2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a portable high-resolution gamma-ray spectrometer for nuclear facilities
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20H02670
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
前田 茂貴 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 高速炉・新型炉研究開発部門 大洗研究所 高速炉サイクル研究開発センター 高速実験炉部, 主任研究員 (60421773)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 主税 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 高速炉・新型炉研究開発部門 大洗研究所 高速炉サイクル研究開発センター 燃料材料開発部, 課長 (90421768)
渡辺 賢一 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (30324461)
人見 啓太朗 東北大学, 工学研究科, 准教授 (60382660)
野上 光博 東北大学, 工学研究科, 助手 (10847304)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | TlBr半導体検出器 / ガンマ線 / スペクトロメータ / 分解能 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
原子力プラントの一例として、日本原子力研究開発機構・大洗研究所内の高速実験炉「常陽」のオンラインガンマ線モニタ(OLGM)を選定し、検出器に対する要求仕様をまとめた。また、それらの実証試験を想定して、試験体系を立案し、必要な計測制御系を購入し、試験環境を構築した。
検出器素子については、25 mm径×20 mm以上のサイズを目指して結晶の大型化・高品質化による高検出効率化方策を検討した。具体的には結晶素子の試作、中性子ブラッグディップイメージングによる結晶性評価を実施した。これにより、結晶内のひずみの可視化に成功し、結晶育成時、上部に粒界が形成される傾向が確認できた。また、比較的簡単に結晶性が確認できる方法として、走査電子顕微鏡（SEM）による後方散乱電子回折(EBSD)による結晶方位解析を試み、中性子ブラッグディップイメージングと整合する結果を得ることを確認した。
検出器及び電極構造については、既存Pixel型検出器においての長期安定性を確認し、OLGMに求められる60日以上の安定動作できることを確認した。特にピークチャンネルの安定性と検出効率の時間依存性はOLGMでの利用において大きな問題がないことを確認した。
また、エネルギー分解能向上については、検出器深さ方向の情報を含んだ測定データを、データ処理することによりソフトウェア的な性能向上方策を検討し、深さ補正を実施することでエネルギー分解能を向上させることを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
TlBr検出器の適用先として高速実験炉「常陽」のオンラインガンマ線モニタ(OLGM)を想定し、検出器要求仕様をまとめるとともに試験体系を作成し、必要な計測制御系の構築が完了しており、次年度以降、試作検出器で実証試験を前倒しで実施できる環境が整った。
検出器素子について、結晶の大型化・高品質化のための結晶性を中性子ブラッグディップイメージングにより評価した。これにより、結晶内のひずみの可視化に成功し、結晶育成時、上部に粒界が形成される傾向が確認できた。また、比較的簡単に結晶性が確認できる方法として、走査電子顕微鏡（SEM）による後方散乱電子回折(EBSD)による結晶方位解析を試み、中性子ブラッグディップイメージングと整合する結果を得ることを確認した。これにより、マシンタイムに余裕のあるSEMにおいて、製造条件と結晶素子性能の相関データを得ることが簡便になり、次年度の研究推進に大きく貢献できる可能性がある。
検出器及び電極構造については、既存Pixel型検出器においての長期安定性を確認し、OLGMに求められる60日以上の安定動作ができることを確認した。
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| Strategy for Future Research Activity |
高速実験炉「常陽」に隣接する照射後試験施設のセル内ガンマ線スペクトル測定等の原子力プラントでのアプリケーションに対して、適用性試験のための測定体系、計測制御系等の準備を行う。
検出器素子については、25 mm径×20 mm以上のサイズを目指して結晶の大型化・高品質化による高検出効率化方策を検討し、高エネルギー分解能との両立を目標とする。中性子ブラッグディップイメージングやEBSDで得られた結晶性評価を、結晶素子の試作に反映するとともに、製造条件と結晶素子性能の相関データを得る。
検出器については、大型の検出器を実現するため、TlBr検出器の電荷キャリアの移動度が低いことから、電極設計に単極電荷有感法を採用し、ポラリゼーション問題の回避のために対称で正負切り替え可能な電極構造を設計する。また、試作素子により設計した電極構造にて検出器を試作し、電極設計の妥当性を確認する。
試作検出器による検出性能と不純物評価、結晶性評価による性能予測との相関データを取得し、TlBr検出器の最適設計・製造技術について検討し、次年度の検出器の製造条件、仕様等を決める。
また、エネルギー分解能向上については、検出器深さ方向の情報を含んだ測定データを、データ処理することによりソフトウェア的な性能向上方策も検討する。
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