2014 Fiscal Year Research-status Report
放射線物理と分子化学を融合した液体シンチレータの発光・消光シミュレータ開発
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26610065
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| Research Institution | National Institute of Technology, Toyama College |
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Principal Investigator |
阿蘇 司 富山高等専門学校, 電子情報工学科, 教授 (30290737)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
原 正憲 富山大学, 水素同位体科学研究センター, 准教授 (00334714)
高田 英治 富山高等専門学校, 電気制御システム工学科, 教授 (00270885)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | Geant4 / シミュレーション / シンチレータ / 液体シンチレータ / 消光効果 / ケミカルクエンチング / 液体シンチレーションカウンタ / モンテカルロ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
放射線物理シミュレーションツールキットであるGeant4を基盤として，日立アロカメディカル（株）社製の液体シンチレーションカウンタ装置LSC-5100をモデリングして，ベータ崩壊核であるH-3とC-14のシンチレーション波高分布を計算するシミュレーションを構築した。
試作したシミュレーションの信頼性を確認するために，装置校正に用いる商用の試料や自作試料を用意して測定を行い比較した。特に，消光効果が非常に小さいアンクエンチドのH-3およびC-14の標準試料での測定値とシミュレーション結果の出力波高分布と比較により，シミュレーションの信頼性を確認した。
更に，消光効果による出力波高分布および計数効率への影響を調査するために，液体シンチレータにおけるベータ線によるエネルギー付与からシンチレーション発光における過程で，化学的な要因によって生じる消光効果（ケミカルクエンチング）のモデル化について検討を行った。シミュレーションでは，ケミカルクエンチングを考慮するモデルとして，経験則に基づくBirksモデルとStern-Volmerモデル(B.Ravat et. al., Comp. Phys. Com. 127, 2000)を適用して比較し，Stern-Volmerモデルが測定値を再現することを確認した。
来年度の研究開発として，消光効果のモデルを詳細化するとともに，試作したシミュレーション・ソフトウェアの再構築を行う予定である。
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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
平成26年度の研究は，当初の研究計画に照らし合わせて，概ね順調に進展している。これまでに，本年度に計画していた次の項目についての成果が得られていることがその理由である。
（１）Geant4シミュレーションを用いたLSC装置のシミュレーションを試作・構築した。（２）試作したシミュレーションを用いてH-3およびC-14の波高分布を求めるシミュレーションを実施して測定値と比較することにより，性能を検証した。（３）消光効果を含む試料を用いて測定値とシミュレーション結果の比較を行った。（４）化学的要因による消光効果について，BirksモデルおよびStern-Volmerモデルを適用して評価を行った。（５）消光効果の影響による計数効率の比較を行い評価した。（６）研究成果は適時取りまとめて学会発表等を行った。
これらの成果により，シミュレーション開発についての検証が充分に進展しており，次年度への開発研究に必要な知見が得られている。そのため順調に研究が進展していると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２６年度に得られた研究成果をもとに，試作したシミュレーションソフトウェアの再構築を行って，柔軟に液体シンチレーションカウンタ装置の構成変化や異なる製品への対応が可能なソフトウェア開発を行う。また，これまでに化学的な消光効果のモデルとして，文献調査により得られた２つの計算モデルを適用して評価したが，更に新たなモデルの適用や，本研究での独自のモデル化を適用するための設計改善を行い実装することを計画している。
次に，消光効果の影響についての絶対量を予測するために，幾つかの消光効果モデルと測定値を定量的に比較して，消光効果モデルについての知見を深め，計数効率に影響をあたえる機構について考察を行う。これには，BirksモデルとStern-Volmerモデルを融合した新たなモデルを導入する可能性について検討を行う計画である。
消光効果に関連する波高分布が変化する要因として，液体シンチレータの特性も影響を与えるものと考えられる。液体シンチレータの希釈などを含めた状態の変化について，それぞれのパラメタ条件を変えてシミュレーションを実施し，出力波高分布や計数効率への影響について，定性的な評価を実施する。
得られた成果については，国内外の学会等で発表するとともに，論文等にまとめて発表する。
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| Causes of Carryover |
液体シンチレーションカウンタ装置を用いた測定実験において，学会発表に価する成果が年度末に得られたため，次年度に予定していた研究成果発表件数に追加して，発表のための旅費が必要と判断した。そのため次年度への繰越を希望する。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
第52回アイソトープ・放射線研究発表会（7月,東京大学）への発表申し込みを行っており，繰越金を発表のための旅費に充当する計画である。
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