Transcript KUR E-2ポートにおける中性子イメージング研究の概要

ＫＵＲ Ｅ２ポートにおける中性子イメージング研究の概要
理化学研究所 社会知創生事業
イノベーション推進センター
ものづくり高度計測技術開発チーム
広田克也
共同研究者
理研 山形豊、大竹淑恵、王盛、朱正明、森田晋也、横田秀夫、島崎勝輔
大阪大学 世良俊博
京大炉 川端祐司、日野正裕、北口雅暁、斉藤泰司
ＫＵＲ共同利用：２３Ｐ１２－７「中性子ラジオグラフィによる
工業製品の内部情報取得とＶＣＡDシステムによるシミュレーション」
2012/1/5
ＫＵＲ 中性子イメージング研究会
ＫＵＲ Ｅ－２ポートの概略
• ラジオグラフィーポート Ｅ－２
– 医療照射用重水タンクより得られる熱中性
子線を利用したラジオグラフィーポート
– 常設の中性子カメラを設置（Ｈ２２年10月）
– 105n/cm2/秒程度の中性子強度
– 直径約１５㎝のビーム面積
2012/1/5
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Ｅ２に設置したカメラ
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Bitran BU-53LN
解像度 4008x2672pixel 36mmx34mm 冷却～-20℃ (通常0℃で使用)
分解能 56μｍ～１８μｍ（計算上） ／ 中性子画像としては～100μm
253
レンズ ８５ｍｍF1.4
シンチレータ
厚さ１００μｍ
有効面積１５０ｘ１５０ｍｍ
729.6
シールド
ボックス
（既設）
冷却CCDカメラ
１１００万画素
中性子ビーム
ミラー
850
2012/1/5
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サンプル
（φ１５ｃｍｘ１５ｃｍ）
KUR E-2 カメラの設置状況
シンチ
レータ
カメラ
本体
カメラ本体と
ステージ制御BOX
カメラ取り付け
完了
ビーム出口
シールド
ボックス扉
2012/1/5
サンプル
設置場所
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・簡易マニュアルの整備
・透過像測定はいつでもＯＫ
・透過像測定時間１分―１０分
・ＣＴ測定は回転ステージの
角度調整が少々面倒
・ＣＴ測定時間：１ＭＷで１晩
５ＭＷで２－３時間
・皆様有効にご利用ください
（Ｂ４より強度は弱いが
視野が広い）
1年間使用したところ、だいぶ放射線劣化してきた
フィルター使用前
↑ 1年間使用後：１０分照射
（拡大してピクセルが見えるように表示）
現状では「ImageJ」などの画像表示ソフト
のノイズフィルターで除去可能な程度
2012/1/5
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フィルター使用後
３分照射
高感度カメラの利用
短時間測定を目指して高感度ＣＣＤカメラをテスト
・ＡＮＤＯＲ iXon3
1024x1024, 13μm2,
空水冷可能（最近は水冷で使用）
・カメラの交換作業は１，２時間程度
現状の暗箱などがそのまま使える
・ カメラが高価であり、放射線劣化の可能性も
高いので、使用時のみ理研から持ち込み
５ＭＷで１秒露光(16bit emgain:300)
2012/1/5
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簡易中性子モニター「Ｌｉ６中性子計」の開発
ＫＥＫ 佐藤節夫
理研 広田克也
2012/1/5
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開発の目的：
各ビームポートで簡単に中性子強度を測定したい
これまでは3He比例計数管（0次元）を使用した検出器を利用
・常設しているビームポートでは便利だけど、常備されているとは限らない
・ガス圧いくつ？印加電圧は？ ← たまに使おうとすると資料がない
・新たに購入しようとすると、それなりの値段がする
・配線が面倒で取り回しが不便な時もある
とりあえず簡単に中性子ビーム強度が測定したい
・精密測定は3Heを利用すればよい
簡易測定に特化 → 将来的に高度応用化
・なるべくコンパクトにして、扱いやすくする
・TOFも当面考えない： 平均強度が判ればよい
中性子用のサーベイメーターみたいなものを作ればよい
ダイナミックレンジは大きく取りたい
2012/1/5
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検出器を実現するために
シンチレーターを採用（現在はＬｉガラスシンチ）
・Ｌｉの含有量が正確に判っているので、吸収率が計算可能
・光量が割と大きく、はっきりとしたピークが測定可能
・減衰時間の主成分が50－70n秒であり、結構速い
・ガンマ線感度が若干あるので、閾値（ＬＬＤ）設定が大事
・シンチレーターは交換可能
光センサーとしてシリコン光検出素子（ＭＰＰＣ）を採用
・ＰＭＴに比べて非常に小型、印加電圧も低い（～80Ｖ程度）
→ 電池駆動が可能に
・高速動作可能、S/Nも良い
・温度依存性があるので印加電圧の調整機構も導入
・1012/cm2程度の積算中性子照射で出力信号が小さくなる
簡易測定系として利用できるようなコンパクトな回路系
・ADC+FPGA(32bit cpu)+液晶画面
・ネットワーク出力端子
・単３型充電池4本使用（4－5時間駆動）
2012/1/5
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試作機（ver1）をＫＵＲ Ｅ２でテスト開始
吸収率
Liガラス１㎜厚の中性子吸収率
100.0
90.0
80.0
70.0
60.0
50.0
40.0
30.0
20.0
10.0
0.0
1ＭＷ時の測定
３３００ｃｐｓ → 8x104 n/cm2/秒
他の測定からの類推値
8x104 n/cm2/秒
Liガラス１㎜厚
1.8Åとして７７％
0
2
4
6
8
中性子波長（Å）
10
5MW時の測定
13kcps
→ 3x105 n/cm2/秒
他の測定からの類推値
4x105 n/cm2/秒
高係数率側で若干数え落とし？
詳細確認中
Ｖｅｒ２ではＰＨＡ分布も表示できるようにした
2012/1/5
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まとめ
１．Ｅ２ポートで中性子ラジオグラフィ用の環境整備
・冷却ＣＣＤカメラを設置し利用可能
・マニュアルも整備：ラジオグラフィは簡単に可能
・測定時間１分―１０分
・小型ステージを利用してＣＴ測定も可能（位置調整必要）
・測定時間一晩（１ＭＷ）、２-３時間（５ＭＷ）
・高感度カメラ等に交換することで、より短時間の測定可能
・カメラに放射線劣化が見られる。遮蔽を強化する必要あり
・今年はビームシャッター周りの改造が行われる？？
ビームon/offが機能的に！
・みなさんどうぞご利用ください
（今年度も理研以外に、茨城大、岩手大、ＪＡＥＡなどが利用）
２．簡易中性子モニター検出器の開発
・簡単にビーム強度が測れるモノ
・遮蔽の様子なども確認できる
・回路部分は他検出器にも応用可能：3Ｈｅ用も試験中
2012/1/5
ＫＵＲ 中性子イメージング研究会