Monte Carlo radiation transport modelling of the current-biased kinetic inductance detector

Malins, A.; 町田 昌彦; Vu, TheDang; 相澤 一也; 石田 武和*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 953, p.163130_1 - 163130_7, 2020/02

https://doi.org/10.1016/j.nima.2019.163130

Radiation transport simulations were used to analyse neutron imaging with the current-biased kinetic inductance detector (CB-KID). The PHITS Monte Carlo code was applied for simulating neutron, He, Li, photon and electron transport, B(n,)Li reactions, and energy deposition by particles within CB-KID. Slight blurring in simulated CB-KID images originated He and Li ions spreading out in random directions from the B conversion layer in the detector prior to causing signals in the and superconducting Nb nanowire meander lines. 478 keV prompt gamma rays emitted by Li nuclei from neutron-B reactions had negligible contribution to the simulated CB-KID images. Simulated neutron images of B dot arrays indicate that sub 10 m resolution imaging should be feasible with the current CB-KID design. The effect of the geometrical structure of CB-KID on the intrinsic detection efficiency was calculated from the simulations. An analytical equation was then developed to approximate this contribution to the detection efficiency. Detection efficiencies calculated in this study are upper bounds for the reality as the effects of detector temperature, the bias current, signal processing and dead-time losses were not taken into account. The modelling strategies employed in this study could be used to evaluate modifications to the CB-KID design prior to actual fabrication and testing, conveying a time and cost saving.

中性子技術を用いたRCの腐食ひび割れの補修による鉄筋付着性能回復の検証

関根 麻里子*; 鈴木 裕士; 兼松 学*

コンクリート工学年次論文集(DVD-ROM), 40(1), p.1545 - 1550, 2018/07

本論文は、これまで難しいとされてきた鉄筋コンクリート内の健全および腐食した鉄筋、さらに腐食ひび割れに補修を施した鉄筋コンクリート内の腐食鉄筋の応力分布を工学材料回折装置を用いて精度良く測定し、また、中性子イメージング装置を用いたCT撮影により試験体内部のひび割れ分布と補修材充填状態を確認した。検証の結果、腐食グレードによる付着応力度分布の変化を捉えることができた。また、腐食ひび割れに対して補修材を施工した場合、摩擦力の向上およびコンクリートの拘束効果の回復によって付着が回復することが確認された。

中性子ラジオグラフィによる混相流の可視化計測

呉田 昌俊

化学工学, 80(8), p.464 - 467, 2016/08

中性子ラジオグラフィは中性子を利用して物質内部を可視化計測する技術であり、X線ラジオグラフィ(レントゲン)と相補的な特長を持つ。本レビュー論文においては、その計測原理および適用事例、例えばエンジン内の潤滑油オイルの可視化、大強度陽子加速器施設J-PARC(共用中性子イメージング専用施設)を利用した最先端技術などについて、計測の次元毎に技術全体を網羅し整理した形で紹介する。

Characteristics of SrBPO:Ce based materials as a neutron storage phosphor

坂佐井 馨; 片桐 政樹; 松林 政仁; 中村 龍也; 近藤 泰洋*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.378 - 383, 2004/08

https://doi.org/10.1016/j.nima.2004.05.015

線感度の低い中性子イメージング用輝尽性蛍光体として有望な、軽元素から構成されるSrBPO:Ce系蛍光体について調べた。SrBPO:Ce蛍光体は中性子照射によって輝尽性蛍光を示した。一方、SrBPO:CeにSrFを添加すると輝尽性蛍光量が増大することを見いだした。これはSrF添加によって電子トラップセンターの数が増加したためである。また、SrBPO:Ce+SrF蛍光体の単位中性子束あたりの輝尽性蛍光量は中性子エネルギーの-0.5乗に比例していた。さらに、この輝尽性蛍光量は中性子照射量にも比例していることも確認しており、中性子イメージング用輝尽性蛍光体として有望である。

Optimization of neutron imaging plate

芳賀 裕子*; 練石 恵子*; 高橋 建一*; 新村 信雄

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 487(3), p.504 - 510, 2002/07

https://doi.org/10.1016/S0168-9002(01)02204-5

中性子イメージングプレートの中性子検出機構をその素過程から検討すると、カラーセンターを創生する割合が中性子イメージングプレートの中性子検出効率を向上させる基本パラメーターになっていることが判明した。そこで、中性子イメージングプレートの厚みと輝尽性蛍光物質量を変数にとり、カラーセンター創生率を実測した。あと、中性子イメージングプレート中の中性子コンバーター(Gd)から中性子吸収率を計算し、最終的な中性子検出効率を求めた。これを最適化することで、中性子コンバーター量50%,厚み200mが、最も検出効率の高い中性子イメージングプレートであることが結論付けられた。

Neutron diffractometer for biological crystallography-3; BIX-3

田中 伊知朗; 栗原 和男; 茶竹 俊行; 新村 信雄

Journal of the Physical Society of Japan, Vol.70, Supplement A, p.459 - 461, 2001/05

原研JRR-3Mにおいて生体高分子結晶用中性子回折計(BIX-3)が建設された。そこには筆者らによって開発された中性子イメージングプレートや弾性湾曲Siモノクロメータなどの最新の技術革新が応用されている。これらによって、ルブレドキシンやミオグロビンの結晶から約1ヶ月でデータセットを得ることができるようになった。そのデータ分解能は1.5Åで、水素原子の位置同定を高い精度で行える。データの質と必要な測定時間を考えると、BIX-3は現在、世界のタンパク質用中性子回折計の中で最高の性能を持つことが判明した。

2次元検出型マイクロストリップガスカウンタの中性子検出効率の計算評価

山岸 秀志; 曽山 和彦; 金子 純一; 池田 裕二郎

JAERI-Tech 2000-085, 21 Pages, 2001/02

JAERI-Tech-2000-085.pdf:1.73MB

大強度加速器の強力パルス中性子ビームを用いた種々の中性子散乱実験のために、高速、超高位置分解能を有する2次元中性子検出器の開発が強く望まれている。このため、ヘリウム-3混合ガスを用いたマイクロストリップガスカウンタ(MSGC)の開発を進めている。MSGCには高い中性子検出効率が求められるが、これを実現するにはヘリウム-3混合ガスを高圧で封入する必要がある。この結果、MSGC圧力容器には厚い金属製の中性子ウィンドウが必要になって、中性子を減衰させ、検出効率を低下させる。電極間ギャップの拡大はより高い検出効率を与えるが、中性子エネルギー分解能及び高計数率性能を低下させる。高い検出効率のMSGCを開発するため、MSGC圧力容器構造,ウィンドウ材料、電極間ギャップ及びヘリウム-3混合ガス圧力の最適設計と検出効率の計算評価を行った。この結果、中性子エネルギー0.1~25MeVの範囲において93%以上の高い検出効率が得られる見通しを得たので、MSGC圧力容器構造及び検出効率性能について報告する。

中性子イメージングプレートを用いた中性子応力測定,3

佐々木 敏彦*; 皆川 宣明; 森井 幸生; 新村 信雄; 広瀬 幸雄*

日本材料学会第36回X線材料強度に関するシンポジウム講演論文集, p.259 - 262, 2000/09

中性子イメージングプレート(IP)は、新しい中性子用二次元検出器である。本研究は工業的利用に対し重要な応力測定技術開発の一環であり応力解析に必要な中性子回折環画像の解析に関する検討を行い、解析ソフトウェアの開発を行った。中性子イメージングプレート用中性子応力測定装置を開発作成し、日本原子力研究所JRR-3Mに設置された残留応力解析用中性子回折装置(RESA)を用いて実験を行い、厚さ2mmの鋼材に対し単軸引張応力を加え得られた画像の解析を今回開発したソフトウェアにより処理し良好な結果を得た。

Performance of a multi-wavelength monochromator system for neutron single-crystal and powder diffraction

Ahmed, F. U.*; 田中 伊知朗; 新村 信雄

Journal of Applied Crystallography, 33(Part.2), p.291 - 295, 2000/04

時間のかかる中性子回折データの収集効率を大幅に上げるため、弾性湾曲完全結晶Si(111)及びSi(220)結晶を2枚重ね合せたモノクロメータ装置を使い、単結晶と粉末中性子回折において、多波長をうまく使用する方法を確立した。この実験には3号炉のTAS-2を用いた。Si(220)からは1.80Å、Si(111)からは2.94Åの2波長を用いた。モノクロメータの重ね合せ方位調整はうまくいき、ロッキングカーブは約0.3度の半値幅になった。粉末Siの回折パターンを中性子イメージングプレート(NIP)で撮影してみると、2波長からの反射が、スリット無しの条件で、高強度、高統計、高位置分解能で、同時にとることができた。有機化合物単結晶からの回折斑点もNIPで撮影に成功した。各波長からの回折リング、回折斑点は、間違いなく区別が可能であった。

-ray sensitivity and shielding of a neutron imaging plate

芳賀 裕子; 熊沢 紳太郎*; 新村 信雄

Journal of Applied Crystallography, 32(5), p.878 - 882, 1999/00

https://doi.org/10.1107/S0021889899005701

中性子イメージングプレートを実用する際の最大の問題は線のバックグラウンドである。そこで、中性子イメージングプレートの線感度の線エネルギー依存性を測定した。線のエネルギーが300keV以下のとき、熱中性子に対する感度のほぼ半分で、遮蔽が困難な300keV以上の場合は四十分の一であることがわかった。それをもとに、三号炉実験ホールで、線に対する鉛の中性子イメージングプレートに対する遮蔽効果を測定した。その結果、40mmの厚さの鉛で線バックグラウンドを十分の一に減少できることがわかった。さらに、中性子イメージングプレートを厚さ1mmの鉛で覆うことによって、中性子シグナルを減少させることなく、中性子入射方向からの線バックグラウンドを減少できることを明らかにした。