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森下 祐樹; 宮村 浩子; 佐藤 優樹; 大浦 正利*
Radiation Measurements, 171, p.107064_1 - 107064_7, 2024/02
被引用回数：0アルファおよびベータ汚染位置の検出は、核施設の除染にとって重要である。廃炉現場の高線量率環境では、作業員による直接の汚染測定は困難である。そこで、新しいシンチレータベースの検出器を用いた遠隔自動汚染測定システムを開発した。50mm
厚さ100
mのYAlO
(Ce)(YAP:Ce)シンチレータにフラットパネル型マルチアノード光電子増倍管を結合させた。検出器はロボットの下部に下向きに設置された。エネルギー測定機能があり、エネルギー測定によりアルファ粒子とベータ粒子および
Rnアルファ粒子を識別できる。エネルギー情報を使用すると、アルファ粒子とベータ粒子を同時に識別し、マッピングすることができる。さらに、ゆっくりと動くロボットを使用すると、1回の測定で統計的に十分なカウントを取得できるため、アルファ粒子のみを使用して表面汚染密度を評価できる。遠隔自動汚染測定システムは、作業員が立ち入ることができない環境における汚染分布の可視化に役立つ。
森下 祐樹; 樋口 幹雄*; 金子 純一*; 北川 裕一*; 明渡 純*; 相馬 貢*; 松井 浩明*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1057, p.168702_1 - 168702_8, 2023/12
被引用回数：0 パーセンタイル：0.02(Instruments & Instrumentation)本稿では、福島第一原子力発電所等の廃炉現場における入退室管理モニターに使用される、手足のアルファ粒子の分布を詳細に計測できる広域画像検出器の開発について説明する。検出器は市販のZnS(Ag)シンチレーターと電子増倍CCDカメラを使用して開発された。数種類の放射線源を測定して検出器の有効性を評価した結果、極めて短時間でアルファ線の位置を検出でき、最大11Bq/cm
の汚染レベルを可視化できることがわかった。検出最小表面活性濃度評価の結果、4Bq/cmを達成するには2.0分以上、0.4Bq/cmを達成するには25.0分以上を必要とする。検出器の視野も確認し、手と靴底の大部分をカバーできる視野があることを確認した。この検出器は体内への取り込み防止や除染に役立つことが期待される。
線ダストモニタの開発佐川 直貴; 藤澤 真; 細見 健二; 森下 祐樹; 高田 千恵
保健物理(インターネット), 58(3), p.135 - 140, 2023/11
作業環境中の空気中放射性物質濃度は、作業者の内部被ばくの防護(呼吸保護具の選定)や線量評価のために重要な測定値である。福島第一原子力発電所の廃炉作業のように空気中放射性物質濃度が10
Bq/cm
(
Srの空気中濃度限度の約30倍相当)を超えることが想定される作業環境を連続的に監視することを目的として、超極薄のプラスチックシンチレータを用いた高濃度用可搬形線ダストモニタを開発した。試作機による性能試験の結果から、開発した可搬形線ダストモニタは、1Bq/cmの空気中放射性物質濃度における連続モニタリングが可能であると評価した。
佐藤 匠; 音部 治幹; 森下 一喜; 丸藤 崇人; 石川 高史; 藤島 雅継; 中野 朋之
JAEA-Technology 2023-016, 41 Pages, 2023/09
JAEA-Technology-2023-016.pdf:2.74MB
本報告書は、2018年8月から2021年3月までに実施した、燃料研究棟における実験済核燃料物質の安定化処理の結果をまとめたものである。2017年6月6日に燃料研究棟において発生した汚染事故後に制定された核燃料物質の取扱いに関する管理基準に基づいて、燃料研究棟内のプルトニウム(Pu)を含む実験済核燃料物質のうち、放射線分解による内圧上昇の原因となる有機物を含有した試料(汚染事故の原因となったエポキシ樹脂とPu粉末を混合したX線回折試料を含む)、空気中で活性な炭化物及び窒化物試料、貯蔵容器の腐食の原因となる塩化物試料を対象として安定化処理を実施した。有機物を含有した試料、炭化物及び窒化物試料については空気気流中で650
C及び950Cでそれぞれ2時間加熱することで有機物を除去してPu及びウラン(U)を酸化物に転換し、塩化物試料は500C以上の溶融状態でリチウム(Li)-カドミウム(Cd)合金との反応によりPu及びUをCd金属中に還元抽出してU-Pu-Cd合金に転換した。対象とした全ての試料の安定化処理を実施し、燃料研究棟の貯蔵設備に貯蔵することで作業を完了した。他の核燃料物質取扱施設における同種の実験済試料の安定化処理についても、本報告書の内容が活用されることを期待する。
particle diameters using an alpha-particle imaging detector森下 祐樹; 佐川 直貴; 高田 千恵; 百瀬 琢麿; 高崎 浩司
Radiation Protection Dosimetry, 199(13), p.1376 - 1383, 2023/08
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Environmental Sciences)内部被ばく線量を評価するためには、二酸化プルトニウム(PuO)粒子の直径(放射能中央空気力学直径)を評価することが非常に重要である。本研究では、
線イメージング検出器を用いてPuO粒子径を評価する手法を開発した。モンテカルロシミュレーションにより粒径の異なるPuO粒子をモデル化し、粒径ごとのエネルギースペクトルの形状の変化を評価した。
PuOの場合とPuO(Puの同位体組成を含む)の場合をモデル化した。得られたパラメータから重回帰分析を行い、PuO粒子径を求めた。シミュレートされた直径と回帰モデルで得られた直径はよく一致した。アルファ粒子イメージング検出器を使用する利点は、個々の粒子のアルファエネルギースペクトルを測定できることであり、これにより粒子径分布の正確な測定が可能になる。
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：0 パーセンタイル：0.01(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。
大島 宏之; 森下 正樹*; 相澤 康介; 安藤 勝訓; 芦田 貴志; 近澤 佳隆; 堂田 哲広; 江沼 康弘; 江連 俊樹; 深野 義隆; et al.
Sodium-cooled Fast Reactors; JSME Series in Thermal and Nuclear Power Generation, Vol.3, 631 Pages, 2022/07
ナトリウム冷却高速炉(SFR: Sodium-cooled Fast Reactor)の歴史や、利点、課題を踏まえた安全性、設計、運用、メンテナンスなどについて解説する。AIを利用した設計手法など、SFRの実用化に向けた設計や研究開発についても述べる。
森下 祐樹
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1027, p.166258_1 - 166258_7, 2022/03
被引用回数：3 パーセンタイル：53.91(Instruments & Instrumentation)福島第一原子力発電所(FDNPS)などの原子力発電所の廃炉プロセスでは、アルファ,ベータ,ガンマ核種による放射能汚染が発生する。そのため、新しいPhoswichアルファ/ベータ/ガンマ検出器を提案し、開発した。開発したPhoswich検出器は、6mm6mm6mmのスチルベンシンチレータ(第1層)と6mm6mm6mmのGd(Ga, Al)
O
(Ce) (GAGG)シンチレータ(第2層)を備える。GAGGシンチレータの下の面は、シリコン光電子増倍管(SiPM)に光学的に結合された。パルス波形弁別(PSD)技術を適用することにより、アルファ,ベータ、およびガンマ核種を正常に分離することができた。5.5MeVアルファ線のエネルギー分解能は半値幅(FWHM)で22.1%だったが、0.662MeVガンマ線のガンマエネルギー分解能は10.3%FWHMであった。シミュレーションから得られたエネルギースペクトルは、測定から得られたものとよく一致した。開発された可搬型連続空気測定システムを使用して、Rn濃度が約200Bq/mであるコンクリートの建物の地下室で実施された。ベータ線とガンマ線を分離することにより、
Bi(6.1MeV), 
Po(7.7MeV), Po(8.8MeV)に対応する測定ピークがアルファ線スペクトルに観測された。
森下 一喜; 佐藤 匠; 大西 貴士; 関 崇行*; 関根 伸一*; 興津 裕一*
JAEA-Technology 2021-024, 27 Pages, 2021/10
JAEA-Technology-2021-024.pdf:2.41MB
有機物を含有したプルトニウムを含む核燃料物質(以下「有機物を含有した核燃料物質」という。)の場合、主にプルトニウムから放出される線が有機物を分解して水素ガス等を発生させることが知られている。このため、有機物を含有した核燃料物質を長期間、安全に保管するためには、有機物を除去しておく必要がある。また、炭化物及び窒化物燃料(以下「炭化物燃料等」という。)の場合は、空気中の酸素や水分と反応して発熱する可能性があることから、これらを保管する場合には安定な化学形である酸化物に転換する必要がある。有機物を除去するための処理条件に関して文献調査を行った結果、空気雰囲気中で950C(1223.15K)以上に加熱することで熱分解され、除去できることを確認した。また、炭化物燃料等の酸化物への転換について熱力学的検討を行った結果、950C以上での炭化物燃料等の酸化反応における平衡酸素分圧が空気中の酸素分圧2.110
Pa(0.21atm)よりも低くなり、酸化反応が進行することを確認した。このことから有機物を含有した核燃料物質の安定化処理として、空気雰囲気中で950Cに加熱することにより、有機物を除去するとともに炭化物燃料等を酸化物に転換することとした。有機物の除去にあたっては、事前に有機物を模したエポキシ樹脂の薄板を空気雰囲気で加熱するモックアップ試験を実施し、加熱前後の外観の変化や重量の変化から、有機物が除去できることを確認した。その後実際の有機物を含有した核燃料物質等についても同様に安定化処理を実施した。
森下 日出喜*; 吉田 稔*; 西村 昭彦; 松平 昌之*; 平山 義治*; 菅野 裕一*
保全学, 20(1), p.101 - 108, 2021/04
福島第一原子力発電所の廃止措置においては、遠隔計測技術とロボット技術の融合が不可欠である。損傷を受けた原子炉建屋の健全性を評価するために、現場にロボットにより地震計を設置する模擬試験を実施した。試験には、原子力機構の楢葉遠隔技術開発センターのロボット試験水槽を、原子炉格納容器に見立てて実施した。遠隔計測技術として、白山工業開発の光パルス干渉方式地震計を使用した。ロボット試験水槽の水位を5mから順次下げることで、振動特性の変化を記録した。試験では、偶然に起こった震度1の微小地震を計測することができた。水槽は微小振動の増幅体として振舞うことが判明した。水槽の揺れを表す物理モデルを考察することで、将来の廃止措置の現場適用の問題点を抽出した。
森下 祐樹; 黒澤 俊介*; 山路 晃広*; 林 真照*; 笹野 理*; 牧田 泰介*; 東 哲史*
Scientific Reports (Internet), 11(1), p.5948_1 - 5948_11, 2021/03
被引用回数：2 パーセンタイル：31.78(Multidisciplinary Sciences)原子力施設内で二酸化プルトニウム粒子を吸入することによる作業者の内部被ばくは、放射線防護の観点から重要な問題である。核施設の作業現場において、内部被ばく評価のための二酸化プルトニウム粒子の空気力学的直径の放射能中央値(AMAD)をリアルタイム測定するため、ZnS(Ag)シンチレータ,光学顕微鏡、及び電子増倍CCD子カメラを用いた高分解能イメージャーを開発した。開発したイメージャーを用い、実際の二酸化プルトニウム粒子を測定し、リアルタイムに個々の線の位置を特定することができた。複数の線の平均の空間分解能を評価したところ16.2
2.2umFWHMであった。また、二酸化プルトニウム粒子の空間分解能は、二酸化プルトニウム粒子とZnS(Ag)シンチレータの間の距離に起因して302.74.6umFWHMであった。線の影響は無視でき、線と識別できた。測定した計数率から二酸化プルトニウム粒子の等価粒径を計算することができた。これらの結果から、開発したイメージャーが原子力施設の作業現場でのリアルタイムの二酸化プルトニウム粒子測定に有効であることが示唆された。
森下 祐樹
Radiation Measurements, 140, p.106511_1 - 106511_7, 2021/01
被引用回数：2 パーセンタイル：31.78(Nuclear Science & Technology)Rnは天然の放射性ガスであり、放射線防護の観点から、Rnとその子孫核種の測定は重要である。我々は、線と線の位置を同時に撮像できる波形デジタイザと組み合わせた弁別型イメージング検出器を開発した。この検出器をRn子孫核種の測定に用いた。薄膜スチルベンプレートを位置敏感型光電子増倍管(PSPMT)に光学的に結合し、PSPMTからのアナログ信号を波形デジタイザに入力した。5.5MeVの線については、2
方向に対し検出効率は97.2%であり、エネルギー分解能は21.60.18%FWHMであった。このイメージング検出器は、パルス波形弁別(PSD)法を用いて粒子と粒子を識別できるだけでなく、粒子と粒子のイメージングが可能であった。Rnの子孫核種捕集ろ紙を測定したところ、BiとPoを同時にイメージングでき、BiとPoの位置の間に相関があることを確認した。開発した検出器は、Rnとその子孫核種測定器として、また、核燃料施設等の線用空気モニタリングにおける検出器としても有用である。
SiO
(GPS) scintillator-based alpha imaging detector for rapid plutonium detection in high-radon environments森下 祐樹; 井崎 賢二; 金子 純一*; 山本 誠一*; 樋口 幹雄*; 鳥居 建男
IEEE Transactions on Nuclear Science, 67(10), p.2203 - 2208, 2020/10
被引用回数：9 パーセンタイル：71.58(Engineering, Electrical & Electronic)GdSiO(GPS)シンチレータベースの線イメージング検出器を開発し、実際のプルトニウム(Pu)粒子とRn子孫核種を測定することにより、Rn子孫核種存在下でのPu粒子検知の有効性を実証した。GPSシンチレータプレートの外形寸法は55cmで、シンチレータ層は厚さ3mmの高透明ガラス上に構成され、シンチレータ層の厚みは約50ミクロンであった。シンチレータプレートは、位置感知型光電子増倍管にシリコーングリースで光学的に結合した。開発した線イメージング検出器は良好な感度の均一性を示した。Pu粒子の放射能を検出器上の14か所の異なる位置で評価した。測定した線のカウントから放射能は正確に評価され、その差異は6%以内となった。Pu同位体の線エネルギー領域にエネルギーウィンドウを適用することにより、ラドン222子孫核種のカウントを65.3%減少することができた。Pu/Rn子孫放射能比は1/51であったが、Pu粒子は5分測定でRn子孫核種から識別された。したがって、開発した線イメージング検出器は、高いラドンバックグラウンド環境下でのでのPu粒子の汚染のモニタリングに有効である。
森下 祐樹; Ye, Y.*; Mata, L.*; Pozzi, S. A.*; Kearfott, K. J.*
Radiation Measurements, 137, p.106428_1 - 106428_7, 2020/09
被引用回数：8 パーセンタイル：60.71(Nuclear Science & Technology)ラドン測定用のコンパクトな有機シンチレータベースの/検出器を開発し、ユニークで小さなラドンチャンバーを使用して特徴付けた。検出器は、シリコン貫通電極(TSV)シリコン光電子増倍管(またはSiPM)と6mm6mm6mmのスチルベン結晶キューブで構成されている。SiPMからのアナログ信号はデジタイザに送信される。検出器は遮光ボックスに収納されており、Rnガスが内部に拡散できるようにボックスの片側に空気ろ紙が取り付けられる。ミシガン大学の地下室に設置された検出器とAlphaGUARD検出器を使用して、
Ra線源とともに小さなラドンチャンバーに両方の検出器を配置して他の実験を行った。パルス形状識別手法を適用することにより、アルファスペクトルとベータスペクトルを同時にかつ明確に分離し、それらを定量的に測定することができた。測定されたアルファスペクトルに2つのピークが検出され、
Poによる低エネルギーピークとPoによる高エネルギーピークであった。AlphaGUARDのラドン濃度と/検出器の計数率との間の線形関係が確認された。/検出器の厚さは10mm未満であった。したがって、このコンパクトな有機シンチレータベースの/検出器は、新しいラドン検出システムとして有用となる可能性がある。
森下 祐樹; 星 勝也; 鳥居 建男
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 966, p.163795_1 - 163795_8, 2020/06
これまでに、福島第一原子力発電所(FDNPS)の原子炉建屋でアルファおよび高粒子エミッターが検出された。FDNPS原子炉建屋の放射線レベルは非常に高いため、ガイガーミュラー(GM)カウンターなどの市販のベータ測量計では、汚染レベルを測定できない。この問題を解決するために、極薄のプラスチックシンチレータを使用して、アルファおよびベータ汚染の検出器を開発した。検出器の評価のため、7, 22, 24, 31, 39、および55mのさまざまな厚さの超薄型プラスチックシンチレータを準備した。それらの感度をテストするために、各シンチレータをガラスプレートと2インチの位置に敏感な光電子増倍管に光学的に結合し、アルファ, ベータ、またはガンマ線源に曝露した。アルファ分光法の結果は、厚さ55mのプラスチックシンチレータのみがアルファ粒子(5.5MeV)を完全に吸収し、半値全幅が16.7%であった。高ベータバックグラウンド下でのアルファイメージングの場合、厚さ7mのプラスチックシンチレータが最良の選択であり、アルファ対ベータ比が652であることがわかった。また、厚さ7mのプラスチックシンチレータは1MBq Sr/Y線源に直接コンタクトして測定しても41.740.93cpsのカウントレートであり、非常に低感度であるため飽和せずに測定を行うことが可能である。したがって、厚さ7mのプラスチックシンチレータを使用して、以前の方法では不可能だったFDNPSサイトのベータの表面汚染レベルをリアルタイムで直接測定することができる。
森下 祐樹; 宇佐美 博士; 古田 禄大; 青木 克憲; 鶴留 浩二; 星 勝也; 鳥居 建男
Radiation Protection Dosimetry, 189(2), p.172 - 181, 2020/04
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Environmental Sciences)遠隔ダストモニタリング装置(RCAM)システムを開発した。RCAMシステムは、パーソナルダストモニターとロボットで構成した。パーソナルダストモニター(poCAMon, SARAD、ドイツ)は、400mmのイオン注入シリコン検出器と25mmのメンブレンエアフィルターで構成された。パーソナルダストモニターは、任意の測定時間間隔のアルファエネルギースペクトルを取得することが可能であった。実証測定は、瑞浪超深地層研究所(MIU)および換気の悪いコンクリートの建物で地下で行われた。RCAMシステムは遠隔操作され、相対湿度(RH)がほぼ100%であってもRn子孫を正常に測定した。測定されたアルファスペクトルでは、Po(6.0MeVアルファ線)およびPo(7.7MeVアルファ線)のピークが明確に識別された。我々の開発したモニターは、高ガンマ線環境または作業者が物理的に立ち入ることができない汚染場でのアルファダストモニタリングに有用である。
森下 祐樹
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 954, p.161708_1 - 161708_5, 2020/02
被引用回数：4 パーセンタイル：45.45(Instruments & Instrumentation)Measuring individual activities of Plutonium dioxide (PuO) particles is extremely important for the internal exposure of a worker to these particles. In this study, actual PuO particles were measured using the CCD-camera-based alpha-particle imaging system. An electron multiplying(EM) CCD Camera was used for alpha particle imaging. A Pu sample was placed on top of the ZnS(Ag) scintillator, and produced scintillation light was captured using the CCD camera. This study showed that the CCD camera-based alpha-particle imaging system has some advantages compared to the conventional alpha particle imaging systems; (1) High spatial resolution, (2) Counting capability of individual alpha particles, (3) Real-time imaging.
須江 祐貴*; 四塚 麻衣*; 二ツ川 健太*; 長谷川 和男; 飯嶋 徹*; 飯沼 裕美*; 居波 賢二*; 石田 勝彦*; 河村 成肇*; 北村 遼; et al.
Physical Review Accelerators and Beams (Internet), 23(2), p.022804_1 - 022804_7, 2020/02
被引用回数：2 パーセンタイル：25.94(Physics, Nuclear)低エネルギー、低インテンシティーミューオンビームのビーム進行方向のバンチ幅を測定するための破壊的モニターを開発した。このバンチ幅モニター(BWM)は、1つずつのミューオンを高い分解能で測定するためにマイクロチャンネルプレートを用いている。それに加え、タイミングウオークを抑制するために、コンスタントフラクションディスクリミネータ回路を用いている。時間分解能は精密パルスレーザーを用いて65psと測定された。この分解能は、J-PARC E34実験で要求される性能を満たしている。我々は、このBWMを用いて、高周波四重極リニアックによって加速された負ミューオニウムイオンのバンチ幅を測定した。バンチ幅5411nsと測定することに成功した。
近藤 恭弘; 平野 耕一郎; 伊藤 崇; 菊澤 信宏; 北村 遼; 森下 卓俊; 小栗 英知; 大越 清紀; 篠崎 信一; 神藤 勝啓; et al.
Journal of Physics; Conference Series, 1350, p.012077_1 - 012077_7, 2019/12
被引用回数：1 パーセンタイル：52.28(Physics, Particles & Fields)J-PARC加速器の要素技術試験に必要な3MeV H
リニアックを高度化した。イオン源にはJ-PARCリニアックと同じものを用い、RFQは、J-PARCリニアックで2014年まで使用した30mA RFQに代わり新たに製作した50mA RFQを設置した。したがって、このシステムはエネルギー3MeV、ビーム電流50mAとなる。このリニアックの本来の目的は、このRFQの試験であるが、J-PARC加速器の運転維持に必要な様々な機器の試験を行うことができる。加速器は既に試運転が終了しており、測定プログラムが開始されつつある。この論文では、この3MeV加速器の現状について報告する。
中沢 雄河*; 飯沼 裕美*; 岩田 佳之*; 岩下 芳久*; 大谷 将士*; 河村 成肇*; 三部 勉*; 山崎 高幸*; 吉田 光宏*; 北村 遼; et al.
Journal of Physics; Conference Series, 1350, p.012054_1 - 012054_7, 2019/12
被引用回数：5 パーセンタイル：92.41(Physics, Particles & Fields)J-PARC E34実験用の交差櫛形Hモードドリフトチューブリニアック(IH-DTL)を開発している。このIH-DTLはミューオンを0.34MeVから4.5MeVまで加速周波数324MHzで加速する。さらに、交換収束法を用いるため、横方向の収束が電場のみでなされ、磁場収束に比べて収束力が弱い。そのため、入射マッチングが重要になる。そのためプロトタイプを製作し、ビーム特性を検証する計画である。この論文では、IH-DTLプロトタイプのためのチューナーやカップラーの開発、特に低電力測定結果について述べる。
