RADREMOTE 2018; Proceedings of The 5th Fukushima Research Conference (FRC) 2018; Radiation hardness, smartness and measurement in remote technology for the decommissioning of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station

冠城 雅晃; 鳥居 建男; 小川 徹

JAEA-Review 2019-031, 251 Pages, 2020/01

JAEA-Review-2019-031.pdf:57.36MB

福島第一原子力発電所の廃炉をはじめとした過酷な放射線環境下で、現場作業者の被ばく線量を低減するため、遠隔技術やロボティクスの高度化に大きな期待が集まっている。しかし、ロボットの遠隔制御のための最先端の要素技術やセンサー, 電子機器の耐放射線性にも厳しい限界がある。原子力へのロボット技術の応用拡大に向けて、機器の耐放射線性の向上(Radiation hardness)や運用における放射線環境への適応力(Radiation smartness)が求められる。さらに、将来の核燃料デブリの探査と取り出しに向けては、福島第一原子力発電所内の高線量率現場での放射線イメージングや核燃料デブリの検出といった、放射線計測(Radiation measurement)および位置認識・周辺環境の把握のための技術の開発が必要である。今回の福島リサーチカンファレンスでは、遠隔技術のさらなる進展のため、さまざまな分野の専門化を交えて将来のビジョンを共有することを目指している。

原子力発電所の廃炉技術最前線; 福島第一原発の廃止措置に向けた取り組み,4; 耐放射線性イメージセンサの開発

渡辺 恭志*; 小澤 治*; 武内 伴照

電気学会誌, 138(8), p.529 - 534, 2018/08

https://doi.org/10.1541/ieejjournal.138.529

放射線環境下でも使用可能な観察・通信機器開発の一環として、耐放射線性カメラの開発に取り組んでいる。本研究では、放射線によるカメラ画質劣化の主因であるイメージセンサ内の暗電流を抑制するため、イメージセンサの光電変換部近傍にフォトゲートを有する素子を試作し、線を照射して暗電流と光電変換感度を測定した。その結果、一般的なフォトダイオードを有する素子よりも、照射後における暗電流特性及び光電変換感度が優れていることが分かった。また、カメラ光学系に関して、石英を主体とするレンズ及びプリズムを試作し、耐放射線性が大幅に向上することが分かった。これらの成果から、遮蔽が不要な200kGy以上の耐放射線性を有するカメラの実現に目途を付けた。

A New radiation hardened CMOS image sensor for nuclear plant

渡辺 恭志*; 武内 伴照; 小沢 治*; 駒野目 裕久*; 赤堀 知行*; 土谷 邦彦

Proceedings of 2017 International Image Sensor Workshop (IISW 2017) (Internet), p.206 - 209, 2017/05

東京電力福島第一原子力発電所事故の経験や教訓を踏まえ、プラント状態の情報把握能力の向上のため、耐放射線性カメラの開発に取り組んだ。放射線環境下におけるカメラ画像劣化の主因である撮像素子内の暗電流を抑制するため、撮像素子の耐放射線性向上に取り組んだ。まず、既存の撮像素子としてフォトダイオード(PD)型、埋め込みPD型及びフィールドプレート付PD(FP-PD)型に対して線照射試験を行ったところ、照射後の暗電流はFP-PD型が最も小さく、耐放射線性に優れることが分かった。これに対し、さらなる耐放射線性の向上を目指し、暗電流源の一つである照射中における絶縁酸化膜中の正孔の発生を軽減し得ると考えられる埋め込みフォトゲート(PPG)型の撮像素子を開発した。照射前後の暗電流をFP-PD型と比較したところ、照射前及び照射後ともPPG型のほうが数分の一にまで暗電流を軽減されることが分かり、より耐放射線性の高い監視カメラ開発の可能性が示された

Irradiation test of semiconductor components on the shelf for nuclear robots based on Fukushima Accidents

川妻 伸二; 中井 宏二; 鈴木 義晴; 加瀬 健

QST-M-2; QST Takasaki Annual Report 2015, P. 81, 2017/03

https://repo.qst.go.jp/records/73804

原子力施設の緊急時対応や廃止措置のためのロボットに使用される市販半導体素子の耐放射線性を評価した。福島第一原子力発電所事故の直後、市販半導体の耐放射線性評価と管理方法に関するガイドラインの作成が試みられた。その際に用いられたデータは、高放射線量かつ高汚染環境下で使用される力フィードバック型サーボマニピュレータ開発の一環として開発された古いデータベースであった。耐放射線性はかなり保守的に評価された。その理由は、主としてシリコンを母材とする古い半導体のデータであったためである。現在、ガリウム・ヒ素を簿在とする半導体が主流になりつつあり、耐放射線性もより高いと期待される。そのため、現在、市販されている半導体の照射試験を行い、耐放射線性の評価を行った。

耐放射線性カメラ用撮像素子の線照射効果

武内 伴照; 大塚 紀彰; 土谷 邦彦; 田中 茂雄*; 小沢 治*; 駒野目 裕久*; 渡辺 恭志*; 上野 俊二*

日本保全学会第13回学術講演会要旨集, p.391 - 394, 2016/07

東京電力福島第一原子力発電所事故の経験や教訓を踏まえ、プラント状態の情報把握能力の向上のため、耐放射線性カメラの開発に取り組んだ。放射線環境下におけるカメラ画像劣化の主因である撮像素子内の暗電流を抑制するため、撮像素子のトランジスタ及び光電変換部について3Tr型でフィールドプレートを有する素子(3TPD)、同型でフォトゲートを有する素子(3TPG)及び4Tr型でフォトゲートを有する素子(4TPG)を設計・試作し、線照射中の暗電流と照射後の光電変換感度を測定した。その結果、3TPG型が最も耐放射線性が高く、200kGy照射後も十分なダイナミックレンジが維持された。

Model magnet development of D1 beam separation dipole for the HL-LHC upgrade

中本 建志*; 菅野 未知央*; Xu, Q.*; 川又 弘史*; 榎本 瞬*; 東 憲男*; 出崎 亮; 飯尾 雅実*; Ikemoto, Yukio*; 岩崎 るり*; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 25(3), p.4000505_1 - 4000505_5, 2015/06

https://doi.org/10.1109/TASC.2014.2361404

近年、大強度加速器施設におけるビーム高強度化を実現するため、強い放射線環境下で安定に高磁場を形成可能な超伝導磁石システムが求められている。本研究では、大型ハドロン衝突型加速器(Large Hadron Collider: LHC)の高輝度化アップグレード計画において、数十MGy級の耐放射線性を有するビーム分離用双極超伝導磁石システム(D1システム)を開発することを目指している。このシステムには超伝導材料や電気絶縁材料が用いられるが、電気絶縁材料にはコイル線材間の隙間を埋める成形性と十分な耐放射線性が要求される。我々は高い成形性、放射線照射時の低分解ガス生成能と高強度維持を実現したガラス繊維強化ビスマレイミドトリアジン(BT)樹脂を開発した。従来のガラス繊維強化エポキシ(G10)樹脂の場合、10MGyの線照射後、410mol/gのガスが発生し、曲げ強度が初期値の60%である280MPaまで低下したのに対し、BTでは100MGyの線照射後、510mol/gのガス発生量と初期値の90%である640MPaの曲げ強度を示した。今後、NbTi系超伝導線材の開発と磁石デザインを行ない、D1システム用モデル磁石を製作する予定である。

High proton radiation tolerance of InAsSb quantum-well-based micro-Hall sensors

Abderrahmane, A.*; Ko, P. J.*; 岡田 浩*; 佐藤 真一郎; 大島 武; 柴崎 一郎*; Sandhu, A.*

IEEE Electron Device Letters, 35(12), p.1305 - 1307, 2014/12

https://doi.org/10.1109/LED.2014.2359879

AlInSb/InAsSb/AlInSbヘテロ構造量子井戸マイクロホールセンサーは、高移動度,低有効質量,高電子飽和速度といった優れた特徴をもつことから、宇宙環境への応用が期待されている。しかし、その宇宙放射線に対する耐性については明らかにされていない。そこで、AlInSb/InAsSb/AlInSbヘテロ構造量子井戸マイクロホールセンサーの耐放射線性を明らかにするために、高崎量子応用研究所TIARAのイオン注入器を用いて、380keV陽子線を1010cm照射し、センサーの特性変化を調べた。照射により生成する深い準位の欠陥によって移動度は低下し、10cm以上の照射によって磁気感度の低下が生じたが、10cm照射後もマイクロホールセンサーとして機能しうることが分かった。これは低軌道(LEO)で換算すると約1000年に相当する照射量であり、耐放射線性は十分に高いことが示された。

Super radiation tolerance of CIGS solar cells demonstrated in space by MDS-1 satellite

川北 史朗*; 今泉 充*; 住田 泰史*; 櫛屋 勝巳*; 大島 武; 山口 真史*; 松田 純夫*; 依田 真一*; 神谷 富裕

Proceedings of 3rd World Conference on Photovoltaic Energy Conversion (WCPEC-3) (CD-ROM), 4 Pages, 2004/01

2002年2月に打ち上げられた人工衛星MDS-1に搭載されたCu(In,Ga)Se太陽電池(CIGS太陽電池)の非常に優れた耐放射線性を観測した。打ち上げ後200日経過時点で、短絡電流は全く劣化せず、開放電圧も1%の低下のみであった。一方、地上試験により、CIGS太陽電池は室温においても劣化が回復すること、さらに電流注入により回復が早くなることを見いだした。これにより、CIGS太陽電池の「劣化の急速回復」による優れた耐放射線性が確認された。

Proton radiation analysis of multi-junction space solar cells

住田 泰史*; 今泉 充*; 松田 純夫*; 大島 武; 大井 暁彦; 伊藤 久義

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 206, p.448 - 451, 2003/05

https://doi.org/10.1016/S0168-583X(03)00791-2

宇宙用に開発された三接合型(InGaP/GaAs/Ge)太陽電池の陽子線照射効果を明らかにするため、20keVから10MeVのエネルギー範囲の陽子線を照射し、電気的・光学的特性の変化を調べた。モンテカルロシュミレーションより見積もった陽子線の侵入長を考慮して特性劣化を解析した結果、ミドルセルであるGaAsセルの接合付近が陽子線の侵入長にあたる場合に最も特性の劣化が大きいことを見出した。このことより耐放射線性のさらなる向上にはGaAsミドルセルの耐放射線性向上が重要であると結論できた。

In situ characterization of a small sized motor under neutron irradiation

石塚 悦男; 菅 智史*; 河村 弘; 小野澤 仁*

Fusion Engineering and Design, 58-59, p.517 - 521, 2001/11

https://doi.org/10.1016/S0920-3796(01)00241-1

ポリイミド巻線を使用した耐放射線小型モータを開発し、JMTRを用いて照射試験を実施した。耐放射線小型モータには、フィールドコイルとしてポリイミド巻線、マグネットとしてNd-Fe、ベアリング等の潤滑剤としてポリフェニルエーテルを用い、フィールドコイルはMgO,AlOを充填したシリコン樹脂で固定した。耐放射線小型モータは約50で照射し、線量率と高速中性子束はそれぞれ7.410Gy/sと6.610n/m/sであった。モータの回転試験を実施した結果、線量及び高速中性子照射量が3.110Gy/sと2.810n/mまで正常に回転した。また、フィールドコイルの絶縁抵抗及び導体抵抗を測定した結果、線量及び高速中性子照射量が3.110Gy及び2.810n/mにおいても導体抵抗及び絶縁抵抗が110及び12であり、照射開始時より顕著な劣化は観察されなかった。