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木村 祥紀; 土屋 兼一*
Radioisotopes, 72(2), p.121 - 139, 2023/07
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。
北山 佳治
Gamma Ray Imaging; Technology and Applications, p.165 - 179, 2023/00
ガンマ線イメージャーは放射線源分布をイメージングするための強力なツールである。近年は福島第一原子力発電所の廃止措置に応用されている。廃止措置現場においては、小型軽量でかつ定量評価が可能であることが求められている。小角コンプトン散乱を用いたガンマ線イメージャー(Gamma-ray Imager using Small-Angle Scattering: GISAS)はそれらすべての要求を満たしたイメージャーである。GISASは遮蔽体を必要としない指向性ガンマ線検出器群によって構成される。シミュレーションと実験によって、本手法の実現可能性の検討を実施した。適切なエネルギーウインドウを散乱体と吸収体に設定することで、超昇格散乱イベントのみを選別し指向性を得ることが可能であることを実証した。
柴田 裕司; 武内 伴照; 関 美沙紀; 柴田 晃; 中村 仁一; 井手 広史
JAEA-Data/Code 2021-018, 42 Pages, 2022/03
JAEA-Data-Code-2021-018.pdf:2.78MB
JAEA-Data-Code-2021-018-appendix(CD-ROM).zip:0.15MB
日本原子力研究開発機構大洗研究所に設置されている材料試験炉(Japan Materials Testing Reactor: JMTR)では過去30年以上、多様な原子炉材料や照射技術及び計測装置の開発が行われてきた。その中では自己出力型の中性子検出器(Self-Powered Neutron Detectors: SPNDs)やガンマ線検出器(Self-Powered Gamma Detectors: SPGDs)の開発も行われており、複数の研究成果が報告されている。しかし、それら成果のほとんどは検出器の開発に関する創意工夫と炉内照射試験、コバルト60によるガンマ線照射試験の結果を整理又は考察したものであり、検出器出力の理論的な解析及び評価はあまり行われてこなかった。そこで、これら自己出力型放射線検出器の理論的な評価を行うための準備として1974年にH.D. WarrenとN.H. Shahが著した論文『Neutron and Gamma-Ray Effects on Self-Powered In-Core Radiation Detectors』を基に数値計算コードの作成を行った。本稿は作成した数値計算コードの内容について報告を行うものである。
北山 佳治; 寺阪 祐太; 佐藤 優樹; 鳥居 建男
Journal of Nuclear Engineering and Radiation Science, 7(4), p.042006_1 - 042006_7, 2021/10
Gamma-ray imaging is a technique to visualize the spatial distribution of radioactive materials. Recently, gamma-ray imaging has been applied to research on decommissioning of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS) accident and environmental restoration, and active research has been conducted. This study is the elemental technology study of the new gamma-ray imager GISAS (Gamma-ray Imager using Small-Angle Scattering), which is assumed to be applied to the decommissioning site of FDNPS. GISAS consists of a set of directional gamma-ray detectors that do not require a shield. In this study, we investigated the feasibility of the shield free directional gamma-ray detector by simulation. The simulation result suggests that by measuring several keV of scattered electron energy by scatterer detector, gamma rays with ultra-small angle scattering could be selected. By using Compton scattering kinematics, a shield-free detector with directivity of about 10
could be feasible. By arranging the directional gamma-ray detectors in an array, it is expected to realize the GISAS, which is small, light, and capable of quantitative measurement.
武内 伴照; 大塚 紀彰; 柴田 裕司; 永田 寛; 遠藤 泰一; 松井 義典; 土谷 邦彦
KAERI/GP-418/2015, p.110 - 112, 2015/00
開発中の鉛エミッタ自己出力型
線検出器(SPGD)及び白金40%ロジウム合金自己出力型中性子検出器(SPND)について、炉内照射試験に先立って線照射試験を行った。200
6000Gy/hの範囲における試験結果から、SPGDの出力電流はおよそ10%の誤差精度で線量率に比例することがわかった。一方、SPNDにおいては、出力電流は線量率に比例しなかった。また、出力電流は負の極性であり、その絶対値はSPGDよりも1桁程度低かった。こうした出力挙動の違いは、エミッタの形状や大きさの違い及びMIケーブル部から発生した電流成分の影響によるものであると考えられる。
井頭 政之*
JNC TJ9400 2000-008, 61 Pages, 2000/02
高速炉を用いた長寿命核分裂生成物(LLFP)の核変換処理研究のためには、核変換性能等の炉心特性を詳細に検討する必要があり、従って、LLFPの精度良い中性子核反応断面積データが必要となる。そこで本研究では、精度良い中性子核反応断面積データを得るため、重要なLLFP核種であるTc-99についてkeV中性子捕獲反応断面積の測定を行なった。測定はAuの捕獲反応断面積を標準とした相対測定とし、ペレトロン加速器を利用したnsパルス中性子源及び大型コンプトン抑止型NaI(Tl)ガンマ線検出器を用いた中性子飛行時間法で行なった。その結果、入射中性子エネルギー10600keVの範囲で、Tc-99の捕獲断面積を誤差約5%の精度で得た。今回の測定値とこれまでの測定値及びJENDL-3.2の評価値との比較を行なった結果、JENDL-3.2は1520%過小評価を行っていることが明らかになった。
M.Hoek*; 西谷 健夫; 池田 裕二郎; 森岡 篤彦
JAERI-M 94-002, 25 Pages, 1994/01
JT-60Uにおいて、1放電当りの積算中性子発生量を、シリコン、アルミニウム、銅、亜鉛、ニッケルの箔を用いた中性子放射化法により測定した。モンテカルロ法(MCNPコード)を使用した中性子輸送計算により、照射位置での中性子フルエンスと中性子エネルギー分布を決定した。最近導入した、中性子放射化箔により高ポロイダルベータ実験時に、約100の箔を照射した。2.5MeV中性子発生量の初期測定結果は核分裂電離箱で測定した中性子発生量と良く一致することを確認した。上に示した箔のうち、インジウム箔が全中性子発生量測定に最も適しており、測定誤差は~15%である。重水素-重水素反応の2次生成物であるトリチウムと重水素との核融合反応で生じる14MeV中性子発生量の測定には、シリコンとアルミニウムが最も適しており、測定誤差は~15-20%である。測定されたトリトンの燃焼率は、0.5~1%であった。
阪井 英次
応用物理, 42(2), p.97 - 114, 1973/02
筆者の総合報告(応用物理、38巻(1969)2~18)の後、現在に至る期間の半導体線検出器をめぐる開発研究の成果を解説したもの。Ge(Li)検出器用単結晶、エネルギー分解能、立ち上がり時間、ガンマ線検出効率、温度特性、放射線損傷、ガンマ線位置検出器、高純度Ge単結晶、CaAsや、CdTeなどの合金型半導体検出器、高分解能半導体X線検出器の話題をとり上げた。文献185、図面13、表1が附されている。
阪井 英次
応用物理, 38(1), p.2 - 19, 1969/00
1962年初めにFreck and Wakefield
が1.5mm厚のi領域(intrinsic領域,真性領域)を持つ検出体積0.2cm
の小さなGe(Li)検出器で
Csの線を半値幅9.5keVで測定して以来、Tavendale
,Ewanらによってその線検出器としての有用性が確かめられ、つづいてTavendale
,Malm
らの同軸型検出器の考案および実現により大体積検出器への道が開かれ、現在では検出体積100cmにおよぶものまで作られている。
阪井 英次
応用物理, 38(1), p.2 - 19, 1969/00
1962年初めにFreck and Wakefield
が1.5mm厚のi領域(intrinsic領域,真性領域)を持つ検出体積0.2cm
の小さなG
(L
)検出器で
C
の線を半値幅9.5KVで測定して以来,Tavendale,
Ewanらによってその線検出器としての有用性が確かめられ,つづいてTavendale,
Malm
らの同軸型検出器の考案および実現により大体積検出器への道が開かれ,現在では検出体積100cmにおよぶものまで作られている。他方FET増幅器の出現により雑音幅400Vが実現され,S(L)やG(L)検出器と組み合わせて,X線を半値幅500V,また1,333KV線を半値幅1.8KVで測定できるようになり,核物理,化学,工学,農学,医学の各方面において高分解能の威力を発揮している。
伊藤 主税
no journal, ,
原子力機構が自主研究として実施してきた原子炉格納容器・圧力容器内部調査のための技術開発の成果を報告する。ファイバスコープによる観察技術とレーザー誘起ブレークダウン分光による元素分析技術を組み合わせて炉内の燃料デブリの分布を調査する装置の開発では、観察と組成分析の両機能を併用できる水中用のプローブシステムの成立性を確認するとともに、これらの光信号を伝送する光ファイバの耐放射線性を向上させ、積算線量100万Gyまでの使用を可能とした。宇宙線ミューオンを用いた非破壊検査技術では、HTTRの炉内を可視化する実験を行い、炉心部と炉内構造物を識別できることを確認し、1Fに適用するための高度化改良計画を立案した。また、JMTRの炉内照射試験技術として開発してきた自己出力型線検出器を1F炉内の線量計測に使えるように高感度化し、検出器を試作して線照射試験を行い、検出下限を10Gy/hまで拡張できたことを確認した。今後、国プロが実施する格納容器・圧力容器内部調査技術開発等において本研究開発の成果に基づく提案を行い、技術の適用を目指していく。
伊藤 主税
no journal, ,
高速実験炉「常陽」では、高速炉の炉容器内検査・補修技術の開発の一環として、光ファイバの耐放射線性向上及びこれを利用したファイバスコープによる炉内観察技術の開発を行ってきた。これまでに、OH基を添加した純粋石英光ファイバを用いて積算線量100万Gyの使用に耐え得るイメージファイバを開発し、「常陽」復旧作業において実用化した。また、当該技術を福島第一原子力発電所の廃止措置技術に応用するため、フッ素添加により耐放射線性をさらに向上させた光ファイバを用いて、高放射線環境下で10Gy/hオーダの線量率が測定可能な遠隔放射線計測技術を開発した。
北山 佳治; 寺阪 祐太; 佐藤 優樹; 鳥居 建男
no journal, ,
福島第一原子力発電所(1F)で働く作業員の安全確保のため、作業環境の放射性物質分布を測定できる技術が求められている。本研究では、既存のガンマ線イメージャーの欠点を補える新しいガンマ線イメージャーの開発に向けて、遮蔽体を必要としないガンマ線検出器の実現可能性をシミュレーションにより検討した。広範囲の放射性物質分布をイメージングする技術としてピンホールカメラとコンプトンカメラがある。ピンホールカメラは1イベントで線源方向を識別できるため、画像再構成が容易で今後定量測定に応用できる可能性がある。しかし遮蔽体を必要とするため総重量が重く遠隔測定には適さない。コンプトンカメラは遮蔽体を必要としないため小型軽量で遠隔測定が行える。しかし線源方向の推定に複数イベントが必要で、その際に描かれるコーンがノイズとなり画像のS/N比を下げている。我々は遮蔽体を必要としないピンホールカメラのような新しいガンマ線イメージャーを提案する。本研究では、その実現に必要となる遮蔽体を必要としない指向性ガンマ線検出器について、シミュレーションを用いて原理検証を行った。
北山 佳治; 寺阪 祐太; 佐藤 優樹; 鳥居 建男
no journal, ,
福島第一原子力発電所の作業員の安全確保のため、建屋内に飛散した放射性物質分布を可視化するガンマ線イメージャーの研究が国内外で積極的に行われている。ガンマ線イメージャーの一つであるコンプトンカメラは遮蔽体を用いないため小型軽量で建屋内の遠隔測定に適している。しかし単一イベントで線源の方向を特定できないため画像が不鮮明になるといった課題がある。本研究は、検出が困難であるため今までイメージングに用いられることの無かった小角コンプトン散乱を利用し検出器に指向性を出すことで、既存のガンマ線イメージャーの欠点を克服した新しい技術の開発を目指す。これまでにシミュレーションベースでの原理検証を行い検出器のジオメトリや得られる指向性に関してのデータを取得した。その結果、軟X線用Si検出器を散乱体として用いることで必要な指向性を確保できることがわかった。また、マルチピクセル化についても検討した。
小泉 光生; 高橋 時音; 富川 裕文; 木村 祥紀
no journal, ,
原力機構では、大規模イベントなどにおける放射線テロを抑止するため、核・放射性物質を検出する迅速かつ広域をモニタするための技術開発を行っている。技術開発の一環として、GPSを取り付けたガンマ線測定装置を試験的に開発したので、試験結果を報告する。
高橋 時音; 小泉 光生; 富川 裕文; 木村 祥紀; 佐藤 優樹; 寺阪 祐太; 鳥居 建男; 山西 弘城*; 若林 源一郎*
no journal, ,
文部科学省核セキュリティ強化等補助事業の下、広域における核・放射性物質検知技術を進めている。本技術開発では、大規模公共イベント会場等での核・放射性物質を用いたテロ行為を未然に防ぐため、ガンマ線源および中性子線源を迅速に探知するためのシステムの開発を目指している。本発表では、技術開発計画の概要として、線量率マッピング, ガンマ線イメージング, 中性子源検出器システムの各要素技術について、目標および課題について述べる。また、将来的にこれらを統合させ、さらに、ドローンや自走ロボットなどを用いた遠隔測定や、AI技術を用いた脅威判定技術を取り入れた汎用性の高い検出システムについて、開発の展望を発表する。
北山 佳治; 寺阪 祐太; 佐藤 優樹
no journal, ,
小角コンプトン散乱を利用しガンマ線検出器に指向性を持たせるというアイデアの実現可能性を、モンテカルロシミュレーションGEANT4を用いて検証した。検出器は散乱体と吸収体で構成され、散乱体で検出したエネルギーからガンマ線の散乱角を推定する。この指向性検出器は軽量かつ放射能の定量評価が可能なガンマ線イメージャーへ応用できる。散乱体にSi、吸収体にBGOシンチレータを用いそれぞれに2.5keV、662keV
32keVのエネルギー閾値を設け662keVのガンマ線を照射した。考慮する物理相互作用としてFTFP_BERT_LIV(標準的な電磁相互作用を網羅)を用いた。その結果、5度以下の散乱事象のみを選択的に検出することができ、約10度の指向性を得ることが可能であるとわかった。
小泉 光生; 高橋 時音; 木村 祥紀; 弘中 浩太
no journal, ,
日本原子力機構が実施している核セキュリティ技術開発プロジェクトの2つを紹介する。一つは、核共鳴蛍光非破壊分析技術開発で、この技術は、準単色な高輝度ガンマ線ビームを測定対象物に照射して、核共鳴蛍光を測定することにより内包される原子核を検出する技術である。もう一つは、広域モニターシステムの開発で、大規模イベントなどにおいて核テロを抑止するための技術として、GSPなどを組み込んだガンマ線検出器の開発や、スペクトルの簡易診断のためのAPプログラムの開発、中性子源を効率よく探し出すための検出器の開発などを行っている。
