Upgrade of two-dimensional scintillation neutron detectors for single crystal diffractometer SENJU at J-PARC MLF

中村 龍也; 藤 健太郎; 鬼柳 亮嗣; 大原 高志; 細谷 孝明; 戸邊 雅弘; 菱沼 行男*; 海老根 守澄; 坂佐井 馨

Journal of Physics; Conference Series, 3130(1), p.012002_1 - 012002_6, 2025/11

https://doi.org/10.1088/1742-6596/3130/1/012002

J-PARC物質・生命科学実験施設に設置されたSENJU中性子回折計用の2次元シンチレータ中性子検出器の高度化を進めている。高度化計画には、薄型、高効率型、真空槽下およびバンク設置用の大面積検出器が含まれる。これはすべてLi:ZnSと波長シフトファイバーを用いた検出器である。大面積検出器についてはこれまでにオリジナル検出器の22倍の有感面積(512512mm)をもつ検出器を開発してきたが、近年ではさらに大面積で長方形の有感面積である検出器を開発している(13倍(256768mm)、23倍(512768mm))。発表ではこれらの検出器の設計やプロトタイプ検出器の実験結果を報告する。

核セキュリティのための中性子検出器開発・試験

小泉 光生; 持丸 貴則*; 高橋 時音; 弘中 浩太; 山西 弘城*; 若林 源一郎*

近畿大学原子炉利用共同研究等経過報告書,令和3年度, p.57 - 60, 2023/03

原子力機構は、核セキュリティ補助金の下、テロ目的に置かれた核・放射性物質を検知する技術開発を行っており、その一環として、核物質や放射性物質などから放出される高速中性子を検知する検出器の開発を行っている。本報告書は、近畿大学原子力研究所において行った、検出器の性能試験結果を報告するものである。開発した中性子検出器は、波形弁別ができる平板型(25252.5cm)のプラスチックシンチレーション検出器で、4隅に光電子増倍管(PMT)を取り付けたものである。PMTからのパルス出力はデジタイザーで積分し、イベント発生時間とともに、リストデータとして保存した。データ解析した結果、同時事象のみ取り扱うことで、ノイズの削減と中性子ガンマ線の弁別能力向上ができることを確認した。また、角度依存性の実験から、核・放射性物質探知に有用であることを確認した。

自己出力型放射線検出器の出力電流値計算コードの作成; アルゴリズムの構築と計算結果の比較

柴田 裕司; 武内 伴照; 関 美沙紀; 柴田 晃; 中村 仁一; 井手 広史

JAEA-Data/Code 2021-018, 42 Pages, 2022/03

JAEA-Data-Code-2021-018.pdf:2.78MB
JAEA-Data-Code-2021-018-appendix(CD-ROM).zip:0.15MB

日本原子力研究開発機構大洗研究所に設置されている材料試験炉(Japan Materials Testing Reactor: JMTR)では過去30年以上、多様な原子炉材料や照射技術及び計測装置の開発が行われてきた。その中では自己出力型の中性子検出器(Self-Powered Neutron Detectors: SPNDs)やガンマ線検出器(Self-Powered Gamma Detectors: SPGDs)の開発も行われており、複数の研究成果が報告されている。しかし、それら成果のほとんどは検出器の開発に関する創意工夫と炉内照射試験、コバルト60によるガンマ線照射試験の結果を整理又は考察したものであり、検出器出力の理論的な解析及び評価はあまり行われてこなかった。そこで、これら自己出力型放射線検出器の理論的な評価を行うための準備として1974年にH.D. WarrenとN.H. Shahが著した論文『Neutron and Gamma-Ray Effects on Self-Powered In-Core Radiation Detectors』を基に数値計算コードの作成を行った。本稿は作成した数値計算コードの内容について報告を行うものである。

Two-dimensional scintillation neutron detectors for the extension of SENJU diffractometer

中村 龍也; 藤 健太郎; 小泉 智克; 鬼柳 亮嗣; 大原 高志; 海老根 守澄; 坂佐井 馨

Proceedings of 2020 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2020), Vol.1, p.483 - 484, 2021/09

https://doi.org/10.1109/NSS/MIC42677.2020.9507813

J-PARCに設置されたSENJU回折計に増設するためのコンパクトな2次元シンチレータ中性子検出器を開発した。本検出器では設置部の空間制約に対応するため、オリジナルと同様の有感面積(256256mm)とピクセル分解能(44mm)を保持しつつ、奥行き170mm(従来比40%減)へ再設計し製作した。また、新開発のコンパレータボードを装填することでPMT印加電圧の低減と計数均一性を改善した。4台製作した増設用検出器はいずれも検出効率50-60% (2)、Coガンマ感度110、計数均一性3-6%であり良好な性能を有することを確認した。

Diagnosis of neutron sensitivity within a scintillator/wavelength-shifting fiber coil element by using a collimated pulsed neutron beam

中村 龍也; 藤 健太郎; 筒井 紀彰; 海老根 守澄; 美留町 厚; 坂佐井 馨

Proceedings of 2016 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC 2016), Vol.2, p.1506 - 1508, 2018/01

https://doi.org/10.1109/NSSMIC.2016.8069779

コリメータしたパルス中性子ビームを用いてシンチレータ 波長シフトファイバコイルエレメント内の中性子感度の位置依存性を診断した。11mmにコリメートしたビームをエレメント上でスキャンしてその各入射位置における中性子計数を記録した。診断の結果、円筒状シンチレータの結合部での感度の低下が起こっていることを明らかにした。

He代替非破壊分析装置の開発; 迫り来るHeクライシスの解決を目指して

小泉 光生; 坂佐井 馨; 呉田 昌俊; 中村 仁宣

日本原子力学会誌ATOMO, 58(11), p.642 - 646, 2016/11

核セキュリティ、保障措置分野では、核分裂に伴う中性子を検出する検認装置としてHe検出器を利用したものが広く利用されている。検出器に利用されるHeガスは、主に米国におけるストックから供給されてきたが、2001年9月11日の同時多発テロ以後、大量のHe中性子検知装置を米国内に配備したことから、在庫が減少し、供給が近い将来停止する状況になりつつあった。そうした中、2011年3月末のHe代替中性子検出技術に関するワークショップにおけるIAEAのHe代替非破壊分析装置開発の呼びかけに応じ、原子力機構においても、J-PARCセンターが開発したZnS/BOセラミックシンチレータをベースにHe代替検出器の開発を行い、平成27年3月には、開発した中性子検出装器の性能試験及びそれを実装した核物質検認用非破壊分析(Non-Destructive Assay (NDA))装置の性能実証試験を実施した。本解説では、開発した検出器、代替NDA装置を紹介し、あわせてHe問題の顛末を報告する。

Numerical evaluation of the light transport properties of alternative He-3 neutron detectors using ceramic scintillators

大図 章; 高瀬 操*; 春山 満夫; 倉田 典孝*; 小林 希望*; 呉田 昌俊; 中村 龍也; 藤 健太郎; 坂佐井 馨; 鈴木 浩幸; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 798, p.62 - 69, 2015/10

https://doi.org/10.1016/j.nima.2015.07.020

シンチレータを用いたヘリウム3代替中性子検出器内部のシンチレータ光の伝搬特性を光線追跡コードを用いて調査した。検出器の構造は、ガラス基板に積層された薄いセラミックシンチレータ板とそれを囲む光反射管、及びその光反射管の両端に設置された二つの光電子増倍管からなる。管内部のセラミックシンチレータ板の設置を様々に変化させた場合の検出器の両端に現れる光出力を計算し、試験結果と比較した。その結果、管内部の光伝搬特性は、そのセラミックシンチレータの配置、及び光反射管の構造に大きく依存することが判明した。

Development of radiation detectors for in-pile measurement

武内 伴照; 大塚 紀彰; 柴田 裕司; 永田 寛; 遠藤 泰一; 松井 義典; 土谷 邦彦

KAERI/GP-418/2015, p.110 - 112, 2015/00

開発中の鉛エミッタ自己出力型線検出器(SPGD)及び白金40%ロジウム合金自己出力型中性子検出器(SPND)について、炉内照射試験に先立って線照射試験を行った。2006000Gy/hの範囲における試験結果から、SPGDの出力電流はおよそ10%の誤差精度で線量率に比例することがわかった。一方、SPNDにおいては、出力電流は線量率に比例しなかった。また、出力電流は負の極性であり、その絶対値はSPGDよりも1桁程度低かった。こうした出力挙動の違いは、エミッタの形状や大きさの違い及びMIケーブル部から発生した電流成分の影響によるものであると考えられる。

Evaluation of light transport property in alternative He-3 neutron detectors using ceramic scintillators by a ray-tracing simulation

大図 章; 高瀬 操*; 倉田 典孝*; 小林 希望*; 飛田 浩; 春山 満夫; 呉田 昌俊; 中村 龍也; 鈴木 浩幸; 藤 健太郎; et al.

Proceedings of 2014 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference; 21st International Symposium on Room-Temperature Semiconductor X-ray and -ray detectors (NSS/MIC 2014), 5 Pages, 2014/00

https://doi.org/10.1109/NSSMIC.2014.7431175

日本原子力研究開発機構では、セラミックシンチレータを用いたヘリウム3代替中性子検出器を開発している。その検出器は、矩形のアルミニウム管とその内側に設置された光反射シート、その内部に対角線状に設置されたガラス板に焼結されたセラミックシンチレータシート、及びアルミニウム管の両端に設置された光電子増倍管で構成される。検出器の中性子検出効率は、内部のシンチレータ光の伝搬特性に影響を受けるため、シンチレータ表面及びガラス面から検出器内部を通過するシンチレータ光の伝搬特性を光線追跡シミュレーションで調査した。そのシミュレーション結果を実験結果と比較して報告する。

任意形状の中性子用シンチレータに対する応答関数計算コードSCINFUL-CGの開発

遠藤 章; Kim, E.; 山口 恭弘

JAERI-Data/Code 2001-027, 62 Pages, 2001/10

JAERI-Data-Code-2001-027.pdf:2.05MB

高エネルギー中性子スペクトル測定等に用いられている有機シンチレータに対する応答関数の計算には、モンテカルロコードSCINFULが広く利用されている。しかし、SCINFULの機能は、円柱形状のNE213及びNE110シンチレータに対する計算のみに限定されている。本研究では、SCINFULをもとに、幾何形状指定機能及び高エネルギー中性子に対する輸送断面積データを新たに組み入れた計算コードSCINFUL-CGを開発した。SCINFUL-CGでは、検出器形状の指定に、CG (Combinatorial Geometry)による幾何形状指定機能を拡張したMARS-CGを導入するとともに、CGで定義された領域ごとに中性子スペクトルを評価する機能を加えた。また、ガラスシンチレータの主成分である珪素及び酸素,検出器カバーのアルミニウムについて、LA150を用い、100MeVまでの中性子輸送計算の断面積データを組み込んだ。SCINFUL-CGの計算結果の妥当性は、SCINFUL及びMCNPによる計算結果との比較並びに中性子照射実験によって確認した。SCINFUL-CGは、高エネルギー中性子スペクトルメータ、中性子モニタの検出器の設計計算等において有効なツールになることが期待される。本報告書では、開発したコードの概要を述べるとともに、コードの使用方法について説明する。