2019 Fiscal Year Research-status Report

Energy Window Muography for Fast Infrastructure Exploration

Research Project

Project/Area Number	19K12629
Research Institution	Kyushu University
Principal Investigator	金政浩九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (80450310)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	宇宙線ミュオン / ミュオグラフィ / エネルギーウインドウミュオグラフィ / チェレンコフ検出器 / 電子ーミュオン弁別 / 3Dプリンタによるシンチレータの造形 / 小中規模インフラ設備探査
Outline of Annual Research Achievements	ミュオグラフィにおいて、インフラ設備などの比較的小・中規模な対象を測定する場合、測定対象中の劣化サイズが極めて小さくなるため、計測時間が年オーダーでかかることがある（30cm厚コンクリート床板に10cm四方の立方体形状の空洞がそんざいする例）。そこで、そもそも測定対象に入射するエネルギー識別検出器が必要となってくる。当初は、2枚の薄いシンチレータを測定対象入射前に設置し、その阻止能の変化からエネルギー識別をする手法を提案していた。しかしながら、比較的高分解能のシンチレータを使わないといけないため、この手法では金銭的に達成困難と判断した。そこで、対案としてこの部分をアクリルを輻射体とするチェレンコフ検出を採用する手法を提案し、シフトすることにした。まずシミュレーションにより、低エネルギー部のミュオンではチェレンコフ光発生強度が著しく変化することがわかった。加えて、荷電粒子としてこれまで識別できていなかった、宇宙線電子は極めて強いチェレンコフ光を出すこともわかった。すなわち、チェレンコフ検出器を用いることによって、入射前のミュオンエネルギーをウインドウするだけでなく、バックグラウンドとして存在している宇宙線電子のイベントも発光量から激減されることが期待されるということがわかった。当研究室は3Dプリンタでシンチレータを作成できる技術をもっており、任意の形のトリガー検出器を用意することができ、上記と組み合わせて次年度以降エネルギーウインドウミュオグラフィの実証試験をする準備ができた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 1: Research has progressed more than it was originally planned. Reason 当初のproposalの手法では、エネルギー弁別できるエネルギー領域は限られており、さまざまなプラスチックシンチレータを3Dプリンタで造形する必要も有った（薄いものと厚いものでΔE-E計測で弁別予定だった）。しかし、当該年度はチェレンコフ光検出器を使うことで、宇宙線ミュオンのエネルギーウインドウができるだけでなく、バックグラウンドとして避けられなかった宇宙線電子の影響も同時に・かつ極めてシンプルなセットアップで除去できることを、Geant4のシミュレーションによって明かにした。次年度は、予定より早くエネルギーウインドウした中小規模のインフラ設備のミュオグラフィ画像が測定できる見込みである。
Strategy for Future Research Activity	先述のとおり、シンチレータのΔE-Eで粒子弁別するよりも、シンプルな手法を思いついた。よって、令和2年度はチェレンコフ検出器の作成およびミュオグラフィ検出器との同期を行う。また、JFEエンジニアリングさまにご提供いただいた、劣化を含む橋梁試験編について、本手法によるエネルギーウインドウミュオグラフィ実験を行う。そして、エネルギーウインドウを実施しなかった場合に比べ、画像のコントラストがどれだけ向上するかを調べ、さらにそれによって計測時間が大幅に短くなることを示す。
Remarks	本研究は一部JSPS科研費 JP 26630485の助成を受けた結果を一部使用ています。