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論文

大強度陽子加速器のための標的上のプロファイルモニタの開発

明午 伸一郎; 武井 早憲; 松田 洋樹; 百合 庸介*; 湯山 貴裕*

Proceedings of 16th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.515 - 519, 2019/07

J-PARCセンターで進めている核変換実験施設では、標的に入射する大強度陽子ビームの形状を測定するために、発光型のプロファイルモニタの開発を行っている。このため、量子科学技術研究開発機構の高崎量子応用研究所のTIARA施設において、アルミナ発光型のプロファイルモニタの試験をArビーム(エネルギ150MeV)を用いて行った。アルミナ発光体は、加速器施設における実際の使用状況を考慮し、溶射によりアルミからなる母材に塗布し、密着性を有していることを試験により確認した。耐放射線性型のファイバイメージスコープを用いてビーム形状を測定したところ、明瞭な形状が得られることが確認された。さらに、発光体のビームに起因する発光強度の劣化をスペクトロメータを用いて測定した。その結果、700nmより長波長領域では2.5時間程度の照射時間で20%程度の発光強度の劣化が観測された。一方、700nmより短波長領域では著しい劣化が無いことが確認されたため、測定に用いる波長領域の選択により劣化の影響を緩和できることがわかった。

論文

大強度陽子加速器のための標的上のプロファイルモニタの開発

明午 伸一郎; 武井 早憲; 松田 洋樹; 百合 庸介*; 湯山 貴裕*

Proceedings of 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1035 - 1039, 2018/08

大強度陽子加速器を用いた加速器駆動型核変換システム(ADS)が原子力機構(JAEA)及び中国等で提案され、ADSにおいて標的に適切なビームが入射されていることを確認するプロファイルモニタの開発が重要となる。J-PARCの核破砕中性子源では炭化ケイ素(SiC)のマルチワイヤからなるプロファイルモニタを用いており、これまでの0.5MW運転では問題ないものの、今後の定常的な大強度運転ではワイヤの損傷劣化が進むことが予想されるため、ワイヤの損傷評価を定量的に行う事が重要となる。このため、量子科学技術研究開発機構(QST)のTIARAにおいて運動エネルギ105MeVのアルゴンビームを用い、プロファイルモニタのビーム試験を実施した。この結果、1MWの強度の半年間のビーム運転に対し、SiCワイヤによる測定信号は劣化を生じないことがわかった。マルチワイヤによる測定ではビームの二次元のプロファイルを得ることができないため、蛍光現象を用いたプロファイルモニタの開発を行った。一般的な蛍光体を用いる場合にはビームに起因する蛍光劣化が著しいものの、酸化クロムの含有量を抑えたアルミナを蛍光体として用い、更に短波長領域の光の観測により、蛍光劣化を大幅に改善できることが判明した。

論文

Neutron storage characteristics of CaBPO$$_{5}$$:Ce$$^{3+}$$ based phosphors

坂佐井 馨; 片桐 政樹; 松林 政仁; 中村 龍也; 近藤 泰洋*

IEEE Transactions on Nuclear Science, 51(4), p.1712 - 1716, 2004/08

 被引用回数:8 パーセンタイル:47.53(Engineering, Electrical & Electronic)

CaBPO$$_{5}$$:Ce$$^{3+}$$系蛍光体の輝尽性蛍光体としての中性子ストレージ特性を調べた。CaBPO$$_{5}$$:Ce$$^{3+}$$は中性子照射によってわずかに輝尽性蛍光を示した。一方、CaF$$_{2}$$をCaBPO$$_{5}$$:Ce$$^{3+}$$に添加すると、輝尽性蛍光が飛躍的に増大することを見いだした。これは、CaF$$_{2}$$添加によって電子トラップセンターの数が増大したためと考えられる。CaBPO$$_{5}$$:Ce$$^{3+}$$とCaF$$_{2}$$をモル比で1:1に製作した蛍光体の場合、輝尽性蛍光量の増大量は20倍以上であった。また、本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乗に比例していることも確認された。さらに、本蛍光体は中性子照射量にも比例しており、中性子イメージング用輝尽性蛍光体として極めて有望である。

論文

Scintillation materials for neutron imaging detectors

片桐 政樹; 坂佐井 馨; 松林 政仁; 中村 龍也; 近藤 泰洋*; 中條 善樹*; 南戸 秀仁*; 小島 孝弘*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.274 - 279, 2004/08

 被引用回数:24 パーセンタイル:15.86(Instruments & Instrumentation)

フォントカウンティング法を用いた中性子イメージ検出器に用いるシンチレータ素材の開発を進めている。目的は、大強度パルス中性子源を用いた中性子散乱実験に使用する検出器用の最適なシンチレータを開発するためである。検出効率,計数率,n/$$gamma$$比などの特性がよくバランスしたシンチレータの開発を目標としている。ZnS蛍光体及びそのファミリィ,短寿命蛍光体,$$^{10}$$Bを含んだ蛍光体,ガラスシンチレータなど9種類のシンチレータの研究を行った。特に、検出効率を中心に検出特性を調べた。その結果、ZnS蛍光体/中性子コンバータ検出シートについて市販のものに比較し全体的に波高が高くなり検出効率も上がることを確認できた。また、ZnO:Zn蛍光体などこれまで利用されなかった蛍光体も中性子検出器用として十分使用できることなどを確認した。

論文

Neutron scintillators with high detection efficiency

小島 孝弘*; 片桐 政樹; 筒井 紀彰*; 今井 幸治*; 松林 政仁; 坂佐井 馨

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.325 - 328, 2004/08

 被引用回数:29 パーセンタイル:12.06(Instruments & Instrumentation)

中性子イメージ検出器の高検出効率化を目指して蛍光体/中性子コンバータシンチレータの開発を進めた。その結果、市販のシンチレータに比較して$$^{6}$$Liの含有量が2倍のZnS:Ag/$$^{6}$$LiFの検出効率が43.5%であることがわかった。この検出効率は市販の同種シンチレータに比較して約1.6倍の検出効率である。また、中性子コンバータとして$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$を用いたZnS:Ag/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$シートシンチレータ及びZnS:Ag/$$^{10}$$B$$_{2}$$O$$_{3}$$ガラスシンチレータを開発し、約30%の検出効率を示すことを確認した。本ZnS:Ag/$$^{10}$$B$$_{2}$$シンチレータは熱中性子以上の中性子エネルギーの領域で高検出効率が得られる。

論文

Evaluation of ZnS-family phosphors for neutron detectors using photon counting method

久保田 直義*; 片桐 政樹; 上条 恵一*; 南戸 秀仁*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 529(1-3), p.321 - 324, 2004/08

 被引用回数:18 パーセンタイル:22.91(Instruments & Instrumentation)

ZnS:Agは他の蛍光体に対して発光量が非常に多いことなどから、中性子シンチレータ用蛍光体としてよく使われているが蛍光寿命の中に長い成分を含むため高計数率に対応できない。このため、高計数率に対応した中性子検出器を開発するため、蛍光寿命が短いZnS系蛍光体の研究を進めた。ZnO:Zn, ZnO:Ga, ZnSSe:Agなどを製作し、シンチレータ用蛍光体としての特性の評価を行った。この結果、放電プラズマ焼結装置を用いて作製したZnO:Znが早い寿命を示すこと、また、市販のP15と呼ばれているZnO:Znの場合、波長が長くなるが$$^{6}$$LiFと組合せて中性子用シンチレータとした場合、検出効率は下がるものの蛍光寿命が短くなり、高計数率に対応できるようになることなどがわかった。

論文

High-counting-rate and high-position-resolution neutron imaging detectors using short-lifetime phosphors with crossed-fiber readout

片桐 政樹; 坂佐井 馨; 松林 政仁; 高橋 浩之*; 中澤 正治*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 513(1-2), p.374 - 378, 2003/11

 被引用回数:3 パーセンタイル:70.91(Instruments & Instrumentation)

短半減期蛍光体とクロスファイバー読み出し法を用いた高計数率・高位置分解能中性子イメージング検出器を開発した。蛍光体としてはY$$_{2}$$SiO$$_{5}$$、有機蛍光体などを用い中性子コンバータとしては7Li$$_{10}$$B$$_{4}$$O$$_{7}$$を用いる。冷中性子ラジオグラフィ施設を用いた中性子照射実験の結果、位置分解能0.6mmを維持したまま3Mcpsの高計数率中性子イメージングが可能であることを確認した。

論文

中性子イメージング用新輝尽性蛍光体

坂佐井 馨; 片桐 政樹; 松林 政仁; 中村 龍也; 近藤 泰洋*

放射線, 29(4), p.189 - 197, 2003/10

中性子イメージング用新輝尽性蛍光体として、ホウ素を母体に含んだ軽元素からなるSrBPO$$_{5}$$:Eu$$^{2+}$$及びSrBPO$$_{5}$$:Ce$$^{3+}$$蛍光体について報告した。両蛍光体は中性子照射により、それぞれ約390nm及び340nmにピークを持つ輝尽性蛍光を発することを確認した。また、輝尽性蛍光出力は中性子エネルギーの-0.5乗に比例し、それが中性子とホウ素の核反応によるものであることもわかった。また、実際に実現可能な光子収集効率として20%を仮定すると、量子検出効率は40%程度となり、IPのそれより上回る可能性もある。市販の中性子IPに比べると中性子感度は低いものの、$$gamma$$線感度と中性子感度の比はこれらの蛍光体の方が1桁優れており、したがって、これらは$$gamma$$線が混在する場で使用可能な新しい中性子IPの材料となる可能性を秘めた蛍光体であると言える。

論文

A SrBPO$$_{5}$$:Eu$$^{2+}$$ phosphor for neutron imaging

坂佐井 馨; 片桐 政樹; 藤 健太郎; 中村 龍也; 高橋 浩之*; 中澤 正治*

JAERI-Conf 2001-002, p.639 - 644, 2001/03

パルス中性子イメージング用蛍光体としてSrBPO$$_{5}$$:Eu$$^{2+}$$についてその諸特性を調べた。SBPは、X線照射ののち、632nmのレーザーを照射することによっていわゆる輝尽性蛍光を発することを確認した。また発光のスペクトル特性はEu$$^{2+}$$に起因する390nmにピークを持つものであり、通常のイメージングプレートと同様であった。また、SBPは通常のBaFBr:Eu$$^{2+}$$と比べて密度が低いため、$$gamma$$線が混在した中性子場においても使用可能であった。また、SBPはその母体中に中性子有感物質であるほう素を含んでいるので、通常の蛍光体のように中性子有感物質を添加することなく、中性子測定が可能である。予備実験の結果、SBPは中性子に対しても輝尽性蛍光特性を有することがわかった。

論文

イメージングプレートの輝尽発光特性に関する理論解析

岸本 牧; 中村 龍也; 藤 健太郎; 坂佐井 馨; 片桐 政樹; 高橋 浩之*; 中澤 正治*

日本原子力学会誌, 43(2), p.168 - 181, 2001/02

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

イメージングプレート(IP)の輝尽性発光現象に関する理論モデルを構築するために、$$alpha$$線を使ってIPの輝尽発光特性を実験的に調べた。その結果輝尽性強度は$$alpha$$線照射線量に比例しておらず、それが$$alpha$$線によって生じたIP中のF中心電子やEu$$^{2+}$$による捕獲正孔の一部が、後から生じた電子や正孔と再結合損失を起こすためであるらしいことを示した。次に励起レーザー照射に伴う輝尽蛍光体内での正孔数、伝導帯電指数、F中心電子数の時間変化に関する理論モデル式を構築した。最後にフェーディング特性に関する詳細な実験を行い、フェーディング現象が$$alpha$$線照射による大量の不安定F(Br$$^{-}$$)中心生成とその数の揺らぎによって生じるらしいことがわかった。

報告書

個人モニタリング期間の選択基準に関する検討

辻村 憲雄; 篠原 邦彦; 百瀬 琢麿

PNC-TN8410 98-083, 20 Pages, 1998/05

PNC-TN8410-98-083.pdf:0.74MB

東海事業所では、放射線業務従事者のモニタリング期間は原則的に3カ月間であるが、プルトニウム燃料取扱施設等で作業を行う者については短期間に比較的高い被ばくを受ける可能性があるため1カ月毎に個人線量計を交換し、被ばく管理を行っている。しかし、モニタリング期間を3カ月間から1カ月間に変更する際の具体的な条件はこれまで設定されていない。本研究では、平成7年度の1カ月管理者の被ばく実績値を基に、モニタリング期間を1カ月から3カ月に変更した場合の被ばく線量当量分布を試算し、有意値として記録される割合の変化を調べた。その結果、3ヶ月間の合計線量が0.3mSvに満たない程度の線量レベルであれば、1カ月管理にする必然性は小さいことが分かった。

論文

光ファイバーを利用した放射線検出法

角田 恒巳

放射線, 24(1), p.41 - 48, 1998/00

種々の技術分野において計測媒体として広く利用されている光ファイバーの放射線計測への利用について述べた。光ファイバーの利用にネックとなっていた耐放射線性の問題も改善され、医療分野から原子炉ドシメトリーにいたる広範な放射線計測への利用研究が進展している。本稿では、まず、光ファイバーの利用に不可欠な耐放射線性の改善について述べ、次いでプラスティックファイバーや石英ファイバーを利用した種々の放射線計測法について、その形態や方法、提案などの実例をあげた。今後、放射線と共に、温度、圧力など他の物理量を同時に測定できるマルチパラメータ計装へと展開が期待される。

論文

高空間分解JFT-2M用TVトムソン散乱装置の開発

山内 俊彦; 椎名 富雄; 小沢 皓雄; 石毛 洋一*

プラズマ・核融合学会誌, 72(7), p.692 - 705, 1996/00

JFT-2Mプラズマの電子温度・密度計測用に高出力レーザーを使った高空間分解TVトムソン散乱装置を開発した。それをここ3年間稼動してきた。このシステムは6つのサブシステムからなる。つまり、真空部品サブシステム、光学系サブシステム、検出器サブシステム、制御及びデータ収集サブシステム,ソフトウェアサブシステム、及びレーザー装置サブシステムから成る。ここでは以上のサブシステムの特徴について系統的に説明した。本システムを使って測定したBt増力後の電子温度分布(Btの変化に対する)、同一条件で測定した電子温度・密度分布のばらつきの少ない測定結果について示した。

報告書

改良型ホウ酸リチウムTLDの特性試験; 「TLDバッジ用素子の改良に関する研究」の補遺

辻村 憲雄; 百瀬 琢麿; 野村 保

PNC-TN8410 94-401, 16 Pages, 1994/11

PNC-TN8410-94-401.pdf:0.61MB

動力炉・核燃料開発事業団東海事業所では、平成5年度にTLDバッジに用いるTLD蛍光体とその測定システムの改良に関する研究を行い、従来のTLD素子よりも約5倍感度の高いTLD素子を新たに開発した。本報告書は、それに先駆けて実施した試験の結果であり、高感度型ホウ酸リチウム及び酸化ガドリニウム添加型ホウ酸リチウムを蛍光体に用いたTLD素子を試作し、その$$gamma$$線感度と中性子線感度を調べた結果をとりまとめた。

論文

イメージング・プレート・システムで何ができるのか; ラジオルミノグラフィー事始

柴部 禎巳

Pure Chemicals Daiichi, 22(3), p.74 - 76, 1991/12

イメージング・プレートは、BaFBr:Eu$$^{2+}$$を輝尽性蛍光体とする放射線計測用のあたらしい二次元センサである。これは、従来のX線フィルムにかわりうるもので、現像・定着処理を必要とせず、レーザ・ビームでスキャンすることにより、直接デジタルの形で画像データを入手できるものである。このイメージング・プレート・システムは、X線フィルム法とくらべて、高感度であること、計測が短時間でできること、画像の定量解析ができる、などの特徴をもつ。そのため、分子生物学、生物物理学、薬物動態学などさまざまな分野で有効に利用されている。ここでは、このシステムの各分野での利用状況を紹介し、あわせて利用上の問題点の指摘をおこなった。

報告書

個人被曝線量評価における深部線量当量指標の適用

宮部 賢次郎*; 中田 啓; 石黒 秀治*; 野村 幸広*

PNC-TN843 82-06, 42 Pages, 1982/05

PNC-TN843-82-06.pdf:1.14MB

ICRP26では、決定臓器に注目し,線量当量限定を定めていた従来の管理評価方法に代って,照射をうけた全ての組織のリスクを考慮した実効線量当量という概念を採用している。また,とくに体外被曝に関しては深部線量当量指標を評価することにより,実効線量当量で評価した場合と同等の防護レベルが達成できるとしている。東海事業所においては,個人被曝管理用線量計として昭和57年4月よりLi2B4O7(Cu)蛍光体を用いた新しい自動読取型のTLDバッジの使用を開始した。ガンマ(X)線の評価については,CaSO4(Tm)蛍光体を用いていた従来のTLDバッジでは身体に装着された位置での照射線量を測定し,作業者の被曝線量値としていたが,新しいTLDバッジでは1,000mg/cm2厚フィルター下での吸収線量をLi2B4O7(Cu)蛍光体で測定し,深部線量当量指標として評価している。本書では,いろいろの文献により個人被曝線量評価における深部線量当量指標の適用について調べた結果をまとめるとともに,東海事業所で使用している新しいTLDバッジにおける深部線量当量指標の測定原理および方法について述べる。

論文

球減速材付$$^{6}$$LiF・ZnS(Ag)中性子シンチレーションカウンタ

成田 正邦*; 小沢 保知*; 大友 詔雄*; 沢村 貞史*; 東條 隆夫; 三角 智久*

北海道大学研究報告, 86, p.9 - 20, 1978/00

東條らによって開発されたLiF-ZnS(Ag)-polyetglene系中性子用シンチレータと球形パラフィン減速材を用いて中性子線量計が試作された。この特性はTime-fliglt法、$$^{2}$$$$^{5}$$$$^{2}$$Cf,$$^{2}$$$$^{4}$$$$^{1}$$Am-Be,D-DおよびD-T中性子を用いて測定された。裸のシンチレータの熱中性子に対する感度としては、0.954$$pm$$0.038〔cps/n.S$$^{-}$$$$^{1}$$.cm$$^{-}$$$$^{2}$$〕が得られ、エネルギ依存性としてはほぼ1/v特性を示した。6.1cm$$phi$$の減速材を用いたときは、0.5ev~1keVまでほぼ一定の計数感度が得られ、理想的な平坦カウンタの特性を示した。この結果、本シンチレーションカウンタは、i)中速から高速領域にかけての線量計およびフルエンス率測定器として有効、ii)小型サーベイメータとして空間分解能が高い、iii)入射中性子に対する方向依存性が少い、iv)中性子・$$gamma$$線混合場での中性子測定が容易である、などの特徴をもつ有用な中性子線量計となることが実証された。

口頭

広領域中性子測定のためのSrBPO$$_{5}$$:Eu$$^{2+}$$輝尽性蛍光体の特性

坂佐井 馨; 藤 健太郎; 中村 龍也; 落合 謙太郎; 今野 力

no journal, , 

SrBPO$$_{5}$$:Eu$$^{2+}$$輝尽性蛍光体を広領域中性子測定に応用するため、14MeV中性子照射を行った。照射したサンプルはSrBPO$$_{5}$$:Eu$$^{2+}$$輝尽性蛍光体にLi$$_{2}$$B$$_{4}$$O$$_{7}$$及びポリエチレンを混合したものである。Li$$_{2}$$B$$_{4}$$O$$_{7}$$とポリエチレンはそれぞれ熱中性子及び高速中性子の感度を増大させるためである。ポリエチレン量を最適化するため、SrBPO$$_{5}$$:Eu$$^{2+}$$輝尽性蛍光体とLi$$_{2}$$B$$_{4}$$O$$_{7}$$のモル比を一定にし、ポリエチレン量を変化させたサンプルを製作し、これを照射した結果、14MeV高速中性子に最適な混合比はポリエチレンを含まない場合であることがわかった。

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