Visualization of radioactive substances in an extremely high-dose environment
| Project/Area Number |
19K22924
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 64:Environmental conservation measure and related fields
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
有元 誠 金沢大学, 先端宇宙理工学研究センター, 助教 (40467014)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
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| Keywords | MPPC / シンチレータ / 大規模集積回路 / コリメータ / ピンホール / ガンマ線 / 超高線量 / 光子計数 / イメージング / 高線量 / フォトンカウンティング |
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| Outline of Research at the Start |
2011年東日本大震災により福島原発の炉心が融解し、原発の機能が失われると同時に多量の放射性物質が飛散した。この原発の廃炉作業は国家レベルの緊急課題でありながら、事故から８年近く経つ現在でもその見通しは立っていない。その主要因として、核燃料デブリがメルトダウンにより格納容器内部にとどまり続け、多量の超高線量放射性物質が位置同定すらままならない状況であることが挙げられる。本研究では ~500 Sv/h以上とも予想される超高線量環境下でありながら、放射性物質由来のガンマ線を捉えることで、その位置同定を実現する技術を新たに開拓する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、超高線量下でのガンマ線イメージングを行うために、まず高カウントレートでのイベントを処理できるアナログ・デジタルフロントエンドエレクトロニクス（大規模集積回路）の開発を行った。本システムで想定しているセンサーはマルチピクセルフォトンカウンター（MPPC）であり、この高速信号処理エレクトロニクスは、X線CT用途で開発を進めているものを兼ねた双方のプロジェクトにおいてコアとなる技術である。ここで大規模集積回路は 0.35ミクロンのCMOSプロセスで設計されており、高速アナログ波形処理を実現するため、低入力インピーダンスかつ高出力インピーダンスの高速アンプを有する。開発した集積回路の性能評価を実施したところ、エレクトロニクス単体で、１イベント処理時の不感時間が 10 ns を切ることがわかり、極めて高速な信号処理を達成できることがわかった。さらに、25μm ピッチのマイクロセルサイズを有するMPPCと本プロジェクトで開発したエレクトロニクスシステムをベースとして、さまざまなシンチレータを検討し、本研究で最適なシンチレータを選定および高密度アレー化を実施した。
本システムでは 16 × 16ピクセルの多系統信号処理を行うため、開発した大規模集積回路素子を複数個組み合わせることで、全てのアレイピクセル信号を読み出すシステム構成とした。またガンマ線の分布を２次元イメージとして可視化するために、センサーアレイおよびエレクトロニクスをタングステンコリメータを用いた筐体に納める必要があり、コンパクトなサイズを実現するエレクトロニクス設計を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本来予定していたイメージング性能検証の試験が遅れている。その理由として、①基礎特性試験を行った際に、COVID-19の影響により実験スケジュール全体に大きな遅延が生じたこと、②センサーアレイおよび高速信号処理エレクトロニクスを含む全体のシステム回路設計に大きな技術的課題が判明し、これを解決するために想定以上の時間を要したことが挙げられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究で基礎となるガンマ線イメージングシステムの設計はほぼ完了している。今後このシステムの製作および、アレイセンサーのシステム全体としての性能評価とエネルギー校正試験を実施し、超高線量下を模擬したガンマ線イメージング性能の検証試験も併せて実施していく。
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Report
(2 results)
Research Products
(4 results)
