技術と同等以上の性能を有することを示唆している。この撮像法の応用としては、原子力発電所の廃止措置、核医学、セキュリティ、天文学などが考えられる。
北山 佳治; 野上 光博*; 人見 啓太朗*
KEK Proceedings 2022-3, p.46 - 53, 2023/01
街灯の光で夜道に映し出された自分の影の向きや形から街灯の位置を予想することができる。この考えをガンマ線イメージャーに応用したものはCoded apertureとして知られている。今回、立体的な遮蔽とシンチレータ結晶配置を持ったCoded Cube Camera - POrtable (C3PO)を発案した。C3POは鉛、シンチレータ、空乏でできたキューブを3
33のルーリックキューブ状にランダムに配置したもので、各シンチレータの出力は3次元影模様を作り出す。三次元影からアンフォールディングによって線源方向分布にもどる。今回、Geant 4を用いたシミュレーションでその特性や実現可能性を検討した。
伊藤 辰也; Kim, S.-Y.*; Xu, Y.*; 人見 啓太朗*; 石井 慶造*; 永石 隆二; 木村 貴海
no journal, ,
高レベル放射性廃液(HLLW)中に含まれる白金族元素(PGMs)を効率よく分離・回収できるシリカ担持型吸着材の耐放射線性及び放射線照射場での吸着特性を調査するために、
線照射下で模擬廃液を用いたバッチ吸着試験を行い、その特性について検討した。その結果、吸着材への廃液中のPdの吸着は未照射下の場合と同様に、2時間以内に平衡に達し、その吸着率は99%以上であった。また、照射開始から20時間経過してもPdの吸着率が減少しないことから、積算吸収線量が100kGy程度の範囲では、Pdが吸着するシリカに担持した抽出剤の分解溶出はほとんどないことがわかった。
伊藤 辰也; Kim, S.-Y.*; Xu, Y.*; 人見 啓太朗*; 石井 慶造*; 永石 隆二; 木村 貴海
no journal, ,
高レベル放射性廃液(HLLW)中に含まれる白金族元素(PGMs)を分離・回収するために調製したシリカ担持型吸着材の放射線照射条件下での吸着保持性能を評価するために、PGMsを飽和まで吸着させた吸着材の線照射実験を行った。その結果、吸収線量350kGyまではすべてのPGMsの保持率が97%以上であり、特にプロセスでの吸着対象である2価パラジウムPd(II)の保持率が99%以上であったことから、積算線量100kGy未満である実際の放射線環境下で吸着材は十分に適用できることがわかった。
-P silica-based absorbent伊藤 辰也; Kim, S.-Y.*; Xu, Y.*; 人見 啓太朗*; 石井 慶造*; 永石 隆二; 木村 貴海
no journal, ,
高レベル放射性廃液(HLLW)中に含まれる白金族元素(PGMs)を効率よく分離・回収するために、シリカ担持型の吸着材として(MOTDGA-TOA)/SiO-Pを開発するとともに、その放射線照射場での吸着特性及び耐放射線性を調査した。その結果、この吸着材がPdに対して高い吸着性能を有するとともに、シリカに含浸した2種類の抽出剤の相乗効果によってRu及びRhに対する吸着性能が改善されることがわかった。また、線照射下の模擬廃液中の吸着材へのPd吸着は未照射下の場合と同様に、迅速に平衡に達し99%以上の吸着率を得た。さらに、線の照射開始から20時間経過しても吸着材中のPd保持率が減少しないこと等から、この吸着材が耐放射線性に優れていること、実廃液からのPd分離に利用可能であることが示唆された。
伊藤 辰也; 永石 隆二; Kim, S.-Y.*; Xu, Y.*; 人見 啓太朗*; 石井 慶造*; 木村 貴海
no journal, ,
高レベル放射性廃液(HLLW)中に含まれる白金族元素(PGMs)を効率よく分離・回収するために開発したシリカ担持型の吸着材の(MOTDGA-TOA)/SiO-Pについて、その放射線照射場での吸着特性及び耐放射線性を調査した。その結果、線照射下の模擬廃液中の吸着材へのPd吸着は未照射下の場合と同様に、迅速に平衡に達し99%以上の吸着率を得た。さらに、線の照射開始から20時間経過しても吸着材中のPd保持率が減少しないこと等から、この吸着材が耐放射線性に優れていること、実廃液からのPd分離に利用可能であることが示唆された。
-Pと(MOTDGA-TOA)/SiO-Pの比較伊藤 辰也; Kim, S.-Y.*; Xu, Y.*; 人見 啓太朗*; 石井 慶造*; 永石 隆二; 木村 貴海
no journal, ,
高レベル放射性廃液(HLLW)中に含まれる白金族元素(PGMs)を分離・回収するために調製したチオジグリコールアミド型抽出剤と3級アミン型抽出剤を多孔性シリカ/ポリマー複合担体粒子(SiO-P)に含浸担持させた多孔性シリカ担持型吸着材として、アミド型抽出剤の炭素鎖の長さが異なる(Crea-TOA)/SiO-Pと(MOTDGA-TOA)/SiO-Pの吸着,分離,耐放射線性及び吸着挙動への放射線照射の影響について比較検討を行った。その結果、どちらの吸着材もPGMsに対する吸着挙動はほぼ同様であるが、線を高線量照射した吸着材の耐放射線性に関する実験では、側鎖が長い(MOTDGA-TOA)/SiO-Pの方が(Crea-TOA)/SiO-Pよりも劣化が少ないこと等がわかった。
前田 茂貴; 野上 光博*; 伊藤 主税; 渡辺 賢一*; 人見 啓太朗*
no journal, ,
原子力プラント内で利用可能なポータブル高分解能ガンマ線スペクトロメーターの開発を進めている。背景,目標設定等の研究計画を概説し、具体的なアプリケーションとして高速炉燃料破損検出のためのOLGMへの適用可能性、要求される性能について検討した。
野上 光博*; 人見 啓太朗*; 伊藤 主税; 椿山 邦見*; 渡辺 賢一*; 前田 茂貴
no journal, ,
TlBr検出器はエネルギー分解能の向上や大体積化に関する研究が多くなされる一方で、長期安定性に関する評価はほとんどされてこなかった。そこで、本研究では実際の原子力プラントへの適用を想定して、約2000時間連続動作させた際のTlBr検出器の長期安定性の評価を行なった。
渡辺 賢一*; 椿山 邦見*; 人見 啓太朗*; 野上 光博*; 伊藤 主税; 前田 茂貴
no journal, ,
検出器性能の向上に向けた検討の一環として、中性子回折法のひとつである中性子ブラッグディップイメージング法を用いてTlBr結晶の結晶性評価を行った。
渡辺 賢一*; 人見 啓太朗*; 野上 光博*; 前田 茂貴; 伊藤 主税; 丹野 敬嗣; 尾鍋 秀明*
no journal, ,
TlBrは高い原子番号・密度、広いバンドギャップを有する化合物半導体で、室温動作可能かつ高い検出効率を有するガンマ線検出器材料として開発が進められている。デバイス作製における歩留まりの向上のために結晶の品質評価手法を確立するため、中性子回折があるが、実施可能な施設がJ-PARC等の大型施設に限られている。電子線回折の一つである電子後方散乱回折(Electron Backscatter Diffraction: EBSD)像は電子顕微鏡で取得可能であるが、結晶表面の情報しか取得できない。今回、TlBr結晶に対し、中性子回折の一つである中性子ブラッグディップイメージングとEBSDにより結晶方位像を取得し、その両者を比較することで、簡便なEBSDによる結晶の品質評価手法への適用可能性を検討した。
北山 佳治; 野上 光博*; 人見 啓太朗*
no journal, ,
街灯によって夜道に映し出された自分の影の数や形,濃淡をよく観察すると、街灯の数と方向を推測することができる。これをガンマ線イメージングに応用した例として、コーデッドマスクがよく知られている。コーデッドマスク方式のガンマ線イメージャーは、コーデッドマスクと呼ばれる複数の穴の開いた金属板によって、位置敏感型検出器上に映し出されたガンマ線の影模様から、光源、すなわちガンマ線源の方向と数を推定するものである。本研究はこの考えを三次元的に拡張し、符号化立体が作る三次元的な影模様を計測することで、4
方向の視野を持ったガンマ線イメージャーの実現を目指すものである。ガンマ線の作る三次元影という新しい概念を導入することで、既存のガンマ線イメージャーの抱えていた多くの欠点を克服でき、将来的に様々な応用可能性を持ったガンマ線イメージング手法が実現できる可能性が示された。
人見 啓太朗*; 前田 茂貴; 野上 光博*; 伊藤 主税; 渡辺 賢一*
no journal, ,
本研究において厚さ2cmのピクセル化されたTlBr検出器を製造した。直径50mmのTlBr結晶は、ゾーン精製された材料を使用してBridgman-Stockbarger法によって成長させた。ピクセル化されたTlBr検出器は、20mm 20mm 20mmの寸法で成長した結晶から製造した。平面カソードおよびピクセル化アノードは、Tlの真空蒸着によって結晶上に構築された。アノードは、ガードリングで囲まれた16ピクセルの電極(3mm 3mm)で構成した。電荷に敏感なプリアンプがデバイスのピクセル電極に接続した。プリアンプからの出力信号はデジタイザーで記録した。取得した信号波形は、パルス高さスペクトルを取得するために、イベントごとにPCイベントで分析した。ピクセル化されたTlBr検出器の陰極表面に、室温でAm-241ガンマ線源を照射した。陰極に印加されたバイアス電圧は2000Vである。59.5keVのガンマ線に対応する明確な全エネルギーピークが検出器から得られた。59.5keVのガンマ線の明確な全エネルギーピークは、TlBr結晶の優れた電子輸送特性を示している。
渡辺 賢一*; 野上 光博*; 人見 啓太朗*; 前田 茂貴
no journal, ,
臭化タリウム(TlBr)は、ガンマ線検出器にとって魅力的な半導体である。TlBr検出器は優れたエネルギー分解能を示すが、これらの結果は小さな結晶から得られたものである。TlBr開発の次のステップは、検出器のサイズを大きくし、検出器の生産の歩留まりを向上させることである。このため、検出器製造の歩留まりを向上させるための結晶品質評価手順を確立することを目標としている。結晶品質の評価方法として、中性子回折法に基づく中性子ブラッグディップイメージングと電子後方散乱回折を適用した。両方の手法で得られた結果を比較したところ、ほぼ同じ情報が得られた。TlBr結晶品質は、両方の手法を補完的に組み合わせることで効率的に評価できると結論付けた。
北山 佳治; 野上 光博*; 人見 啓太朗*
no journal, ,
By observing the shadow, the direction of the light source can be inferred. The coded-mask gamma-ray imager is a well-known example of applying this method to a gamma-ray imager. We have extended the concept of the coded mask to three dimensions to develop a gamma-ray imager that is compact, lightweight, and has a wide field of view. That is, the direction of the gamma-ray source is estimated by measuring the three-dimensional shadow of the gamma-ray. The feasibility of this new idea was verified by simulation. We designed a Coded Cube Camera - POrtable (C3PO) with lead and scintillator cubes of 10 mm 10 mm 10 mm arranged irregularly in a 3 3 3 Rubik's cube shape and evaluated its characteristics by simulation. Result of the simulation of 10 MBq, Cs point source placed 3 m away from the C3PO, it was found that Omni-directional imaging can be done in 10 minutes. We also confirmed that the difference in imaging intensity between the two gamma-ray sources of the same intensity was less than 2%. These results indicate the possibility of quantitative evaluation of gamma-ray sources' radioactivity and Omni-directional gamma-ray imaging. In the future, we will fabricate a prototype and experimentally evaluate its characteristics.
北山 佳治; 野上 光博*; 人見 啓太朗*
no journal, ,
鉛等の遮蔽物でできた、全ての軸に対して非対称な構造を持った中空の立体(符号化立体)にガンマ線が照射されると、内部にはフラックスの三次元的な濃淡が生じる。このフラックス強度の勾配はガンマ線の照射方向によって一意に決まる、いわば三次元的な影のようなものである。夜道に映し出された自身の影を観察することで、街灯の位置を推測できるように、このガンマ線の三次元影からガンマ線源の方向を推定しようという手法に対して、シミュレーションによる実現可能性の検討を行った。その結果、10mm四方の鉛18個と10mm四方のシンチレータ8個をルービックキューブ状に配置したイメージャー(Coded Cube Camera-POrtable: C3PO)によって、全方向のガンマ線イメージングが実施可能であることが示された。
渡辺 賢一*; 人見 啓太朗*; 野上 光博*; 前田 茂貴; 尾鍋 秀明*
no journal, ,
TlBrは高い原子番号・密度、広いバンドギャップを有する化合物半導体で、室温動作可能かつ高い検出効率を有するガンマ線検出器材料として開発が進められている。現状での課題は、デバイス作製における歩留まりの向上であり、安定に高品質なデバイスを製作可能なプロセスの確立が求められている。結晶育成プロセスは、良質な検出器を製作する上で、最も重要なプロセスの一つであり、結晶がどのように育成されていくかを理解することは非常に重要である。今回は、結晶育成方向について、結晶方位分布を観察し、結晶成長に関する知見を得ることを試みた。
北山 佳治; 野上 光博*; 人見 啓太朗*
no journal, ,
本研究ではガンマ線の三次元影を機械学習を用いてデコードすることで、8chの検出器と簡単な計数回路だけでガンマ線の全方向イメージングが可能となる新手法を提案した。本手法の角度分解能は既存のイメージャーと同等以上であり、定量性も高いことが本研究により示された。本手法は遮蔽体と検出器の材質やサイズを適切に選択することで、広いエネルギー範囲において環境レベルから炉内等の超高線量場まで幅広く適用が可能である。本手法の検出器形状を問わないという特異な性質はイメージャーの設置場所が限られるような状況で有利に働く。本手法は廃炉,医療,宇宙観測等の極めて多くの分野への応用が期待できると考えられる。
野上 光博*; 北山 佳治; 人見 啓太朗*; 高田 英治*; 鳥居 建男*; 石井 慶造*
no journal, ,
先進放射線計測研究グループでは、福島第一原子力発電所建屋内で使用することを念頭において、斜方立方八面体型鉛遮蔽体とシンチレータを組み合わせた指向性検出器の開発に取り組んでいる。本発表では、今まで実施した基礎的な検討内容について報告を行う。
北山 佳治; 野上 光博*; 人見 啓太朗*
no journal, ,
我々は次世代のガンマ線イメージング手法として、イメージャー内部に生じたガンマ線フラックス強度の空間的勾配からガンマ線の入射方向を推定する手法(三次元影法)を提案している。三次元影法は既にシミュレーションによってその実現可能性が示されている。今回新たに8chのGAGG(Ce)シンチレータと18個の鉛キューブを用いた小型ガンマ線イメージャー(C3PO)の試作機を製作し手法の妥当性を実験的に確認した。
