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gamma-ray imager using detector response patterns北山 佳治; 野上 光博*; 人見 啓太朗*
Japanese Journal of Applied Physics, 63(7), p.076502_1 - 076502_8, 2024/07
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Physics, Applied)三次元空間に無作為に配置した複数のガンマ線検出器の応答強度パターンから、ガンマ線源の入射方向を推定する新しいガンマ線イメージング技術の開発を行っている。本論文では、8個のGAGG (Ce)シンチレータキューブと18個の鉛キューブで構成されるガンマ線イメージャー、Coded Cube Camera for Gamma-ray (C3G)を製作し、
Cs線源の4イメージング実験を実施した。実験の結果、3m先にある10MBqのCs線源を10分間の測定で、angle uncertainty5度の精度でイメージングできることを確認した。一般にガンマ線イメージャーは数百から数千の読み出しチャンネル数が必要となるが、C3Gは僅か8チャンネルの読み出し回路で構成される。そのため回路や再構成アルゴリズムはシンプルにすることができ、安価かつ信頼性の高いイメージャーが実現する。C3Gは大きさ86mm 
86mm 86mmのハウジングに格納されており、重量は約600gである。小型軽量で4視野を持ち、高角度分解能を持つ本技術は、天文学や医療、核セキュリティ、原子力発電所の廃止措置など広範な応用が期待される。
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.
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
被引用回数：1 パーセンタイル：70.85(Physics, Applied)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。
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
被引用回数：3 パーセンタイル：41.04(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。
北山 佳治
Gamma Ray Imaging; Technology and Applications, p.165 - 179, 2023/00
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。
北山 佳治; 寺阪 祐太; 佐藤 優樹; 鳥居 建男
Journal of Nuclear Engineering and Radiation Science, 7(4), p.042006_1 - 042006_7, 2021/10
Gamma-ray imaging is a technique to visualize the spatial distribution of radioactive materials. Recently, gamma-ray imaging has been applied to research on decommissioning of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS) accident and environmental restoration, and active research has been conducted. This study is the elemental technology study of the new gamma-ray imager GISAS (Gamma-ray Imager using Small-Angle Scattering), which is assumed to be applied to the decommissioning site of FDNPS. GISAS consists of a set of directional gamma-ray detectors that do not require a shield. In this study, we investigated the feasibility of the shield free directional gamma-ray detector by simulation. The simulation result suggests that by measuring several keV of scattered electron energy by scatterer detector, gamma rays with ultra-small angle scattering could be selected. By using Compton scattering kinematics, a shield-free detector with directivity of about 10 could be feasible. By arranging the directional gamma-ray detectors in an array, it is expected to realize the GISAS, which is small, light, and capable of quantitative measurement.
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.
北山 佳治
人見 啓太朗*; 野上 光博*
特願 2023-007015 
公開特許公報
【課題】視野が広く、放射線エネルギーの適用範囲が広く、且つ、小型軽量化を図ることが可能な新しい放射線検出装置を提供することを目的とする。 【解決手段】放射線検出装置1は、放射線を検出する複数の検出素子12が3次元的に配置された検出素子群11を備える放射線検出装置である。検出素子群11の構造は、任意の仮想面S上に検出素子12が敷き詰められた仮想検出素子群から任意の位置の検出素子12を取り除いて形成された空乏13を有する構造である。空乏13は、任意の方向に沿って配置された一の検出素子12A及び他の検出素子12Bの各検出値の差分が、当該方向を入射方向とする放射線が入射する場合と当該方向の逆方向を入射方向とする放射線が入射する場合とにおいて、異なる値を示す位置に設けられる。
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.
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。
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.
北山 佳治; 野上 光博*; 人見 啓太朗*
no journal, ,
We are developing a gamma-ray imager, the "Coded Cube Camera for Gamma-Ray" (C3G), which offers an omnidirectional field of view, and is compact and lightweight. The C3G consists of irregularly arranged shielding and detector cubes. The C3G has demonstrated the ability to image a Cs source at a distance of 3 meters with an angular uncertainty of 5 degrees. In the current prototype, the arrangement of shielding and detectors has yet to be optimized. Since the imager geometry influences the angular resolution and accuracy of position estimation, identifying a metric for geometry optimization has become a pressing challenge. This study analyzed the relationship between imaging accuracy and detector response patterns. A simulation was conducted to search for parameters that affect imaging accuracy. As a result, it was found that the coefficient of variation (CV) of the detector's response patterns affects imaging accuracy, and the simulation confirmed that performance can be improved by changing the imager geometry to enhance the CV. The results obtained will be an essential indicator for future imager design. We plan to develop an algorithm that can select the optimal geometry.
北山 佳治
no journal, ,
三次元空間に無作為に配置されたガンマ線検出器群の応答パターンから、ガンマ線の入射方向を推定する技術についてシミュレーション及び実験により特性評価を重ねてきた。これまでは、福島第一原子力発電所廃炉や環境回復を主な目的として研究してきたため、イメージング対象核種としてCs (662keV)を設定してきたが、今回は医療応用を目的として
Co (122keV), 
F (511keV)の同時イメージングを実施した。Coは、SPECTでよく用いられる
Tc (141keV)の代わりに用いた。実験とシミュレーションによって、その特性を評価し、医療応用への検討を行った。
北山 佳治; 野上 光博*; 人見 啓太朗*
no journal, ,
空間に無作為に配置した複数の遮蔽体によって、測定環境のガンマ線フラックス場を局所的に変調し、その三次元的なフラックス強度パターンからガンマ線源分布を推定する、新しいガンマ線イメージング手法を開発している。これまで、本手法を利用したガンマカメラであるC3Gを製作し、単一線源を用いたイメージング実験を実施してきた。本研究では、線・面状分布を持ったガンマ線源に対してのイメージングについてシミュレーションによる評価を行った。長さ2m, 4m, 6mの線状線源、また一片の長さが2m, 4m, 6mの正方形線源を3m先に置いた状況を仮定した。Cs (662keV)とCo (122keV)の二核種をターゲットとした。その結果、分布線源の形状に応じたイメージング結果が得られることを確認した。また、ガンマ線のエネルギーによってイメージング精度に差が出ることも分かった。
野上 光博*; 北山 佳治; 人見 啓太朗*; 田村 雄介*; 金子 慎一郎*; 高田 英治*; 鳥居 建男*
no journal, ,
ガンマ線源分布を調査するための指向性検出器の開発に取り組んでいる。ロボットに搭載することを前提に開発を行っているため、重量やサイズに制限がある中で、シンチレータとガンマ線遮蔽体として鉛アンチモンを採用した多面体型指向性検出器を製作し、その評価を実施している。本発表では、それらの詳細についての報告を行う。
北山 佳治; 野上 光博*; 人見 啓太朗*
no journal, ,
検出器群の応答強度パターンからガンマ線の照射方向を推定する新しいガンマ線イメージング手法並びにその手法を用いたガンマ線イメージャーであるCoded Cube Camera for Gamma-ray (C3G)の開発を行っている。今回は、本手法の複数線源、また多核種線源の同時イメージングへの適用可能性についてシミュレーションによって検討した。
北山 佳治; 野上 光博*; 人見 啓太朗*
no journal, ,
複数の検出器の応答強度パターンから、ガンマ線の入射方向を推定する手法に関する研究を続けている。本手法は空間に複数配置した遮蔽体と検出器で構成される。この配置パターン(ジオメトリ)はイメージング精度に強い影響を与えることが分かっているが、現状は無作為に配置している。本研究では、ジオメトリ最適化に関するいくつかの考察を行い、イメージング精度の向上を図った結果について報告する。
野上 光博*; 北山 佳治; 人見 啓太朗*; Baduy, N.*; 田村 雄介*; 河田 竜太朗*; 金子 慎一郎*; 高田 英治*; 鳥居 建男*
no journal, ,
放射線デジタルグループでは、高視野・迅速・安価な放射線源探査を実現するロボットシステム(Cooperative Operation Robot system for Radiation Source Exploration: CORRASE)コラッセの研究開発を行っている。現在までに、コラッセに搭載する指向性検出器の開発を中心に報告(2024年秋の年会2H-10など)を行ってきたが、本発表ではロボットシステムと指向性検出器を組み合わせ製作したコラッセの実証試験についての報告を行う。
