Ambient dose rate variation in the Fukushima region visualized using explainable AI techniques

吉田 竜*; 操上 広志; 長尾 郁弥; 高橋 成雄*; 眞田 幸尚

Journal of Environmental Radioactivity, 293, p.107900_1 - 10790_13, 2026/02

https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2026.107900

Following the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station accident in 2011, ambient dose rates in the surrounding region have gradually declined due to radioactive decay and decontamination efforts. However, spatial variations in dose rate reduction remain insufficiently understood, particularly in forested areas where contamination persists. This study investigates long-term trends in ambient dose rate changes using explainable AI techniques. A 12-year integrated dose rate map, combining fixed-point, walk, carborne, and airborne survey data, was used to analyze temporal and spatial patterns. We developed a predictive model using Light Gradient Boosting Machine (LightGBM) to estimate dose rate reduction ratios based on geographic and environmental features. SHapley Additive Explanations (SHAP) were applied to quantify the contribution of each variable and enhance model interpretability. Our findings revealed that land use significantly influences dose rate reduction, with urban and agricultural areas showing faster declines due to infrastructure and human activity including decontamination works, while forests exhibit slower reductions. Notably, topographical features such as elevation and slope affect dose rate trends in undisturbed forests, with valleys and depressions showing stagnation. This study provided the first visual validation of area-wide decontamination effects and demonstrates the utility of explainable AI in environmental radiation analysis. The proposed approach offers a robust framework for geospatial interpretation and supports future policymaking for regional recovery and forest utilization.

Negligible hydrogen solubility in FeS under high-pressure and high-temperature conditions; Implications for hydrogen storage in planetary cores

高野 将大*; 鍵 裕之*; 森 悠一郎*; 小林 大輝*; 青木 勝敏*; 高橋 嘉夫*; 伊地知 雄太*; 柿澤 翔*; 辻野 典秀*; 肥後 祐司*; et al.

ACS Earth and Space Chemistry (Internet), 15 Pages, 2026/00

https://doi.org/10.1021/acsearthspacechem.5c00326

鉄一硫化物(FeS)は惑星物質中の主要な硫化物相であり、惑星内部における水素の潜在的な貯蔵相と考えられてきた。しかし、高圧高温条件下でのFeSへの水素溶解度については議論が続いている。本研究では、NiAs型構造のFeS相(FeS V)における水素の取り込み量を、放射光X線吸収分光、X線・中性子その場回折実験、および第一原理計算により再検討した。その結果、水素飽和条件で観測される体積膨張は、FeからFeへの還元およびFe欠損FeSの値の減少によって説明でき、水素が格子に取り込まれている証拠は見られなかった。中性子回折解析でも、水素を含まない構造モデルが最も良い適合を示し、さらに第一原理計算でもFeS水素化物構造はエネルギー的に不安定であることが示された。これらの結果から、FeS格子中に取り込まれる水素量の上限は30GPaまでで約200ppm程度と推定される。したがって、コア形成初期には水素はFeSではなく金属鉄へ優先的に分配されると考えられる。

広域放射線サーベイのためのリアルタイムマッピングソフトウェアの開発

高橋 時音; 小泉 光生; 吉見 優希*; 持丸 貴則*

JAEA-Technology 2025-007, 26 Pages, 2025/11

JAEA-Technology-2025-007.pdf:1.6MB

イベント会場等にテロ行為目的で核・放射性物質が持ち込まれることを防ぐため、放射線検出器により、出入りする人や車両を個別に検査する手法が一般的に用いられている。しかし、こうした検査をすり抜ける可能性があるため、補完的にゲート内の広範囲にわたる放射線サーベイを行い、核・放射性物質が持ち込まれていないことを確認する必要がある。広いエリアを効率的に放射線サーベイする手法として、GPSを搭載したガンマ線検出器を用い、移動しながら測定した位置情報と線量を記録する「放射線マッピング」が有効である。ネットワークを利用すると、複数台の検出器からのGPSと測定データを指揮所で集計し、測定の進行状況や、測定した放射線量マップをリアルタイムで確認することが可能となる。このような仕組みを導入することにより、測定の重複や抜け落ちを防ぐとともに、不審な放射線源を迅速に検出できるようにできる。さらに、ガンマ線検出器にスペクトロメーターを導入すると、放射性同位体の同定に基づく適切な対処が可能となる。このような広域放射線サーベイを行うため、リアルタイムマッピングソフトウェアを開発した。開発したソフトウェアは、GPS付ガンマ線スペクトルメーターから送信される測定データを受け、リアルタイムで逐次処理し、あらかじめダウンロードしておいた地図データ上に描画する。また、線量の上昇した領域でスペクトルを積算することにより放射性同位元素の同定が行え、それに基づいて対処法が決定できるようになった。さらに、本ソフトウェアは、情報セキュリティを向上させるため、ローカルネットワークのみでも利用できるようになっている。本報告書では、開発したソフトウェアの概要を紹介するとともに、エッセンスを簡易化したコードを付録で提供する。提供したコードは、オープンかつフリーのOS、ライブラリ、環境で開発しており、誰でも導入して使用可能である。

Evaluation of a CdTe semiconductor-based gamma camera for real-time dose dosimetry in boron neutron capture therapy

Chiu, I.-H.; 大澤 崇人; 墨田 岳大*; 二宮 和彦*; 武田 伸一郎*; 高橋 忠幸*

Medical Physics, 52(10), p.e70062_1 - e70062_14, 2025/10

https://doi.org/10.1002/mp.70062

Boron neutron capture therapy (BNCT) is a cancer treatment that leverages the nuclear reaction between boron-10 (B) and thermal neutrons to generate high-energy particles and Li nuclei that selectively destroy cancer cells while sparing healthy tissues. However, BNCT is limited by current dosimetry methods that are incapable of monitoring boron distribution during therapy. An imaging system capable of real-time dosimetry is essential for optimizing treatment efficacy and minimizing collateral damage. This study aimed to develop a high-resolution real-time boron dosimetry system for BNCT by employing a cadmium telluride double-sided strip detector (CdTe-DSD). The CdTe-DSD enables precise mapping of B distribution by detecting the 478 keV prompt -rays emitted during the B(n, )Li reaction. The imaging system was constructed by integrating a CdTe-DSD with a 2-mm diameter pinhole collimator. The CdTe-DSD, comprising a 2-mm-thick CdTe semiconductor, has a sensitive area of 3232 mm. Neutron irradiation experiments were performed at Japan Research Reactor No.3 using various boron-containing samples, including boric acid solutions, powders, and granular boron, with boron masses ranging from 0.02 to 2.00 mg. We implemented the neutron shields using a 5-mm-thick LiCO plate and LiF tiles to reduce the background from scattered neutrons during the measurement. The imaging system successfully detected the 478 keV -ray signal with an energy resolution of 7.3 keV at 511 keV. The reconstructed two-dimensional B images demonstrate the capability of the CdTe-DSD to accurately map the B distribution in the samples. Notably, we evaluated the important background contributions from the scattering neutrons in the development of the CdTe-DSD-based imaging system. When the scattering neutrons in a neutron experiment hit the CdTe-DSD, 558 keV -rays of Cd were produced. Under three experimental conditions with different neutron shielding configurations, we found that enhanced neutron shielding considerably reduced the background contribution created by the Cd background signal, thereby improving the contrast-to-noise ratio (CNR) in the image quality assessment. Upon comparing the condition with minimal neutron shielding to that with maximal shielding, a 14-fold enhancement in the CNR was observed. This study demonstrates that a CdTe-DSD-based gamma camera is a promising tool for real-time boron dosimetry in BNCT. The detector's high energy resolution and excellent spatial resolution enable precise detection of 478 keV prompt -rays, facilitating accurate mapping of boron distribution during neutron irradiation. These findings support the developed system's potential to enhance BNCT treatment planning and patient-specific dose monitoring. Future research will optimize neutron shielding and explore advanced collimator designs to improve sensitivity in clinical settings.

Speciation of cesium in a radiocesium-bearing microparticle emitted from Unit 1 during the Fukushima nuclear accident by XANES spectroscopy using transition edge sensor

高橋 嘉夫*; 三浦 輝*; 山田 真也*; 関澤 央輝*; 新田 清文*; 橋本 直*; 蓬田 匠; 山口 瑛子; 岡田 信二*; 板井 啓明*; et al.

Journal of Hazardous Materials, 495, p.139031_1 - 139031_19, 2025/09

https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.139031

本発表では、2011年の福島第一原子力発電所事故で放出された放射性セシウム含有微粒子(CsMP)中のセシウムの化学状態を、高分解能X線吸収分光法(XANES)とマイクロX線蛍光(-XRF)を用いて解析した。その結果、主にガラス中に溶解したセシウムと、内部空隙表面に濃縮したセシウムの2種が確認された。後者はもともと気体として存在し、溶けたガラスが冷えて固まる際に濃縮したと考えられる。これらの知見は、事故時のCsMP形成過程や今後の廃炉作業、安全評価に重要である。

Development of a real-time boron imaging method for BNCT using CdTe-DSD at the JRR-3

Chiu, I.-H.; 大澤 崇人; 墨田 岳大*; 池田 瑞*; 二宮 和彦*; 武田 伸一郎*; 南 喬博*; 高橋 忠幸*; 渡辺 伸*

Applied Radiation and Isotopes, 222, p.111845_1 - 111845_7, 2025/08

https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2025.111845

Boron neutron capture therapy (BNCT) is a neutron-based cancer treatment requiring a real-time B dose monitor to optimize effectiveness. We report the use of a cadmium telluride double-sided strip detector (CdTe-DSD), which has a full width at half maximum energy resolution of 7.3 keV at 511 keV and a spatial resolution of 250 m for accurate boron imaging. Using the CdTe-DSD with a pinhole collimator, our experiment at Japan Research Reactor No. 3 (JRR-3) evaluated the B distribution in a solid sample containing a 0.3 mg B concentration during neutron exposure. Although measurement of the B signal was significantly affected by background gamma rays from 113 Cd, we successfully obtained a circular projection image with a diameter of 11.5 mm, revealing the precise location of B, with a counting rate of 0.115 cps and a signal-to-noise ratio of approximately 25.7 %. The results demonstrate the capability of the CdTe-DSD to enhance BNCT by providing high-fidelity insights into the B distribution within the sample.

Circular polarization measurement of -rays emitted from S(n,)S reaction with polarized neutrons

遠藤 駿典; 藤岡 宏之*; 井出 郁央*; 飯沼 昌隆*; 岩本 信之; 岩本 修; 亀田 健斗*; 河村 しほり*; 木村 敦; 北口 雅暁*; et al.

EPJ Web of Conferences, 329, p.05003_1 - 05003_3, 2025/06

https://doi.org/10.1051/epjconf/202532905003

共鳴の全角運動量は核データにおいて重要なパラメータの一つであるが、その測定は困難な場合が多く、測定で決定されていないことが多い。本研究では共鳴の全角運動量を偏極中性子照射により発生したガンマ線の円偏光度の測定により決定する手法の確立を目指している。円偏光どの測定を行うためのガンマ線ポラリメータを開発し、J-PARC・MLF・ANNRIに設置し、偏極中性子入射によるS(n,)S反応における5.4MeVガンマ線の円偏光度の測定を行った。この5.4MeVのガンマ線は50%円偏光していることが知られており、このガンマ線を用いてポラリメータの円偏光度への感度であるAnalyzing Powerを決定することが目的である。測定の結果1%程度の差が確認され、ANNRIにて初めて円偏光度の測定に成功した。

Temperature and time dependence on extraction of Molybdenum-99 hot atoms from neutron-irradiated -molybdenum trioxide particles into water

Yang, Y.*; Ngo, M. C.*; 北川 大凱*; 藤田 善貴; 高橋 由紀子*; 鈴木 達也*; 中山 忠親*; Do, T. M. D.*; 新原 晧一*; 末松 久幸*

RSC Advances (Internet), 15(22), p.17222 - 17229, 2025/05

https://doi.org/10.1039/D5RA01952D

本研究は、温度及び加熱時間がMoの水への抽出に及ぼす影響を調査したものである。-MoO粒子は熱蒸発により合成後、X線回折及び透過型電子顕微鏡を用いて特性評価した。これらを京都大学研究用原子炉によって中性子照射し、照射した-MoO粒子を、2050Cの水中にそれぞれ15.5時間分散させることでMoを抽出した。照射後のMoの放射能及び抽出した-MoO溶液中のMoの放射能は高純度ゲルマニウム半導体検出器によって測定した。その結果、水温の上昇と加熱時間の増加により、Moの抽出効率は20.311.24%から66.881.42%へ向上した。この抽出プロセスの活性化エネルギーは、結晶性MoO中の単純な原子拡散の活性化エネルギーよりも低く、水和MoO相の形成またはプロトン伝導の活性化エネルギーと同程度か、より高いことを明らかにした。この結果は、水和MoO相がMoの抽出を加速したことを示唆している。本研究はMoホットアトムの抽出における温度と時間依存性を初めて調査したものであり、放射性医薬品であるMo/Tcの大規模生産に向けた有望な手法を提供する。

東海再処理施設周辺の環境放射線モニタリング結果; 2023年度

國分 祐司; 細見 健二; 永岡 美佳; 瀬谷 夏美; 井上 和美; 小池 優子; 内山 怜; 佐々木 一樹; 前原 勇志; 松尾 一樹; et al.

JAEA-Review 2024-054, 168 Pages, 2025/03

JAEA-Review-2024-054.pdf:2.73MB

核燃料サイクル工学研究所では、「日本原子力研究開発機構核燃料サイクル工学研究所再処理施設保安規定、第IV編環境監視」に基づき、再処理施設周辺の環境放射線モニタリングを実施している。本報告書は、2023年4月から2024年3月までの間に実施した環境放射線モニタリングの結果、及び大気、海洋への放射性物質の放出に起因する周辺公衆の線量算出結果について、取りまとめたものである。なお、上記の環境放射線モニタリングの結果において、2011年3月に発生した東京電力株式会社(2016年4月1日付けで東京電力ホールディングス株式会社に変更)福島第一原子力発電所事故で放出された放射性物質の影響が一部の項目でみられた。また、環境監視計画の概要、測定方法の概要、測定結果及びその経時変化、気象統計結果、放射性廃棄物の放出状況、平常の変動幅の範囲を外れた値の評価について付録として収録した。

Transverse asymmetry of individual rays in the La()La reaction

奥泉 舞桜*; Auton, C. J.*; 遠藤 駿典; 藤岡 宏之*; 広田 克也*; 猪野 隆*; 石崎 貢平*; 木村 敦; 北口 雅暁*; 古賀 淳*; et al.

Physical Review C, 111(3), p.034611_1 - 034611_6, 2025/03

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.111.034611

The observed enhancement of Parity Violation in the vicinity of p-wave compound nuclear resonances for a variety of medium-heavy nuclei can be understood using the sp-mixing model. The sp-mixing model predicts several neutron energy-dependent angular correlations between the spin and momentum of neutron and -ray emitted from (n,) reactions. In this work, the correlation term in the La(,)La reaction was measured precisely and a significant transverse asymmetry was found in the transition to the excited states of La.