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佐々木 美雪; 阿部 裕稀*; 眞田 幸尚; 鳥居 建男*
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1072, p.170207_1 - 170207_12, 2025/03
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Instruments & Instrumentation)フラクタル構造を採用した全方位放射線イメージング装置「FRIEシステム」を開発した。本論文では、福島第一原子力発電所のような廃止措置環境内での放射能分布を正確に推定するために設計されたFRIEシステムの開発と評価について述べる。FRIEシステムは、16個の四面体形状の放射線センサーで構成されており、それらがシェルピンスキー四面体形状に配置されている。また、センサー間の空間にはタングステンベースの合金が充填され、放射線シールドとして機能している。本研究では、シミュレーションと実際の測定試験を通じて、FRIEシステムの放射能分布推定性能を評価した。その結果、測定密度を少なくとも2point/m
、位置誤差を
10cm以内、角度誤差を10度以内に制限することで、約30度の角度分解能で線源位置を推定可能であることが確認された。FRIEシステムの結晶配置や遮蔽材の改良を行うことで、さらなる性能向上が期待される。本研究は、フラクタルを基盤とした放射線イメージング技術の革新的な実装を示しており、放射線測定に新たな方向性を提供するものである。
佐藤 優樹
Radioisotopes, 74(1), p.141 - 148, 2025/03
福島第一原子力発電所の廃止措置に資することを目的とし、放射能汚染分布を3次元マップ上に可視化する統合型放射線イメージングシステムiRIS(アイリス: integrated Radiation Imaging System)の開発および現場実証試験を実施している。本稿では当該システムの原理、実証試験の結果、ならびにその応用例について記述する。
土川 雄介; 甲斐 哲也; Parker, J.*; 松本 吉弘*; 篠原 武尚
Scientific Reports (Internet), 15, p.7687_1 - 7687_8, 2025/03
被引用回数：1 パーセンタイル：85.83(Multidisciplinary Sciences)J-PARC/MLFで、元素の二次元分布を可視化する中性子共鳴吸収イメージング技術を開発した。鉄、ジルコニウム、ニッケル、モリブデン、アルミニウム棒を含む試料を用い、1eVから100keVまでの中性子透過スペクトルを利用する解析を行った。ハフニウム(ジルコニウムの不純物)とモリブデンの分布に関しては、従来の共鳴イメージングによって明瞭な分布が得られた。次に、各元素の複数の共鳴を利用した分析を行ったところ、元素同定の精度が向上し、鉄とニッケルの識別能が向上した。一方で、このような解析法では、たまたま他元素由来の異なる共鳴ピーク同士が隣り合うことで、中性子透過軸上に物質が重なった場合にそれらの共鳴が消失するような現象が起きた場合に対応できない。鉄とニッケルのケースで、実際にその現象が現われた。この問題を克服し、測定技術としての更なる進化を目指し、存在する可能性のある元素の存在を仮定して広い範囲で透過スペクトルをフィッティングする手法を提案した。これにより、試料金属とハフニウムやマンガン(ジルコニウムや鉄の不純物)の分布を可視化することに成功した。ここで導入された分析手法は、MLFの一般利用者の標準的な分析手順の確立に貢献するものである。
neutron imaging and diffraction analysis revealing spatial lithiation phase evolution in an ultra-thick graphite electrodeStrobl, M.*; Baur, M. E.*; Samothrakitis, S.*; Molamud, F.*; Zhang, X.*; Tung, P. K. M.*; Schmidt, S.*; Woracek, R.*; Lee, J.*; 鬼柳 亮嗣; et al.
Advanced Energy Materials, p.2405238_1 - 2405238_9, 2025/01
被引用回数：0Energy-efficient, safe, and reliable Li-ion batteries (LIBs) are required for a wide range of applications. The introduction of ultra-thick graphite anodes, desired for high energy densities, meets limitations in internal electrode transport properties, leading to detrimental consequences. Yet, there is a lack of experimental tools capable of providing a complete view of local processes. Here, a multi-modal measurement approach is introduced, enabling quantitative spatio-temporal observations of Li concentrations and intercalation phases in ultra-thick graphite electrodes. Neutron imaging and diffraction concurrently provide correlated multiscale information from the scale of the cell down to the crystallographic scale. In particular, the evolving formation of the solid electrolyte interphase (SEI), observation of gradients in total lithium content, as well as in the formation of ordered Li
C
phases and trapped lithium are mapped throughout the first charge-discharge cycle of the cell. Different lithiation stages co-exist during charging and discharging; delayed lithiation and delithiation processes are observed in central regions of the electrode, while the SEI formation, potential plating, and dead lithium are predominantly found closer to the interface with the separator. The study emphasizes the potential to investigate Li-ion diffusion and the kinetics of lithiation phase formation in thick electrodes.
佐藤 優樹
FBNews, (577), p.2 - 6, 2025/01
福島第一原子力発電所(1F)事故により1Fサイト内外に飛散・沈着した放射性物質の分布を3次元的に可視化するために、放射性物質可視化カメラであるコンプトンカメラに、3次元測域センサを基盤とした環境認識デバイス、ならびにロボットを組み合わせた統合型放射線イメージングシステム(iRIS: integrated Radiation Imaging System)を開発した。本稿では、ホットスポット位置を含む放射能汚染分布を3次元的に可視化する手法について、その原理を説明するとともに、1Fサイト内における実証例を紹介する。さらには当該システムを用いて生成した放射能汚染のイメージデータについて、VRおよびAR技術を用いて可視化するための要素技術開発についても紹介する。
Vu, TheDang*; 宍戸 寛明*; 相澤 一也; 奥 隆之; 及川 健一; 原田 正英; 小嶋 健児*; 宮嶋 茂之*; 曽山 和彦; 小山 富男*; et al.
IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering, 19(11), p.1888 - 1894, 2024/11
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Engineering, Electrical & Electronic)We proposed a novel superconducting detector called the current-biased kinetic inductance detector (CB-KID) for constructing a neutron transmission imager. We systematically studied the characteristics of the CB-KID to improve spatial resolution down to 10 
m in transmission imaging. By analyzing neutron transmission spectra from 1 meV to 500 keV, we identified copper (Cu) and iron (Fe) as major components in commercial nuts and screws. Additionally, we successfully mapped the distribution of the SmSn
compound using selective energy regions of pulsed neutrons and the CB-KID detector. It can reveal transmission spectra across a wide range of energies, from cold-neutron energies (meV) to higher neutron energies (up to 500 keV).
佐藤 祐理子*; 菖蒲 敬久; 冨永 亜希; 佐野 智一*; 荻野 陽輔*
Communications Materials (Internet), 5, p.147_1 - 147_9, 2024/08
アーク放電中の通電溶摘金属ジェットの流動ダイナミクスは、ワイヤアークベースの金属堆積プロセスにおける質量および熱源として機能し、製品の品質に大きく関係する。しかし、溶摘金属ジェットと周囲のアークプラズマとの間の時空間的な流動相互作用は不明のままである。本研究では、シンクロトロンX線を利用したその場イメージング技術を活用し、アルゴンアーク放電中の溶融アルミニウムジェットの表面変形と内部流動を同時に計測した。実験はSPring-8、BL22XUにて30keVで実施しており、独自開発したアーク溶接設備と最速5kHzの高速イメージングシステムを組み合わせて幾度と行った。その結果、アーク放電電流の大きさと経路を調整することで、ジェット速度を初期注入速度から200
300%加速し、それによって大幅なジェット伸長が促進できることを明らかにするとともに、ジェット流動ダイナミクスが主にアーク放電電流とその同軸自己誘導磁場との相互作用によって支配されているという結論を導き出すことが出来た。この研究は、流体力学と電磁気学の交差点にフレームワークを確立し、ワイヤアークベースのアプリケーションにおける制御と精度の最適化に貢献することが期待できる。
Hu, F. F.*; Qin, T. Y.*; Ao, N.*; Su, Y. H.; Zhou, L.*; 徐 平光; Parker, J. D.*; 篠原 武尚; Chen, J.*; Wu, S. C.*
Engineering Fracture Mechanics, 306, p.110267_1 - 110267_18, 2024/08
被引用回数：2 パーセンタイル：55.14(Mechanics)Non-destructive and quantitative mapping of gradient residual strain distribution in surface-hardened railway S38C axles could provide a positive reference for determining service lifetime and maintenance strategy. To tackle this concern, time-of-flight neutron Bragg-edge transmission imaging was employed by real axle samples with and without impacted crater. A novel and simple procedure to formulate the residual strain field was also developed in this work, with the transmission batch code in Appendix A. By mapping the global two- dimensional residual strains, it can be verified that the residual strains into the axle are uniformly distributed in the hoop direction. Subsequently, it was revealed that the axial and hoop residual strains, respectively in the cylinder and the long strip samples prepared from a real S38C hollow axle, indicated a gradient evolution distribution with a depth of 8 mm, covering a range of -5500 1000 
for axial strains and -6500 1000 for hoop strains. More importantly, the maximum compressive lattice strain of the cylinder sample was increased by 15.61%, and 22.35% at the impacting speeds of 100, and 125 m/s, respectively; and that of the long strip sample increased by 29.17%, and 43.70%, respectively. It can thus be concluded that lattice strains have redistributed around the impact crater, demonstrating the local alteration of the residual strain field. These new findings suggest the localized variation in residual strains should be taken into account while evaluating the service damage evolution of railway axles, especially those affected by high-speed impacts during operation.
Wang, Y. W.*; 徐 平光; Su, Y. H.; Ma, Y. L.*; Wang, H. H.*
Physics Examination and Testing, 42(4), p.32 - 41, 2024/08
With the rapid technological development of large spallation neutron source facilities, the neutron beam flux obtained has been greatly improved and neutron imaging techniques have been further developed. Due to the limitation of neutron beam flux, conventional neutron imaging techniques require neutron beams with a wide wavelength range to obtain relatively high neutron beam flux conditions. Recently, spallation neutron sources using large proton accelerators have made it possible to obtain high-flux pulsed neutron beams. Energy (wavelength) resolved neutron imaging technique based on the Bragg edge effect (neutron Bragg edge transmission imaging technique) is expected to have a wide range of applications because of its high energy resolution, high spatial resolution, and ability to detect crystallographic information. The basic principle of this technique is briefly introduced. Several applications in the evaluation of residual strain, phase composition, dislocation density, and oriented structure are also reviewed to play an active role in promoting the wider applications of related technique.
永井 晴康; 中山 浩成; 佐藤 大樹; 谷森 達*
第52回可視化情報シンポジウム講演論文集(インターネット), 4 Pages, 2024/07
原子力施設の事故により放出された放射性プルームの3次元分布を定量的に可視化するための革新的モニタリング手法を提案し、その解析手法の実現可能性を仮想データを用いた試験により示す。提案する手法は、電子飛跡検出型コンプトンカメラ(ETCC)によるガンマ線分光イメージングとドップラーライダーによる3次元気流場測定に基づくリアルタイム高分解能大気拡散シミュレーションの組合せである。ETCCは、対象とする放射性プルーム中の特定の放射性核種からの直達ガンマ線の入射方向分布画像を取得できる。放射性プルームの3次元分布は、対象の周囲複数個所に設置したETCCの直達ガンマ線画像とリアルタイム大気拡散シミュレーションによるプルームの濃度分布予測を融合した逆解析により再構築される。解析手法を試作し、大気拡散と放射線輸送の数値シミュレーションにより生成された仮想的なデータを用いて試験を行った。
gamma-ray imager using detector response patterns北山 佳治; 野上 光博*; 人見 啓太朗*
Japanese Journal of Applied Physics, 63(7), p.076502_1 - 076502_8, 2024/07
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Physics, Applied)三次元空間に無作為に配置した複数のガンマ線検出器の応答強度パターンから、ガンマ線源の入射方向を推定する新しいガンマ線イメージング技術の開発を行っている。本論文では、8個のGAGG (Ce)シンチレータキューブと18個の鉛キューブで構成されるガンマ線イメージャー、Coded Cube Camera for Gamma-ray (C3G)を製作し、
Cs線源の4イメージング実験を実施した。実験の結果、3m先にある10MBqのCs線源を10分間の測定で、angle uncertainty5度の精度でイメージングできることを確認した。一般にガンマ線イメージャーは数百から数千の読み出しチャンネル数が必要となるが、C3Gは僅か8チャンネルの読み出し回路で構成される。そのため回路や再構成アルゴリズムはシンプルにすることができ、安価かつ信頼性の高いイメージャーが実現する。C3Gは大きさ86mm 
86mm 86mmのハウジングに格納されており、重量は約600gである。小型軽量で4視野を持ち、高角度分解能を持つ本技術は、天文学や医療、核セキュリティ、原子力発電所の廃止措置など広範な応用が期待される。
field-of-view gamma-ray imaging北山 佳治
IEEE NPSS Newsletter (Internet), 4 Pages, 2024/06
At the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station decommissioning site, there's a need for gamma-ray imaging technology that is compact and lightweight enough to be mounted on autonomous exploration robots, has a wide FOV and can operate in high-dose-rate environments. Coded masks and Compton cameras, although small and light, suffer from limitations such as a narrow FOV, susceptibility to background noise, or poor angular resolution and unsuitability for high-dose environments, respectively. Therefore, we developed a novel gamma-ray imaging technology that weighs about 600 g, has a cubic form measuring 8.6 cm on each side, offers a 4 FOV, has an angular resolution of approximately 5
, and is expected to operate in environments with radiation levels up to 100 mSv/h with only eight readout channels.
Vu, TheDang*; 宍戸 寛明*; 相澤 一也; 奥 隆之; 及川 健一; 原田 正英; 小嶋 健児*; 宮嶋 茂之*; 曽山 和彦; 小山 富男*; et al.
Journal of Physics; Conference Series, 2776, p.012009_1 - 012009_9, 2024/06
We optimized the design and operating conditions of our superconducting neutron detector to improve spatial resolution. We obtained the best spatial resolution of 10 m when a Gd Siemens star pattern was mounted at close contact with the detector in the cryostat. We compared the effect of a different sample-detector distance on a spatial resolution when the samples were placed either at cryogenic temperature or at room temperature. We found the appearance of clear Bragg dips by the measurements of natural FeS
single crystals and succeeded in mapping the distribution of differently-oriented crystals by choosing several Bragg dips of the FeS crystals to compose the transmission images.
高崎 浩司
放計協ニュース, (73), p.2 - 5, 2024/04
CLADS遠隔技術ディビジョンで実施している福島第一原子力発電所廃炉等に向けた放射線計測・デジタル技術の開発について紹介する。
北山 佳治; 野上 光博*; 人見 啓太朗*
Japanese Journal of Applied Physics, 63(3), p.032005_1 - 032005_6, 2024/03
被引用回数：1 パーセンタイル：35.22(Physics, Applied)検出器の応答パターンを利用した新しいガンマ線イメージング技術を紹介する。この方法では、三次元状にランダムに配置された複数の遮蔽体キューブを使用する。これらのキューブで定義された領域内では、ガンマ線の入射方向に基づいて固有のガンマ線フラックスパターンが形成される。このパターンは、複数のシンチレーターキューブの応答パターンとして測定される。ガンマ線の入射方向と対応する検出器応答パターンを事前に測定することで、アンフォールディング法を用いて入射方向を推定することができる。Cs点線源を用いてシミュレーションを行った。その結果、10MBqのCs線源をイメージャーから3m離れた位置に設置した場合、約10
の角度分解能で撮像できることがわかった。これらの結果は、我々の新しい方法が既存のガンマ線イメージング技術と同等以上の性能を有することを示唆している。この撮像法の応用としては、原子力発電所の廃止措置、核医学、セキュリティ、天文学などが考えられる。
前田 匡樹*; 田邉 匡生*; 西脇 智哉*; 青木 孝行*; 堂埼 浩二*; 西村 康志郎*; 藤井 翔*; 上野 文義; 田中 章夫*; 鈴木 裕介*; et al.
Transactions of the 27th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT 27) (Internet), 10 Pages, 2024/03
This study develops assessment methods necessary to obtain a long-term structural integrity outlook for reactor buildings that suffered from the 2011 Great East Japan Earthquake disaster in which access to the site was extremely limited due to high radiation dose rates and high contamination. It is one of the "Nuclear science and technology and human resource development promotion projects" implemented by the Japan Atomic Energy Agency (JAEA) International Collaborative Research Center for Decommissioning and Environment (CLADS) in FY2021 to 2023. This paper introduces an outline and overview of the project.
石田 武和*; Vu, TheDang*; 宍戸 寛明*; 相澤 一也; 奥 隆之; 及川 健一; 原田 正英; 小嶋 健児*; 宮嶋 茂之*; 小山 富男*; et al.
Journal of Low Temperature Physics, 214(3-4), p.152 - 157, 2024/02
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Physics, Applied)We built a new cryostat to apply a current-biased kinetic inductance detector (CB-KID) for conducting neutron transmission imaging of room temperature samples under pulsed neutrons. A Wood's metal alloy of melting temperature 75.2C was placed at room temperature to inspect the measurement system at J-PARC. Since one of the four phases of Wood's metal is a fine Cd-rich needle phase (width 25 m and length 5 mm), it is suitable for observing fine mosaic structure selectively by neutron imaging. The spatial resolution of the CB-KID imager was estimated as 10 m by using a Gd Siemens-star pattern. The CB-KID system is useful to conduct transmission imaging for various materials rather easily at room temperature.
佐藤 優樹
知能と情報, 35(4), p.81 - 86, 2023/11
福島第一原子力発電所(1F)事故により1Fサイト内外に飛散・沈着した放射性物質の分布を3次元的に可視化するために、放射性物質可視化カメラであるコンプトンカメラに、3次元測域センサを基盤とした環境認識デバイスやドローンを組み合わせた統合型放射線イメージングシステムiRIS(アイリス: integrated Radiation Imaging System)の開発を進めている。本稿では、iRISのコンセプトおよびその原理を説明するとともに、1Fサイト内ならびに帰還困難区域におけるホットスポット可視化の実証例を紹介する。
高崎 浩司; 安宗 貴志; 山口 祐加子; 橋本 周; 前田 宏治; 加藤 正人
Journal of Nuclear Science and Technology, 60(11), p.1437 - 1446, 2023/11
被引用回数：1 パーセンタイル：23.64(Nuclear Science & Technology)空気力学的放射能中央径(AMAD)は内部被ばくの評価に必要な情報である。2017年6月6日に日本原子力研究開発機構の大洗サイトのプルトニウム取扱施設において、核燃料物質を収納した貯蔵容器の調査作業中に事故的な汚染が発生し、5名の作業者がプルトニウムを含む放射性物質を吸入した。線量評価のために、いくつかのスミアろ紙と空気サンプリングフィルタをイメージングプレートで測定し、硝酸プルトニウムと二酸化プルトニウムの2つのケースの最小AMADを保守的に推定した。AMADの指定の結果、スミアろ紙の極端に大きな粒子を除いても、塗抹紙からの硝酸プルトニウムの最小AMADは4.3-11.3m、二酸化プルトニウムのそれは5.6-14.1mであった。また、空気サンプリングフィルタからの硝酸プルトニウムの最小AMADは3.0mで、二酸化プルトニウムは3.9mであった。
Wang, Y. W.*; Wang, H. H.*; Su, Y. H.; 徐 平光; 篠原 武尚
Materials Science & Engineering A, 887, p.145768_1 - 145768_13, 2023/11
被引用回数：7 パーセンタイル：65.32(Nanoscience & Nanotechnology)A unique impact fracture behavior is found in a high-Mn austenitic steel (24Mn-4Cr-0.4C-0.3Cu) in this work. The steel exhibits concurrent twinning-induced plasticity (TWIP) effect and the transformation-induced plasticity (TRIP) effect. By analyzing the load-deflection curves recorded during Charpy impact testing, the resistance to crack initiation and propagation is quantified from the absorbed energy. The high-Mn steel demonstrates good resistance to crack initiation at 273 K and 77 K. However, as the temperature decreases from 273 K to 77 K, there is an accelerated transition from stable crack growth to unstable crack growth during impact, resulting in the deterioration of resistance to crack propagation. The plastic deformation of the impact-tested samples, especially in the region close to the crack-path profile was quantitatively analyzed using neutron Bragg-edge transmission (BET) imaging. The deformation zones, divided by using the width of the 200 Bragg edge, exhibit good agreement with the impact absorbed energy characteristics obtained from dynamic load-deflection curves. Moreover, the unstable growth transition point was roughly determined on the impact-tested sample. Then, the electron backscatter diffraction (EBSD) technique is employed to examine the deformation microstructure along the crack-path in the impact-tested samples. The results revealed the dual roles of TRIP effect in impact toughness of the high-Mn steel. On one hand, the TRIP effect plays a positive role in improving resistance to crack initiation and propagation. On the other hand, the excessive accumulation of brittle /
'-martensite caused by the enhanced TRIP effect at 77 K leads to quasi-cleavage fracture, thereby playing a negative role. Finally, we discussed the prominent toughening mechanisms associated with the TWIP and TRIP effects, which greatly impact the impact fracture behavior.
