Development of a portable high-resolution gamma-ray spectrometer for nuclear facilities

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H02670
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• 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, 主任研究員 (60421773)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡辺 賢一 九州大学, 工学研究院, 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) ; 伊藤 主税 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 安全・核セキュリティ統括本部, 研究主幹 (90421768)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: TlBr半導体検出器 / ガンマ線 / スペクトロメータ / エネルギー分解能 / 検出効率

Outline of Annual Research Achievements

アクセシビリティが十分とは言えない原子力プラント内でも容易に利用可能なポータブルかつ高エネルギー分解能のガンマ線スペクトロメータとして、高速実験炉「常陽」の燃料破損検出設備に用いているHP-Ge検出器の置き換えを念頭に、本研究で得られた製造条件をもとに製作する試作検出器による実証試験を実施し、核分裂片（Fission Product：FP）ガスの核種弁別に必要なエネルギー分解能の達成、ポラリゼーションを防いだ長期安定性を確認した。
また、昨年度に引き続き、製造条件と結晶素子性能の相関データを製造条件を変えた結晶及び検出器化した素子を用いて取得し、最終的な検出器性能だけではなく、結晶純化、結晶育成、ダイシング・研磨、電極作成・ワイヤリング等の製造プロセス毎に最適化し、TlBr検出器の効率的な製造手法を示した。
一方、高検出効率化のための検出器素子の大型化については、昨年度に引き続き今年度は20mm角の大型な結晶を昨年度、今年度の知見をもとに試作し、検出器としての動作データとしてエネルギー分解能と電子の移動度・寿命積（μτ値）を測定し、検出器としての性能を確認した。検出効率としては、HP-Ge検出器の製品ラインナップに並ぶレベルとして、いわゆる相対効率（3インチNaIシンチレータに対する比率）で最低でも10%以上を実現できる可能性を示した。
以上の結果を最終年度としてまとめ、ポータブルかつ高エネルギー分解能のガンマ線スペクトロメータを、TlBr半導体検出器を用いて実現できる可能性を示した。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。