光ファイバを用いた新方式片側読み出し型放射線分布測定法に関する基礎研究

寺阪 祐太; 渡辺 賢一*; 瓜谷 章*

放射線(インターネット), 47(3), p.89 - 96, 2022/10

We developed a novel single-end readout type position-sensitive optical fiber radiation sensor. This sensor measures the radiation intensity distribution along the fiber with light readout only from single end of the optical fiber. To estimate the radiation intensity distribution, we analyzed the wavelength spectrum output at single end of the fiber, which contains information about the transmission distance of light inside the fiber. Based on the unfolding of the wavelength spectrum, the radiation intensity distribution along the fiber could be estimated. The effects of wavelength channel selection and signal-to-noise ratio of the wavelength spectrum on radiation distribution estimation were evaluated. In addition, we performed that our optical fiber sensor could estimate the radiation intensity distribution under the dose rate of 3 Gy/h. The dose rate detection limit was estimated to be 21 mGy/h for the irradiation range of 20 cm.

Evaluation of a one-dimensional position-sensitive quartz optical fiber sensor based on the time-of-flight method for high radiation dose rate applications

寺阪 祐太; 渡辺 賢一*; 瓜谷 章*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 996, p.165151_1 - 165151_8, 2021/04

https://doi.org/10.1016/j.nima.2021.165151

福島第一原子力発電所建屋内における放射線分布測定を目的として、小口径石英光ファイバーの一次元位置敏感型センサーとしての基礎評価を行った。本センサーは光ファイバーと放射線の相互作用により発生するチェレンコフ光の飛行時間情報から放射線の入射位置を決定する。プラスチックシンチレーション光ファイバーを用いた従来のセンサーと比較して、石英光ファイバーは位置分解能がより優れることが分かった。これは、チェレンコフ光の発光寿命が短いことによりタイミング特性が向上したためと考えられた。加えて、本センサーの高放射線環境下での動作特性について、20mSv/hまでの出力線形性及び積算1kGyまでの耐放射線特性を評価した。

光ファイバ式ひび割れ検知センサの安全確保技術としての適用性に関する研究(平成27年度平成30年度)(共同研究)

河野 勝*; 葉山 和則*; 松井 裕哉; 尾崎 裕介

JAEA-Technology 2019-011, 35 Pages, 2019/07

JAEA-Technology-2019-011.pdf:2.65MB

本共同研究では、東京測器研究所の光ファイバ式ひび割れ検知センサが、数十年間の長期的な安全確保技術として有効に機能しうるかに関する検証を行うことを主目的として、平成22年度(2010年度)から平成26年度(2014年度)まで実施していた東京測器研究所との共同研究を継続し、瑞浪超深地層研究所において、原位置での長期耐久性試験を実施した。この試験の結果、光ファイバ式ひび割れ検知センサシステムに関する地下坑道内での長期計測システムとしての適用性やその維持管理方法を実証的に確認したと同時に、今後の課題も明らかにした。

再冠水試験に伴う坑道周辺岩盤の変位計測結果

桑原 和道*; 青柳 芳明; 尾崎 裕介; 松井 裕哉

JAEA-Research 2017-002, 39 Pages, 2017/03

JAEA-Research-2017-002.pdf:3.58MB

深度500m冠水試験抗道における再冠水試験によって生じると予測される、坑道周辺岩盤の地中変位を捉えるため、高精度で耐久性のある光ファイバ式岩盤変位計を開発し、冠水坑道内の岩盤変位観測孔に設置した。冠水・水圧回復試験の第一回目は2015年9月に開始されたが、本計測は試験開始前から行い、大きなトラブルもなくデータ収集を継続している。第一回目の冠水試験および第二回目の試験(2016年1月に開始)で冠水坑道内の水圧が上昇すると、冠水坑道壁面近傍の変位計では、縮み側への変位が観測された。計測された変位量と、岩盤を等方均質弾性的挙動をすると仮定して試算した結果と比較すると、抗壁面ではある程度は一致するが、壁面から離れると測定結果は、試算よりも小さかった。これらの結果は、実際の岩盤では割れ目や不均質性が存在するため冠水坑道壁面に作用している水圧がそのまま内部に作用していないためと考えられる。

J-PARCリニアック高周波基準信号分配システム

小林 鉄也; 千代 悦司; 穴見 昌三*; 山口 誠哉*; 道園 真一郎*

Proceedings of 28th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.366 - 368, 2003/08

J-PARC陽子リニアックでは、RF基準信号12MHzを光伝送によって各クライストロン駆動ステーションへと分配する。加速電場(324MHz,972MHz)の位相,振幅変動はそれぞれ+/-1度,+/- 1%以内が要求され、それゆえ、基準信号に求められる安定度は非常に厳しく、リニアック300m間、約60ヶ所にも及ぶステーション間の位相変動は+/-0.3度(972MHzで約+/-0.9ps)程度以内を目標としている。そのために新たに開発・製作された光コンポーネント(E/O,O/E等)の性能特性評価及び基準信号分配システムの安定性試験の結果ついて報告する。併せてリニアックのタイミング制御信号の分配方法についても述べる。

High position-resolution scintillation neutron-imaging detector by crossed-fiber readout with novel centroid finding method

片桐 政樹; 藤 健太郎; 坂佐井 馨; 松林 政仁; 美留町 厚; 高橋 浩之*; 中澤 正治*

Applied Physics A, 74(Suppl.1), p.S1604 - S1606, 2002/12

https://doi.org/10.1007/s003390201726

高位置分解能/高計数率な中性子イメージングを目指して新しい中心位置決定法によるクロスファイバ読み取り法を用いた高位置分解能シンチレーション中性子イメージング検出法を開発した。検出器の構造は、シンチレータの上下の面にクロスした波長シフトファイバを配置した構造である。これまでは、中性子入射位置周辺で蛍光を検出したファイバのなかで最も蛍光の量が多いファイバの位置を入射位置としていた。考案された方法では、複数のファイバの同時計数を行い同時計数したファイバの中心の位置を中性子入射位置としている。この方法により、中心位置決定回路の簡易化を図りコストを削減するとともに高計数率化を可能とした。ZnS:Ag/LiFシンチレータを用いた基礎実験により、0.5mmの位置分解能が得られることを確認した。

光技術による原子炉計装系の研究, 原子力基礎研究 H10-041(委託研究)

中澤 正治*; 高橋 浩之*; 福田 大治*

JAERI-Tech 2002-019, 30 Pages, 2002/03

JAERI-Tech-2002-019.pdf:1.6MB

光技術を応用した原子炉計装系の構築を目的に、キイコンポーメントとなる光ファイバの放射線による誘起伝送損失の評価を行うとともに、光ファイバをセンサとして使用した場合の測定精度,時間応答性,放射線下での寿命評価など基礎特性の評価を行った。誘起伝送損失の評価を行ったフッ素ドープ型光ファイバは、照射量に対し線では飽和傾向を示すが、中性子照射では増加傾向を示した。原子炉環境での利用にはこの点に注意しなければならない。光ファイバセンサの評価は、ラマン散乱型温度分布センサ(RDTS)及びファイバブラッググレーティング(FBG)について行った。RDTSは一年以上にわたり東大弥生炉に設置し評価した結果から、雰囲気温度の測定や異常監視系として十分適用可能であることが確認された。FBGに対しては高速中性子及び線の照射を行い、基礎特の評価を行った結果、配管領域で十分に利用可能であることが確認された。光ファイバ及び光ファイバセンサは、原子力プラントへの適用が可能であり、計装系の軽量化によって安全性の向上に寄与できるものと期待される。

光ファイバーボイドプローブによる気泡速度計測へのウェーブレットの適用

大津 巌; 近藤 昌也; 与能本 泰介; 安濃田 良成

日本機械学会2001年度年次大会講演論文集, Vol.1, p.7 - 8, 2001/00

光ファイバープローブを用いたレーザードップラー流速計は、気泡接触前に気泡界面からの反射波を測定する場合、触針式プローブを用いする手法と較べ、プローブ-気泡間の流体的干渉を避けるうえで有利であると考えられる。この計測法の特性を検討するため、垂直管(内径10mm)の水中で上昇する空気プラグを測定し、13500コマ/秒で撮影したVTR画像で校正した。気泡速度7.76及び18.6cm/sの実験で測定したドップラー信号を周波数の時間的変化を捉えられるウェーブレット変換法で周波数解析した結果、気泡がプローブに接触する直前、ドップラー計測で得た速度が、画像から得た速度に対し急速に低下する時間的特性を明確に捉えられた。真の気泡速度を得るためには、この気液界面にプローブ先端が最接近した時間のデータを排除する必要があることがわかった。

光技術を利用した原子炉計装システム

角田 恒巳; 山岸 秀志; 田畑 広明*; 浦上 正雄*

第7回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集 (00-11), p.254 - 257, 2000/11

光ファイバなどをセンサ媒体とした、新しい原子炉運転監視システムとして、光計装システムの開発研究を行っている。本報は、その全体像と、キイコンポーネントの耐放射線性向上技術、実際に光ファイバセンサによる炉心内での計測試験について述べた。光ファイバの耐放射線強化では、コアにフッ素を拡散することで、E'センタ及びNBOHCを抑制し、原子炉炉心内で使用できるものが得られた。これをセンサとし、炉内の温度や炉出力の計測が可能であることを示した。

Proton irradiation effects on optical attenuation in doped- and pure-silica fibers

坂佐井 馨; H.Bueker*; F.W.Haesing*; F.Pfeiffer*

JAERI-Research 99-038, 18 Pages, 1999/05

JAERI-Research-99-038.pdf:0.77MB

純粋及びドープト石英ファイバーに20MeV陽子を照射し、波長470nm、660nm及び850nmにおける光学損失を測定した。実験ではファイバーに対して一様に陽子線が照射されるようにファイバーを「一層」に配置した。ドープトファイバーの損失は照射の初期に大きく増大するが、純粋ファイバーの増大は緩やかであった。また、純粋ファイバーの前面に厚さの異なる石英の板を置いて陽子線を照射し光学損失を測定した。損失増加曲線の初期の傾きから陽子線による線量が評価可能であることがわかった。さらに陽子線に対するファイバーの感度は、ドープトファイバーが660nmで1.010(dB/m)/(protons/cm)、純粋ファイバーが470nmで5.510(dB/m)/(protons/cm)であった。