Novel 4 field-of-view gamma-ray imaging

北山 佳治

IEEE NPSS Newsletter (Internet), 4 Pages, 2024/06

At the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station decommissioning site, there's a need for gamma-ray imaging technology that is compact and lightweight enough to be mounted on autonomous exploration robots, has a wide FOV and can operate in high-dose-rate environments. Coded masks and Compton cameras, although small and light, suffer from limitations such as a narrow FOV, susceptibility to background noise, or poor angular resolution and unsuitability for high-dose environments, respectively. Therefore, we developed a novel gamma-ray imaging technology that weighs about 600 g, has a cubic form measuring 8.6 cm on each side, offers a 4 FOV, has an angular resolution of approximately 5, and is expected to operate in environments with radiation levels up to 100 mSv/h with only eight readout channels.

Gamma-ray imaging using three-dimensional shadow images created by coded solid

北山 佳治; 野上 光博*; 人見 啓太朗*

KEK Proceedings 2022-3, p.46 - 53, 2023/01

https://lib-extopc.kek.jp/preprints/PDF/2022/2225/2225003.pdf

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333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。

Shield-free directional gamma-ray detector using small-angle Compton scattering

北山 佳治

Gamma Ray Imaging; Technology and Applications, p.165 - 179, 2023/00

https://doi.org/10.1007/978-3-031-30666-2

ガンマ線イメージャーは放射線源分布をイメージングするための強力なツールである。近年は福島第一原子力発電所の廃止措置に応用されている。廃止措置現場においては、小型軽量でかつ定量評価が可能であることが求められている。小角コンプトン散乱を用いたガンマ線イメージャー(Gamma-ray Imager using Small-Angle Scattering: GISAS)はそれらすべての要求を満たしたイメージャーである。GISASは遮蔽体を必要としない指向性ガンマ線検出器群によって構成される。シミュレーションと実験によって、本手法の実現可能性の検討を実施した。適切なエネルギーウインドウを散乱体と吸収体に設定することで、超昇格散乱イベントのみを選別し指向性を得ることが可能であることを実証した。

A Study of directional gamma-ray detector without shield by Monte Carlo simulation

北山 佳治; 寺阪 祐太; 佐藤 優樹; 鳥居 建男

Proceedings of International Youth Nuclear Congress 2020 (IYNC 2020) (Internet), 4 Pages, 2020/05

At the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS), various works are under-way for decommissioning. Depending on work places, there are radioactive hotspot. Therefore measuring the position of the hotspot in advance is important for safety of the worker. The system that can easily measure the dose rate distribution in work place has been demanded. There are two methods for imaging a dose rate distribution: a pinhole camera and a Compton camera. A pinhole camera can determine direction of radiation source in one event, but the weight becomes heavy because a shield is required. On the other hand, since the Compton camera does not require a shield, it can be reduced in the size and weight. However, Compton imaging method generate many ghosts of cone traces, which reduce the signal-to-noise ratio. We propose a new gamma-ray imager that works like a pinhole camera without a shield. This is achieved by arranging directional gamma ray detectors that does not require a shield. In this work, we have performed principle verification of a directional gamma-ray detector that is a basic component of the new gamma-ray imager by using Geant4 Monte Carlo simulation.

RADIATION DETECTION DEVICE

北山 佳治

人見 啓太朗*; 野上 光博*

特願 18/410450  公開特許公報

A radiation detection device is provided that is wide in visual field, wide in application range of radiation energy, and which is smaller and lighter in weight as compared to other devices. The device includes a detecting element group has a plurality of detecting elements that detect radiation are three-dimensionally arranged. The detecting element group has a structure with a depletion formed by removing the detecting element at any position from a virtual detecting element group in which the detecting elements are laid out on any virtual surface. The depletion is provided at a position at which a difference of detected values between one detecting element and another detecting element arranged along any direction exhibits different values in a case where the radiation having the direction as an incident direction enters and a case where the radiation having an opposite direction of the direction as an incident direction enters.

検出器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による多核種イメージングの基礎検討

北山 佳治; 野上 光博*; 人見 啓太朗*

no journal, , 

空間に無作為に配置された複数の検出器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である三次元影法を開発している。既に662keVのガンマ線に対して約10度の角度分解能で全方向ガンマイメージングが可能だと実験で示された。本研究では同一ジオメトリのイメージャーを用いて異なるエネルギーに対する本手法の特性をシミュレーションにより調査した。C3Gから3m離れた位置に置かれた10MBqのTcとF点線源を10分間測定する状況を仮定し141keV及び511keVの全方向ガンマ線イメージングシミュレーションを行った。その結果、それぞれ適切な位置に結像が見られることを確認した。一方で、141keVのイメージング精度は511keVと比較して悪い。これは511keVの散乱成分が141keVの光電ピークに被さる影響だと考えられる。今後は、精度向上のため、検出器ジオメトリや再構成アルゴリズムの最適化を図る。

Experimental evaluation of novel 4 field of view gamma-ray imaging method

北山 佳治; 野上 光博*; 人見 啓太朗*

no journal, , 

In the present study, we devised a new gamma-ray imaging technique (Three-Dimentional Shadow Method: TDSM) that uses three-dimensional shadows of gamma rays. This technique is based on the fact that the three-dimensional shading of gamma-ray flux, which is uniquely determined by the direction of gamma-ray irradiation, is generated by randomly arranging shields in space. In this study, we developed a new prototype gamma-ray imager (Coded Cube Camera for Gamma-ray: C3G) and performed 4 gamma-ray imaging experiments targeting a Cs source. C3G is a gamma-ray imager designed to apply TDSM, consisting of 8 GAGG (Ce) scintillator cubes, 18 lead cubes, and one empty cube randomly arranged in a Rubik's cube configuration. The size of each cube is 10 mm 10 mm 10 mm; the entire C3G is 86 mm 86 mm 86 mm and weighs about 600 g. The experiments were conducted indoors and outdoors under the condition that the 10 MBq Cs source was placed at a 3 m from the C3G. As a result, it was experimentally confirmed that 4 imaging could be performed by the C3G with an angular resolution of approximately 10 degrees. This result suggests that the performance of our proposed method is equivalent to or better than that of the existing imaging methods. Further development of this technique is expected to significantly contribute to decommissioning, decontamination, nuclear medicine, astronomy, etc.

TlBrの研磨&薄膜TlBr検出器

野上 光博*; 北山 佳治; 人見 啓太朗*

no journal, , 

これまで我々は次世代の半導体材料であるTlBrを用いた様々な検出器を開発してきた。中でも薄膜検出器は医療応用の観点から重要なテーマであった。今回、新たに導入した装置を用いて薄膜技術を向上し、その結果検出器応答も敏感になったため、その内容を報告する。

指向性検出器による多地点観測データを用いた線源位置探査手法の検討

林 寛子*; 城戸 寛子*; 黒澤 亮平*; 曽根 浩一郎*; 野上 光博*; 北山 佳治; 人見 啓太朗*; 鳥居 建男*

no journal, , 

福島第一原子力発電所の建屋内作業環境には、空間線量率が高い場所が多数存在し、廃炉の円滑な推進に影響を与えている。そこで、線源分布の全体像を俯瞰するために、床付近だけでなく、天井側も含めた縦方向も測ることができる小型軽量の指向性検出器の開発を行っている。指向性検出器の多地点観測データを用いた3次元空間内での線源位置探査手法の検討について報告する。

符号化立体が作る三次元影を用いたガンマ線イメージング

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。