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論文

Image reconstruction of radioactive contamination due to the Fukushima-Daiichi Nuclear Power Station Accident using a compact Compton camera

佐藤 優樹; 寺阪 祐太; 宮村 浩子; 冠城 雅晃; 谷藤 祐太; 川端 邦明; 鳥居 建男

Reactor Dosimetry; 16th International Symposium on Reactor Dosimetry (ISRD-16) (ASTM STP 1608), p.428 - 436, 2018/11

We developed a lightweight compact Compton camera to measure the distribution of radioactive contamination inside the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station. We conducted performance evaluation tests in the coastal area of Fukushima, Japan, using the camera, which employs a cerium (Ce)-doped GAGG (Gd$$_{3}$$Al$$_{2}$$Ga$$_{3}$$O$$_{12}$$) scintillator coupled with a multipixel photon counter. The camera can clearly visualize spreading of radioactivity along the ground surface. In addition, we performed three-dimensional image reconstruction of the distribution of radioactive contamination using the multi-angle data obtained with the Compton camera. We succeeded in obtaining a three-dimensional image of radioactive contamination in the outdoor area.

論文

Gamma-ray imaging system for Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant using silicon strip detector

冠城 雅晃; 佐藤 優樹; 吉原 有里*; 島添 健次*; 高橋 浩之*; 鳥居 建男

Reactor Dosimetry; 16th International Symposium on Reactor Dosimetry (ISRD-16) (ASTM STP 1608), p.405 - 414, 2018/11

On March 11, 2011, a massive earthquake occurred in the Tohoku region of Japan, and a large tsunami hit the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant (1F), resulting in a nuclear accident. Despite the years that have passed since the accident, decommissioning remains a concern. Radiation measurement techniques are very important for accelerating the decommissioning and ensuring low radiation exposure to workers. Our gamma-ray imaging system is the detection device for determining the three dimensional radioactive distributions of nuclear fuel debris, measuring high-energy gamma rays (greater than 1 MeV). Silicon semiconductor detectors are among the candidate detectors for radiation measurements in our system because of their radiation-hardness and high counting rate capability. We have been developing a stacked amorphous-silicon (Si)/crystal-Si heterojunction Si strip detector, which has 1-mm-pitch striped electrodes (0.5 mm wide) and 1.2-mm-pitch stacked technology. The detector consists of an Si strip mounted on a thin printed circuit board, front-end readout electronics with a complementary metal oxide semiconductor application specific integrated circuit, and a field programmable gate array. The threshold level of energy deposition of each pulse signal in each channel can be set from the application-specific integrated circuit, and gamma-ray images with energy discrimination can be obtained. The energy threshold level for discrimination of $$^{60}$$Co gamma rays from $$^{137}$$Cs gamma rays was investigated experimentally and by means of simulation, and it was found to be about 500 keV. Therefore, our Si strip detector has the required position sensitivity and energy discrimination ability for identifying high-energy gamma-ray source distributions.

論文

Radiation imaging using a compact Compton camera inside the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station building

佐藤 優樹; 谷藤 祐太; 寺阪 祐太; 宇佐美 博士; 冠城 雅晃; 川端 邦明; 宇津木 弥*; 菊地 弘幸*; 高平 史郎*; 鳥居 建男

Journal of Nuclear Science and Technology, 55(9), p.965 - 970, 2018/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:16.17(Nuclear Science & Technology)

The Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS), operated by Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc., went into meltdown after the occurrence of a large tsunami caused by the Great East Japan Earthquake of March 11, 2011. The radiation distribution measurements inside the FDNPS buildings are indispensable to execute decommissioning tasks in the reactor buildings. We conducted the radiation imaging experiment inside the turbine building of Unit 3 of the FDNPS using a compact Compton camera, and succeeded in visualizing the high-dose contamination (up to 3.5 mSv/h). We also drew a three-dimensional radiation distribution map inside the turbine building by integrating the radiation image resulting from the Compton camera into the point cloud data of the experimental environment acquired using the scanning laser range finder. The radiation distribution map shows the position of these contaminations on the real space image of the turbine building. The radiation distribution map helps workers to easily recognize the radioactive contamination and to decrease the radiation exposure; the contamination cannot be observed with the naked eye, naturally.

論文

Remote radiation imaging system using a compact $$gamma$$-ray imager mounted on a multicopter drone

佐藤 優樹; 小澤 慎吾*; 寺阪 祐太; 冠城 雅晃; 谷藤 祐太; 川端 邦明; 宮村 浩子; 和泉 良*; 鈴木 敏和*; 鳥居 建男

Journal of Nuclear Science and Technology, 55(1), p.90 - 96, 2018/01

 被引用回数:6 パーセンタイル:2.39(Nuclear Science & Technology)

A remote radiation imaging system comprising a lightweight Compton camera and a multicopter drone was developed to remotely and quickly measure radioactive contamination inside the buildings of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS). The drone system is used for measuring detailed radiation distributions in narrow areas, which have been difficult to gauge with conventional aircraft monitoring using helicopters. A measurement of radiation distributions in outdoor environments in the coastal areas of Fukushima, Japan, was performed. The drone system with the Compton camera succeeded in remote observations of dense hotspots from the sky over a contaminated area near the FDNPS. The time required for image reconstruction is approximately 550 s in the case of a 9-m flight altitude for the hotspots with a surface dose rate of several tens of $$mu$$Sv/h. This drone system will be used inside the buildings of the FDNPS for remote measurement of radioactive contamination.

論文

Development of compact Compton camera for 3D image reconstruction of radioactive contamination

佐藤 優樹; 寺阪 祐太; 小澤 慎吾*; 宮村 浩子; 冠城 雅晃; 谷藤 祐太; 川端 邦明; 鳥居 建男

Journal of Instrumentation (Internet), 12(11), p.C11007_1 - C11007_8, 2017/11

 被引用回数:3 パーセンタイル:47.79(Instruments & Instrumentation)

The Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS), operated by Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc., went into meltdown after the large tsunami caused by the Great East Japan Earthquake of March 11, 2011. Very large amounts of radionuclides were released from the damaged plant. Radiation distribution measurements inside the building of FDNPS are indispensable to execute the decommission tasks in the reactor buildings. We have developed a light-weight compact Compton camera to three-dimensionally measure the distribution of radioactive contamination inside FDNPS. The total weight of the Compton camera is lower than 1.0 kg. The $$gamma$$-ray sensor of the Compton camera employs the Ce-doped GAGG scintillators coupled with a multi-pixel photon counter (MPPC: Hamamatsu Photonics K.K.,). We performed the 3D image reconstruction of the $$^{137}$$Cs-radioactive sources as shown in Fig. 1; the 3D radiation image is reconstructed using the multi-angle data measured with the Compton camera. Here, we introduce the development status of the 3D radiation imaging system consisting of the Compton camera. Moreover, we present the results of a performance evaluation test for 3D image reconstruction of radioactive contaminations in details.

論文

Radiation imaging system using a compact $$gamma$$-ray imager mounted on a remotely operated machine

佐藤 優樹; 川端 邦明; 小澤 慎吾*; 和泉 良*; 冠城 雅晃; 谷藤 祐太; 寺阪 祐太; 宮村 浩子; 河村 拓馬; 鈴木 敏和*; et al.

IFAC-PapersOnLine, 50(1), p.1062 - 1066, 2017/07

The development of remote and quick radiation imaging methods in the high dose-rate environment is requested to accelerate implementation of decommissioning of the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant (FDNPP). We developed the remote radiation imaging system consisting of a Compton camera and a multicopter drone to remotely measure the radioactive contamination on the several radioactive fields in the environment and inside the building of nuclear facilities such as the FDNPP. The drone system succeeded in the observation of several hotspots from the sky at the outdoor environments in coastal areas of Fukushima, Japan. In addition, we are now developing the SLAM technology for remotely operated machines such as the drone to complete the remote radiation imaging system, which can autonomous flight.

論文

Molecular dynamics simulation of telomeric single-stranded DNA and POT1

冠城 雅晃; 山田 寛尚*; 宮川 毅*; 森河 良太*; 高須 昌子*; 加藤 宝光*; 上坂 充*

Polymer Journal, 48(2), p.189 - 195, 2016/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:80.65(Polymer Science)

本研究は、テロメア一本鎖DNAとPOT1について分子動力学シミュレーションを100ns行った。テロメアDNAとPOT1の結合状態を確認するため、POT1の$$C_alpha$$原子とテロメアDNAのO5'原子の距離を計算した。そして、単独状態と結合状態において、テロメア一本鎖DNAの両端塩基間距離、根平均二乗距離(RMSD)、慣性半径を計算した。さらに、単独状態と結合状態の根平均二乗揺らぎ(RMSF)を比較し、POT1とテロメアDNAの間の水素結合の平均数も計算した。グリニシン94(Gln94)と一本鎖テロメアDNAでPOT1と最近接なTTAGGGの一番目(G')のグアニンの間に水素結合が最頻度で現れる。そして、Gln94とG'が単独状態と結合状態でのRMSF値の差が最大になる。本研究では、Gln94とG'は、結合系において重要な部分で、結合状態の安定性に関係していると結論づけている。

口頭

モンテカルロ飛跡計算に基づくBNCTによるDNA損傷の評価

冠城 雅晃*; 渡辺 立子; 佐藤 達彦; 横谷 明徳; Pinak, M.; 勝村 庸介*; 上坂 充*

no journal, , 

ホウ素中性子捕捉療法(BNCT)は、普及が進められている放射線治療法の一つである。BNCTでは、腫瘍にホウ素化合物が、照射した熱中性子と中性子捕捉反応を起こすことで2次粒子として低エネルギーの$$alpha$$粒子とリチウム粒子が生成する。これらの粒子が患部に効率的にエネルギーを付与できることから、X線治療で治療が困難な腫瘍に対しても効果が期待される。しかし、まだ臨床,研究ともに事例が少なく、生物効果の基礎的知見は十分とは言えない。そこで、われわれは、BNCTのマイクロドジメトリに着目し、生物効果をDNA損傷レベルで評価することを目的とした研究を行っている。方法は、モンテカルロ飛跡コードによる微視的線量分布に基づいて、DNA損傷の量や空間分布を評価するものである。発表では、粒子線による微小領域での線量分布,間接作用を担うOHラジカルの収率,DNAの水溶液におけるDNA鎖切断について実験データと比較検討した結果について示す。本研究は、実験等が厳しいBNCTの現状の中でシミュレーションにより有力な基礎データを提供できるものと考える。最終的には実際の治療現場に即したさまざまな条件下でのDNA損傷もシミュレーションを行っていく予定である。

口頭

研究拠点機能向上のための遠隔技術開発,7; 放射線環境における超小型ポータブルコンプトンカメラの要素技術開発

佐藤 優樹; 岸本 彩*; 冠城 雅晃; 片岡 淳*; 鳥居 建男

no journal, , 

東京電力福島第一原子力発電所の廃止措置で生じる放射性廃棄物を取り扱う施設において、$$gamma$$線イメージャの開発は廃棄物に付着した放射性物質の分布を可視化するうえで重要な課題となっている。日本原子力研究開発機構は早稲田大学と共同で、従来の$$gamma$$線イメージャと比較して小型・軽量であり、放射線作業環境において作業員がメガネ感覚で装着可能、もしくは遠隔機器に搭載可能といった特徴を持つポータブルコンプトンカメラの開発に着手した。これまでの実験では、シリコン半導体をベースとしたマルチピクセル光子カウンティングデバイスと、$$gamma$$線に対して高い検出効率を有するCe:GAGGシンチレータを組み合わせて小型コンプトンカメラを試作し、これを用いて$$^{137}$$Cs線源の二次元イメージング画像を取得できることを示した。本講演では実験結果に加えて、小型コンプトンカメラ開発の今後の展望について紹介する。

口頭

R&Ds on remote technology and radiation measurements in JAEA towards the decommissioning of FDNPP

佐藤 優樹; 冠城 雅晃; 寺阪 祐太; 三枝 純; 川端 邦明; 若井田 育夫; 鳥居 建男

no journal, , 

The development of radiation measurement methods in the high dose-rate environment is requested to accelerate implementation of decommissioning of the FDNPP. We are now developing the technology which can measure the 3D distribution of the contamination level with radioactive substances inside the building of FDNPP. Light-weight portable gamma camera is to be developed, and is used for drones that can remotely measure the radiation distributions in the high radioactive fields where workers are not allowed to enter and remain there. Radiation hard sensors that can measure the shapes and nuclide distributions of residual debris inside the reactor pressure vessel (RPV) and primary containment vessel (PCV) are also to be developed. Multi-layer silicon strip detector (SSD) is one of the candidate sensor, which can measure the above information on the debris because SSD can measure the energies and incident directions of the $$gamma$$-rays emitted from the debris. Fast-decay scintillator which has the high density and superior radiation hardness are also developed for measurement of the $$gamma$$-rays emitted from the debris. We are now investigating the radiation hard optical fibers which can transmit the scintillation light under high dose-rate environment. We introduce our recent study about such radiation imaging technology and sensing technology of fuel debris.

口頭

Study on silicon semiconductor detector for visualization the pollution distribution in the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant

吉原 有里*; 島添 健次*; 高橋 浩之*; 冠城 雅晃; 鳥居 建男

no journal, , 

2011年3月11日の東京電力福島第一原子力発電所の事故に伴い、同年12月より1-4号機の廃止措置が進められている。原子炉建屋内は汚染により高線量率環境下となっており放射線検出器は遠隔操作ロボットに搭載する必要があるため、軽量な放射線イメージング技術が求められている。しかし、既存の放射線イメージングシステムは、放射線の入射方向を特定するために鉛やタングステン等を用いた機械式コリメータ等を採用しているものが多く、それによりシステムが重量化し建屋内のロボットの可動範囲に大きな制限を掛かる。そのような背景から、我々は機械式コリメータレスで指向性を有するエッジオンの積層型シリコンストリップ検出器検出器の研究を行っている。今回、6層積層型シリコンストリップ検出器の指向性を評価した。1MBqのCs-137線源を検出器から10cmの距離に配置し0, 15, 30, 60, 90度の角度に回転させ、それぞれの$$gamma$$線カウント数を閾値180/360keVを用いて測定した。

口頭

原子力機構における福島第一原子力発電所の廃止措置に向けた遠隔放射線測定技術の開発

佐藤 優樹; 冠城 雅晃; 寺阪 祐太; 三枝 純; 川端 邦明; 若井田 育夫; 鳥居 建男

no journal, , 

廃炉国際共同研究センター遠隔技術ディビジョンでは、東京電力ホールディングス福島第一原子力発電所の廃止措置に向けて、ガンマカメラと遠隔機器の融合による遠隔放射線測定技術の開発を進めている。これまでに遠隔技術ディビジョンでは、飛散した放射性物質を可視化するための装置として小型・軽量なコンプトンカメラを製作し、その動作試験を実施してきた。本会議では、コンプトンカメラの仕様と性能評価試験の結果を部分的に紹介し、加えて、今後予定しているコンプトンカメラを遠隔機器に搭載する計画についても発表する。

口頭

小型・軽量コンプトンカメラを用いた遠隔放射線イメージング技術の開発,3; コンプトンカメラデータを用いた3次元線源分布再構成に関する検討

宮村 浩子; 冠城 雅晃; 佐藤 優樹; 河村 拓馬; 井戸村 泰宏; 鳥居 建男

no journal, , 

コンプトンカメラによって測定したデータセットから2つの再構成アルゴリズムを使って線源分布の3次元ボリュームデータを再構成する実験結果を報告する。福島第一原子力発電所事故によって放出された放射性物質の分布を把握するために、$$gamma$$線の詳細な計測が必要である。本発表では、予備実験として、理想的な環境下で計測したデータに対して、3次元バックプロジェクション法、3次元リストモードMLEM(maximum likelihood estimation method)法2つのアルゴリズムを使って3次元再構成を試み、線源分布を再構成できることを確認した。

口頭

小型・軽量コンプトンカメラを用いた遠隔放射線イメージング技術の開発

宮村 浩子; 冠城 雅晃; 佐藤 優樹; 河村 拓馬; 井戸村 泰宏; 鳥居 建男

no journal, , 

福島第一原子力発電所から放出された線源分布を把握するための、$$gamma$$線遠隔可視化システム構築プロジェクトを紹介する。このプロジェクトでは、コンプトンカメラをドローンに搭載して計測を実施する。そして計測したデータは線源分布を把握するために再構成される。本報告では、制約を与えたデータに対して、3次元バックプロジェクション法、3次元リストモードMLEM(maximum likelihood estimation method)法2つのアルゴリズムを使って3次元再構成を試みた。点線源を対象とするコンプトンカメラ計測シミュレーションによって計測の回数と角度に制約を与えたデータを作成する。再構成実験から、十分な計測回数が得られれば再構成可能であることが確認できた。

口頭

小型・軽量コンプトンカメラを用いた遠隔放射線イメージング技術の開発,1; コンプトンカメラを搭載した無人飛行体による放射性物質分布の可視化に向けた取り組み

佐藤 優樹; 小澤 慎吾*; 和泉 良*; 寺阪 祐太; 冠城 雅晃; 宮村 浩子; 河村 拓馬; 谷藤 祐太; 川端 邦明; 鈴木 敏和*; et al.

no journal, , 

東京電力ホールディングス福島第一原子力発電所(以下、1F)の事故により1F建屋内外に放出された放射性物質について、詳細な除染計画の立案や作業員の被ばく線量の低減のために、飛散した放射性物質を可視化するための技術開発が求められている。日本原子力研究開発機構は放射性物質を可視化するための装置として、小型・軽量なコンプトンカメラを製作し、千代田テクノルと共同で動作試験を進めている。加えて、広いエリアの屋外環境や1F建屋内部の高線量率環境における遠隔での放射線イメージングを目的とし、コンプトンカメラをドローン等の遠隔機器に搭載することによる遠隔放射線イメージングの技術開発を同時に進めている。本シリーズ発表では、測定システムの概要をはじめに紹介し、福島県浜通り地域屋外におけるコンプトンカメラの性能評価試験の結果と、コンプトンカメラによる3次元線源分布再構成に関する検討について発表する。

口頭

小型・軽量コンプトンカメラを用いた遠隔放射線イメージング技術の開発,2; 福島県浜通り地域でのコンプトンカメラのイメージング精度検証

寺阪 祐太; 佐藤 優樹; 冠城 雅晃; 小澤 慎吾*; 鳥居 建男

no journal, , 

開発した小型・軽量コンプトンカメラを用いて福島県浜通り地域でフィールド試験を実施した。コンプトンカメラをドローンに搭載する前段階として、コンプトンカメラ単独で環境中に局所的に線量率が高いホットスポットをイメージング可能であるかを検証した。

口頭

マルチコプター型UAVを基盤とした遠隔放射線可視化システムの開発

佐藤 優樹; 小澤 慎吾*; 寺阪 祐太; 冠城 雅晃; 宮村 浩子; 谷藤 祐太; 川端 邦明; 和泉 良*; 鈴木 敏和*; 鳥居 建男

no journal, , 

東京電力ホールディングス福島第一原子力発電所(以下、1F)の事故により1F建屋内外に放出された放射性物質について、詳細な除染計画の立案や作業員の被ばく線量の低減のために、飛散した放射性物質を可視化するための技術開発が求められている。日本原子力研究開発機構は放射性物質を可視化するための装置として、小型・軽量なコンプトンカメラを製作し、千代田テクノルと共同で動作試験を進めている。加えて、広いエリアの屋外環境や1F建屋内部の高線量率環境における遠隔での放射線イメージングを目的とし、コンプトンカメラをドローン等の遠隔機器に搭載することによる遠隔放射線イメージングの技術開発を同時に進めている。本発表では、測定システムの概要を紹介し、福島県浜通り地域屋外におけるコンプトンカメラの性能評価試験の結果と、今後の1F建屋内へのシステム導入に係わる検討について発表する。

口頭

$$gamma$$-ray imaging system for Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant using silicon strip detector

冠城 雅晃; 佐藤 優樹; 吉原 有里*; 島添 健次*; 高橋 浩之*; 鳥居 建男

no journal, , 

Six years have been passed since the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident, the decommissioning remains concern. Radiation measurements are important technique to accelerate the decommissioning and ensure low radiation exposure to workers. Our $$gamma$$-ray imaging system is for detecting and obtaining the 3D radioactive distributions of the nuclear fuel debris, measuring high energy $$gamma$$-ray (greater than 1 MeV $$gamma$$-ray). Silicon semiconductor detector is one of the candidate detectors in our system, because of its radiation hardness and high counting capacity. We have been developed the stacked a-Si/c-Si heterojunction silicon strip detector, which is position sensitive detector with the 1 mm or 1.2 mm sensitivities. The position sensitivity and energy discrimination ability of our detector were evaluated by experiments and Monte Carlo simulation. We also studied the spectra of the detector of $${}^{137}$$Cs and $${}^{60}$$Co sources.

口頭

Compact Compton camera for radiation distribution imaging under high dose rate environments

佐藤 優樹; 寺阪 祐太; 冠城 雅晃; 谷藤 祐太; 宇佐美 博士; 宮村 浩子; 小澤 慎吾*; 和泉 良*; 川端 邦明; 鈴木 敏和*; et al.

no journal, , 

The development of quick radiation imaging methods in the high dose rate environments is very important to accelerate decommissioning of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS). We have developed a compact Compton camera for measurement of radioactive contamination inside FDNPS. We conducted a performance evaluation test inside the $$gamma$$-ray irradiation facility, and the Compton camera can visualize the $$^{137}$$Cs-irradiation source under the dose rate of 1 mGy/h. We also developed the remote radiation imaging system consisting of the Compton camera and a multicopter-type drone. The drone system succeeded in observing the $$^{137}$$Cs-radioactive source, which was set on the floor surface, remotely. We plan to use the Compton camera and the drone system inside the buildings of FDNPS.

口頭

放射線計測と光3次元計測を統合した放射性物質分布可視化システムの開発

佐藤 優樹; 谷藤 祐太; 寺阪 祐太; 宇佐美 博士; 冠城 雅晃; 宮村 浩子; 川端 邦明; 鳥居 建男

no journal, , 

福島第一原子力発電所(以下、1F)の事故により1F建屋内外に放出された放射性物質について、詳細な除染計画の立案や作業員の被ばく線量の低減のために、飛散した放射性物質を可視化するための技術開発が求められている。原子力機構廃炉国際共同研究センターは放射性物質を可視化するための装置として、小型・軽量なコンプトンカメラを開発し、放射性物質の分布を3次元的に可視化するための技術開発を進めている。加えて、レーザー等による光測量技術を用いて建屋構造物の3次元モデルを構築し、これを放射線イメージと重ね合わせることによって、より視認しやすい放射性物質分布図の構築を目指している。これまでに福島第一原子力発電所建屋内部において、開発したコンプトンカメラを用いて放射性物質のイメージング試験を実施し、建屋内部に存在するホットスポットの3次元的な可視化に成功した。加えて、測域センサーを用いて建屋内部の3次元モデルを構築し、放射線イメージと重ね合わせることによる放射線分布マップの構築を試みた。発表では試験結果の詳細と今後の予定を紹介する。

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