Identification and quantification of a Co radiation source under an intense Cs radiation field using an application-specific CeBr spectrometer suited for use in intense radiation fields

冠城 雅晃; 島添 健次*; 加藤 昌弘*; 黒澤 忠弘*; 高橋 浩之*

Journal of Nuclear Science and Technology, 59(8), p.983 - 992, 2022/08

https://doi.org/10.1080/00223131.2022.2026833

Passive -ray spectroscopy is a useful technique for surveying the radioactive wastes and spent nuclear fuels under nuclear decommissioning. However, this method depends on material properties such as the activity, density, element, scale, and (especially) low-energy rays from U and Pu. The -decay lines of Cs, Cs, Co, and Eu occur at greater energies (than those of U and Pu), and these nuclides provide significant information on spent nuclear fuel and radioactive wastes. A CeBr spectrometer with a small-volume crystal has been previously developed for use in intense radiation measurements. We exposed the spectrometer to radiation dose rates of 0.025, 0.151, 0.342, 0.700, and 0.954 Sv/h under a standard Cs radiation field. A 6.38 MBq Co calibration source was placed in front of the detector surface. Identification of the full energy peak at 1173 keV was impossible at dose rates higher than 0.700 Sv/h. However, subtraction of the Cs radiation spectra from the -ray spectra enabled the identification of the full energy peaks at 1173 and 1333 keV at dose rates of up to 0.954 Sv/h; the relative energy resolution at 1173 and 1333 keV was only slightly degraded at this dose rate.

Gamma-ray spectroscopy with a CeBr scintillator under intense -ray fields for nuclear decommissioning

冠城 雅晃; 島添 健次*; 加藤 昌弘*; 黒澤 忠弘*; 鎌田 圭*; Kim, K. J.*; 吉野 将生*; 庄司 育宏*; 吉川 彰*; 高橋 浩之*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 988, p.164900_1 - 164900_8, 2021/02

https://doi.org/10.1016/j.nima.2020.164900

近年、2011年の東京電力ホールディングス福島第一原子力発電所事故より、世界各地で、廃止措置になる原子力施設が増加している。一方、原子力施設の廃止措置工程においては、放射性廃棄物や使用済み核燃料を適切な管理下で回収しなければならないため。そこで、本研究は、高線量率下でのガンマ線スペクトロメトリを実現するため、5mm5mm5mmの微小CeBrスペクトロメーターを構築した。さらに、(1)毎秒ギガサンプリング率のデジタル信号処理、(2)後段3段ダイノード電圧印加機能付光電子増倍管により、1Sv/hを超える線量率でのガンマ線スペクトル測定に成功した。Cs放射線場で、662keVのエネルギー分解能(半値幅)が、22mSv/hで4.4%であり、それが1407mSv/hでは5.2%である。対して、Co放射線場では、1333keVのエネルギー分解能(半値幅)が、26mSv/hで3.1%であり、それが2221mSv/hでは4.2%である。これらは、Cs, Cs, Co, Euのガンマ線を分解できる要求を満たており、同時に1Sv/h以上で上記核種のガンマ線分析が可能なことを示唆するものである。

RADREMOTE 2018; Proceedings of The 5th Fukushima Research Conference (FRC) 2018; Radiation hardness, smartness and measurement in remote technology for the decommissioning of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station

冠城 雅晃; 鳥居 建男; 小川 徹

JAEA-Review 2019-031, 251 Pages, 2020/01

JAEA-Review-2019-031.pdf:57.36MB

福島第一原子力発電所の廃炉をはじめとした過酷な放射線環境下で、現場作業者の被ばく線量を低減するため、遠隔技術やロボティクスの高度化に大きな期待が集まっている。しかし、ロボットの遠隔制御のための最先端の要素技術やセンサー, 電子機器の耐放射線性にも厳しい限界がある。原子力へのロボット技術の応用拡大に向けて、機器の耐放射線性の向上(Radiation hardness)や運用における放射線環境への適応力(Radiation smartness)が求められる。さらに、将来の核燃料デブリの探査と取り出しに向けては、福島第一原子力発電所内の高線量率現場での放射線イメージングや核燃料デブリの検出といった、放射線計測(Radiation measurement)および位置認識・周辺環境の把握のための技術の開発が必要である。今回の福島リサーチカンファレンスでは、遠隔技術のさらなる進展のため、さまざまな分野の専門化を交えて将来のビジョンを共有することを目指している。

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

https://doi.org/10.1520/STP160820170070

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 Co gamma rays from 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.

Remote radiation imaging system using a compact -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

https://doi.org/10.1080/00223131.2017.1383211

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 Sv/h. This drone system will be used inside the buildings of the FDNPS for remote measurement of radioactive contamination.

Radiation imaging system using a compact -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

https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2017.08.218

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.

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。

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 -rays emitted from the debris. Fast-decay scintillator which has the high density and superior radiation hardness are also developed for measurement of the -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.

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。

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、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。