Experimental study on the localization and estimation of radioactivity in concrete rubble using image reconstruction algorithms

高井 静霞; 行川 正和*; 島田 太郎; 武田 聖司

IEEE Transactions on Nuclear Science, 69(7), p.1789 - 1798, 2022/07

https://doi.org/10.1109/TNS.2022.3181241

福島第一原子力発電所内に保管されている大量の汚染コンクリートがれきの量を減らすためには、サイト内で低い放射能のがれきを再利用することが有用である。事故によるがれきの汚染の詳細は明らかでなくホットスポットを含む可能性がある。そのため、安全性を確保しながら再利用を進めるためには、コンクリートがれきの平均放射能だけでなく放射能濃度分布を効率的に評価する必要がある。しかし、厚いまたは密な物質の不均質な汚染の評価は、クリアランスモニタ等の従来の測定システムでは困難であった。本研究では、容器内に収納されたコンクリートの放射能濃度分布の評価に対する、画像再構成アルゴリズムの適用可能性を実験的に確認した。放射線は容器(505040cm)の周囲に設置したプラスチックシンチレーションファイバーにより測定した。局所的なホットスポットは、汚染瓦礫の主要核種の一つである、Csの標準線源により模擬した。放射能濃度分布は容器内の100または50のボクセル(ボクセルのサイズ: (10cm)または101020cm)に対して評価した。ボクセル数が100の場合容器内部のホットスポットは検知できなかったが、ボクセル数が50の場合容器内部・表面の両者のホットスポットを再現できた。画像再構成アルゴリズムのうち、ML-EM法により評価された濃度分布が最も精度が良く、全7つの実験ケースに対し70%の精度で平均濃度を評価できた。

Domain boundaries in the GaAs(001)-24 surface

高橋 正光; 米田 安宏; 山本 直昌*; 水木 純一郎

Physical Review B, 68(8), p.085321_1 - 085321_5, 2003/08

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.68.085321

従来、GaAs(001)-24構造は、電子線回折パターンによって、･･の3つの相に区別されてきた。しかし最近では、これらの構造は基本的には類似しており、やの相は、相の秩序が乱れたものであるという指摘もある。本論文では、その場表面X線回折法により見いだされた、･相に特徴的な構造の乱れについて報告する。･･に相当する表面について、逆格子空間のHK平面内における分数次反射のピークプロファイルを測定したところ、相と比べ、･相では、ピークが広がるとともに、ピークの位置が[110]方向に移動していることが見いだされた。モデル計算により、このピークの移動は、[110]方向の4倍周期を乱すドメイン境界によるものであることがわかった。この結果に基づき、ドメイン境界の構造について議論をおこなった。

Passive electromagnetic NED for mechanical damage inspection by detecting leakage magnetic flux, 1; Reconstruction of magnetic charges from detected field signals

陳 振茂; 青砥 紀身; 加藤 章一

JNC TN9400 99-061, 32 Pages, 1999/07

JNC-TN9400-99-061.pdf:0.95MB

本報告書では、自然磁束漏洩からき裂・損傷を非破壊的に検査する研究の一環として、測定した磁束信号より材料における磁荷分布(損傷による)の再構成を行った。この代表的な非適切問題には最小自乗法に基づいた反復計算アルゴリズムを用いた。問題を適切化するために初期値、重み係数及び反復計算の回数の選び方を検討した。シミュレーション信号を用いた再構成結果より、本手法がノイズの少ない信号に対して有効であることを確認した。ノイズに対するロバースト性を向上するために、ウェーブレットをガラキン法に適用した手法をシステム方程式の離散化に導入した。最小自乗法と比較した結果、ウェーブレットを用いた手法はS/N比の低い信号に対しても有効であることが判った。本報告書では最小自乗法に基づいた手法を1次元及び2次元の磁荷分布、ウェーブレットを用いた手法を1次元の磁荷の再構成に適用し、提案した手法の妥当性を実証した。

Reconstruction of plasma current profile of tokamaks using combinatorial optimization techniques

岸本 牧; 坂佐井 馨; 荒 克之; 藤田 隆明; 鈴木 康夫*

IEEE Transactions on Plasma Science, 24(2), p.528 - 538, 1996/04

https://doi.org/10.1109/27.510019

トカマクにおける磁界計測は、内部インダクタンス等を求めるために必要なプラズマ電流分布に関する重要な情報を与える。ところが磁界計測のみからプラズマ電流分布再構成をするのは、解が一意に決まらない問題である。本研究では、磁界計測データからのトカマクプラズマ電流分布構成問題を、真空容器断面への電流最適配置化問題とみなし、この組み合せ最適化問題を解く手法として、遺伝的アルゴリズムを用いた手法とホップフィールド型ニューラルネットワークと遺伝的アルゴリズムの結合手法の2つの方法を用いた。そしてこれらの手法をトカマク型核融合装置JT-60Uのダイバータプラズマに適用し、従来プラズマ電流プロファイル再構成手法として一般的に用いられている平衡コードによって得られたものと非常に良い一致が得られた。

Ge/Si(111)ヘテロエピタキシャル成長過程におけるSi(111)77表面再構成ストレスのその場観察

魚住 雄輝; 山崎 竜也*; 朝岡 秀人

no journal, , 

Si(111)表面ではダイマーやアドアトム形成により表面エネルギーが減少した再構成構造を形成し、バルクと異なる表面特有のストレスを有することがD.Vanderbiltらによる理論計算によって示されている。我々は、Si(111)77および水素終端処理を施したH-Si(111)11にGeをヘテロエピタキシャル成長させ、反射高速電子回折(RHEED)法と、表面ストレス測定(MOS)法を用いて再構成構造ストレスのその場観察を試みた。両者の再構成構造形成時のストレス差より、Si(111)77再構成構造形成時の表面ストレス値(1.6N/m)を実験的に観測することに成功し、その値は計算値とも良い一致を示した。

Si(111)77とH-Si(111)11の表面ストレス差計測

魚住 雄輝; 朝岡 秀人

no journal, , 

表面ストレスは、基板上への薄膜成長時における表面モフォロジー、結晶化度、結晶構造等の薄膜成長メカニズムを決定する重要なパラメータの1つであり、その理解を深めることは自己組織化によるナノ構造制御手法を確立するうえで重要なタスクである。本研究では、Si(111)77再構成表面の内在ストレス値を評価するため、基板ストレス測定装置を用いて以下の実験を行った。Si(111)77基板、および水素終端処理を施したH-Si(111)11基板を超高真空チャンバ内に投入し、MBE法によるGe蒸着過程のストレスその場観察を実施した。その結果、Geの膜厚に比例して増加する圧縮ストレスを捉え、両者の比較により77構造と11構造のストレス差:1.6N/mを実験的に観測することに成功した。次に、380Cに加熱したSi(111)77基板への原子状水素照射過程におけるストレスその場観察およびRHEEDによる構造解析を実施した結果、原子状水素の照射開始と同時に77構造から11構造へとストリークパターンが変化し、H-Si(111)11形成過程のその場観察に成功した。また、表面構造変化と同時にストレスは急激な緩和を示し、その後も緩やかに緩和が侵攻した結果、380C・5,000Langmuir条件で1.7N/mを示した。本実験結果で得たSi(111)77再構成構造に内在する表面ストレス値は1.6-1.7N/mであり、この値は理論計算値1.66N/mと良い一致を示していた。

Si(110)表面加熱時の162シングルドメイン・ダブルドメイン構造形成への影響

鈴木 翔太; 矢野 雅大; 魚住 雄輝; 朝岡 秀人; 山口 憲司*

no journal, , 

Si(110)表面は、162ダブルドメイン構造と呼ばれる再構成構造を形成する。近年、外部電場による表面原子拡散(エレクトロマイグレーション)によりSi(110)162ダブルドメイン構造を単一方向に制御したSi(110)162シングルドメイン構造の作製が報告されたが、その詳細な形成機構は未解明である。本研究では通電加熱によるSi(110)162ダブルドメイン構造の作製と加熱による熱歪みの導入を実施し、LEED(低速電子線回折)による表面構造の観察から、Si(110)162シングルドメイン構造、およびダブルドメイン構造の形成条件と表面の歪みとの関係について調べた。その結果、Si(110)表面に一定量の熱歪みを導入することで、表面の最安定構造がダブルドメイン構造からシングルドメイン構造に変化することを見出した。

Measurement and reconstruction of a beam profile using a gas sheet monitor by beam-induced fluorescence detection in J-PARC

山田 逸平; 和田 元*; 守屋 克洋; 神谷 潤一郎; 金正 倫計

no journal, , 

J-PARC RCSのような世界最大強度を誇る加速器の安定かつ安全な運転にはビームの非破壊診断が重要である。現在、シートガスとビームの相互作用を利用した非破壊型のビームプロファイルモニタの開発を行っている。これまでの研究にて実際にモニタを開発し、適切な解析手法を考案してその有効性を実証した。本研究では開発したモニタの応用として、1パルスでのプロファイル測定や極低ガス圧なシートの利用による非破壊度の高い測定の可能性を得た。このように開発したモニタは広い範囲でパラメータを制御することができるため、J-PARCのみならず様々な加速器への応用可能性を持つ。本学会はビームモニタに関する会議であり、これまでの研究で得られた知見を世界のモニタ開発の専門家と共有すると同時に、より高度なモニタへの発展を目指して議論するものである。

ガスシートモニタを用いた大強度ビームプロファイルの非破壊測定

山田 逸平; 和田 元*; 神谷 潤一郎; 金正 倫計

no journal, , 

大強度陽子加速器のさらなる安定化や大強度化に向けて、シート状に形成したガスとビームの相互作用によって生じる光子を用いた非破壊型プロファイルモニタの開発を行っている。生成する光子の密度空間分布はビームプロファイルの情報を含むため、光子分布を写真撮影により画像として検出することで、ビームプロファイル測定が可能である。しかし、プロファイル情報はガスシートの密度分布や検出器の感度分布などの効果を受けて画像に変換されるため、得られる画像の輝度分布は直ちにプロファイルに一致するわけではない。そこでビームガス相互作用から画像構成までの過程を数式化することで画像とビームプロファイルを定量的に関係付け、プロファイル再構成手法を考案した。また、プロファイルから画像への変換を表す関数を測定する手法も併せて考案し、実測した。この実測結果と、3MeV・60mAの大強度水素負イオンビームのプロファイル測定結果を用いてプロファイル再構成を行い、実用化されている破壊型プロファイルモニタであるワイヤスキャナモニタで得られた結果と一致することを明らかにした。

Growth and properties of graphene on Hex-Au(001) reconstructed surface

寺澤 知潮

no journal, , 

グラフェンは、C原子のハニカム格子からなる2次元物質であり、その極めて高いキャリア移動度と半整数量子ホール効果により、基礎物理から応用まで多くの注目を集めている。グラフェンは、基板の選択によってその性質が左右されるため、さまざまな基板上でのグラフェンの合成や性質が表面科学の研究対象となっている。Auは原子番号が大きく、スピン軌道相互作用が大きいため、グラフェンとAuの界面はスピントロニクス分野で期待されている。一方、この界面における原子配置は未知であることが多く、角度分解光電子分光(ARPES)実験と密度汎関数理論(DFT)計算が一致しないことが多い。ここでは、ARPESとDFT計算を用いて、Hex-Au(001)再構成表面上のグラフェンのバンド構造を報告する。AuへのCの溶解度は非常に低いため、グラフェンは化学気相成長法(CVD)によってAu表面に成長させることができる。グラフェンのCVD成長後も、六方金(001)再構成は維持された。そこで、よく知られた原子配置であるHex-Au(001)上のグラフェンについてARPES測定を行った。ARPES強度マップは、Au 6spバンドに近いグラフェンπバンドのバンドギャップを示している。DFT計算によるバンド構造から、グラフェンπバンドとAu 6spバンドの交点におけるバンドギャップが示された。このバンドギャップは、SiC基板上のグラフェンとAu界面の場合と同様に、グラフェンとAuの混成に由来すると考えられる。SiC基板上のグラフェンとAu界面では、100meVのラシュバ分裂が観測されたことから、グラフェンとAuの混成は、将来のスピントロニクスデバイスへのグラフェンの応用に不可欠であると考えられる。