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論文

$$^3$$He代替非破壊分析装置の開発; 迫り来る$$^3$$Heクライシスの解決を目指して

小泉 光生; 坂佐井 馨; 呉田 昌俊; 中村 仁宣

日本原子力学会誌ATOMO$$Sigma$$, 58(11), p.642 - 646, 2016/11

核セキュリティ、保障措置分野では、核分裂に伴う中性子を検出する検認装置として$$^3$$He検出器を利用したものが広く利用されている。検出器に利用される$$^3$$Heガスは、主に米国におけるストックから供給されてきたが、2001年9月11日の同時多発テロ以後、大量の$$^3$$He中性子検知装置を米国内に配備したことから、在庫が減少し、供給が近い将来停止する状況になりつつあった。そうした中、2011年3月末の$$^3$$He代替中性子検出技術に関するワークショップにおけるIAEAの$$^3$$He代替非破壊分析装置開発の呼びかけに応じ、原子力機構においても、J-PARCセンターが開発したZnS/$$^{10}$$B$$_2$$O$$_3$$セラミックシンチレータをベースに$$^3$$He代替検出器の開発を行い、平成27年3月には、開発した中性子検出装器の性能試験及びそれを実装した核物質検認用非破壊分析(Non-Destructive Assay (NDA))装置の性能実証試験を実施した。本解説では、開発した検出器、代替NDA装置を紹介し、あわせて$$^3$$He問題の顛末を報告する。

論文

JAEA-ISCN development programs of advanced NDA technologies of nuclear material

瀬谷 道夫; 小林 直樹; 直井 洋介; 羽島 良一; 曽山 和彦; 呉田 昌俊; 中村 仁宣; 原田 秀郎

Book of Abstracts, Presentations and Papers of Symposium on International Safeguards; Linking Strategy, Implementation and People (Internet), 8 Pages, 2015/03

https://www.iaea.org/safeguards/symposium/2014/home/eproceedings/sg2014-papers/000069.pdf
https://www.iaea.org/safeguards/symposium/2014/home/eproceedings/sg2014-slides/000069.pdf

原子力機構では、2011年度より次の3つのプログラムからなる先進核物質非破壊測定技術の基礎開発を実施している。(1)レーザー・コンプトン散乱$$gamma$$線(大強度単色$$gamma$$線)を使う核共鳴蛍光NDA技術開発、(2)ZnS/B$$_{2}$$O$$_{3}$$セラミックシンチレータによる中性子検出技術開発、(3)中性子共鳴透過分析(NRTA)及び中性子共鳴捕獲分析(NRCA)による中性子濃度分析法(NRD)技術開発。これらのプログラムは2014年度に終了する予定であり、2015年2-3月に実証試験を行う予定である。

論文

核セキュリティ・核不拡散のための先進核物質非破壊検知・測定基礎技術開発

瀬谷 道夫; 直井 洋介; 小林 直樹; 中村 孝久; 羽島 良一; 曽山 和彦; 呉田 昌俊; 中村 仁宣; 原田 秀郎

核物質管理学会(INMM)日本支部第35回年次大会論文集(インターネット), 9 Pages, 2015/01

日本原子力研究開発機構(JAEA)の核不拡散・核セキュリティ総合支援センターは、JAEAの他部門と協力して、核セキュリティ・核不拡散のための以下の先進核物質非破壊検知・測定基礎技術開発プログラムを実施してきている。(1)使用済燃料中プルトニウム非破壊測定(NDA)実証試験(PNAR法+SINRD法) (JAEA/USDOE(LANL)共同研究、平成25年度終了)、(2)レーザー・コンプトン散乱$$gamma$$線非破壊測定技術開発(大強度単色$$gamma$$線源基礎実証)、(3)ヘリウム3代替中性子検出技術開発、(4)中性子共鳴濃度分析法技術開発(JAEA/JRC共同研究)。この報告では、これらについてその概要を紹介する。

論文

Introduction to development of advanced safeguards and security NDA technologies by JAEA-ISCN

瀬谷 道夫; 呉田 昌俊; 曽山 和彦; 中村 仁宣; 原田 秀郎; 羽島 良一

Proceedings of INMM 55th Annual Meeting (Internet), 10 Pages, 2014/07

原子力機構は保障措置及び核セキュリティのための、次の先進的な核物質非破壊測定の基礎技術開発プログラムを実施してきている。(1)ZnS/B$$_{2}$$O$$_{3}$$セラミックシンチレータによる$$^{3}$$He代替中性子検知技術、(2)中性子共鳴透過分析(NRTA)及び中性子共鳴捕獲分析(NRCA)の組み合わせによる中性子共鳴濃度分析法、(3)レーザー・コンプトン散乱$$gamma$$線(大強度単色$$gamma$$線)利用核共鳴蛍光NDA(1)は、供給不足が懸念される$$^{3}$$Heに代わるZnS/B$$_{2}$$O$$_{3}$$セラミックシンチレータ中性子検出器の開発であり、(2)は、粒子状溶融燃料などの測定対象物中の核物質同位体組成比測定NDA技術開発、(3)は、レーザー・コンプトン散乱により発生させたエネルギー可変の大強度の単色$$gamma$$線により引き起こすPu/U同位体の核共鳴蛍光反応を利用するNDAのためのプログラムである。この論文ではこれらについて紹介する。

論文

原研における二次元ZnS/$$^{6}$$LiFシンチレータ,MSGCガス検出器の開発

中村 龍也; 片桐 政樹; 山岸 秀志; 田中 浩基; 坂佐井 馨; 曽山 和彦

波紋, 15(1), p.67 - 73, 2005/01

https://doi.org/10.5611/hamon.15.67

本報では原研で開発を進めている高位置分解能二次元ZnS/$$^{6}$$LiFシンチレータ及びMSGCガス検出器に焦点を絞りこれまでの研究開発成果及び今後の展開について述べた。ZnS/$$^{6}$$LiFシンチレータ検出器の開発においては中性子有感シンチレータ/波長シフトファイバ構造の試作検出器により0.6, 0.7mm(各x,y)の位置分解能を有することを確認した。また、ガス検出器開発では独自開発した個別読み出し型検出器システムの動作確認をMWPC素子を用いて行った結果、本システムが位置分解能0.9, 1.4mm(各x,y),良好なn/$$gamma$$弁別能を有することを確認した。

論文

Development of neutron-monitor detector using liquid organic scintillator coupled with $$^{6}$$Li+ZnS(Ag) sheet

佐藤 達彦; 遠藤 章; 山口 恭弘; 高橋 史明

Radiation Protection Dosimetry, 110(1-4), p.255 - 261, 2004/09

https://doi.org/10.1093/rpd/nch122
 被引用回数：8 パーセンタイル：48.76(Environmental Sciences)

高エネルギー加速器施設における適切な放射線管理を行うため、熱エネルギーから100MeVまで測定可能な中性子モニタ用検出器を開発した。この検出器は、円柱状のガラスセルに封入した液体シンチレータの外周に$$^{6}$$Li含有ZnS(Ag)シートを巻き付けた構造を持つ。幾つかの中性子場を用いて特性試験を行った結果、この検出器は、熱中性子及び数MeV以上の高エネルギー中性子による発光を弁別して測定できることが明らかになった。このことから、本検出器は、広帯域中性子モニタ用検出器として十分な性能を有することが確認できた。

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

https://doi.org/10.1016/j.nima.2004.05.017
 被引用回数：2 パーセンタイル：18.1(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

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

https://doi.org/10.1016/j.nima.2004.04.165
 被引用回数：30 パーセンタイル：85.88(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

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

https://doi.org/10.1016/j.nima.2004.05.005
 被引用回数：40 パーセンタイル：90.57(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

https://doi.org/10.1016/j.nima.2004.05.004
 被引用回数：24 パーセンタイル：81(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

Development of scintillation-light-transmission type phoswich detector for simultaneous $$alpha$$- and $$beta$$($$gamma$$)-ray counting

安田 健一郎; 臼田 重和; 軍司 秀穂

IEEE Transactions on Nuclear Science, 47(4), p.1337 - 1340, 2000/08

https://doi.org/10.1109/23.872974
 被引用回数：8 パーセンタイル：50.61(Engineering, Electrical & Electronic)

グローブボックスやホットセルのように、狭くてかつ隔離された空間においても利用可能な$$alpha$$及び$$beta$$($$gamma$$)線同時計測用の新しい検出器を考案した。これは、光ファイバーを用いてZnS(Ag)/NE102Aホスウィッチ検出部からの蛍光を光電子増倍管へ伝送し、波形弁別法により同時計測するという考えに基づく。波長シフターを利用して、ホスウィッチからの蛍光を光ファイバーの透過波長領域へ変換することにより、$$alpha$$及び$$beta$$($$gamma$$)線の同時計測が可能になった。さらに、アクチノイド溶液に直接接触できる浸漬型インラインモニターへの適用性も検討した。

論文

Phoswich detectors for simultaneous counting of $$alpha$$-,$$beta$$($$gamma$$)-rays and neutrons

臼田 重和; 桜井 聡; 安田 健一郎*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 388(1-2), p.193 - 198, 1997/00

https://doi.org/10.1016/S0168-9002(97)00327-6
 被引用回数：37 パーセンタイル：91.4(Instruments & Instrumentation)

波形弁別手法を用いて、$$alpha$$、$$beta$$($$gamma$$)線及び中性子同時計測のためのホスウィッチ検出器を開発した。この検出器は、$$alpha$$線計測のためのZnS(Ag)、$$beta$$($$gamma$$)線及び速中性子計測のためのアントラセン及び熱中性子計測のための$$^{6}$$Li-ガラスシンチレータの組合わせ、即ち、$$alpha$$、$$beta$$($$gamma$$)線及び速中性子同時計測用のZnS(Ag)/アントラセン並びに$$alpha$$、$$beta$$($$gamma$$)線、速中性子及び熱中性子同時計測用のZnS(Ag)/アントラセン/$$^{6}$$Li-ガラス ホスウィッチである。それぞれの放射線に対して満足できる波形弁別特性が得られている。

論文

Simultaneous counting of $$alpha$$-,$$beta$$($$gamma$$)-rays and thermal neutrons with phoswich detectors consisting of ZnS(Ag), $$^{6}$$Li-glass and/or NE102A scintillators

臼田 重和

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 356, p.334 - 338, 1995/00

https://doi.org/10.1016/0168-9002(94)01212-1
 被引用回数：26 パーセンタイル：89.91(Instruments & Instrumentation)

$$alpha$$、$$beta$$($$gamma$$)線及び熱中性子を同時計測するために、金蒸着マイラー膜(Au Mylar)挿入または非挿入タイプのZnS(Ag)薄膜とNS8$$^{6}$$Liガラス及び/又はNE102Aプラスチックシンチレータを2重又は3重に組み合わせたホスウィッチ検出器を開発した。金蒸着マイラー膜は、ZnS(Ag)の後方に挿入することにより、NS8で検出される熱中性子をZnS(Ag)で検出される$$alpha$$線から波高弁別するためのND光学フィルターとして用いた。その他の弁別は波形弁別法により行った。ZnS(Ag)/Au Mylar/NS8及びZnS(Ag)/NE102A/NS8ホスウィッチを用いると、$$alpha$$、$$beta$$($$gamma$$)線及び熱中性子をうまく弁別することができた。ここでは、開発したホスウィッチ検出器の弁別特性について述べる。

論文

Phoswich detectors for flow monitoring of actinide solutions with simultaneous $$alpha$$ and $$beta$$($$gamma$$) counting

臼田 重和; 阿部 仁

Journal of Nuclear Science and Technology, 31(1), p.73 - 79, 1994/01

https://doi.org/10.3327/jnst.31.73
 被引用回数：15 パーセンタイル：77(Nuclear Science & Technology)

$$alpha$$及び$$beta$$($$gamma$$)線の同時計測のためのZnS(Ag)/NE102A及びZnS(Ag)/スチルベンホスウィッチ検出器を開発し、その性能を調べた。$$alpha$$及び$$beta$$($$gamma$$)線の波形弁別は極めて優れており(FOM:8~11)、また双方のテイリングは無視できる程小さかった(0.03%以下)。ZnS(Ag)/NE102Aホスウィッチをアクチノイド溶液の実用的なフローモニタリングに応用する目的で、放射線エネルギーとホスウィッチを保護するための金及びアルミニウムマイラー箔の波形弁別特性への影響を詳細に調べた。マイラー箔で保護したZnS(Ag)/NE102Aホスウィッチを用いて、種々の濃度の濃縮ウラン溶液に対するフローモニタリングテストを行い、良好な結果を得た。

論文

Simultaneous counting of $$alpha$$,$$beta$$ and $$gamma$$ rays with phoswich detectors

臼田 重和; 阿部 仁; 三原 明

Journal of Alloys and Compounds, 213-214, p.437 - 439, 1994/00

https://doi.org/10.1016/0925-8388(94)90954-7
 被引用回数：13 パーセンタイル：68.91(Chemistry, Physical)

薄膜のZnS(Ag)シンチレータは減衰時間が遅く、$$alpha$$線のみに感度を持つ。NE102Aやスチルベンのような有機シンチレータの減衰時間は速く、又無機シンチレータNaI(Tl)、BGOのそれは両者の中間であり、それぞれ$$beta$$及び$$gamma$$線の感度が高い。これらのシンチレータを組合せて、$$alpha$$、$$beta$$及び$$gamma$$線の同時計測のためのホスウィッチ検出器を開発した。必要に応じ、シンチレータの間にNDフィルターを挿入し、それぞれの波高がダイナミックレンジ内に納まるように調整した。開発されたホスウィッチは、いずれも優れた波形弁別特性を示し、立上り時間スペクトルのピークのテイリングも少なかった。本検出器は$$alpha$$放射体を含む放射線モニター用として有用であろう。

論文

Phoswich detectors combining doubly or triply ZnS(Ag), NE102A, BGO and/or NaI(Tl) scintillators for simultaneous counting of $$alpha$$, $$beta$$ and $$gamma$$ rays

臼田 重和; 阿部 仁; 三原 明

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 340, p.540 - 545, 1994/00

https://doi.org/10.1016/0168-9002(94)90135-X
 被引用回数：26 パーセンタイル：87.85(Instruments & Instrumentation)

$$alpha$$、$$beta$$及び$$gamma$$線を同時に計測するためのホスウィッチ検出器を開発した。即ち、$$alpha$$及び$$beta$$($$gamma$$)線計測用ZnS(Ag)/Au Mylar/NE102A、ZnS(Ag)/Au Mylar/BGO及びZnS(Ag)/NaI(Tl)並びに$$alpha$$、$$beta$$及び$$gamma$$線計測用ZnS(Ag)/Au Mylar/NE102A/BGO及びZnS(Ag)/NE102A/NaI(Tl)ホスウィッチである。これらは$$alpha$$線計測用のZnS(Ag)薄膜、ZnS(Ag)と立上り時間が異なる$$beta$$及び$$gamma$$線計測用シンチレータを2重または3重に組合せたものである。Au Mylar(金マイラー蒸着膜)は、必要に応じ、光学的NDフィルターとしてZnS(Ag)からの蛍光透過度を低下させるため使用し、それぞれのシンチレータの波高がダイナミックレンジ内に納るように調整した。開発されたホスウィッチの特性を波形弁別法で調べたところ、各放射線について優れた分解能を示すとともに、テイリングも少なかった。

論文

Development of ZnS(Ag)/NE102A and ZnS(Ag)/stilbene phoswich detectors for simultaneous $$alpha$$ and $$beta$$($$gamma$$) counting

臼田 重和

Journal of Nuclear Science and Technology, 29(9), p.927 - 929, 1992/09

https://doi.org/10.3327/jnst.29.927

$$alpha$$線にのみに高感度で且つ減衰時間が比較的遅いZnS(Ag)シンチレータと減衰時間が速い有機シンチレータを組合わせたホスフィッチ検出器-ZnS(Ag)/NE102A及びZnS(Ag)/スチルベンーを製作し、$$alpha$$及び$$beta$$($$gamma$$)線の立上がり時間スペクトルを測定してその波形弁別特性を調べた。いずれも、$$alpha$$及び$$beta$$($$gamma$$)ピークに対して、極めて大きな分解能(FOM:10及び8)をもつことがわかった。そのため、双方のテイリングも無視できる程度に小さかった。これらのホスフィッチは、グロス$$alpha$$及び$$beta$$($$gamma$$)線の同時計測用検出器として最適である。

論文

球減速材付$$^{6}$$LiF・ZnS(Ag)中性子シンチレーションカウンタ

成田 正邦*; 小沢 保知*; 大友 詔雄*; 沢村 貞史*; 東條 隆夫; 三角 智久*

北海道大学研究報告, 86, p.9 - 20, 1978/00

http://ci.nii.ac.jp/naid/120001758275

東條らによって開発されたLiF-ZnS(Ag)-polyetglene系中性子用シンチレータと球形パラフィン減速材を用いて中性子線量計が試作された。この特性はTime-fliglt法、$$^{2}$$$$^{5}$$$$^{2}$$Cf,$$^{2}$$$$^{4}$$$$^{1}$$Am-Be,D-DおよびD-T中性子を用いて測定された。裸のシンチレータの熱中性子に対する感度としては、0.954$$pm$$0.038〔cps/n.S$$^{-}$$$$^{1}$$.cm$$^{-}$$$$^{2}$$〕が得られ、エネルギ依存性としてはほぼ1/v特性を示した。6.1cm$$phi$$の減速材を用いたときは、0.5ev~1keVまでほぼ一定の計数感度が得られ、理想的な平坦カウンタの特性を示した。この結果、本シンチレーションカウンタは、i)中速から高速領域にかけての線量計およびフルエンス率測定器として有効、ii)小型サーベイメータとして空間分解能が高い、iii)入射中性子に対する方向依存性が少い、iv)中性子・$$gamma$$線混合場での中性子測定が容易である、などの特徴をもつ有用な中性子線量計となることが実証された。

論文

ZnS(Ag)増感オートラジオグラフによる$$alpha$$放射性塵埃の粒子径決定

大畑 勉; 村田 幹生; 中戸 喜寄; 新野 二男

保健物理, 7(1), p.3 - 6, 1972/00

https://doi.org/10.5453/jhps.7.3

Puなどの$$alpha$$放射体を使用する頻度が多くなってきている今日,その取扱量などが増大するにつれ,保健物理的には内部被曝の問題が重要になってくる。吸入による内部被曝の場合,粉塵の大きさによって呼吸器系への沈着率や体内における挙動が異なることが指摘されている。そのため,被曝評価を行なう上で現場において簡単に実施できる粒度分布の測定法を確立しておくことが管理上望まれる。

論文

Preparation of thermal neutron scintillators based on a mixture of ZnS(Ag),$$^{6}$$LiF and polyethyrene

東條 隆夫; 中島 雅

Nuclear Instruments and Methods, 53(1), p.163 - 166, 1967/00

抄録なし

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