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論文

Improvement of analysis results from the GAGG scintillator Compton camera operated on an unmanned helicopter by selecting stable flight conditions

志風 義明; 島添 健次*

Journal of Nuclear Science and Technology, 59(1), p.44 - 54, 2022/01

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Nuclear Science & Technology)

無人ヘリコプター搭載用のコンプトンカメラシステムは、高汚染地域での放射性物質の分布を調査するためにこれまで開発されてきた。この研究では、フライトの状態をより適切に記録してホットスポット位置をより正確に検出するために、小型カメラ,レーザー距離計,姿勢角センサー,温度センサー、およびリアルタイムモニタリングソフトウェアが、コンプトンカメラシステムに装備された。それらの変更によって検出結果がどのように改善されたかを確認するために、福島県大熊町のフィールド上でホバリングフライトおよびプログラミングフライトによる測定が行われた。フライトデータを処理することによって、地上での周辺線量当量率分布が得られ、次に地上でサーベイメータを用いて歩行して測定した値と比較された。ホバリングフライトでは、飛行の位置と姿勢の安定した期間を選択することや姿勢角のブレを制限することにより、データセット間の相関が改善された。また、1分間のデータウィンドウを使用した場合でも、安定した飛行期間のデータを使用することで、6.0%-7.6%の位置分解能の向上が得られた。このように、コンプトンカメラで得られたホットスポットの検出精度および周辺線量当量率分布の精度は、システムへの前述の変更によって改善された。

論文

Development of the multi-cubic $$gamma$$-ray spectrometer and its performance under intense $$^{137}$$Cs and $$^{60}$$Co radiation fields

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*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1010, p.165544_1 - 165544_9, 2021/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.03(Instruments & Instrumentation)

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の事故以来、世界各地で廃止措置措置に入る原子力施設が増加している。これらの原子力施設では、放射性物質の適切な管理が要求されている。そこで、ガンマ線スペクトル測定技術は、放射性物質の重要な情報を得ることができるため、有益なツールである。さらに、放射性物質の空間情報も重要であるため、ガンマ線イメージングについて求められている。しかしながら、これらの施設には、強度放射線場が広がるため、ガンマ線スペクトル測定やガンマ線イメージングが困難になる。そのため、寸法が5mm $$times$$ 5mm $$times$$ 5mmの小さなCeBr$$_3$$シンチレーター4個で分割した$$gamma$$線スペクトロメーターを開発した。上記の4個のシンチレーターは、強度放射場に特化したマルチアノード光電子増倍管と組合わせた。私たちは、$$^{137}$$Csと$$^{60}$$Coの放射線場で照射試験を実施した。$$^{137}$$Cs照射場の線量率1375mSv/hにおいて、相対エネルギー分解能が、それぞれのチャンネルで、9.2$$pm$$0.05%, 8.0$$pm$$0.08%, 8.0$$pm$$0.03%, 9.0 $$pm$$0.04%であった。

論文

Gamma-ray spectroscopy with a CeBr$$_3$$ scintillator under intense $$gamma$$-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

 被引用回数:1 パーセンタイル:81.22(Instruments & Instrumentation)

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、5mm$$times$$5mm$$times$$5mmの微小CeBr$$_{3}$$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。$$^{137}$$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、$$^{60}$$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、$$^{134}$$Cs, $$^{137}$$Cs, $$^{60}$$Co, $$^{154}$$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。

論文

A Cubic CeBr$$_{3}$$ gamma-ray spectrometer suitable for the decommissioning of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station

冠城 雅晃; 島添 健次*; 大鷹 豊*; 上ノ町 水紀*; 鎌田 圭*; Kim, K. J.*; 吉野 将生*; 庄子 育宏*; 吉川 彰*; 高橋 浩之*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 971, p.164118_1 - 164118_8, 2020/08

 被引用回数:3 パーセンタイル:76.41(Instruments & Instrumentation)

Our work focused on the passive gamma-ray analysis (PGA) of the nuclear fuel debris based on measuring gamma rays with an energy greater than 1 MeV for the decommissioning of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS). The PGA requires gamma-ray spectrometers to be used under the high dose rates in the FDNPS, then we fabricated a small cubic CeBr$$_{3}$$ spectrometer with dimensions of 5 mm $$times$$ 5 mm $$times$$ 5 mm, coupled to a Hamamatsu R7600U-200 photomultiplier tube (PMT). The performance at dose rates of 4.4 to 750 mSv/h in a $$^{60}$$Co field was investigated. The energy resolution (FWHM) at 1333 keV ranged from 3.79% to 4.01%, with a standard deviation of 6.9%, which met the narrow gamma decay spectral lines between $$^{154}$$Eu (1274 keV) and $$^{60}$$Co (1333 keV). However, the spectra shifted to a higher energy level as the dose rate increase, there was a 51% increase at the dose rates of 4.4 to 750 mSv/h, which was caused by the PMT gain increase.

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

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.05

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

Field test around Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant site using improved Ce:Gd$$_{3}$$(Al,Ga)$$_{5}$$O$$_{12}$$ scintillator Compton camera mounted on an unmanned helicopter

志風 義明; 西澤 幸康; 眞田 幸尚; 鳥居 建男; Jiang, J.*; 島添 健次*; 高橋 浩之*; 吉野 将生*; 伊藤 繁樹*; 遠藤 貴範*; et al.

Journal of Nuclear Science and Technology, 53(12), p.1907 - 1918, 2016/12

 被引用回数:24 パーセンタイル:96.18(Nuclear Science & Technology)

無人ヘリ搭載用に軽量・低消費電力のコンプトンカメラ方式のガンマカメラを開発した。検出器に関して、散乱体・吸収体の各層のGAGGシンチレータ・アレイの4$$times$$4から8$$times$$8への増加、及び、2層間の距離の拡張により、それぞれ、検出効率と角度分解能が改善した。改良したコンプトンカメラを用いた測定を福島県浪江町の請戸川河川敷で実施した。飛行経路と速度のプログラミングが可能な無人ヘリの機能を用いて、65$$times$$60mの範囲を5mの測線間隔の13測線で、及び、65$$times$$180mの範囲を10mの測線間隔の19測線で、高度10m・速度1m/sにて櫛形に往復させながら、それぞれ、20分間と30分間で測定した。測定データと校正用データの解析により、地上1m高さでの空間線量率分布マップが、高度10mから約10mの位置分解能に相当する角度分解能にて精度よく得られた。また、ホバリングフライトでは、ホットスポット上で高度5-20mで10-20分間程度測定を行った。再構成ソフトの使用後に検出効率の補正や線量換算を経て、ホットスポットを含む$$gamma$$線の画像を得た。再構成$$gamma$$線画像の角度分解能は測定位置をシフトさせた結果の比較より、室内実験での性能(約10度)と同程度であることを確認した。

口頭

無人ヘリ搭載散乱エネルギー認識型ガンマカメラの開発,3; 福島第一原発の周辺におけるフィールド試験

志風 義明; 鳥居 建男; 島添 健次*; Jiang, J.*; 高橋 浩之*; 黒澤 俊介*; 鎌田 圭*; 吉川 彰*; 吉野 将生*; 伊藤 繁樹*; et al.

no journal, , 

東京電力福島第一原子力発電所事故に伴い、大量の放射性物質が広範囲に放出された。放射性セシウム等よる汚染状況・ホットスポットの的確な把握及び除染作業の効率化のためには、上空から広範囲を迅速に確認できる手段と合わせてコンプトンカメラ等による線源位置の特定が有効である。そこで、無人ヘリに搭載可能なコンプトンカメラ方式のガンマカメラを開発した。今回、GAGGシンチレータと光検出器(APD/SiPM)及びデータロガーで構成されるガンマカメラを無人ヘリに搭載しての撮影試験を浪江町の請戸川の河川敷において実施した。試験では、予定した測線に沿って飛ぶプログラミングフライト及びホバーリングフライトによる測定を幾つかの条件で実施した。ここでは、その試験状況とその結果得られた計数率マップなどから本ガンマカメラの基本特性について報告する。

口頭

無人ヘリ搭載散乱エネルギー認識型ガンマカメラの開発II,2; 福島第一原発の周辺におけるフィールド試験

志風 義明; 鳥居 建男; 西澤 幸康; 吉田 真美*; 島添 健次*; Jiang, J.*; 高橋 浩之*; 黒澤 俊介*; 鎌田 圭*; 吉川 彰*; et al.

no journal, , 

上空から広範囲を迅速に放射性セシウムの汚染状況を確認できる手段として、無人ヘリに搭載可能なコンプトンカメラ方式のガンマカメラを開発し、フィールド試験結果などを基に改良を進めてきた。今回、GAGGシンチレータとSiPMからなる検出素子数をこれまでの4倍にした新検出器及びデータロガーで構成されるガンマカメラを無人ヘリに搭載しての撮影試験を浪江町の請戸川の河川敷において実施した。試験では、予定した櫛形の測線に沿って飛ぶプログラミングフライト及びホバリングフライトによる測定を幾つかの条件で実施した。本発表では、試験状況及び解析結果を通して得られた本ガンマカメラの基本特性の改善点について報告する。

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

$$gamma$$-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

高速高エネルギーガンマ線スペクトロメーターの要素研究

冠城 雅晃; 島添 健次*; 大鷹 豊*; Foong, W. S.*; 上ノ町 水紀*; 鎌田 圭*; Kin, J. Y.*; 吉野 将生*; 吉川 彰*; 高橋 浩之*; 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の事故から8年が経過し、2021年度には燃料デブリ取り出しが予定されている。しかし、未だ燃料デブリと周囲構造物を識別する方法が確立していない。そこで、現在、燃料デブリに随伴すると考えられている$$^{154}$$Euから放出される1MeVを超える高エネルギーガンマ線を捉えることで燃料デブリを検出できるシステムの開発を進めている。本件では、高線量率下も、上記のガンマ線を検出できる高速かつ高エネルギー分解能なシンチレーターであるCeBr$$_3$$を利用したガンマ線スペクトロメーターを開発し、特性試験を実施したので報告する。

口頭

福島第一発電所の廃止措置に向けた小型CeBr$${}_3$$ガンマ線スペクトロメータ

冠城 雅晃; 島添 健次*; 大鷹 豊*; Foong, W. S.*; 上ノ町 水紀*; 鎌田 圭*; 吉野 将生*; 庄司 育宏*; 吉川 彰*; 高橋 浩之*; 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の事故から7年が経過し、当該廃止措置のニーズも変化しつつある。中でも、2017年に改定された中長期ロードマップでは、燃料デブリの取出しが明記され、一方で燃料デブリを識別する方法が確立していない。そこで、燃料デブリに随伴する$${}^{154}$$Euを標的として、主要ガンマ線スペクトルである1274keVを高線量率環境下で計測するための小型なCeBr$${}_3$$ガンマ線スペクトロメータを開発した。さらに、原子力機構が所有する放射線標準施設(FRS)の$${}_{60}$$Co校正場で、最大780mSv/hまでの照射試験を実施した。$${}^{60}$$Coの1333keVピークでの分解能を評価したところ、3.95%であり、下限数量以下の線源での評価が3.85%に対して、その差が0.1%以下である。これは、高線量率下でもエネルギー分解能が維持できており、今後の利用が期待できることを示す。

口頭

Introduction to multi Cubic high energy gamma-ray spectrometer

冠城 雅晃; 島添 健次*; 大鷹 豊*; 上ノ町 水紀*; 鎌田 圭*; Kim, J.*; 吉野 将生*; 庄司 育宏*; 吉川 彰*; 高橋 浩之*; et al.

no journal, , 

Nine years have been passed since the accident of Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS), and the retrieval of nuclear fuel debris will be planned to start from 2021 fiscal year. But these retrieval samples will include not only nuclear fuel debris, but also the other materials. To accelerate the decommissioning, non-destructive assessments (NDA) for the nuclear fuel debris are required for the quick disposals. We are developing a high energy gamma-ray spectrometer under high dose-rate environments using CeBr$$_{3}$$ scintillator. The goal of this research is to realize gamma-ray spectrometry at dose rates of over 1 Sv/h. Then, we first developed a small cubic CeBr$$_{3}$$ scintillator, and we studied the high dose-rate performance at dose rates of up to 790 mSv/h in a $$^{60}$$Co field. In this presentation, we will introduce the concept of Multi Cubic high energy gamma-ray spectrometer, and show the high dose-rate performance in a standard radiation field.

口頭

福島における放射性物質分布調査,4; 無人ヘリ搭載ガンマカメラの改良

志風 義明; 島添 健次*

no journal, , 

無人ヘリ搭載ガンマカメラを開発してこれまで福島県の高線量率地域にて測定試験を行ってきた。自律航行型無人ヘリ特有の動き等を把握して解析時に役立てるために今回、姿勢角センサー, レーザー距離計, 温度センサー及び小型カメラをガンマカメラ測定システムに追加する改善を行った。また、地上局で飛行位置の計数率の強弱を地図上でリアルタイムにモニタできるソフトウェアを新たに開発した。それらを評価するため、福島県大熊町の野外にて測定を行った。事前の地上値測定で判明したホットスポットを含むエリアを櫛形に飛行する測線フライト、及びホットスポット付近の上空の定位置でガンマ線画像撮影を行うホバリングフライト、2種類の測定を行った。今回増強した機能及びソフトウェアは十分に動作し、無人ヘリ搭載時の状況をより詳しく把握できた。データ解析では、測線フライトとホバリングフライトの両データから空間線量率分布が得られた。特に、ホバリングフライト時の無人ヘリの姿勢角の制限の仕方による地上値との相関の改善、及び無人ヘリの安定性の良い時間帯のデータの選択による測定結果の改善を確認できた。

口頭

東京電力ホールディングス(株)福島第一原子力発電所の廃止措置に向けたマルチCubic高エネルギーガンマ線スペクトロメトリシステムの特性試験

冠城 雅晃; 島添 健次*; 大鷹 豊*; 上ノ町 水紀*; 鎌田 圭*; Kim, K. J.*; 吉野 将生*; 庄司 育宏*; 吉川 彰*; 高橋 浩之*; 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では、2021年度以降、原子炉格納容器から溶け落ちた核燃料と周囲構造物の混ざり合った物質である燃料デブリの取り出しが予定されている。上記に向けた非破壊測定技術の一環として、$$^{154}$$Euや核反応からの高エネルギーガンマ線を高線量率環境下で測定できるガンマ線スペクトロメトリシステムの開発を進めている。本件では、5mm立方角のCeBr$$_{3}$$,光電子増倍管,高速信号処理モジュールで構築した検出システムを、最大線量率750mSv/hの$$^{60}$$Co照射場において、線量率を変化させて照射試験を実施することで、当該システムの線量率特性を評価したので報告する。

口頭

東京電力ホールディングス(株)福島第一原子力発電所の燃料デブリ取り出しに向けた高線量率特化型ガンマ線スペクトロメトリシステムの開発

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.

no journal, , 

東京電力ホールディングス福島第一原子力発電所では、燃料デブリの取り出しが開始されようとしている。燃料デブリは、表面線量率が極めて高く、かつ、組成が不均一のため、取り出し時の仕分けに必要な非破壊測定技術が求められている。本件では、上記に向け、CeBr$$_3$$シンチレーターを採用した高線量率特化型ガンマ線スペクトルメトリシステムを開発し、それを1Sv/hを超える高線量率ガンマ線場において特性評価を実施したので報告する。

口頭

燃料デブリ非破壊測定に向けた高線量率ガンマ線スペクトロメトリシステムの開発

冠城 雅晃; 島添 健次*; 黒澤 忠弘*; 加藤 昌弘*; 高橋 浩之*

no journal, , 

日本原子力研究開発機構では、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を加速するための研究開発を進めており、その一環として、原子炉格納容器から取り出される燃料デブリとその他の放射性物質の仕分けに資する非破壊測定技術開発を実施している。本講演は、上記の非破壊測定に向け、これまで演者が進めてきた高線量率場におけるガンマ線スペクトル測定に関する研究開発についての経緯と成果について紹介するものである。

口頭

燃料デブリ非破壊測定技術の開発; 高線量率測定用ガンマ線スペクトロメトリシステムの開発

冠城 雅晃; 高橋 浩之*; 島添 健次*; 黒澤 忠弘*; 加藤 昌弘*

no journal, , 

日本原子力研究開発機構廃炉環境国際共同研究センターでは、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を加速するための研究開発を進めている。本件は、その中でも、原子炉格納容器から取り出しが予定されている燃料デブリと放射性廃棄物の仕分けに資する非破壊測定技術の一環として、報告者がこれまで進めてきたCeBr$$_3$$シンチレーターを利用した高線量率場測定に特化したガンマ線スペクトロメトリステム開発の成果について報告するものである。

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