Radioisotope identification algorithm using deep artificial neural network for supporting nuclear detection and first response on nuclear security incidents

木村 祥紀; 土屋 兼一*

Radioisotopes, 72(2), p.121 - 139, 2023/07

https://doi.org/10.3769/radioisotopes.72.121

核検知や核セキュリティ事案の現場において、迅速かつ正確な放射性物質の判定は、検知警報や事案への迅速な対応を行うための重要な技術的課題の一つである。本稿では、携帯型ガンマ線検出器に適用可能な深層ニューラルネットワークモデルを用いた放射性核種の判定アルゴリズムを提案する。本アルゴリズムでは、シミュレーションで作成した模擬ガンマ線スペクトルで学習した深層ニューラルネットワークモデルにより、各放射性核種に起因する計数寄与率(CCR)を推定し、放射性核種を自動で判定する。この自動核種判定アルゴリズムにより、放射線測定の経験や知識が十分でない核検知や核セキュリティ事象の初動対応者を支援することが可能となる。2種類の異なる深層ニューラルネットワークモデルを用いたアルゴリズムを高エネルギー分解能及び低エネルギー分解能の携帯型ガンマ線検出器に適用し、提案アルゴリズムの性能を評価した。提案したアルゴリズムは、実際の測定ガンマ線スペクトルにおける人工放射性核種の判定で高い性能を示した。また、深層ニューラルネットワークモデルによるCCR推定値を解析することで、Uの検知やウランの自動分類にも適用できることを確認した。さらに筆者らは、提案したアルゴリズムの性能を従来の核種判定手法と比較し、深層ニューラルネットワークモデルベースの核種判定アルゴリズムの性能を向上させる具体的な方策についても議論した。

体内放射能計測技術高度化研究(III)

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PNC TJ1603 98-002, 85 Pages, 1998/03

PNC-TJ1603-98-002.pdf:4.97MB

動力炉・核燃料開発事業団東海事業所放射線保健室には、高純度ゲルマニウム半導体検出器(HPGe検出器)による肺モニタが2台、低エネルギー用の高純度ゲルマニウム半導体検出器(LEGe検出器)が4台設置されており、ヒューマンカウンターとして使用されている。これらの検出器は分解能が極めて高く、内部被曝事故の発生時において迅速に摂取された核種を特定することが可能である。対外計測法による内部被曝線量評価には検出効率の情報が不可欠である。検出効率の校正は水ボックスファントムを使用して行うが、個人の体格差による補正は行われていない。しかし、広範囲の内部被曝事故に備える原子力防災対策の観点から、成人男性の標準体型との違いが大きい子供、女性、外国人に対して内部被曝線量の適切な評価が可能な測定方法が望まれてきた。さらに、水ボックスファントムは均一分布を前提としており、実際の人体内における不均一な線源分布に対する正確な校正は不可能であった。相対測定法による崩壊率決定の信頼性の向上には、計算ファントムや身長・体重を簡便な個人情報とする補正法が提案されている。これに対して本委託研究ではHPGe検出器の高い分解能に着目し、測定された線スペクトルの光電ピークと全計数から、線同時計測の原理の応用による崩壊率絶対測定法を提案した。本研究の目的は、HPGe検出器を使用し線同時計測による体内放射能絶対測定法を確立するための検討を行い、不均一分布に対応可能な測定法について基礎研究を行うことにあった。そこで線カスケード崩壊核種を対象として、1台の検出器を使用する線サムピーク法および複数の検出器を使用する-同時計測法を試み、実験値が理論値とよい一致を示すことを確かめた。さらに、均一および不均一な分布線源測定、角度相関、複雑な崩壊形式の核種に対して理論の拡張を行った。特に-同時計測法では、偶然同時計数による影響を測定で得られた情報のみから補正できるため、高い計数率においても実験値は真の崩壊率とよい一致を示した。さらに複合線スペクトルにおいて線カスケード崩壊核種の崩壊率から、他核種の崩壊率決定を試みた。これらの基礎研究により本測定法が体内放射能測定に広く適用できることが確かめられた。

マグネシウムとシリコンのガンマ線生成核データの測定

井頭 政之*; 北沢 日出男*

JAERI-M 90-169, 19 Pages, 1990/10

JAERI-M-90-169.pdf:0.68MB

東京工業大学原子炉工学研究所の3UH-HCペレトロン加速器とコンプトン抑止型NaI(Tl)ガンマ線検出器を用いて、マグネシウムとシリコンの中性子捕獲ガンマ線スペクトルを測定した。入射中性子エネルギー範囲は、マグネシウムの場合、32~56keV、58~141keV、および43030keVであり、シリコンの場合は50~110keV、110~210keV、および52040keVであった。実験で得られた捕獲ガンマ線波高分布を、検出器の応答行列を用いてマンフォールディングすることにより、捕獲ガンマ線スペクトルを得た。シリコンの入射中性子エネルギー50~110keVおよび52040keVの測定結果を原子核の統計模型に基づく計算結果と比較した。計算は、入射エネルギー52040keVの測定結果をかなり再現できた。

カルシウムとクロムのガンマ線生成核データの測定

井頭 政之*; 北沢 日出男*

JAERI-M 89-089, 52 Pages, 1989/07

JAERI-M-89-089.pdf:1.65MB

東京工業大学原子炉工学研究所の3UH-HCペレトロン加速器とコンプトン抑止型NaI(Tl)ガンマ線検出器を用いて、カルシウムとクロムの中性子捕獲ガンマ線スペクトルを測定した。入射中性子エネルギー範囲は、カルシウムの場合、17~26keV、31~59keV、60~132keV、及び5433keVであり、クロムの場合は、22~40keV、41~72keV、73~144keV、及び54532keVであった。実験で得られた捕獲ガンマ線波高分布を検出器の応答行列を用いてアンフォールディングすることにより、捕獲ガンマ線スペクトルを得た。測定結果を原子核の統計模型に基づく計算結果と比較した。両核種について、計算は実験をかなり再現できた。

Measured data of delayed gamma-ray spectra from fissions of Th, U, U U and Pu by fast neutrons; Tabular data

秋山 雅胤*; 片倉 純一

JAERI-M 88-252, 239 Pages, 1988/12

JAERI-M-88-252.pdf:9.48MB

高速中性によるTh、U、U及びPuの核分裂で発生する遅発ガンマ線スペクトルの測定データを表型式で表示した。スペクトルデータは、総和計算に使用すれる核データの信頼性を評価するのに有効である。測定は、東京大学の弥生炉で実施された。データは、NaI(Tl)検出器で得られた。生データは、スペクトル分布を得るために、アンホールディングされた。スペクトル分布は100keVから5MeVのエネルギー範囲で表型式で表示した。表示したデータの単位はphotons/fission/sec/MeVである。

CANBERRA 8100/QUANTAシステムによるガンマ線自動測定プログラム

吉田 広; 久保 克巳*; 阪井 英次

JAERI-M 82-056, 155 Pages, 1982/06

JAERI-M-82-056.pdf:4.24MB

ガンマ線スペクトル測定用のCANBERRA8100/QUANTAシステムにより自動測定を行うためのプログラムが作製された。その主なものは(1)ガンマ線スペクトルのデータを自動的に収集して磁気ディスクに記録し、平行してスペクトルの光電ピークに対応する核種の同定と濃度の計算を行うもの(2)新設されたディジタル・プロッタによりスペクトルの波高分布、その他のデータのプロット図を製作するもの等がある。

Effect of the base line shape on the unfolding of peaks in the Ge(Li) gamma-ray spectrum analysis

馬場 宏; 馬場 澄子; 鈴木 敏夫

Nuclear Instruments and Methods, 145(3), p.517 - 523, 1977/03

Ge(Li)ガンマ線スペクトルの解析の際に、ピーク下のベースラインの形が与える影響を調べた。そのために、2通りの実験を行ない、得られたスペクトルを解析プログラム「BOB73」で解析した結果を検討した。第1の実験では、Cs線源を長時間測定して求めた統計の非常に良いスペクトルを基にして、任意の強度比と間隔の二重ピークを人為的に作成し、その二重ピークの解析結果を検討した。第2の実験結果では、互いに異なる半減期を有し、かつ接近したエネルギーのガンマ線を放出する二種類の核種を組み合わせて線源とし、得られるスペクトルの経時変化を測定して求めた減衰曲線の与える半減期の値を検討した。これらの結果から、最良のベースラインとして、低エネルギー側に傾斜を持つ階段関数を提唱した。

Sodium in-pile loop experiment on delayed neutron-, detector-, precipitator-, and cover-gas gamma-ray spectrometer-type fuel failure detection systems

阪井 英次; 片桐 政樹; 伊藤 浩

IEEE Transactions on Nuclear Science, 23(1), p.363 - 374, 1976/01

https://doi.org/10.1109/TNS.1976.4328272

JRR-2に設置してあるナトリウム・インパイル・ループを用いて、4種の燃料破損検出装置の特性を調べた。グラファイト減速体系中にBFカウンタを挿入した遅発中性子検出装置で膨張タンク中の遅発中性子を検出した。膨張タンクのナトリウムの上のHeカバーガスにより、核分裂生生成物をプレシピテータに運び、Rb-88、Cs-138からのベータ線を検出した。プレシピテータ・ワイヤからのガンマ線をGe(Li)検出器を用いて測定した。また、カバーガスのガス溜めを作り、ガス中の核分裂生成物からのガンマ線を測定した。 これらの検出装置の特性および特性の比較を記述した。

可搬型Ge(Li)検出器を用いたJRR-3原子炉におけるガンマ線スペクトル測定

阪井 英次; 寺田 博海; 鈴木 征四郎*; 片桐 政樹; 白井 英次

JAERI-M 6024, 38 Pages, 1975/03

JAERI-M-6024.pdf:1.68MB

ピーク検出効率2.6%、エネルギー分解能3.5keVのGe(Li)検出器を7.5lの液体窒素デュワに取り付けた重量11kgの可搬型ガンマ線スペクトロメータを試作した。これを用いてJRR-3各部におけるガンマ線スペクトルを測定した。すべての箇所において、K、Tl、Biの自然放射能および原子炉構造材の放射化生成物のCoが測定された。原子炉運転時にはすべての箇所で空気中のアルゴンの放射化生成物であるArが見られた。炉室1階では、中性子回折装置の単色化結晶が発生源と思われるFe(n、)反応の高エネルギー・ガンマ線および重水中の酸素のO(n、P)N反応によるNからのガンマ線が見られた。炉室地下のFFDのヘリウム系には希ガスFP核種からのガンマ線が見られた。これらのガンマ線のスペクトルおよび計数率を示した。

Ge(Li)検出器によるガンマ線スペクトル解析法

笹本 宣雄; 小山 謹二; 田中 俊一

JAERI-M 5556, 44 Pages, 1974/02

JAERI-M-5556.pdf:1.33MB

Ge(Li)検出器を用いて得られるガンマ線スペクトルを非線型最小二乗法を用いたフィッティングにより解析するコードを作成し、ガンマ線スペクトルの解析法の検討を行なった。本コードでは、同時にフィッティングできるピーク数は10個までであり、ピークサーチからガンマ線ピークの面積、ガンマ線エネルギおよびそれらの誤差の計算までを自動的に処理することができる。本コードを用いて解析精度の検討を行なった結果、有意な解析結果を得るためには半値幅当りのチャンネル数は3チャンネル以上必要であり、2ピークからなる複合ピークを解析する場合、2つのピーク面積が等しい場合でもピーク間隔は半値幅の半分以上は必要であることがわかった。テストケースとして、Taによるガンマ線スペクトルの解析を行ない、結果の検討を行なった。