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報告書

$$alpha$$汚染可視化ハンドフットクロスモニタの要素技術開発(委託研究); 令和5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; 北海道大学*

JAEA-Review 2025-021, 63 Pages, 2025/10

JAEA-Review-2025-021.pdf:5.71MB

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5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、令和4年度に採択された研究課題のうち、「$$alpha$$汚染可視化ハンドフットクロスモニタの要素技術開発」の令和5年度分の研究成果について取りまとめたものである。本研究は、「$$alpha$$汚染可視化ハンドフットモニタ」及び「$$alpha$$・$$beta$$汚染可視化クロスモニタ」の装置開発を目標としている。$$alpha$$線シンチレータ材料として、令和4年度に引き続きAD法によるZnS(Ag)厚膜作製及び希土類錯体について検討した。AD法による厚膜作製においては、ZnS(Ag)単独粉末及びZnS(Ag)/アルミナ混合粉末によるAD成膜体について、シンチレーション特性評価を実施した。その結果、$$alpha$$線に対する発光量は令和4年度から向上した。また、希土類錯体をポリスチレンに分散させた膜を用いて、市販プラスチックシンチレータ(サンゴバン製、BC400)よりも最大で12.5倍大きいシンチレーション強度を得た。$$alpha$$線撮像技術の開発においては、新規シンチレータの評価を重点的に行った。AD法によるZnS膜については5分測定で、希土類錯体については1分測定で$$alpha$$線の分布を確認できた。ホスウィッチ用シンチレータの開発では、La-GPS多結晶体薄板の製造工程における、成形用金型、焼結条件、切断工程、アニール条件、研削/研磨工程を最適化し、50mm角のLa-GPS多結晶薄板をほぼルーチンに製造する工程を確立した。また、$$beta$$線検出用材料として、十分な性能を発揮できることを確認した。$$alpha$$・$$beta$$汚染可視化クロスモニタの開発では、現場での使い勝手も含めた改善点を抽出・改良型の装置に反映した。さらに、試作したクロスモニタの基本性能を評価し、$$alpha$$線エネルギーと位置分布情報を得た。ホスウィッチ検出器の評価試験では、検出器出力波形の全積分と部分積分から、$$alpha$$線と$$beta$$線を明確に弁別することに成功した。

報告書

$$alpha$$汚染可視化ハンドフットクロスモニタの要素技術開発(委託研究); 令和4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; 北海道大学*

JAEA-Review 2024-006, 54 Pages, 2024/06

JAEA-Review-2024-006.pdf:2.21MB

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4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、令和4年度に採択された研究課題のうち、「$$alpha$$汚染可視化ハンドフットクロスモニタの要素技術開発」の令和4年度分の研究成果について取りまとめたものである。本研究は、1Fの廃炉事業に携わる作業者の安心・安全を確保するべく、汚染頻度の高い足裏、両手表面を対象とした「$$alpha$$汚染可視化ハンドフットモニタ」と着衣等の汚染検査に使用する「$$alpha$$・$$beta$$汚染可視化クロスモニタ」($$alpha$$・$$beta$$汚染分布・エネルギー計測可搬型ホスウィッチ検出器)から構成される新規装置の開発を目標として、新しいシンチレータ材料及び装置の実用化の可能性について基礎的な検討を行った。$$alpha$$汚染可視化ハンドフットモニタ用の$$alpha$$線検出用材料としてAD法によるZnS(Ag)厚膜作製及び希土類錯体について検討し、両者ともに$$alpha$$線によるシンチレーションを観察した。また、市販のZnS(Ag)シンチレータとCMOSカメラ等を用いて$$alpha$$線が撮像できること、手部及び靴底の汚染を一度に可視化できる可能性があることを確認した。$$alpha$$・$$beta$$汚染可視化クロスモニタにおけるホスウィッチ用シンチレータの開発では、La-GPSの単相化を実現するとともに、窒素雰囲気中の高温でのアニールがフォトルミネッセンス強度の増大に効果的であることを見出した。エネルギー・分布計測装置の試作と基本性能評価では、これまでに得られたノウハウに基づき、取得データのハンドリング・分析プログラムの仕様を策定した。さらに、既存の測定装置と組み合わせることで次年度以降の装置製作で必要となる改良点を抽出した。

論文

CsI(Tl)/Plastic phoswich detector enhanced in low-energy $$gamma$$-ray detection

山外 功太郎; 堤 正博; 大石 哲也*; 吉澤 道夫; 吉田 真

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 550(3), p.609 - 615, 2005/09

https://doi.org/10.1016/j.nima.2005.05.054
 被引用回数：5 パーセンタイル：39.84(Instruments & Instrumentation)

大面積プラスチックシンチレーション検出器の低エネルギー領域の感度を改善するため、薄板状CsI(Tl)シンチレータとプラスチックシンチレータとを組合せたホスウィッチ検出器を開発し、その実用可能性を評価した。検出限界放射能を向上するため、立ち上がり時間解析を用いたCsI(Tl)信号成分の分離抽出を行った。検出限界放射能の評価から、大面積プラスチック検出器の前面に薄板状CsI(Tl)を貼り付けることで、その検出可能エネルギー範囲を数十keVまでに拡張可能であることが明らかになった。

論文

Simultaneous counting of radiation emitted from actinides with improved phoswich detectors by applying optical filter

臼田 重和; 安田 健一郎; 桜井 聡

Journal of Alloys and Compounds, 271-273, p.58 - 61, 1998/00

https://doi.org/10.1016/S0925-8388(98)00024-3
 被引用回数：10 パーセンタイル：56.04(Chemistry, Physical)

燃料サイクル施設におけるアクチノイドの挙動を検知するために、$$alpha$$線を含む放射線の同時計測法を研究してきた。今までに、$$alpha$$,$$beta$$,$$gamma$$線の波形弁別のためにはZnS(Ag)、NE102A及びNaI(Tl)又はBGOを組合わせたホスウィッチ検出器が優れていること、さらに$$alpha$$,$$beta$$($$gamma$$)線及び速又は熱中性子の波高・波形弁別のためにはZnS(Ag)及びアントラセン又は$$^{6}$$Liガラスの組合わせが適していることを報告した。最近、ZnS(Ag)からの出力パルスの立上り時間を光学フィルターである程度調整できることを見出した。例えば、シャープカットフィルターを用いると立上り時間をより遅く、反対にバンドパスフィルターはより速くすることができる。これらはホスウィッチを構築する場合、好都合である。本発表では、光学フィルターを適用した改良型ホスウィッチ検出器の特性について述べる。

論文

Simultaneous counting of $$alpha$$,$$beta$$ and $$gamma$$ rays with phoswich detectors

臼田 重和; 阿部 仁; 三原 明

Journal of Alloys and Compounds, 213-214, p.437 - 439, 1994/00

https://doi.org/10.1016/0925-8388(94)90954-7
 被引用回数：13 パーセンタイル：67.76(Chemistry, Physical)

薄膜のZnS(Ag)シンチレータは減衰時間が遅く、$$alpha$$線のみに感度を持つ。NE102Aやスチルベンのような有機シンチレータの減衰時間は速く、又無機シンチレータNaI(Tl)、BGOのそれは両者の中間であり、それぞれ$$beta$$及び$$gamma$$線の感度が高い。これらのシンチレータを組合せて、$$alpha$$、$$beta$$及び$$gamma$$線の同時計測のためのホスウィッチ検出器を開発した。必要に応じ、シンチレータの間にNDフィルターを挿入し、それぞれの波高がダイナミックレンジ内に納まるように調整した。開発されたホスウィッチは、いずれも優れた波形弁別特性を示し、立上り時間スペクトルのピークのテイリングも少なかった。本検出器は$$alpha$$放射体を含む放射線モニター用として有用であろう。

論文

Phoswich detectors combining doubly or triply ZnS(Ag), NE102A, BGO and/or NaI(Tl) scintillators for simultaneous counting of $$alpha$$, $$beta$$ and $$gamma$$ rays

臼田 重和; 阿部 仁; 三原 明

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 340, p.540 - 545, 1994/00

https://doi.org/10.1016/0168-9002(94)90135-X
 被引用回数：27 パーセンタイル：88.04(Instruments & Instrumentation)

$$alpha$$、$$beta$$及び$$gamma$$線を同時に計測するためのホスウィッチ検出器を開発した。即ち、$$alpha$$及び$$beta$$($$gamma$$)線計測用ZnS(Ag)/Au Mylar/NE102A、ZnS(Ag)/Au Mylar/BGO及びZnS(Ag)/NaI(Tl)並びに$$alpha$$、$$beta$$及び$$gamma$$線計測用ZnS(Ag)/Au Mylar/NE102A/BGO及びZnS(Ag)/NE102A/NaI(Tl)ホスウィッチである。これらは$$alpha$$線計測用のZnS(Ag)薄膜、ZnS(Ag)と立上り時間が異なる$$beta$$及び$$gamma$$線計測用シンチレータを2重または3重に組合せたものである。Au Mylar(金マイラー蒸着膜)は、必要に応じ、光学的NDフィルターとしてZnS(Ag)からの蛍光透過度を低下させるため使用し、それぞれのシンチレータの波高がダイナミックレンジ内に納るように調整した。開発されたホスウィッチの特性を波形弁別法で調べたところ、各放射線について優れた分解能を示すとともに、テイリングも少なかった。

口頭

Remote in-situ detection of alpha and beta emitters inside the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station Unit 3 reactor building using phoswich and Cherenkov detectors

寺阪 祐太; 佐藤 優樹; 森下 祐樹; 一場 雄太*

no journal, , 

A remote radiation detection system was developed by combining a phoswich detector for alpha/beta discrimination and a Cherenkov detector designed to selectively respond to high-energy beta particles from $$^{90}$$Sr/$$^{90}$$Y. The system was mounted on a cart connected to a mecanum-wheel robot and deployed inside the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station Unit 3 reactor building. Both alpha and beta measurements were conducted at multiple locations. The obtained data suggest the potential detection of $$^{90}$$Sr/$$^{90}$$Y under high gamma background conditions. Integration of the radiation data with 3D point cloud models acquired by LiDAR is also in progress, aiming to enable spatial visualization of alpha and beta contamination inside the reactor building.

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