Real-time inversion of radioactive source distribution using air dose rate measurements via least absolute shrinkage and selection operator method

Shi, W.*; 町田 昌彦; 岡本 孝司*; Luo, X.*; Feng, W.*; Liu, X.*

Reliability Engineering & System Safety, 272, Part1, p.112538_1 - 112538_18, 2026/08

http://doi.org/10.1016/j.ress.2026.112538

深刻な原子力事故時における緊急対応の信頼性は、放射性線源分布をリアルタイムで確実に監視できるかどうかに大きく依存する。しかし、この安全機能は、監視の死角を生じさせる物理的制約や動的な放出を追跡するには静的手法が不十分であるという問題によって大きく制約されている。本研究では、線源推定の信頼性およびロバスト性を向上させるため、時間正則化を導入したLASSO回帰に基づく動的再構成フレームワークを提案する。具体的には、スライディングウィンドウ型の時間ペナルティ機構を導入し、時間ステップ間の線源変化に対してノルム制約を課すことで、物理的連続性を確保する。また、放射線遮蔽や時間的に変動する強度によるバイアスを補正するため、寄与行列および測定ベクトルを正規化した。検証には、内部遮蔽を有する二室モデルを用い、PHITS(モンテカルロシミュレーション)を用いて実施した結果、遠隔測定データから動的線源を高精度に再構成できることが示された。時間正則化は、空間エイリアシングを抑制し、状況認識能力を向上させる。スライディングウィンドウ幅(正則化なし)の場合、ホットスポット位置は大きく変動し、平均絶対誤差の変動量は約であった。一方、では空間的一貫性が改善され、誤差変動量は程度まで低減した。比較解析の結果、精度と計算コストのバランスの観点からが最適であることが示された。本研究は、困難な条件下においても線源位置および強度を高精度で追跡可能とする、動的ハザード評価のためのより信頼性の高い手法を提示するものである。提案手法は、原子力施設における緊急時管理のレジリエンスと安全性を向上させる意思決定支援ツールとしての活用が期待される。

Measurement of uranium and fission products in a spent fuel sample using fiber-optic laser-induced breakdown spectroscopy

Batsaikhan, M.; 大場 弘則*; 狩野 貴宏; 赤岡 克昭; 若井田 育夫*; 岩田 圭弘; 坂本 寛*

Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 41(4), p.1324 - 1335, 2026/04

https://doi.org/10.1039/D5JA00451A

This study presents the development and application of a fiber optic laser-induced breakdown spectroscopy system designed for remote, in situ analysis of nuclear fuel debris at Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS). The system was deployed for the first time in a hot cell under high radiation to analyse an actual Boiling Water Reactors spent fuel sample as an exemplar of FDNPS fuel debris. The system successfully identified the main fuel components along with several long lived fission products and related markers such as Sr, Cs, Mo, Ba, and Rb. The emission intensity of the Ba, Rb, and Cs near the periphery region was slightly higher than at the center of the fuel. This indicates a higher concentration of these elements in that area.

令和6年度東京電力福島第一原子力発電所周辺における航空機モニタリング及び無人航空機による放射線モニタリングに係る技術開発(受託研究)

普天間 章; 越智 康太郎; 佐々木 美雪; 中間 茂雄; 川崎 義晴*; 岩井 毅行*; 平賀 祥吾*; 萩野谷 仁*; 松永 祐樹*; 山田 勉*; et al.

JAEA-Technology 2025-016, 253 Pages, 2026/03

JAEA-Technology-2025-016.pdf:20.16MB

2011年3月11日に発生した東北地方太平洋沖地震による津波に起因する東京電力福島第一原子力発電所事故直後から、放射線の分布を迅速かつ広範囲に測定する航空機を用いた空からの測定方法が採用されている。日本原子力研究開発機構は原子力規制庁からの受託事業として、令和6年度に東京電力福島第一原子力発電所周辺の航空機モニタリングを実施した。実施内容は、以下の通りである。過去のモニタリング結果との比較から空間線量率等の変化量を評価し、その変化要因について考察した。航空機モニタリングによる空間線量率の換算精度向上のために、地形の起伏を考慮に入れた解析を行った。地形の起伏を考慮する前後の解析結果を比較し、本手法による換算精度向上の効果を評価した。有人ヘリコプターについては、空気中のラドン子孫核種の弁別手法を測定結果に適用し、ラドン子孫核種が航空機モニタリングに与える影響を評価した。より効率的に広範囲な航空機モニタリングを展開するため、無人航空機によるモニタリングの技術開発を進めた。

令和6年度東京電力株式会社福島第一原子力発電所事故に伴う放射性物質の分布データの集約(受託研究)

福島マップ事業対応部門横断グループ

JAEA-Technology 2025-013, 206 Pages, 2026/03

JAEA-Technology-2025-013.pdf:34.64MB

東京電力株式会社福島第一原子力発電所(福島第一原発)事故による放射性物質の分布状況を平成23年6月より調査してきた。本報告書は、令和6年度の調査において得られた結果をまとめたものである。空間線量率については、走行サーベイ、平坦地上でのサーベイメータによる定点サーベイ、歩行サーベイ及び無人ヘリコプターサーベイを実施し、測定結果から空間線量率分布マップを作成するとともにその経時変化を分析した。山間部モニタリングへの無人航空機の適用可能性を確認するため、山間部における無人航空機の基礎性能試験を実施した。放射性セシウムの土壌沈着量に関しては、in-situ測定及び土壌中深度分布調査をそれぞれ実施した。さらに、これまで蓄積した測定結果を基に空間線量率及び沈着量の実効半減期を評価した。令和6年度調査での走行サーベイや歩行サーベイ等により取得した空間線量率分布データを階層ベイズ統計手法を用いて統合し、福島第一原発から80km圏内及び福島県内の空間線量率統合マップを作成した。令和6年度測定結果のWEBサイトでの公開、総合モニタリング計画に基づく放射線モニタリング及び環境試料分析を実施した。避難指示解除区域への帰還後に想定される複数の代表的な生活行動パターンを設定し、積算の被ばく線量を算出するとともに当該地方自治体・住民に向けた説明資料を作成した。令和6年度調査や原子力規制庁等で実施した環境モニタリングの測定データの一部をCSV等の形式で保存した。モニタリング地点の重要度を相対的に評価するスコアマップを作成するとともに、過去からのスコアの変化要因について考察しモニタリング地点の重点化及び最適化のための基礎評価を実施した。海水中のトリチウム濃度の評価結果を原子力規制庁へ報告する体制を構築・運用し、ALPS処理水の海洋への放出前後のトリチウム濃度の変動に着目して解析評価した。総合モニタリング計画に基づき実施された海域モニタリングの測定結果を集約するとともに、過去からの変動などに関して解析評価を行った。

令和4年度福島県近沿岸海域等における放射性物質等の状況調査

御園生 敏治; 尻引 武彦*; 卜部 嘉*; 眞田 幸尚

JAEA-Research 2025-014, 88 Pages, 2026/03

JAEA-Research-2025-014.pdf:7.52MB

東京電力ホールディングス(株)福島第一原子力発電所(1F)の事故が発生し、多量の放射性物質が1F 周辺に沈着した。日本原子力研究開発機構では、事故後、放射性物質の動態研究を継続して実施している。本報告書は、令和4 年度における、近沿岸海域等における放射性物質の状況調査を実施した成果をまとめたものである。具体的には、福島沿岸域58 地点において柱状試料を採取し、海底土への放射性セシウムの蓄積状況を示した。また、河川前面における海底土表層の放射性セシウム濃度の水平分布を計測した。放射性物質の水産物への影響の基礎情報として、魚類の分布状況を調査した。得られた結果より1F 前面海域における海底土に含まれる放射性物質の分布と動態について推定を行った。

Effects of non-decontamination human activities on the reduction of ambient dose equivalent rates in residential areas near the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant

Kim, M.; 吉村 和也; 佐久間 一幸; Malins, A.*; 阿部 智久; 中間 茂雄; 町田 昌彦; 斎藤 公明

Journal of Environmental Radioactivity, 294, p.107931_1 - 107931_8, 2026/03

https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2026.107931

福島第一原子力発電所近傍の居住地域で、除染以外の人間活動(交通など)が空間線量率に与える影響を、現地調査とシミュレーションにより定量評価した。現地調査では、Cs沈着量と交通量を収集したところ、交通量が多い地域ほどCs沈着量の減少が顕著であることが確認され、車両の移動などがセシウムのウェザリングを促進する可能性が示唆された。3D-ADRESによるモンテカルロシミュレーションでも、人間活動が舗装面の空間線量率低下を加速し、最大約50%の減少が見られた。これにより、除染以外の人為的活動が空間線量率低下に大きく寄与することが明らかになった。

A New Cherenkov counter-type survey meter for the identification of Sr/Y contamination utilizing a liquid optical fiber

寺阪 祐太; 佐藤 優樹; 一場 雄太*

Proceedings of Waste Management Symposia 2026 (WM2026) (Internet), 6 Pages, 2026/03

At the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS), accurate detection of Sr/Y is essential for radiation protection of workers and radioactive waste classification. To address this, we developed a Cherenkov counter type survey meter using a liquid light guide (LLG) as the radiation sensor. When a beta particle enters the LLG, Cherenkov photons propagate to both ends. By measuring the time difference between the two signals from the PMTs at both ends, we identified characteristic patterns distinguishing high-energy beta particles from Sr/Y against gamma-induced Compton electrons. An on-site survey at the FDNPS confirmed the feasibility of in-situ Sr/Y detection for decommissioning.

Development of a phoswich detector for alpha, beta, and gamma-ray emitting radionuclide identification for decommissioning

立石 大; 寺阪 祐太; 森下 祐樹; 佐藤 優樹

Proceedings of Waste Management Symposia 2026 (WM2026) (Internet), 10 Pages, 2026/03

https://s3.amazonaws.com/amz.xcdsystem.com/A464D2CF-E476-F46B-841E415B85C431CC_abstract_File929/PDFFinalPaper_26170_0226055620.pdf

To ensure the safe decommissioning of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station, we developed a spectrum analysis method for the phoswich detector that can identify alpha-, beta-, and gamma-ray-emitting radionuclides, even in the presence of high gamma-ray backgrounds. The detector uses ZnS(Ag) and plastic scintillators to distinguish radionuclides by energy spectrum analysis. Tests with Am, Sr, Co, Cs (), Cs () revealed distinct spectral shapes and slopes, facilitating successful radionuclide identification of Am, Sr, Cs (),and Cs (). However, we found no observable difference in the energy spectral shapes between Co and Cs gamma-ray emissions, which limited our spectral analysis method's ability to distinguish between these two radionuclides. This method improves upon previous smear-based techniques by detecting fixed contamination and differentiating between beta and gamma sources. The approach holds promise for applications in the characterization and treatment of radioactive waste.

Effectiveness of an estimation strategy for radiation source distribution using generalized Tikhonov regularization

山田 進; 町田 昌彦

Proceedings of Waste Management Symposia 2026 (WM2026) (Internet), 14 Pages, 2026/03

It is essential to detect the distribution of the radiation source for safely proceeding with the decommissioning of reactor buildings. It has been reported that the source distribution can be estimated using a model constructed with uniform cells based on measured air dose rates by minimizing an evaluation function with LASSO (Least Absolute Shrinkage and Selection Operator) regression. Moreover, when the cells are non-uniform, the distribution can be estimated using fused LASSO, which minimizes the evaluation function that incorporates the connectivity between adjacent cells. However, since LASSO regression tends to shrink parameters with less influence toward zero, the estimated source distribution may become discrete, even when the actual distribution extends across multiple cells. This issue may persist even using fused LASSO. Therefore, to address the issue, we focus on generalized Tikhonov regularization. This is a method to find the vector minimizing a function composed of the residual sum of squares plus an L2-regularization term. When we apply this regularization for estimating the source distribution based on measured air dose rates, we can control the connectivity between adjacent cells by varying the regularization term. In this paper, we evaluate the effectiveness of generalized Tikhonov regularization in estimating source distributions for models with widespread sources, and we demonstrate that this method can accurately estimate such distributions. As a result, we confirm that the source distribution can be estimated with high accuracy using generalized Tikhonov regularization with a second-order differential operator, which promotes a constant rate of change in concentration across multiple cells.

革新的アルファダスト撮像装置と高線量率場モニタの実用化とその応用(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; 東北大学*

JAEA-Review 2025-048, 56 Pages, 2026/02

JAEA-Review-2025-048.pdf:2.89MB

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、「革新的アルファダスト撮像装置と高線量率場モニタの実用化とその応用」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。本研究では、二つの検出器の開発を実施している。一つ目は、作業員の安全の確保のための線核種の炉内の分布を明らかにする技術の実現を目指し、スミヤろ紙上に付着するより細かい線核種を含む微細なダストの詳細な分布の可視化を可能にする技術の開発である。令和4年度の研究開始時は資材等の準備からはじまり、優れた位置分解能と高感度化を目指した検出素子などの材料開発や光検出器などのハード及びソフトウェアの準備を順調に行うことができた。また、令和5年度末までに発光波長が500-800nmかつ5.5MeVの線入射で、発光量が70,000光子相当の目標値の中に入る材料開発などを実施することができた。さらに、画像から、線等との分別ができるようなアルゴリズムの開発を進めることができた。二つ目は、光ファイバーを用いた超高線量率場での線量率モニタの開発である。こちらについても、高感度化を目指した検出素子などの材料開発及びシミュレーション体系の構築とその解析ができた。モニタとしての実証試験も実施して、20mSv/h未満から1kSv/h以上までの線量のダイナミックレンジを有することがわかり、現場適用に対応可能な検出器の開発が進められた。