Study on Isotope Imaging by using F-LCS gamma-rays

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01859
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 31010:Nuclear engineering-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Ohgaki Hideaki 京都大学, エネルギー理工学研究所, 教授 (10335226)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 静間 俊行 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光量子科学研究所 光量子ビーム科学研究部, 上席研究員 (50282299) ; 早川 岳人 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光量子科学研究所 光量子ビーム科学研究部, 上席研究員 (70343944)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: LCSガンマ線 / NRFイメージング / 非破壊検知・検出 / 複数同位体 / 定量分析

Outline of Final Research Achievements

Using nuclear resonance fluorescence scattering and LCS gamma-rays, we have been conducting research aiming at the simultaneous detection and imaging of multiple isotopes in a sample, and quantitative evaluation of the isotopes. To this end, we conducted a demonstration experiment of the F-LCS gamma-ray generation proposed for this program at the LCS gamma-ray beamline at BL1U in UVSOR. As a result, we obtained a spectrum that matched the EGS5 simulation. Furthermore, we performed NRF measurements of highly enriched isotope samples of 206Pb, 207Pb, and 208Pb using this F-LCS gamma-ray, confirmed the effectiveness of the F-LCS gamma-ray to measure low energy region of the LCS beam, and succeeded in simultaneous 1D imaging of 207Pb and 208Pb. We also measured the isotope concentration ratio of 208Pb on a natural lead sample and succeeded in quantitative evaluation with an error of 5%.

Free Research Field

原子力工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は、透過力の高い高エネルギー光子ビーム（ガンマ線）を用いて、使用済み核燃料のような遮蔽された物体に対して、その内容物に含まれる同位体の検知と定量分析及び分布状態の可視化を非破壊で可能にする技術の開発を目指している。このために準単色でエネルギー可変のガンマ線が得られるレーザーコンプトン散乱ガンマ線を用い、あらゆる同位体検出が原理的に可能な光核共鳴散乱を利用する研究を行って来ており、本研究プログラムでは、複数の同位体の同時計測を、独自に提案したフラットレーザーコンプトン散乱ガンマ線を用いて行い、鉛の２つの同位体の同時検出及びイメージング画像の取得に成功した。