First demonstration of a single-end readout position-sensitive optical fiber radiation sensor inside the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station based on wavelength-resolving analysis

寺阪 祐太; 佐藤 優樹; 瓜谷 章*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1062, p.169227_1 - 169227_6, 2024/05

https://doi.org/10.1016/j.nima.2024.169227

We have developed a new position-sensitive optical fiber radiation sensor that achieves single-end readout and high dose rate application. The sensor determines the incident position of radiation on the optical fiber by using the wavelength dependency of light attenuation within the fiber. Through the analysis of the output wavelength spectrum from the fiber end, the incident position of radiation on the optical fiber can be inversely estimated using the spectrum unfolding procedure. Using this optical fiber sensor, we conducted a measurement of radiation distribution inside the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS). The actual trend of incident position of radiation was successfully reproduced in a high dose rate area, with a maximum dose rate exceeding 100 mSv/h. This validates the effectiveness of our new position-sensitive optical fiber radiation sensor.

Determination of site occupancy of boron in 6H-SiC by multiple-wavelength neutron holography

林 好一*; Lederer, M.*; 福本 陽平*; 後藤 雅司*; 山本 裕太*; 八方 直久*; 原田 正英; 稲村 泰弘; 及川 健一; 大山 研司*; et al.

Applied Physics Letters, 120(13), p.132101_1 - 132101_6, 2022/03

https://doi.org/10.1063/5.0080895

The local structure around boron doped in a 6H-type silicon carbide (SiC) was investigated using neutron holography. Three dimensional atomic images reconstructed from multiple-wavelength holograms revealed the boron substitution for both silicon and carbon. To determine the boron locations accurately, we calculated holograms with varying occupancies of six different sites and fitted the image intensities with those obtained from the experimental holograms by the steepest descent method. As a result, it was found that boron atoms were selectively located at the Si-C-cubic site layer. Furthermore, boundaries right above the boron locations were suggested from the absence of atomic images in the upper region of the reconstruction.

Analysis and mapping of detailed inner information of crystalline grain by wavelength-resolved neutron transmission imaging with individual Bragg-dip profile-fitting analysis

櫻井 洋亮*; 佐藤 博隆*; 足立 望*; 諸岡 聡; 戸高 義一*; 加美山 隆*

Applied Sciences (Internet), 11(11), p.5219_1 - 5219_17, 2021/06

https://doi.org/10.3390/app11115219

As a new method for evaluating single crystal and oligocrystal, pulsed neutron Bragg-dip transmission analysis/imaging method is being developed. In this study, a single Bragg-dip profile fitting analysis method was newly developed, and applied for analyzing detailed inner information in a crystalline grain position-dependently. In the method, the spectrum profile of a single Bragg-dip is analyzed at each position over a grain. As a result, it is expected that changes of crystal orientation, mosaic spread angle and thickness of a perfect crystal can be evaluated from the wavelength, the width and the integrated intensity of the Bragg-dip, respectively. For confirming this effectiveness, the method was applied to experimental data of position-dependent Bragg-dip transmission spectra of a Si-steel plate consisting of oligocrystals. As a result, inner information of multiple crystalline grains could be visualized and evaluated. The small change of crystal orientation in a grain, about 0.4, could be observed by imaging the Bragg-dip wavelengths. By imaging the Bragg-dip widths, both another grain and mosaic block in a grain were detected. Furthermore, imaging results of the integrated intensities of Bragg-dips were consistent with the results of Bragg-dip width imaging. These small crystallographic changes have not been observed and visualized by previous Bragg-dip analysis methods.

A Large area position-sensitive scintillation neutron detector for upgrading SENJU diffractometer

中村 龍也; 藤 健太郎; 海老根 守澄; 美留町 厚; 坂佐井 馨

Proceedings of 2019 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2019), Vol.1, p.735 - 736, 2020/08

https://doi.org/10.1109/NSS/MIC42101.2019.9059981

J-PARCのSENJU回折計では検出器の増設や高度化が進められている。その高度化の一環として大面積(51.251.2cm)、高位置分解能(4mm)の2次元シンチレータ中性子検出器を開発した。この検出器は我々がこれまでに開発してきた実機レベルの散乱用シンチレータ検出器の中で最大サイズの検出器モジュールである。検出器の性能評価、長期安定性試験(1年以上)、回折測定実証等の結果から実機として使用可能な性能および堅牢性を有していることを確認した。

6464チャンネル高位置分解能中性子イメージ検出器の検出特性

坂佐井 馨; 片桐 政樹; 松林 政仁; Rhodes, N.*; Schoonveld, E.*

JAERI-Research 2004-020, 19 Pages, 2004/12

JAERI-Research-2004-020.pdf:4.57MB

ZnS:Ag/LiFシンチレータと波長シフトファイバを用いた背面読み取り法により位置検出を行う6464チャンネル高位置分解能中性子イメージ検出器の検出特性を英国ラザフォードアップルトン研究所のISISにおいて測定した。その結果、ISISが実際に用いているApplied Scintillator Technology(AST)社製シンチレータを用いた場合、熱中性子に対して検出効率が24.5%であることがわかった。また、同時に線感度をCo線源を用いて測定した結果、710counts/photonsであることがわかった。原研で開発したZnS:AgとLiFとの比が1.5:1としたシンチレータでは熱中性子に対して検出効率が14.5%とISISのものに対して約60%であることがわかった。検出効率については、1-1, 1-2, 2-1、及び2-2コインシデンス法についてそれぞれ評価した。本検出器による中性子イメージ特性は、原研CNRF施設を用いて評価した。直径2mmの穴のあいたCdコリメータを用いて測定した結果、明瞭なビームイメージが得られることがわかった。2-2コインシデンス法を用いた場合には、検出効率は下がるものの位置分解能が改善されることを確認した。

Development of a fast neutron radiography converter using wavelength-shifting fibers

松林 政仁; 日引 俊*; 三島 嘉一郎*; 吉井 康司*; 岡本 孝司*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 510(3), p.325 - 333, 2003/09

https://doi.org/10.1016/S0168-9002(03)01810-2

シンチレータと高水素含有樹脂からなる高速中性子ラジオグラフィ用蛍光コンバータが開発され、電子撮像に応用されてきた。高速中性子とコンバータとの反応割合は、コンバータを厚くすることによって増加されるが、蛍光コンバータ自身が不透明であることから内部の発光はコンバータ表面に到達するまでに減衰を受ける。高速中性子ラジオグラフィ用の蛍光コンバータにおいて輝度を改善するために、コンバータ内部の発光を波長変換ファイバーを用いて観察側端面に伝達する新しい考えを取り入れた蛍光コンバータを考案した。東京大学の高速中性子源炉弥生で実施した実験により、波長変換ファイバーを用いた蛍光コンバータが従来型のポリプロピレン樹脂を用いた蛍光コンバータより高輝度であることが確認された。

Real-time dosimetry method using an imaging plate

坂佐井 馨; 片桐 政樹; 岸本 牧; 藤井 義雄

Reactor Dosimetry: Radiation Metrology and Assessment (ASTM STP 1398), p.775 - 780, 2001/00

原子炉施設内あるいは加速器施設内において広範囲な放射線強度を監視できる放射線モニタとして、イメージングプレートと波長シフトファイバ及び側面発光型ファイバを用いたセンサを開発した。波長シフトファイバはイメージングプレートからの発光(輝尽性発光及び即発発光)を490nmに変換して信号伝送用に、側面発光型ファイバはイメージングプレートにレーザーを照射するのに用いられる。本センサによって測定された輝尽発光及び即発発光とも放射線照射量に比例しており、本センサが実時間ドジメトリ用検出器として使用できる見通しが得られた。

Spectral data and grotrian diagrams for highly ionized chromium, Cr V through Cr XXIV

白井 稔三; 中井 洋太*; 中垣 晶智*; Sugar, J.*; Wiese, W. L.*

Journal of Physical and Chemical Reference Data, 22(5), p.1279 - 1423, 1993/00

https://doi.org/10.1063/1.555930

クロムイオン、Cr V~Cr XXIV,の波長、エネルギー準位、遷移確率、振動子強度を批判的に評価し作表した。各電離状態における波長測定に対するコメント、またデータを利用し易くするために遷移図(グロトリアン図)を与えた。文献は1992年12月までに出版されたものを用いた。

A Two-dimensional scintillation neutron detector module for a new protein single crystal neutron diffractometer at J-PARC MLF

中村 龍也; 藤 健太郎; 筒井 紀彰; 海老根 守澄; 美留町 厚

no journal, , 

シンチレータと波長シフトファイバ技術を用いて次世代のたんぱく質専用中性子単結晶回折装置のための2次元中性子検出モジュールを開発した。本検出モジュールは位置分解能2.5mm、中性子有感面積320320mmを有する。開発した検出モジュールは熱中性子に対して検出効率30-50%(感度依存)、検出感度の一様性は約13%であった。発表では検出器の設計と実験結果について報告する。

Measurement of radiation distribution inside the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station using a single-end readout position-sensitive optical fiber radiation sensor based on wavelength-resolving analysis

寺阪 祐太; 佐藤 優樹; 瓜谷 章*

no journal, , 

We have developed a new position-sensitive optical fiber radiation sensor that achieved single-end readout and high dose rate application. The sensor identifies the incident position of radiation to the optical fiber using wavelength dependency of light attenuation inside the optical fiber. By the analysis of the output wavelength spectrum from the fiber end, the incident position of radiation to the optical fiber can be estimated reversely based on the spectrum unfolding procedure. Using this optical fiber sensor, measurement of radiation distribution was conducted inside the reactor building of Fukushima Daiichi Nuclear Power Station. The actual trend of radiation distribution was successfully reproduced in a high dose rate area with a maximum dose rate of over 100 mSv/h, and the effectiveness of the new position-sensitive optical fiber radiation sensor was confirmed.