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論文

Radon measurements with a compact, organic-scintillator-based alpha/beta spectrometer

森下 祐樹; Ye, Y.*; Mata, L.*; Pozzi, S. A.*; Kearfott, K. J.*

Radiation Measurements, 137, p.106428_1 - 106428_7, 2020/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)

ラドン測定用のコンパクトな有機シンチレータベースの$$alpha$$/$$beta$$検出器を開発し、ユニークで小さなラドンチャンバーを使用して特徴付けた。検出器は、シリコン貫通電極(TSV)シリコン光電子増倍管(またはSiPM)と6mm$$times$$6mm$$times$$6mmのスチルベン結晶キューブで構成されている。SiPMからのアナログ信号はデジタイザに送信される。検出器は遮光ボックスに収納されており、$$^{222}$$Rnガスが内部に拡散できるようにボックスの片側に空気ろ紙が取り付けられる。ミシガン大学の地下室に設置された検出器とAlphaGUARD検出器を使用して、$$^{226}$$Ra線源とともに小さなラドンチャンバーに両方の検出器を配置して他の実験を行った。パルス形状識別手法を適用することにより、アルファスペクトルとベータスペクトルを同時にかつ明確に分離し、それらを定量的に測定することができた。測定されたアルファスペクトルに2つのピークが検出され、$$^{218}$$Poによる低エネルギーピークと$$^{214}$$Poによる高エネルギーピークであった。AlphaGUARDのラドン濃度と$$alpha$$/$$beta$$検出器の計数率との間の線形関係が確認された。$$alpha$$/$$beta$$検出器の厚さは10mm未満であった。したがって、このコンパクトな有機シンチレータベースの$$alpha$$/$$beta$$検出器は、新しいラドン検出システムとして有用となる可能性がある。

論文

A Portable radioactive plume monitor using a silicon photodiode

玉熊 佑紀*; 山田 椋平; 岩岡 和輝*; 細田 正洋*; 黒木 智広*; 水野 裕元*; 山田 宏治*; 古川 雅英*; 床次 眞司*

Perspectives in Science (Internet), 12, p.100414_1 - 100414_4, 2019/09

緊急時において放射性プルーム(例えば、$$^{131}$$I, $$^{134}$$Cs及び$$^{137}$$Cs)を検知するために、シリコンフォトダイオードを用いた可搬型の放射性プルームモニタを開発した。バックグラウンド計数率は周辺線量当量率に比例し、ISO11929に従って算出した周辺線量当量率20$$mu$$Sv h$$^{-1}$$下におけるモニタの検出限界は187Bq m$$^{-3}$$であった。これらの結果は、最適な厚さを有する鉛遮蔽体によってシステムの検出限界を効果的に低減することができることを示唆している。

論文

海洋調査を目的とした無人観測船の開発

眞田 幸尚

福島イノベーション・コースト構想; 浜通りの未来を拓く実用化開発プロジェクト2018年度版, P. 35, 2019/05

福島県イノベーションコースト構想における実用化開発等促進事業に公募し、浜通り所在の事業者らと研究開発体制を組み、無人船の開発を行った。同船は、放射線の測定のみならず海底土サンプルの採取や海水の基礎的な情報(水温等)を取得できるマルチセンサーを搭載しており、開発で得られた要素技術と共に、多様な分野への応用が期待される。

論文

Characteristics of commercially available CdZnTe detector as gamma-ray spectrometer under severe nuclear accident

谷村 嘉彦; 西野 翔; 吉富 寛; 古渡 意彦; 大石 哲也

Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 6, p.134 - 138, 2019/01

福島第一原子力発電所事故のような原子力災害時においては、様々な放射性物質が環境中に放出され、線量を増加させることが考えられる。$$gamma$$線スペクトルを測定し、核種を同定することは外部被ばくと内部被ばくの両方に対する放射線防護上重要である。そこで、市販のCdZnTeスペクトロメータを選び、$$gamma$$線入射角度依存性と使用可能な線量率範囲をFRSの校正場で試験した。その結果、全体の85%をカバーできる$$pm$$135$$^{circ}$$において感度低下は15%以下であり、200$$mu$$Gy/h以下の空気カーマ率の場においてスペクトルが測定できることがわかった。

論文

Gamma-ray imaging system for Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant using silicon strip detector

冠城 雅晃; 佐藤 優樹; 吉原 有里*; 島添 健次*; 高橋 浩之*; 鳥居 建男

Reactor Dosimetry; 16th International Symposium on Reactor Dosimetry (ISRD-16) (ASTM STP 1608), p.405 - 414, 2018/11

 被引用回数:0 パーセンタイル:100

On March 11, 2011, a massive earthquake occurred in the Tohoku region of Japan, and a large tsunami hit the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant (1F), resulting in a nuclear accident. Despite the years that have passed since the accident, decommissioning remains a concern. Radiation measurement techniques are very important for accelerating the decommissioning and ensuring low radiation exposure to workers. Our gamma-ray imaging system is the detection device for determining the three dimensional radioactive distributions of nuclear fuel debris, measuring high-energy gamma rays (greater than 1 MeV). Silicon semiconductor detectors are among the candidate detectors for radiation measurements in our system because of their radiation-hardness and high counting rate capability. We have been developing a stacked amorphous-silicon (Si)/crystal-Si heterojunction Si strip detector, which has 1-mm-pitch striped electrodes (0.5 mm wide) and 1.2-mm-pitch stacked technology. The detector consists of an Si strip mounted on a thin printed circuit board, front-end readout electronics with a complementary metal oxide semiconductor application specific integrated circuit, and a field programmable gate array. The threshold level of energy deposition of each pulse signal in each channel can be set from the application-specific integrated circuit, and gamma-ray images with energy discrimination can be obtained. The energy threshold level for discrimination of $$^{60}$$Co gamma rays from $$^{137}$$Cs gamma rays was investigated experimentally and by means of simulation, and it was found to be about 500 keV. Therefore, our Si strip detector has the required position sensitivity and energy discrimination ability for identifying high-energy gamma-ray source distributions.

論文

Temperature measurement for in-situ crack monitoring under high-frequency loading

直江 崇; Xiong, Z.*; 二川 正敏

Journal of Nuclear Materials, 506, p.12 - 18, 2018/08

 被引用回数:3 パーセンタイル:40.19(Materials Science, Multidisciplinary)

J-PARCの核破砕中性子源では、SUS316L製の水銀ターゲット容器は陽子及び中性子による損傷を受けると同時に、水銀中の陽子線励起圧力波により繰返し応力が負荷される。ターゲット容器は、1MW条件で2500時間という設計寿命中にひずみ速度約50s$$^{-1}$$で2億回を越える繰返し負荷を受ける。これまでに、SUS316L材のギガサイクルの疲労強度を調べるために超音波疲労試験を実施し、疲労き裂が発生し、試験片の共振周波数が変化する直前に表面温度が急激に300度程度増加する現象を観測した。本研究では、この温度上昇現象のメカニズムを知るために、サーモグラフィを用いた試験片表面の温度分布を計測した。その結果、温度上昇はき裂先端周囲の局所的な領域で生じ、最高温度点がき裂の進展と共に移動することを確認した。さらにLS-DYNAにより非線形構造解析を実施し、要素のひずみエネルギーから温度上昇を導出した結果、き裂の摩擦による温度上昇よりもき裂先端の塑性変形による温度上昇が支配的であることを明らかにした。

論文

J-PARC RCSへの入射ビームの監視とH0ダンプラインBPMの設計

林 直樹; Saha, P. K.; 吉本 政弘; 畠山 衆一郎

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1055 - 1059, 2018/08

J-PARC RCSは、設計ビームパワー1MWの速い繰返しのシンクロトロンである。2007年のファーストビームより運転を開始し、途中2014年にリニアックの入射エネルギー増強、イオン源方式の変更を経て、性能を向上し、MLF, MRへ安定的なビーム供給を続けている。入射されるH$$^{-}$$ビームは、入射点にある荷電変換フォイルで、H$$^{+}$$に変換され、多重周回入射される。わずかに変換されなかったビームは、放射化防止のため、H0ダンプラインを経由しビームダンプへ導かれる。ダンプ容量は、4kWと定格入射ビームパワー133kWの約3%しかなく、荷電変換フォイル破損時などは、即時に停止する必要がある。現状の電流モニタでは、メインビームの20%を超える突発的なビーム強度上昇は、即検知できるが、通常の0.3%程の弱いビームに対しては、時間平均処理する必要がある。今回、さらなる監視強化のため、H0ダンプラインにBPMの設置を検討した。ビーム強度は、メインビームの0.3%、リニアック周波数324MHzで検波する方針で検討した。本報告では、現状の入射ビーム監視について触れた後、BPMの設計の課題について述べる。

論文

Photonuclear reactions triggered by lightning discharge

榎戸 輝揚*; 和田 有希*; 古田 禄大*; 中澤 知洋*; 湯浅 孝行*; 奥田 和史*; 牧島 一夫*; 佐藤 光輝*; 佐藤 陽祐*; 中野 俊男*; et al.

Nature, 551(7681), p.481 - 484, 2017/11

 被引用回数:54 パーセンタイル:2.82(Multidisciplinary Sciences)

Relativistic electrons accelerated by electric fields of lightnings and thunderclouds emit bremsstrahlung $$gamma$$ rays, which have been detected at ground observations. The energy of the $$gamma$$ rays is sufficiently high to potentially invoke atmospheric photonuclear reactions $$^{14}$$N($$gamma$$, n)$$^{13}$$N, which would produce neutrons and eventually positrons via $$beta^{+}$$ decay of generated unstable radioactive isotopes, especially $$^{13}$$N. However, no clear observational evidence for the reaction has been reported to date. Here we report the first detection of neutron and positron signals from lightning with a ground observation. During a thunderstorm on 6 February 2017 in Japan, an intense $$gamma$$-ray flash ($$<$$1 ms) was detected at our monitoring sites. The subsequent initial burst quickly subsided with an exponential decay constant of 40-60 ms, followed by a prolonged line emission at $$sim$$0.511MeV, lasting for a minute. The observed decay timescale and spectral cutoff at $$sim$$10 MeV of the initial emission are well explained with de-excitation $$gamma$$ rays from the nuclei excited by neutron capture. The centre energy of the prolonged line emission corresponds to the electron-positron annihilation, and hence is the conclusive indication of positrons produced after the lightning. Our detection of neutrons and positrons is unequivocal evidence that natural lightning triggers photonuclear reactions.

論文

Beamline test of a transition-edge-sensor spectrometer in preparation for kaonic-atom measurements

橋本 直*; 谷田 聖; 他49名*

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 27(4), p.2100905_1 - 2100905_5, 2017/06

 被引用回数:8 パーセンタイル:36.96(Engineering, Electrical & Electronic)

We are developing a new technique to apply transition-edge sensors (TESs) to X-ray spectroscopy of exotic atoms, especially of kaonic atoms. To demonstrate the feasibility of this pioneering project, performance of a TES-based X-ray detector was evaluated in pion- and kaon-beam environments at particle accelerators. We successfully observed X-rays from pionic-carbon atoms with a resolution as good as 7 eV FWHM at 6 keV. Also at a kaon beamline, we confirmed that the TES spectrometer will be able to achieve our resolution goal, 6 eV, in our first scientific campaign to measure X-rays from kaonic-helium atoms.

論文

Beam position measurement during multi-turn painting injection at the J-PARC RCS

林 直樹; Saha, P. K.; 吉本 政弘; 三浦 昭彦

Proceedings of 8th International Particle Accelerator Conference (IPAC '17) (Internet), p.277 - 280, 2017/06

多重ペインティング入射は、大強度陽子加速器で重要な要素となっている。J-PARC RCSでは、垂直方向ペイント用電磁石は入射ビーム輸送系に、リング内には水平ペイント用電磁石を入射点前後に設置し、横方向ペイントを実現している。ペイントパターンの設定は、パルス電磁石の電流波形パターンで決定している。しかし、その評価には、ビーム軌道の時間変化を直接測定するのが望ましい。リニアックからのビームは、リングRFにマッチさせるため櫛状にチョップされている。このような形状で、パルス毎の位置決定は難しいと思われていたが、今回、1マイクロ秒毎の時間平均での測定が可能であることを示した。リングに入射されたビームについては、リニアックの高周波成分が、入射後数周でデバンチして消えるので、入射時間の最初は、ビーム位置を決めることができた。但し、途中からは再バンチ化による測定への影響が確認され、この問題について取り組む必要があることが分かった。

論文

希ガス計数を利用したプルーム通過時間帯決定によるモニタリングポスト測定値を用いた空気中$$^{131}$$I濃度推定手法の改良

山田 純也; 橋本 周; 瀬谷 夏美; 羽場 梨沙; 武藤 保信; 清水 武彦; 高崎 浩司; 横山 須美*; 下 道國*

保健物理, 52(1), p.5 - 12, 2017/03

本研究では、現在開発が進められているモニタリングポスト測定値を用いた迅速性のある空気中$$^{131}$$I濃度推定手法を改良することを目的としている。本推定手法はモニタリングポストのNaI(Tl)検出器で測定した空気由来の$$^{131}$$I計数率に、濃度換算係数を乗ずることで空気中$$^{131}$$I濃度を推定するものである。先行研究では、空気由来の$$^{131}$$I計数率を弁別するために必要となるプルーム通過時間帯の決定方法の不確定性により、推定精度が低下することが指摘されていた。本研究では、沈着のない$$^{133}$$Xe計数率の時間変化からプルーム通過時間帯を決定する方法を考案し、開発中の空気中$$^{131}$$I濃度推定手法に適用した。その結果、空気中$$^{131}$$I濃度の推定値は実測値に対しファクタ3以内になることを示した。

報告書

「もんじゅ」の原子炉格納容器全体漏えい率試験に対する代替露点検出器の実証試験

市川 正一; 千葉 悠介; 大野 史靖; 羽鳥 雅一; 小林 孝典; 上倉 亮一; 走利 信男*; 犬塚 泰輔*; 北野 寛*; 阿部 恒*

JAEA-Research 2016-021, 32 Pages, 2017/02

JAEA-Research-2016-021.pdf:5.0MB

日本原子力研究開発機構は、高速増殖原型炉もんじゅのプラント工程への影響を低減するため、現在、原子炉格納容器全体漏えい率試験で用いている塩化リチウム式露点検出器の代替品として、静電容量式露点検出器の検証試験を実施した。原子炉格納容器全体漏えい率試験(試験条件: 窒素雰囲気、24時間)における静電容量式露点検出器の測定結果は、既存の塩化リチウム式検出器と比較して有意な差は無かった。また、長期検証試験(試験条件: 空気雰囲気、2年間)においては、静電容量式露点検出器は、高精度鏡面式露点検出器との比較の結果、「電気技術規程(原子力編)」の「原子炉格納容器の漏えい率試験規程」に基づく使用前検査時に要求される機器精度(精度: $$pm$$2.04$$^{circ}$$C)を長期間にわたり有することを確認した。

論文

代替$$^{3}$$He技術のフィールド試験及び評価; HLNB検出器の開発

谷川 聖史; 向 泰宣; 中村 仁宣; 栗田 勉; Henzlova, D.*; Menlove, H. O.*

第37回核物質管理学会日本支部年次大会論文集(CD-ROM), 9 Pages, 2017/02

ロスアラモス国立研究所は、$$^{3}$$Heガスの世界的な供給不足の課題を受け、その代替中性子検出器として平行平板状のホウ素(B-10)を用いた中性子検出器の開発を進めてきた。この検出器を用いた測定装置であるHLNB(高レベル中性子同時計数カウンター(ボロン))を使用し、実フィールドでの測定試験をプルトニウム転換技術開発施設にて実施した。保障措置分野で代表的なPuの定量測定装置であるHLNCC-II(高レベル中性子同時計数カウンター)の代替装置としてプルトニウムの定量測定ができることを示すため、実際のMOX粉末を用いた測定試験及びHLNCC-IIとの比較測定を実施した。測定試験では検出器の基本性能評価の他、測定の不確かさ評価等を実施した。その結果、保障措置用機器としての適用可能性を確認することができた。

論文

The Belle II SVD data readout system

Thalmeier, R.*; 谷田 聖; 他97名*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 845, p.633 - 638, 2017/02

 被引用回数:5 パーセンタイル:31.96(Instruments & Instrumentation)

The Belle II Experiment at the High Energy Accelerator Research Organization (KEK) in Tsukuba, Japan, will explore the asymmetry between matter and antimatter and search for new physics beyond the standard model. 172 double-sided silicon strip detectors are arranged cylindrically in four layers around the collision point to be part of a system which measures the tracks of the collision products of electrons and positrons. A total of 1748 radiation-hard APV25 chips read out 128 silicon strips each and send the analog signals by time-division multiplexing out of the radiation zone to 48 Flash Analog Digital Converter Modules (FADC). Each of them applies processing to the data; for example, it uses a digital finite impulse response filter to compensate line signal distortions, and it extracts the peak timing and amplitude from a set of several data points for each hit, using a neural network. We present an overview of the SVD data readout system, along with front-end electronics, cabling, power supplies and data processing.

論文

The Belle II silicon vertex detector assembly and mechanics

Adamczyk, K.*; 谷田 聖; Belle-II SVD Collaboration*; 他97名*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 845, p.38 - 42, 2017/02

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

The Belle II experiment at the asymmetric SuperKEKB collider in Japan will operate at an instantaneous luminosity approximately 50 times greater than its predecessor (Belle). The central feature of the experiment is a vertex detector comprising two layers of pixelated silicon detectors (PXD) and four layers of double-sided silicon microstrip detectors (SVD). One of the key measurements for Belle II is CP violation asymmetry in the decays of beauty and charm hadrons, which hinges on a precise charged-track vertex determination and low-momentum track measurement. Towards this goal, a proper assembly of the SVD components with precise alignment ought to be performed and the geometrical tolerances should be checked to fall within the design limits. We present an overview of the assembly procedure that is being followed, which includes the precision gluing of the SVD module components, wire-bonding of the various electrical components, and precision 3D coordinate measurements of the final SVD modules.

論文

Field test of a full scale $$^{3}$$He-alternative HLNC-type counter; High Level Neutron counter-Boron (HLNB)

Henzlova, D.*; Menlove, H. O.*; 谷川 聖史; 向 泰宣; 中村 仁宣

EUR-28795-EN (Internet), p.313 - 323, 2017/00

ロスアラモス国立研究所(LANL)は、$$^{3}$$Heガス供給の枯渇問題に対応するため、新たに開発したホウ素(B-10)を用いた平板状の比例計数管を使用した$$^{3}$$Heフリーの中性子検出器(HLNB:高レベル中性子同時計数装置(B-10))を設計、試作した。これは、代表的な$$^{3}$$He型の中性子検出器の代替品として製作したものである。本論文では、実際のフィールドにおける保障措置機器としての適用性を確認するため、プルトニウム転換技術開発施設(PCDF)において、少量のMOX試料粉末を使用したHLNBの性能評価試験を実施した。その結果、HLNBは300秒の測定時間で2.1%の良好の測定精度を得ることができ、保障措置に適用する中性子同時計数装置としての国際性能指標を満足することできることが分かった。

論文

Measurement of radioactive contamination on work clothing of workers engaged in decontamination operations

辻村 憲雄; 吉田 忠義; 星 勝也

JPS Conference Proceedings (Internet), 11, p.070003_1 - 070003_7, 2016/11

To rationally judge the necessity of the contamination screening measurements required in the decontamination work regulations, a field study of the surface contamination density on the clothing of the workers engaged in decontamination operations was performed. The clothing and footwear of 20 workers was analyzed by high-purity germanium (HPGe) $$gamma$$-ray spectroscopy. The maximum radiocesium activities ($$^{134}$$Cs + $$^{137}$$Cs) observed were 3600, 1300, and 2100 Bq for the work clothing, gloves, and boots, respectively, and the derived surface contamination densities were below the regulatory limit of 40 Bq/cm$$^{2}$$. The results of this field study suggest that the upper bounds of the surface contamination density on the work clothing, gloves, and boots are predictable from the maximum soil loading density on the surface of clothing and footwear and the radioactivity concentration in soil at the site.

論文

$$^3$$He代替非破壊分析装置の開発; 迫り来る$$^3$$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, 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$$^3$$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$$^3$$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$$^3$$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$$^3$$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$$^3$$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/$$^{10}$$B$$_2$$O$$_3$$セラミックシンチレータをベースに$$^3$$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$$^3$$He問題の顛末を報告する。

論文

Charge-collection efficiency of single-crystal CVD diamond detector for low-energy charged particles with energies ranging from 100 keV to 2 MeV

佐藤 優樹; 村上 浩之*; 嶋岡 毅紘*; 坪田 雅功*; 金子 純一*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 834, p.218 - 222, 2016/10

 被引用回数:1 パーセンタイル:83.2(Instruments & Instrumentation)

The performance of a diamond detector created from a single-crystal diamond grown by chemical vapor deposition was studied for application in detecting charged particles having energies ranging from 100 keV to 2 MeV. Energy peaks of these low-energy ions were clearly observed. However, we observed that the pulse height for individual incident ions decreases with increasing atomic number of the ions. We estimated the charge collection efficiency of the generated charge carriers by the incident charged particles. While charge collection efficiency above 95% is achieved for helium (He$$^+$$) at energies above 1.5 MeV, over the same incident energy range, the efficiencies are lower for heavy-ions: $$sim$$70% for silicon (Si$$^+$$) and $$sim$$30% for gold (Au$$^{3+}$$). We also found that the charge collection efficiency decreases as the generated charge density inside the diamond crystal increases.

論文

Fano factor evaluation of diamond detectors for alpha particles

嶋岡 毅紘*; 金子 純一*; 佐藤 優樹; 坪田 雅功*; 新名 宏明*; 茶谷原 昭義*; 渡辺 幸志*; 梅沢 仁*; 杢野 由明*

Physica Status Solidi (A), 213(10), p.2629 - 2633, 2016/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:83.48(Materials Science, Multidisciplinary)

This report is the first describing experimental evaluation of Fano factor for diamond detectors. High-quality self-standing chemical vapor deposited diamond samples were produced using lift-off method. Alpha-particle induced charge measurements were taken for three samples. A 13.1 eV $$pm$$ 0.07 eV of the average electron-hole pair creation energy and excellent energy resolution of approximately 0.3$$%$$ were found for 5.486 MeV alpha particles from an $$^{241}$$Am radioactive source. The best Fano factor for 5.486 MeV alpha particles calculated from experimentally obtained epsilon values and the detector intrinsic energy resolution was 0.382 $$pm$$ 0.007.

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