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High spatial resolution neutron transmission imaging using a superconducting two-dimensional detector

宍戸 寛明*; 西村 和真*; Vu, TheDang*; 相澤 一也; 小嶋 健児*; 小山 富男*; 及川 健一; 原田 正英; 奥 隆之; 曽山 和彦; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 31(9), p.2400505_1 - 2400505_5, 2021/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Engineering, Electrical & Electronic)

中性子イメージングは、重金属に対する高透過性、軽元素に対する高感度、同位体と中性子との特異な核反応による同位体選択性などの中性子ビームの特徴を活かした非破壊検査の有力な手段の一つである。本研究では、超伝導検出器である電流バイアス運動インダクタンス検出器(CB-KID)を用いて、パルス中性子源を用いた飛行時間法による波長分解中性子イメージングを行った。遅延時間型CB-KIDを用いて、GdAl$$_{3}$$単結晶を成長させたGd-Al合金試料の中性子透過像を取得した。その結果、単結晶はAl-Gd合金全体に渡って、形状,分布ともに良好に観察することができた。また、中性子の波長0.03nm以上でGdによる特徴的な中性子の吸収を確認した。さらに、15$$mu$$m$$ times$$ 12$$mu$$mという限られた検出面で、同位体と中性子の核反応によって生じる$$^{155}$$Gd共鳴ディップを観測することができた。また、$$^{155}$$Gdの共鳴ディップを用いてGd選択的イメージングを行ったところ、中性子の波長幅が1pmという限られた範囲で、明確なGd核の元素選択イメージング像を取得することに成功した。


Practical tests of neutron transmission imaging with a superconducting kinetic-inductance sensor

Vu, TheDang; 宍戸 寛明*; 相澤 一也; 小嶋 健児*; 小山 富男*; 及川 健一; 原田 正英; 奥 隆之; 曽山 和彦; 宮嶋 茂之*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1006, p.165411_1 - 165411_8, 2021/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.02(Instruments & Instrumentation)

We found that the sizes of the Gd islands determined from the transmission image correlated strongly with those determined from the SEM image. We demonstrated the CB-KID could be used to identify (1) tiny voids in a thermally sprayed continuous Gd$$_2$$O$$_3$$ film in and (2) various mosaic morphologies and different eutectic microstructures in Wood's metal samples. The fact that the CB-KID system could be used to identify features of samples with a wide distribution of sizes and thicknesses is promising for real application of the device for imaging samples of interest to material scientists. Operating the CB-KID at higher temperatures appreciably improved the efficiency for simultaneously identifying the X and Y positions of hotspots. We also compared the detection efficiency with the PHITS simulations. We now plan to improve the detection efficiency by increasing the thickness of the $$^{10}$$B neutron conversion layer


Homogeneity of neutron transmission imaging over a large sensitive area with a four-channel superconducting detector

Vu, TheDang; 宍戸 寛明*; 小嶋 健児*; 小山 富男*; 及川 健一; 原田 正英; 宮嶋 茂之*; 奥 隆之; 曽山 和彦; 相澤 一也; et al.

Superconductor Science and Technology, 34(1), p.015010_1 - 015010_10, 2021/01

 被引用回数:3 パーセンタイル:34.6(Physics, Applied)

We demonstrated that a four-readout superconducting neutron imaging system shows good spatial heterogeneity and linearity using the delay-line method. We examined the precise pattern of a $$^{10}$$B-dot-array absorber and found the X-direction pitch (Px) = 250.7 um with a scatter of (Hx)= 5.4 um and the Y-direction pitch (Py)= 249.1 um with a scatter of (Hy)= 3.4 um while the $$^{10}$$B dot array was fully extended toward the X direction across the detector sensitive area. We consider that this demonstrates detection with good spatial homogeneity and conclude. The transmission-imaging system is suitable for use at pulsed neutron facilities. We also reported a clear transmission image of tiny screws and nuts, and ladybug (insect). We recognize that further efforts to improve the detection efficiency are necessary to make using the detector more practical.


Silicon avalanche photodiode linear-array detector with multichannel scaling system for pulsed synchrotron X-ray experiments

岸本 俊二*; 三井 隆也; 春木 理恵*; 依田 芳卓*; 谷口 敬*; 島崎 昇一*; 池野 正弘*; 斉藤 正俊*; 田中 真伸*

Journal of Instrumentation (Internet), 10(5), p.C05030_1 - C05030_6, 2015/05

 被引用回数:6 パーセンタイル:29.14(Instruments & Instrumentation)

We developed an X-ray detector system using a 64-pixel silicon avalanche photodiode Si-APD linear array and fast pulse-counting electronics for multichannel scaling. The Si-APD linear array consists of 64 pixels each 0.01$$times$$0.02 cm$$^{2}$$ in size, with a pixel pitch of 0.015 cm and depletion depth of 0.001 cm. The fast electronics, consisting of an ultrafast application-specific integrated circuit and field-programmable gate arrays, can record both the position and timing of X-rays arriving at each pixel of the linear array with 1 ns pulse-pair resolution. The count distribution was measured using 14.4 keV synchrotron X-rays for nuclear resonant forward scattering experiments on $$^{57}$$Fe, and the spatial resolution was improved by inclining the detector. We also successfully measured amorphous alloy Fe$$_{78}$$Si$$_{9}$$B$$_{13}$$ during heating.


Nuclear resonant scattering measurements on $$^{57}$$Fe by multichannel scaling with a 64 pixel silicon avalanche photodiode linear-array detector

岸本 俊二*; 三井 隆也; 春木 理恵*; 依田 芳卓*; 谷口 敬*; 島崎 昇一*; 池野 正弘*; 斉藤 正俊*; 田中 真伸*

Review of Scientific Instruments, 85(11), p.113102_1 - 113102_5, 2014/11

 被引用回数:8 パーセンタイル:37.65(Instruments & Instrumentation)

We developed a silicon avalanche photodiode (Si-APD) linear-array detector for use in nuclear resonant scattering experiments using synchrotron X-rays. The Si-APD linear array consists of 64 pixels (pixel size: 0,01$$times$$0.02 cm$$^{2}$$) with a pixel pitch of 0.015 cm and depletion depth of 0.001 cm. An ultrafast frontend circuit allows the X-ray detector to obtain a high output. High-performance integrated circuits achieve multichannel scaling over 1024 continuous time bins with a 1 ns resolution for each pixel without dead time. The multichannel scaling method enabled us to record a time spectrum of the 14.4 keV nuclear radiation at each pixel with a time resolution of 1.4 ns (FWHM). This method was successfully applied to nuclear forward scattering and nuclear small-angle scattering on $$^{57}$$Fe.


Development of a tracking detector system with multichannel scintillation fibers and PPD

本多 良太郎; Callier, S.*; 長谷川 勝一; 家入 正治*; 松本 祐樹*; 三輪 浩司*; 中村 勇*; Raux, L.*; De La Taille, C.*; 田中 真伸*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 695, p.206 - 209, 2012/12

 被引用回数:3 パーセンタイル:25.51(Instruments & Instrumentation)

ハイペロン-核子散乱実験はハイペロンが短寿命であることから実験が非常に困難であり、依然として統計が改善されていない。そこでわれわれはJ-PARCにおいて高統計な$$Sigma$$p散乱実験を計画しており、そのためには多チャンネルシンチレーションファイバーとMPPCを用いた飛跡検出器、Fiber Trackerの開発が不可欠である。現在われわれは試作検出器と試作読み出し回路の開発と試験を終えた。試作検出器に関しては陽子ビームを用いた試験実験を行い、エネルギー分解能15%と言う結果を得、改善の余地があることがわかると同時に、断面積を測定する検出器として十分な性能を有することを確認した。また、MPPC用の読み出しASICであるEASIROCとSiTCPを用いた試作読み出し回路を開発し、ネットワークを通じたASICの制御方を確立した。また読み出し速度14kHzを達成し本実験での目標転送速度を達成した。



片桐 秀明*; 佐藤 亘*; 榎本 良治*; 若松 諒*; 田中 聡一*; 加賀谷 美佳*; 武田 徹*; 村石 浩*; 吉田 龍生*; 渡辺 宝*; et al.

no journal, , 

本件は、開発した全方位$$gamma$$線コンプトロンカメラを用いて福島第一原子力発電所及び、J-PARC 3GeVシンクロトロンで行った実証試験に関するものである。シンクロトロンでは、ビーム運転中に生じたビーム損失により加速器機器が放射化し、運転後には0.01から1mSv/hの範囲で高線量場が分布する。その残留放射能測定に適用できるのか、コンプトロンカメラの実証試験を行った。その結果、実際に線源が広がって分布する場所においても線源を同定でき、既知の線量分布と一致する正しい$$gamma$$線イメージングが可能であることを実証した。本発表では、それら結果に関して報告する。

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