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論文

Signal processing system based on FPGAs for neutron imaging detectors using scintillators

海老根 守澄; 片桐 政樹; 美留町 厚; 松林 政仁; 坂佐井 馨; 佐藤 節夫*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.429 - 432, 2004/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:88.21(Instruments & Instrumentation)

中性子散乱実験及びラジオグラフィーのために、シンチレータと波長シフトファイバを用いた中性子イメージ検出器を開発した。特に、高精度な中性子イメージ検出にはデータ収集システムに多チャンネルの信号処理が必要であるため、FPGAs(Field Programmable Gate Array)を用いて信号処理システムを開発した。イメージ信号処理においては64$$times$$64チャンネルイメージを扱うことを可能とするとともに、中性子入射位置の決定精度を上げるための機能を装備した。

論文

Characteristics of SrBPO$$_{5}$$:Ce$$^{3+}$$ based materials as a neutron storage phosphor

坂佐井 馨; 片桐 政樹; 松林 政仁; 中村 龍也; 近藤 泰洋*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.378 - 383, 2004/08

 被引用回数:12 パーセンタイル:32.62(Instruments & Instrumentation)

$$gamma$$線感度の低い中性子イメージング用輝尽性蛍光体として有望な、軽元素から構成されるSrBPO$$_{5}$$:Ce$$^{3+}$$系蛍光体について調べた。SrBPO$$_{5}$$:Ce$$^{3+}$$蛍光体は中性子照射によって輝尽性蛍光を示した。一方、SrBPO$$_{5}$$:Ce$$^{3+}$$にSrF$$_{2}$$を添加すると輝尽性蛍光量が増大することを見いだした。これはSrF$$_{2}$$添加によって電子トラップセンターの数が増加したためである。また、SrBPO$$_{5}$$:Ce$$^{3+}$$+SrF$$_{2}$$蛍光体の単位中性子束あたりの輝尽性蛍光量は中性子エネルギーの-0.5乗に比例していた。さらに、この輝尽性蛍光量は中性子照射量にも比例していることも確認しており、中性子イメージング用輝尽性蛍光体として有望である。

論文

Development of a magnetic focusing device for pulsed neutrons

鈴木 淳市; 奥 隆之; 安達 智宏*; 清水 裕彦; 鬼柳 善明*; 加美山 隆*; 平賀 富士夫*; 岩佐 浩克*; 佐藤 孝一*; 古坂 道弘*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.120 - 124, 2004/08

 被引用回数:9 パーセンタイル:41.7(Instruments & Instrumentation)

中性子小角散乱法は、物質科学,生命科学研究にとって重要な手法である。しかし、その観測q$$_{min}$$は、従来のピンホール型の小角散乱装置では、$$sim$$10$$^{-2}$$nm$$^{-1}$$に限られていた。より小さなq領域の測定を行うためには、ILLにあるD11のように非常に長尺(80m)の装置を構成する必要があったが、この問題を克服するために、近年、集光レンズを用いた小角散乱法が提案され、建設されている。例えば、集光レンズにトロイダルミラーや両凹物質レンズを用いた装置である。最近、われわれは六極磁石に基づいた中性子磁気レンズを開発し、集光型小角散乱法の実証実験を行った。中性子磁気レンズは、レンズ材によるビームの吸収や散乱が一切なく、高精度の集光には理想的な素子であると言える。実際、われわれは、数ミクロンのシリカ粒子の散乱を2$$times$$10$$^{-3}$$nm$$^{-1}$$まで観測することに成功した。われわれは、さらなる最適化によりq$$_{min}$$を1$$times$$10$$^{-3}$$nm$$^{-1}$$まで拡張できると考える。

論文

Feasibility study on application of a magnetic neutron lens to SANS experiments

奥 隆之; 鈴木 淳市; 笹尾 一*; 安達 智宏*; 篠原 武尚*; 池田 一昭*; 森嶋 隆裕*; 酒井 健二*; 鬼柳 善明*; 古坂 道弘*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.116 - 119, 2004/08

 被引用回数:18 パーセンタイル:21.09(Instruments & Instrumentation)

中性子の磁気モーメントと磁場との相互作用を利用することにより、中性子の吸収や散乱を受けることなく、中性子ビームを制御することができる。六極磁場は、中性子に対してレンズとして機能する。中性子は、そのスピンが磁場と平行な場合、六極磁場により集光され、反平行な場合は発散される。六極磁場のレンズ機能は、過去に6ピース型の永久六極磁石を用いて実験的に検証された。しかし、実際の中性子散乱実験に用いるためには、20mm$$phi$$程度以上の大きな口径と十分な中性子集光能力を兼ね備えた六極磁石を開発する必要がある。そこで、現在、われわれは実用レベルの六極磁石として、超伝導六極電磁石,Halbach型六極永久磁石,パルス型六極電磁石の開発を行っている。今回、現在開発中の各六極磁石の性能と中性子散乱実験への応用方法について議論する。

論文

Performance of upgraded thermal neutron guides with supermirrors at JRR-3

田村 格良; 鈴木 正年; 羽沢 知也; 盛合 敦; 堀 直彦; 笹島 文雄; 曽山 和彦

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.234 - 237, 2004/08

 被引用回数:3 パーセンタイル:72.31(Instruments & Instrumentation)

JRR-3熱中性子導管のNiミラーからNi/Tiスーパーミラーへの改良を行った。その際、スーパーミラーに改良した中性子導管により導かれた中性子ビームの特性試験を行った。2003年の3月に中性子導管末端での中性子の強度は金箔を用いた放射化量を測定することにより求めた。その結果、熱中性子導管末端で以前より6倍の強度になっていることを確かめた。また、熱中性子導管の末端での中性子ビームのスペクトルはTOF測定法を用いて測定した。改良に伴い中性子ビームの波長範囲が広がり、特に改良前に中性子導管の曲率による特性で輸送できなかった短波長の中性子ビームが観測されることとなった。熱中性子導管により導かれた中性子ビームの性能評価の目的のために、McStasを用いたモンテカルロシミュレーションを行った。スーパーミラーの特性は使用している中性子導管の測定値を使用することと実際の設置誤差を入力することにより実際の条件に近い計算を行い、熱中性子導管の計算値と実験値の比較を行った。計算によって得られた値は実験値を再現することを明らかにした。このことにより、TOF測定法を用いることができない中性子ビームポートの中性子スペクトル評価を行うことが可能となった。

論文

Development of scintillator for a high-frame-rate neutron radiography

松林 政仁; 片桐 政樹

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.389 - 393, 2004/08

 被引用回数:2 パーセンタイル:79.67(Instruments & Instrumentation)

1000フレーム/秒を超える撮像を可能とする高速度撮像中性子ラジオグラフィがJRR-3M中性子ラジオグラフィで可能となっている。J-PARCの核破砕中性子源ではJRR-3Mよりも高強度の中性子ビームが実験装置に供給されるものと期待される。この核破砕中性子ビームを用いてより時間分解能に優れた撮像系あるいは高計数率の中性子シンチレーション検出器を可能とするためには、蛍光寿命の短いシンチレータの開発が不可欠である。ZnS系のシンチレータではキラー物質の添加が発光強度を低下させる一方で、蛍光寿命を短縮する可能性を秘めている。キラー物質としてニッケルを用いたZnS(Ag)蛍光体について、中性子照射による蛍光寿命測定,アルファ線照射による発光スペクトル測定及び光透過率の測定を行い、中性子シンチレーション検出器用のシンチレータとして優れた特性を有していることを確認した。

論文

Preliminary examination of a CCD camera with a scintillator coated fiber optic plate for neutron imaging

松林 政仁; 曽山 和彦

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.384 - 388, 2004/08

 被引用回数:5 パーセンタイル:59.85(Instruments & Instrumentation)

高空間分解能イメージングを目的として、蛍光体塗布Fiber Optic Plate(FOP)付きCCDカメラを冷・熱中性子ビームで試験した。CCDカメラとシンチレータとの光学的結合法としてFOP結合法と従来型のレンズ結合法を比較すると高空間分解能イメージングにはFOP結合法が有利である。JRR-3Mの冷・熱中性子ラジオグラフィ装置場を用いてGd$$_{2}$$O$$_{2}$$S(Tb)シンチレータの塗布重量,FOPのテーパー比をパラメータとして発光量,Edge Spread Function(ESF),MTFチャートの可視化等の測定を行った。その結果、テーパー比1:1の場合には塗布重量5mg/cm$$^{2}$$で最良値が得られ熱中性子:ESF 35$$mu$$m,冷中性子:ESF 37$$mu$$mとなった。FOPのテーパー比を1:2あるいは1:3とした場合には25$$mu$$mのLine Pairs(LP)まで冷中性子により分離可視化できた。さらに撮像応用例として小さなリチウムイオン電池の三次元CT,PC用ハードディスク軸受け部のオイルの動きの可視化を行った。

論文

Scintillation materials for neutron imaging detectors

片桐 政樹; 坂佐井 馨; 松林 政仁; 中村 龍也; 近藤 泰洋*; 中條 善樹*; 南戸 秀仁*; 小島 孝弘*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.274 - 279, 2004/08

 被引用回数:23 パーセンタイル:15.16(Instruments & Instrumentation)

フォントカウンティング法を用いた中性子イメージ検出器に用いるシンチレータ素材の開発を進めている。目的は、大強度パルス中性子源を用いた中性子散乱実験に使用する検出器用の最適なシンチレータを開発するためである。検出効率,計数率,n/$$gamma$$比などの特性がよくバランスしたシンチレータの開発を目標としている。ZnS蛍光体及びそのファミリィ,短寿命蛍光体,$$^{10}$$Bを含んだ蛍光体,ガラスシンチレータなど9種類のシンチレータの研究を行った。特に、検出効率を中心に検出特性を調べた。その結果、ZnS蛍光体/中性子コンバータ検出シートについて市販のものに比較し全体的に波高が高くなり検出効率も上がることを確認できた。また、ZnO:Zn蛍光体などこれまで利用されなかった蛍光体も中性子検出器用として十分使用できることなどを確認した。

論文

Development status of position-sensitive neutron detectors for J-PARC in JAERI; A Comprehensive overview

片桐 政樹

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.254 - 259, 2004/08

 被引用回数:9 パーセンタイル:41.7(Instruments & Instrumentation)

原研・KEKで建設を進めているJ-PARCの高強度中性子源を用いて行う中性子散乱実験あるいはラジオグラフィに用いる中性子イメージ検出器の開発研究を進めている。高計数率の中性子イメージングを目指して開発を進めているシンチレータを用いたイメージ検出器及びこれらの検出器の最適化のために開発した多くの蛍光体あるいはシンチレータの開発状況を報告する。また、平行して開発を進めている個別信号読み出し方式と二次粒子弁別法をベースとした高性能マイクロストリップ中性子検出器の開発状況を報告する。

論文

Development of a high-performance microstrip gas chamber with a capability of track discrimination for neutron detection

中村 龍也; 山岸 秀志; 正岡 聖; 曽山 和彦; 相澤 一也

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.336 - 341, 2004/08

 被引用回数:5 パーセンタイル:59.85(Instruments & Instrumentation)

われわれは大強度パルス中性子源あるいは大強度フラックスである原子炉を使用した中性子散乱実験で必要不可欠な二次元中性子検出器として二次粒子弁別機能を有するマイクロストリップ型中性子ガス検出器(MSGC)の開発を行っている。本検出器では、数百チャンネルに及ぶマイクロストリップからの信号をそれぞれ独立に読み出すことで高計数率動作を可能とし、さらに、ヘリウム3と中性子の核反応の結果生じる二次粒子(プロトン,トリトン)をトラック長の違いにより識別することで高計数率特性を損なうことなく1mm以下の位置分解能を実現する。このトラック識別機能を持つMSGC検出器の試験機を製作し原理確認試験を行った結果、上記アイディアに基づくマイクロストリップ型中性子検出器が実現可能であることを確認した。

論文

Use of liquid helium-3 as a neutron converter for a semiconductor-based neutron detector

中村 龍也; 片桐 政樹; 荒殿 保幸; 神野 郁夫*; 菱木 繁臣*; 杉浦 修*; 村瀬 徳博*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.399 - 401, 2004/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:88.21(Instruments & Instrumentation)

液体ヘリウム3を中性子コンバータとしInSb半導体検出素子で二次粒子を検出する低温中性子検出器を開発した。本低温検出器では液体状態にあるヘリウム3を中性子コンバータとして用いることで中性子とヘリウム3との核反応の結果生じた二次粒子飛程が100ミクロン以下となるため高位置分解能が期待される。また、液体ヘリウム3ではコンバータ厚さを容易に均一制御できることから検出効率の空間一様性にも優れることが予想される。試作した中性子検出器を1.6Kにて動作させ中性子検出特性試験を行い、本検出器が中性子を安定に検出することを確認し、高い位置分解能,高い効率一様性,薄い検出厚さ等を有する低温中性子検出器の実現可能性を検証することができた。

論文

Discrimination of neutrons and $$gamma$$ ray by a neutron detector comprising a superconducting tunnel junction on a single crystal of Li$$_{2}$$B$$_{4}$$O$$_{7}$$

中村 龍也; 片桐 政樹; 曽山 和彦; 浮辺 雅宏*; 池内 隆志*; 大久保 雅隆*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.402 - 404, 2004/08

 被引用回数:8 パーセンタイル:45.39(Instruments & Instrumentation)

Li$$_{2}$$B$$_{4}$$O$$_{7}$$単結晶上に製作した超伝導トンネル接合素子(STJ)による低温中性子検出器の中性子/$$gamma$$線弁別性能を評価した。本検出器はLiあるいはBでの中性子核反応の結果励起される多数の低エネルギーフォノンを単結晶表面に製作されたSTJ素子により測定することで中性子を検出する。本検出器のX線(5.9keV),$$gamma$$線(1.17, 1.33MeV)、及び中性子に対する放射線応答特性を詳細に測定した結果、STJ素子のフォノン検出信号波形の立ち上がり時間が放射線種により異なることを初めて明らかにし、この特徴を利用することで$$gamma$$線,X線などのバックグランド信号と中性子信号とを簡便に弁別できることを確認した。

論文

A Compact neutron detector using scintillators with wavelength shifting fibers by backside readout method

片桐 政樹; 松林 政仁; 坂佐井 馨; 中村 龍也; 海老根 守澄; 美留町 厚; Rhodes, N.*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.313 - 316, 2004/08

 被引用回数:11 パーセンタイル:35.57(Instruments & Instrumentation)

蛍光体/中性子コンバータ検出シートの背面に吸収波長帯の異なる二種類の波長シフトファイバを直交して配置し、中性子の入射位置を読み出す背面読み取り法を開発した。この背面読み取り法と直角に折り曲げた波長シフトファイバとを組合せることにより、コンパクト化を実現した中性子イメージ検出器を開発した。X軸及びY軸の位置分解能はそれぞれ0.6mmと0.7mmであった。この位置分解能性能は、従来のクロスド・ファイバ読み取り法とほぼ同じ性能であった。コンパクト化が可能となったことから、中性子散乱実験装置を製作するうえで大きな問題となっていたデッドスペースを小さくすることが可能となった。

論文

Neutron/$$gamma$$-ray discrimination characteristics of novel neutron scintillators

片桐 政樹; 坂佐井 馨; 松林 政仁; 小島 孝弘*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.317 - 320, 2004/08

 被引用回数:9 パーセンタイル:41.7(Instruments & Instrumentation)

中性子散乱実験装置に用いられる中性子イメージ検出器用のシンチレータの開発を行った。新しく開発したリチウム(Li)-ホウ酸(B)-一燐(P)ガラスシンチレータ,Li$$_{2}$$B$$_{4}$$O$$_{7}$$ガラスシンチレータ及び$$^{6}$$Liを含んだプラスチックシンチレータについて検出特性、特に中性子/$$gamma$$線化について調べた。その結果、LPBガラスシンチレータ及び$$^{6}$$Liを含んだプラスチックシンチレータは中性子/$$gamma$$線弁別が可能であることが確認できた。

論文

Neutron scintillators with high detection efficiency

小島 孝弘*; 片桐 政樹; 筒井 紀彰*; 今井 幸治*; 松林 政仁; 坂佐井 馨

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.325 - 328, 2004/08

 被引用回数:27 パーセンタイル:11.37(Instruments & Instrumentation)

中性子イメージ検出器の高検出効率化を目指して蛍光体/中性子コンバータシンチレータの開発を進めた。その結果、市販のシンチレータに比較して$$^{6}$$Liの含有量が2倍のZnS:Ag/$$^{6}$$LiFの検出効率が43.5%であることがわかった。この検出効率は市販の同種シンチレータに比較して約1.6倍の検出効率である。また、中性子コンバータとして$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$を用いたZnS:Ag/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$シートシンチレータ及びZnS:Ag/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$ガラスシンチレータを開発し、約30%の検出効率を示すことを確認した。本ZnS:Ag/$$^{10}$$B$$_{2}$$シンチレータは熱中性子以上の中性子エネルギーの領域で高検出効率が得られる。

論文

Evaluation of ZnS-family phosphors for neutron detectors using photon counting method

久保田 直義*; 片桐 政樹; 上条 恵一*; 南戸 秀仁*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.321 - 324, 2004/08

 被引用回数:17 パーセンタイル:21.09(Instruments & Instrumentation)

ZnS:Agは他の蛍光体に対して発光量が非常に多いことなどから、中性子シンチレータ用蛍光体としてよく使われているが蛍光寿命の中に長い成分を含むため高計数率に対応できない。このため、高計数率に対応した中性子検出器を開発するため、蛍光寿命が短いZnS系蛍光体の研究を進めた。ZnO:Zn, ZnO:Ga, ZnSSe:Agなどを製作し、シンチレータ用蛍光体としての特性の評価を行った。この結果、放電プラズマ焼結装置を用いて作製したZnO:Znが早い寿命を示すこと、また、市販のP15と呼ばれているZnO:Znの場合、波長が長くなるが$$^{6}$$LiFと組合せて中性子用シンチレータとした場合、検出効率は下がるものの蛍光寿命が短くなり、高計数率に対応できるようになることなどがわかった。

論文

Organic scintillators containing $$^{10}$$B for neutron detectors

釜谷 英城*; 松元 深*; 近藤 泰洋*; 中條 善樹*; 片桐 政樹

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.329 - 331, 2004/08

 被引用回数:12 パーセンタイル:32.62(Instruments & Instrumentation)

高計数率に対応し、高い検出効率を持つ中性子検出器に用いるため、有機シンチレータの開発研究を進めている。$$^{10}$$Bを構成材に含んだボロンポリマーを検出素材として基礎研究を行った。ポリマーブレンド法を用いてポリスチレンなどとブレンドしたシンチレータ試料を作製し、アルファ線,X線,UV及び中性子に対する特性を測定した。この結果、蛍光寿命が短くかつ2%の中性子に対する検出効率を有することを確認した。

論文

Reflectivity enhancement of large ${it m}$-Qc supermirror by ion polishing

曽山 和彦; 角田 治彦*; 村上 勝彦*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.73 - 77, 2004/08

 被引用回数:4 パーセンタイル:65.86(Instruments & Instrumentation)

イオンポリッシュ法をNi/Ti多層膜スーパーミラーに適用し、高反射率化に成功した。実験は、イオンポリッシュ条件として、Ar$$^{+}$$イオンの照射時間,加速電圧,イオン入射角度を最適化した。これに基づき、3Qcスーパーミラー(407層)についてNi層のみにイオンポリッシュ法を適用したところ、臨界角での中性子反射率を80%から90%に増加させることができた。

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