Quantitative visualization of a radioactive plume with harmonizing gamma-ray imaging spectrometry and real-time atmospheric dispersion simulation based on 3D wind observation

永井 晴康; 古田 禄大*; 中山 浩成; 佐藤 大樹

Journal of Nuclear Science and Technology, 60(11), p.1345 - 1360, 2023/11

https://doi.org/10.1080/00223131.2023.2197445

放射性プルームの3次元分布を定量的に可視化するとともに放射性核種の放出量を推定する革新的なモニタリング手法を提案し、その実現性を予備的な試験により確認した。提案する手法は、電子飛跡検出型コンプトンカメラ(ETCC)によるガンマ線画像分光測定とドップラーライダーによる3次元風速測定に基づくリアルタイム高分解能大気拡散シミュレーションを組み合わせている。複数箇所に設置したETCCで測定された放射性プルーム中の個々の放射性核種からのラインガンマ線画像とリアルタイム大気拡散計算による大気中濃度分布情報を融合した逆解析により、放射性核種ごとの3次元濃度分布を再構成する。大気拡散シミュレーションと放射線輸送計算で生成した仮想的な実験データを用いた試験により、試作した解析手法が十分な性能を有することを示した。

Automatic data acquisition for visualizing radioactive substances by combining a gamma-ray imager and an autonomous mobile robot

佐藤 優樹; 峯本 浩二郎*; 根本 誠*; 鳥居 建男

Journal of Instrumentation (Internet), 16(1), p.P01020_1 - P01020_18, 2021/01

https://doi.org/10.1088/1748-0221/16/01/P01020

To reduce the exposure doses of workers and to establish decontamination plans, it is important to understand and visualize the distribution of radioactive substances at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station in Japan, where an accident occurred on the 11th of March, 2011. In this decommissioning work environment, radioactive substances adhered to various objects, such as rubble and equipment, and it was necessary to visualize the distribution of these contaminants in all three dimensions. The technology used to automatically and remotely acquire data to visualize the distribution of radioactive substances in three dimensions was useful for reducing the exposure dose of the workers and to shorten the survey time. We constructed an automatic data acquisition system that consisted of a Compton camera and a 3D-light detection and ranging sensor mounted on an autonomously moving robot. We also evaluated the system feasibility using radiation sources and succeeded in automatically acquiring the data required for visualizing the radiation sources. For this data acquisition, the operator did not need to operate the system after the measurements were started. The effects of the imaging parameters of the Compton camera and the accuracy of the self-position estimation of the system on the radiation-imaging accuracy are also discussed.

Remote detection of radioactive hotspot using a Compton camera mounted on a moving multi-copter drone above a contaminated area in Fukushima

佐藤 優樹; 小澤 慎吾*; 寺阪 祐太; 峯本 浩二郎*; 田村 智志*; 新宮 一駿*; 根本 誠*; 鳥居 建男

Journal of Nuclear Science and Technology, 57(6), p.734 - 744, 2020/06

https://doi.org/10.1080/00223131.2020.1720845

The Fukushima Daiichi Nuclear Power Station, operated by Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc., suffered a meltdown as a result of a large tsunami triggered by the Great East Japan Earthquake on March 11, 2011. To proceed with the environmental recovery by decontamination, drawing a radiation distribution map that can indicate the distribution of radioactive substances is extremely important to establish detailed decontamination plans. We developed a remote radiation imaging system consisting of a lightweight Compton camera and a multi-copter drone to remotely measure the distribution of the radioactive substances. This system can perform radiation imaging using a Compton camera while flying and moving. In addition, it is also possible to draw the distribution of radioactive substances three-dimensionally by projecting the radiation image measured with the Compton camera on a three-dimensional topography model separately acquired by a 3D-LiDAR. We conducted a survey of radioactive hotspots in difficult-to-return zone in the coastal area of Fukushima, Japan. The drone system succeeded in three-dimensional visualization of several hotspots deposited on the ground. Such remote technology would be useful not only for monitoring the difficult-to-return zone, but also for monitoring distribution of radioactive substances inside the site of the FDNPS where decommissioning work is ongoing.

岩盤における不連続面の自動推定に向けた3次元点群データの可変格子分割法

松川 瞬*; 板倉 賢一*; 早野 明; 鈴木 幸司*

Journal of MMIJ, 133(11), p.256 - 263, 2017/11

https://doi.org/10.2473/journalofmmij.133.256

LIDAR(Laser Imaging Detection and Ranging)は、岩盤表面を点群の形式で取得することができる。先行研究では、必要なパラメータを手動で設定して、点群から岩盤の不連続面を取得するアルゴリズムが開発されてきた。DiAna(Discontinuity Analysis)アルゴリズムは、点群を格子状に分割して半自動的に岩盤の面を推定するアルゴリズムである。しかし、適切な格子サイズを決定するには熟達した技術が必要である。そこで本研究では、場所によって適切な格子サイズを自動決定するVBS(Variable-Box Segmentation)アルゴリズムを開発した。VBSアルゴリズムは、小さな格子を結合して適切なサイズの格子を作り、面を推定する。VBSアルゴリズムの性能は、DiAnaアルゴリズムと比較して評価した。その際、手動で岩盤表面を推定して作成した参照面との類似度を用いた。比較結果では、VBSアルゴリズムはDiAnaアルゴリズムよりも参照面に類似した面を推定した。よって、VBSアルゴリズムは場所により自動的に適切な格子サイズを決定し、適切に面を推定した。

リアルタイムレーザーモニター用高繰り返し波長可変固体レーザーの発振特性の研究

丸山 庸一郎; 加藤 政明

JAERI-Research 2002-040, 15 Pages, 2003/02

JAERI-Research-2002-040.pdf:1.05MB

大気中の微量有害物質を遠隔からリアルタイムで測定するための波長可変光源としては色素レーザーが使われている。しかし、色素レーザーは、構造が複雑で取り扱いが難しく、実用的なリアルタイム計測用光源とはなり得ない。このため、1個の結晶で広い波長域においてレーザー発振が可能な光パラメトリック発振器(OPO)を実用化光源として選定し、その高繰り返し化,高エネルギー化を目指して研究を行った。実験では、高繰り返し化の第一段階としてOPOに-Barium Borate(BBO)結晶を用い、これをNd:YAGレーザーの第二高調波でポンピングし、繰り返し数0.5kHzにおける発振特性,波長変換特性を測定した。この結果、OPO発振閾値でのポンプ光ピーク強度は、約16MW/cmであった。OPOの最大平均出力としては、5.4Wを45%のエネルギー変換効率で達成した。また、ポンプ光の平均パワーを14Wまで増加させた場合のOPO出力は、依然増大傾向を示し、熱的な悪影響は観測されなかった。

トカマクにおけるトムソン散乱装置の概要

山内 俊彦

RTM-96-4, 0, p.19 - 25, 1996/00

1969年のT-3でのTおよびn分布の測定以来、世界の多くの研究所でトムソン散乱装置が設置され、トカマクプラズマのTおよびn分布を測定してきた。トムソン散乱法は測定位置、空間分解能および誤差が明確、仮定がない、データが分かり易く解析手順が単純である等の特徴を持つ。しかし、他のまねであってもその開発技術は高いことが求められ、さらに製作費用もかかる。それでここでは、現在世界的に優れた装置として上げられる3つの装置、LIDAR、TVTSおよびYAGTSについて比較し、その長所や短所および技術的問題点についてふれた。また著者が取得したノウハウはできる限り全て記述した。

小型ラマンライダーによる放射線環境下の大気計測

千明 倫之*; 椎名 達雄*; 斎藤 隼人*; 眞子 直弘*; 久世 宏明*; 羽生 敏紀; 金山 文彦; 福嶋 峰夫

no journal, , 

放射線計測においては、GM管等の接触式センサの他、ダストサンプリングによる測定方法が存在するが、作業者の安全性や機器そのものの被曝に課題が残る。本研究ではこれまで計測範囲0-50mで水素濃度1%まで検知が可能な水素漏洩検知用小型ラマンライダーを開発してきた。今回、この小型ラマンライダーを改良し、放射線環境下における大気計測にて、放射線の大気への影響を考察した。本研究では、放射線源として9MBqのAm-241線源を、光源として349nmのレーザを使用し、水蒸気ラマン光の400nm及び液体の水ラマン光の396nmを検知した。その結果、放射線の影響により液体の水ラマン光が増加し、水蒸気ラマン光が減少した。液体の水ラマン光の増加率と水蒸気ラマン光の減少率の比はおよそ3倍であり、これは液体の水ラマン及び水蒸気ラマンの散乱断面積の比に等しい。このことより放射線の影響により、水蒸気がイオン化し、水クラスタが生成されたことをライダの測定実験で検証できた。また、生成された水クラスタの半径は0.2mと算出され、水蒸気(一般に1nm径)と比べ十分に大きいため、妥当な大きさであると考えられる。

小型ラマンライダーを用いた放射線分解による水相計測

椎名 達雄*; 斎藤 隼人*; 眞子 直弘*; 久世 宏明*; 羽生 敏紀; 金山 文彦; 福嶋 峰夫

no journal, , 

福島第一原子力発電所での作業や原子力施設の解体作業において、放射能の遠隔分布計測のニーズはあるが、計測手法はガンマカメラ等に限られ、その使用状況にも制限が多い。本研究では、水素ガス検知用のラマンライダーの発展として、光学的遠隔計測手法を利用し、放射線の影響による大気の電離及びこれによる水相変化をとらえることを考案した。具体的な事象として、放射線分解による大気イオンの上昇に伴って、水蒸気量の減少と水クラスタの生成を予想した。本研究ではこれまでに開発してきた、349nmのレーザを発する水素ガス漏えい検知用小型ラマンライダーに水蒸気ラマン及び水ラマンエコーを計測するためのポートを追加することで、水相計測を行った。各ラマン光の計測は光電子増倍管を介して、ホトンカウンティング法によって行った。線源であるAm-241を用いた試験の結果、放射線の影響により水ラマンエコーの増加及び水蒸気ラマンエコーの減少が測定された。これらの増減比はそれぞれのラマン散乱断面積とよく合致したことより、放射線の影響により水蒸気がイオン化し水クラスタが生成されたことを、ラマンライダーの測定実験で検証できたと考えられる。

放射性物質を3次元的に可視化する統合型放射線イメージングシステムの開発と実証

佐藤 優樹

no journal, , 

福島第一原子力発電所(1F)の高線量率環境や福島県帰還困難区域の屋外環境において、作業者の被ばく線量やケガのリスクを低減するために、これらの環境に3次元的に沈着した放射性物質を遠隔にて測定する技術が求められている。申請者は、放射性物質の2次元分布を測定する装置であるコンプトンカメラに、レーザ測域センサや写真立体復元による3次元環境モデリング技術を統合することで、放射性物質の分布を3次元的に可視化できるとの着想に基づき、さらにこれらをロボットと組み合わせることによって統合型放射線イメージングシステムiRIS(アイリス: integrated Radiation Imaging System)を開発した。実証試験では、レーザ測域センサ及び写真立体復元による取得データを用いてコンピュータ上に1F建屋内現場を再現し、周囲に比べて線量率の高いホットスポットの存在箇所を3次元的に可視化することに成功した。このような技術は、作業者の被ばく線量管理を含む廃炉や除染作業の工程管理に直接貢献するものである。また、技術的貢献だけでなく、放射性物質を可視化することによって作業者の皆様に安心を提供することを目指している。