Radioactivity estimation of multiple radiation sources using a Compton camera to investigate radioactively contaminated objects

佐藤 優樹

Applied Radiation and Isotopes, 203, p.111083_1 - 111083_9, 2024/01

https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2023.111083

At the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS), radioactive substances released during the accident were deposited on various equipment and building structures. During the decommissioning work, an investigation of the deposition of radioactive substances inside the contaminated equipment and structures can provide information on the cause and progression of the accident. This study introduces a quantitative evaluation method of radioactivity using a Compton camera, a type of gamma-ray imager, to investigate the deposition and contamination level of radioactive substances on contaminated objects at the FDNPS. Multiple Cs radiation sources with varying radioactivity were placed horizontally in one dimension within the field of view of the Compton camera, and a proof-of-principle study was conducted to evaluate the radioactivity of each source quantitatively.

ガンマ線画像スペクトル分光法による高放射線場環境の画像化による定量的放射能分布解析法(委託研究); 令和2年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業

廃炉環境国際共同研究センター; 京都大学*

JAEA-Review 2022-027, 85 Pages, 2022/11

JAEA-Review-2022-027.pdf:5.72MB

日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉環境国際共同研究センター(CLADS)では、令和2年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス株式会社福島第一原子力発電所(1F)の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、研究課題のうち、平成30年度に採択された「ガンマ線画像スペクトル分光法による高放射線場環境の画像化による定量的放射能分布解析法」の平成30年度から令和3年度の研究成果について取りまとめたものである(令和3年度まで契約延長)。本課題は令和3年度が最終年度となるため4年度分の成果を取りまとめた。本研究では、ガンマ線イメージング装置であるETCCを1F廃炉事業での使用可能な可搬型装置でかつ高線量環境下で動作可能なように改良し、廃炉の現場に導入できるようにした。ETCCは世界初の光学カメラと同じ全単射撮像が可能なガンマ線カメラである。そのためETCCは一般的な定量的画像解析法を放射線にも適用可能とすることが可能で、1Fの廃炉に係る解決すべき6つの重点課題に革新的進展をもたらす。例えば廃炉工事で発生する汚染の飛散を3次元ガンマ線イメージングによりオンラインで検知、さらに拡散の動的な検知から精度の高い拡散予想を可能にする。それを実証するため令和元年に、1F敷地内1㎞四方を一度に画像モニタリングし、同時に100か所以上のスペクトル観測を実現し、今まで不明だったスカイシャインガンマ線スペクトル及び分布の計測に成功した。さらに京都大学複合原子力科学研究所原子炉建屋内の3次元線量計測を実施、微量なAr41の大気拡散を3次元の動画撮像に成功。廃炉を超え一般の原子炉での高精度な放射線3次元画像モニタリング及び放射能拡散予想システムが実現できることを示す画期的な成果が得られた。

A Concept of mirror world for radioactive working environment by interactive fusion of radiation measurement in real space and radiation visualization in virtual space

佐藤 優樹

Physics Open (Internet), 7, p.100070_1 - 100070_8, 2021/05

https://doi.org/10.1016/j.physo.2021.100070

To understand radiation information, such as dose rate and the position of radioactive substances in a radioactive working environment in detail, the author proposes the construction of a mirror world of the environment. In the proposed mirror world, the work environment is reproduced in a virtual space, and the radiation information measured in a real space is projected onto the virtual space. Note that in addition to displaying the radiation information in the virtual space, the visualization result of the radiation information in the virtual space is used for decision-making in the real space. It is seen that the radiation measurement in the real space and visualization of measurement results in the virtual space always interact. In this report, the author introduces an example of building the mirror world based on radiation measurements performed in a laboratory using Cs as a radiation source. In the laboratory, the dose rate was measured by using a survey meter together with a device for the simultaneous localization and mapping based on three-dimensional (3D) light detection and ranging. The measured dose rate was mapped onto the work environment in the virtual space. Technologies developed by the author, for example, the 3D visualization of the radiation source based on an integration of the Compton camera and structure-from-motion technology and the virtual-reality experience technology of the work environment that displays the source image were also used. The technology to project the radiation-source image into the real space using augmented-reality is also introduced in this report.

ガンマ線画像スペクトル分光法による高放射線場環境の画像化による定量的放射能分布解析法(委託研究); 平成30年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業

廃炉国際共同研究センター; 京都大学*

JAEA-Review 2019-036, 65 Pages, 2020/03

JAEA-Review-2019-036.pdf:4.46MB

日本原子力研究開発機構(JAEA)廃炉国際共同研究センター(CLADS)では、平成30年度英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(以下、「本事業」という)を実施している。本事業は、東京電力ホールディングス福島第一原子力発電所の廃炉等をはじめとした原子力分野の課題解決に貢献するため、国内外の英知を結集し、様々な分野の知見や経験を、従前の機関や分野の壁を越えて緊密に融合・連携させた基礎的・基盤的研究及び人材育成を推進することを目的としている。平成30年度の新規採択課題から実施主体を文部科学省からJAEAに移行することで、JAEAとアカデミアとの連携を強化し、廃炉に資する中長期的な研究開発・人材育成をより安定的かつ継続的に実施する体制を構築した。本研究は、研究課題のうち、平成30年度「ガンマ線画像スペクトル分光法による高放射線場環境の画像化による定量的放射能分布解析法」について取りまとめたものである。電子飛跡検出型コンプトンカメラ(ETCC)は、前段にガス増幅型位置検出器を用いて電子の3次元飛跡を測定することにより、従来型のコンプトンカメラの分解能を大幅に向上する技術として、これまで宇宙観測用として開発し医療への応用も進めて来た。本研究では、医療用に開発したETCCをもとに、現場での操作性を重視した軽ETCCを試作し、フィールド試験により実用性を評価する。

Development of simulation technology for deccomissioning of FDNPS; Multicoper simulation and Gamma camera simulation

鈴木 健太; 川端 邦明; 堀内 一憲

no journal, , 

This paper describes about design of additional simulation functions of the multicopter and gamma camera. In multicopter simulation function, it is simulated physical behavior in the air. For the gamma camera simulation, pre-calculated radiation dose data can be imported to the simulator, and present it visually.

Feasibility study for visualization of radioactive material distribution in Fukushima nuclear reactor based on OSL technology

Nanda, N.*; 宇佐美 博士; 森下 祐樹; 杉田 武志*; 鳥居 建男; 安田 仲宏*

no journal, , 

The accident in Fukushima Daiichi Nuclear Power Plants (FDNPP) on March 11, 2011 released large amounts of radionuclides into the atmosphere. There are still contaminated areas with considerable amounts of radioactive substances in Fukushima prefecture. Some of the most contaminated areas are the reactor buildings, and very large amounts of radionuclides (mainly Cs) have been detected from measurements inside the reactor buildings. Therefore, to execute decommissioning tasks in the reactor buildings, radiation distribution measurements inside the buildings are necessary. For the decommissioning and decontamination processes, it is necessary to know the radiation levels inside the reactor and other buildings. To measure and monitor gamma-ray radiation is therefore important. There have been several attempts to measure the radiation distributions inside the reactor buildings by using gamma-ray detectors with a wide Field of View, which can quantitatively visualize the Cs contamination. These active detectors can measure the radiation distribution rapidly to identify the locations of the radiation sources. However, with the large amounts of radionuclides still inside the reactor buildings, it is difficult to obtain information about local dose distributions. Gamma spectrometers or radiation area monitors are not always working. They are also easily broken, and not resilient to high dose radiation fields. In this research, an integral type gamma-ray imager based on Optically Stimulated Luminescence (OSL) technology are proposed. OSL has been used extensively for personal radiation dosimetry for many years. By combining it with a Pinhole camera principle, this passive detector is capable to visualize the position of radioactive substances. Therefore, to optimize the structural design and detection measurement system we are using the simulation code PHITS (Particle and Heavy Ion Transport code System) and then compare the calculated results with the experiments.