連携計測による線源探査ロボットシステムの開発研究(委託研究); 令和4年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業

廃炉環境国際共同研究センター; 東北大学*

JAEA-Review 2023-030, 80 Pages, 2024/03

JAEA-Review-2023-030.pdf:4.96MB

日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和4年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス株式会社福島第一原子力発電所の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、令和3年度に採択された研究課題のうち、「連携計測による線源探査ロボットシステムの開発研究」の令和4年度分の研究成果について取りまとめたものである。本研究は、ガンマ線の飛来方向を検出可能な検出器を開発し、これを搭載した複数のロボットの連携により、単一センサーでは得られない広視野・迅速・安価な放射線源探査を実現するロボットシステム(Cooperative Operation Robot system for RAdiation Source Exploration: CORRASE、コラッセ)を開発することを目的とする。東京電力ホールディングス(株)福島第一原子力発電所の現場への投入に資することを目的として、線源探査を行う小型ロボットに放射線計測機器を搭載したシステムを3年間の計画終了時に完成させるための研究を行う。令和4年度は以下の成果を得た。多面体型とコーデットキューブ型のガンマ線イメージャーの製作を行い、点線源の位置推定に成功した。LiDARを用いた周囲環境測定結果に基づく環境地図作成システムの開発および環境地図上に放射線源分布推定結果を融合して表示するシステムの開発を行った。環境地図と粗い放射線源分布推定結果に基づき、検出器の特性に応じて複数台のロボットが指定した箇所の詳細な測定を行うための観測地点計画手法の開発を行った。小型ロボットに搭載する放射線測定器の評価のために検出器姿勢自動制御システムを製作した。また、多面体型検出器による線源探査のシミュレーションを行った。複数の線源がある場合でもほぼ線源位置を特定することができた。

Crystal configuration dependence of CsI(Tl) scintillation detectors on environmental dose rate measurement

津田 修一; 斎藤 公明

Radiation Protection Dosimetry, 198(17), p.1283 - 1291, 2022/10

https://doi.org/10.1093/rpd/ncac157

環境中の線量率測定では、土壌または空気中に存在する放射性同位元素から放出されるガンマ線を検出するため、方向特性のよい球形または円筒形の測定器が通常使用される。われわれは、環境中において種々の測定器を用いた線量率相互比較実験を行い、方向特性に起因した線量率指示値のばらつきの程度を評価するとともに、ある直方体形状のCsI(Tl)結晶を有するシンチレーション検出器の線量率が、円筒形形状の測定器とほぼ同等になるデータに着目した。PHITSコードを用いて、様々な結晶形状のCsI(Tl)シンチレーション検出器のシミュレーションを実施した結果、方向依存性の小さいアスペクト比があることを明らかにした。この結果は、製作コスト面で有利な直方体形状のCsI(Tl)結晶を有するシンチレーション検出器を環境中の線量率測定に活用する可能性を示している。

Analyses of *(10) dose rates measured in environment contaminated by radioactive caesium; Correction of directional dependence of scintillation detectors

津田 修一; 谷垣 実*; 吉田 忠義; 奥村 良*; 斎藤 公明

Radiation Protection Dosimetry, 193(3-4), p.228 - 236, 2021/03

AA2020-0760.pdf:0.87MB

https://doi.org/10.1093/rpd/ncab060

東京電力福島第一発電所事故後、環境中の線量率測定には、様々な形状の結晶形状を有する測定器が用いられている。土壌に残留するセシウムからの光子は様々な方向から測定器に入射するが、使用される測定器は必ずしも方向特性に優れているとは限らず、その結果、同一の場所で測定したとしても、使用する測定器によって線量率指示値が異なる場合がある。そこで、線量率指示値に対する結晶形状の影響を調べるために、種々の測定器を用いて、環境中における周辺線量当量率の相互比較を行った。各測定器で波高分布データを測定し、スペクトル-線量変換演算子(G(E)関数)を掛け合わせて線量率を算出した結果、線量率は約25%の範囲でばらつくことがわかった。各測定器の方向依存性を低減するために、環境中の光子入射方向に近い回転照射条件におけるG(E)関数を用いて再評価した結果、線量率は不確かさの範囲内で一致したが、極度に扁平な形状をした測定器については例外で、その強い方向依存性を十分補正できなかった。この結果から、回転照射条件で算出したG(E)関数を用いる手法はあらゆる形状の測定器に対して適用できるわけではなく、環境中の線量率測定には、方向特性の優れた測定器を用いる必要があることが実験的に示された。

Decreasing trend of ambient dose equivalent rates over a wide area in eastern Japan until 2016 evaluated by car-borne surveys using KURAMA systems

安藤 真樹; 三上 智; 津田 修一; 吉田 忠義; 松田 規宏; 斎藤 公明

Journal of Environmental Radioactivity, 192, p.385 - 398, 2018/12

https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2018.07.009

福島第一原子力発電所周辺の空間線量率分布調査の一環として、KURAMAシステムを用いた走行サーベイが2011年から東日本広域において実施されてきた。2016年までに蓄積された大量の測定データ(2012年までについては既報)を解析し、福島第一原子力発電所から80km圏内の空間線量率の避難指示区域内外、土地利用状況、当初線量率及び県単位について減少傾向を評価した。福島第一原子力発電所から80km圏内の平均線量率は、放射性セシウムの物理減衰に比べ顕著に減少し、環境半減期の速い成分と遅い成分はそれぞれ0.4年及び5年と求められた。土地利用状況では、森林での線量率減少が他より遅く、建物用地において最も速い傾向にあった。福島県に比べて宮城県や栃木県では事故後早い時期において線量率の減少が早いことが分かった。走行サーベイにより測定された線量率の経時変化は、攪乱のない平坦地上においてNaI(Tl)サーベイメータを用いた測定結果より事故後1.5年後まで減少が早く、その後は同じ減少速度であることが分かった。

LaBr -ray spectrometer for detecting B in debris of melted nuclear fuel

小泉 光生; 土屋 晴文; 北谷 文人; 原田 秀郎; Heyse, J.*; Kopecky, S.*; Mondelaers, W.*; Paradela, C.*; Schillebeeckx, P.*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 837, p.153 - 160, 2016/11

https://doi.org/10.1016/j.nima.2016.09.015

Neutron Resonance Densitometry (NRD) has been proposed as a non-destructive analytical method for quantifying Special Nuclear Material (SNM) in the rock- and particle-like debris that is to be removed from the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant. The method is based on Neutron Resonance Transmission Analysis (NRTA) and Neutron Resonance Capture Analysis combined with Prompt Gamma Ray Analysis (NRCA/PGA). Although quantification of SNM will predominantly rely on NRTA, this will be hampered by the presence of strong neutron-absorbing matrix materials, in particular B. Results obtained with NRCA/PGA are used to improve the interpretation of NRTA data. Prompt -rays originating from the B(n, ) reaction are used to assess the amount of B. The 478 keV -rays from B, however, need to be measured under a high-radiation environment, especially from Cs. In order to meet this requirement, we have developed a well-shaped -ray spectrometer consisting of a cylindrical and four rectangular cuboid LaBr scintillators, and a fast data acquisition system.

D-T中性子スカイシャイン実験における2次線測定

田中 良平*; 落合 謙太郎; 中尾 誠*; 山内 通則*; 堀 順一; 和田 政行*; 佐藤 聡; 西谷 健夫

JAERI-Tech 2003-063, 62 Pages, 2003/07

JAERI-Tech-2003-063.pdf:3.41MB

原研FNSにおいて天井に設けられているスカイシャインポートを開放した状態でD-T中性子のスカイシャイン実験を実施し、2次線の測定を行った。NaI(Tl)シンチレーション検出器を用いて、中性子発生源から最大300mまで測定を行った。それにより得られた実験データをアンフォールディングしてフラックスを求め、それに線量当量換算係数を掛け合わせ線量率を算出した。この線量率をモンテカルロコードMCNP-4Bによるシミュレーション計算により得られた値と比較した結果、実験値と計算値は20%内で一致した。この測定で得られた線量率から300mまでではあるが半経験式の導出を行った。また高純度Ge半導体検出器を用いて発生中性子に起因する建屋依存による周辺での2次線核種同定の測定を実施した。その結果、建屋構造材に使用されている鉄からのピークを検出した。また、水素,ケイ素の放射捕獲反応によるピークが検出されたことから、2次線の発生源はこれまで考えられていた中性子と空気との散乱反応よりむしろ、土等によるスカイシャイン中性子の放射捕獲反応が主になっていることを示唆する結果を得た。

モンテカルロ法を用いたNaI(Tl)検出器応答関数の高精度計算とスペクトル形成過程の解明

斎藤 公明; 森内 茂

JAERI-M 9741, 55 Pages, 1981/10

JAERI-M-9741.pdf:1.3MB

NaI(Tl)シンチレーション検出器ガンマ線応答関数が10MeVまでのエネルギー範囲を対象として、モンテカルロ法を用いて高精度で計算された。本計算では、NaI(Tl)結晶の発光効率の影響、NaI(Tl)結晶のまわりの容器の影響把ついて検討が加えられた。これらの影響を考慮した結果、計算結果が本研究室で行なわれた実験データと非常に良い一致を示すことが明らかになった。本報告書では、実験結果との比較、解析を行なうとともに、考慮された物理過程、それを記述するために用いた公式、仮定等について具体的に述べた。さらに、NaI(Tl)結晶の大きさと入射ガンマ線エネルギーの2つのパラメータを種々に変化させて計算を行ない、スペクトルが形成されるまでのNaI(Tl)結晶内での過程がある程度明らかにされた。

A Scintillation detector for the measurement of thermal neutrons in subcritical assembly

東條 隆夫; 中島 雅; 近藤 眞

Journal of Nuclear Science and Technology, 4(10), p.512 - 517, 1967/00

https://doi.org/10.3327/jnst.4.512

抄録なし

エネルギー分析型甲状腺放射性ヨウ素モニタの開発; モニタの製作と測定手法の開発

谷村 嘉彦; 西野 翔; 吉富 寛; 高橋 聖

no journal, , 

日本原子力研究開発機構では、原子力施設での事故等の高バックグラウンド線量率下において、公衆及び作業者の甲状腺の内部被ばく線量を測定するために、線スペクトロメータを用いたエネルギー分析型甲状腺放射性ヨウ素モニタを開発している。周辺遮へい体と検出器からなるモニタを製作し、被検者の甲状腺に蓄積された放射性ヨウ素放射能の測定手法を開発した。本発表では、完成したモニタの概要とその使用方法、高線量率下における測定性能、開発した放射性ヨウ素測定方法等について報告する。

Developing delayed gamma-ray spectroscopy for reprocessing plant nuclear safeguards; Neutron detection system development

Lee, H.-J.; Rodriguez, D.; Rossi, F.; 小泉 光生; 高橋 時音

no journal, , 

Under the MEXT research program, The Integrated Support Center for Nuclear Nonproliferation and Nuclear Security of the Japan Atomic Energy Agency is developing Delayed Gamma-ray Spectroscopy (DGS). The DGS instrument irradiates a sample with neutrons to induce fission and then observes gamma rays emitted during the radioactive decay of the fission products. Since DGS uses neutron sources, it is important to monitor these to both confirm the source consistency and normalize delayed gamma-ray spectra. In addition, prompt-fission and delayed neutron signatures can be used to verify the DGS analysis. To do this, He and He neutron detectors have been investigated. Since the DGS instrument must be compact, the neutron detectors will be close to the neutron sources and fissionable samples within the instrument. Consequently, several characterization studies were performed for short source-detector distances. This paper will describe experimental results with associated simulations, in light of how the neutron detection systems will be integrated into the DGS instrument.