0平成28年度補正予算
廃炉・汚染水対策事業費補助金
燃料デブリ・炉内構造物取り出しの基盤技術開発事業（小型中性子検出器の開発）
フェーズ１完了報告

2017年10月31日
技術研究組合 国際廃炉研究開発機構（ＩＲＩＤ）
日立GEニュークリア・エナジー（株）
無断複製・転載禁止 技術研究組合 国際廃炉研究開発機構©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

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1

目次
１．研究の背景・目的
1-1 本研究が必要な理由
1-2 本研究の成果の適用先
1-3 研究の目標
２．実施項目とその関連、他研究との関連
2-1 本研究の実施項目、実施項目間の関係性
2-2 他研究との関係性
３．実施内容3-1 実施内容の達成度
3-2 既存技術との対比
3-3 要素試験による性能検証
3-4 試験結果によるニーズへの適用性評価
４．まとめ及び今後の計画©International Research Institute for Nuclear Decommissioning１． 研究の背景・目的
1-1 本研究が必要な理由•

2

燃料デブリは原子炉圧力容器(RPV)や原子炉格納容器(PCV)底部に存在していると考えられているが、その分布は測定できていない。

•

燃料デブリの分布を把握するために、ガンマ線量やビデオ映像など得られた情報か
ら総合的に判断することが求められるが、ガンマ線量や外観だけではデブリと弁別することが困難なケースも多い。

•

PCV内で中性子を測定できれば、アクチニド（主にCm244）から発せられる自発核分
裂中性子を測定することで、燃料デブリ（燃料物質）を弁別できる可能性がある。

•

燃料デブリを検知するためには、小型の中性子検出器を、遠隔操作によってきわめて狭い経路を通って燃料デブリ近傍にアクセスし、高ガンマ線量下で、微弱な中性子を計測する必要がある。

•

さらに、中性子計測は、ＰＣＶ内の燃料デブリ検知の他、臨界管理、デブリサンプリ
ング、収納・移送・保管等、複数のニーズがあり、適用対象の検討も合わせて実施する。
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１．研究の背景・目的
1-2 本研究の成果の適用先
ニーズ

3
内容

必要な中性子検出器の概要

ペデスタル内外の地下階に、狭隘 ・高ガンマ線環境において
狭隘部
燃料由来の
部からアクセスし、燃料デブリの状 低中性子束の検出
アクセス
デブリの所在の特定・検知 (以降、B2’調査) 況を調査
・調査目的であるため、短時(PCV内部調
上記以外 ペデスタル内外の地下階に、アク 間であり、求められる耐放射査)(詳細調査) セスし、燃料デブリの状況を調査 線性は比較的高くない
デブリサンプリング作業中の サンプリング作業中の臨界近接
監視
状態を監視

○

○
○

収納缶内の燃料デブリの状態を監 ・高ガンマ線環境かつ、高い視
耐放射線性が必要

収納、移送、保管
再臨界になる
可能性がある
場所での監視・高ガンマ線環境において中性子束を検出

至近の
候補

臨界近接

燃料ﾃﾞﾌﾞﾘ取り出し時、長期間にわ ・高ガンマ線環境かつ、高い
たって、燃料ﾃﾞﾌﾞﾘの臨界状態監視 耐放射線性が必要

再臨界

PCV水張り時、短時間での、燃料 ・高ガンマ線環境での高中性
デブリの臨界状態を監視
子束検出が必要注）○：至近に可能性有

至近の小型中性子検出器適用候補として、PCV内部調査、ｻﾝﾌﾟﾘﾝｸﾞ作業中の監視が考えられるが、制約条件が厳しいB2’調査を想定して開発を進めた。
©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

１．研究の背景・目的
1-3 研究の目標
B2’調査に必要なセンサの性能目標のまとめ

PCV内部調査（B2’調査）<φ20mm0.1～1000
×40mm
n/(cm2・s）（右図）【参考】B2調査の概要
・PCV内部のｸﾞﾚｰﾁﾝｸﾞ上からセンサユニットを降下させ、地下階を調査
・地下階ペデスタル外側の線量率と映像情報を取得
する

1000
Gy/h

1000
Gy

φ3mm

累積
ガンマ
線量

ケーブル

寸法

最大
ガンマ
線量率

40mm
φ20mm

目的

中性子束
測定範囲

4

B２’調査用の計測ユニット（B2計測ユニット同形）

グレーチング面
ペデスタル

カメラ
ｸﾞﾚｰﾁﾝｸﾞ幅(25×90mm)

測定位置
ウインチ

センサ クローラ
ユニット

ｾﾝｻﾕﾆｯﾄ©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

２．実施項目とその関連、他研究との関連
2-1.本研究の実施項目、実施項目間の関係性

5

小型中性子検出器の比較••

ニーズ整理、既存技術の調査
本提案との比較評価

当初計画

福島第一用システムの検討
２０１７年
４月～７月

•
•

システムの構成検討
既実施試験による暫定性能評価

性能評価試験によるシステム評価
２０１７年
７月～９月

•

小型半導体素子の高ガンマ線、
低中性子束検出性能の確認• 耐放射線性

小型中性子検出器の設計・製作
２０１７年
１０月～

•
•

適用先のニーズに合わせた要求仕様の最終設定
実用機の設計・製作と性能確認©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

２．実施項目とその関連、他研究との関連
2-2.他研究との関係性

6

燃料由来の燃料デブリの所在の特定・検知(PCV内部詳細調査)
ペデスタル内外にアクセスし燃料デブリ由来の中性子を検知

調査作業への適用結果を踏まえセンサの性能、サイズ、等を改善

サンプリング作業中の燃料デブリ臨界接近への監視

収納缶内の燃料デブリの状態を監視

小型中性子
検出器の開発燃料デブリサンプリ
ング作業中の監視
サンプリング作業への適用結果を踏まえセンサの性能改善

収納缶収納、移送、保管
他のセンサとの比較を含め耐放射線性、遮蔽等の改善

臨界管理において、短時間での、
燃料デブリの臨界状態を監視

他のセンサとの比較を含め耐放射線性、遮蔽等の改善

再臨界になる可能性のある
場所で監視©International Research Institute for Nuclear Decommissioning3．実施内容
3-1 実施内容の達成度
No.

項目

中性子検出感度はより高いか。
※0.1n/(cm2・s)の中性子束を計測するのに必要な時間を比較する。基準：この時間が１時間以内であること。

1

2

指標

7
達成度

根拠

関連
スライド

達成

中性子束0.1n/(cm2・s)である中性子単一場の照射試験の結果、１時間以内に１ｶｳﾝﾄを得た。これは、10mm角の1チップによる結果であるが、信頼性を確保するには、10ｶｳﾝﾄ必要であると仮定すると、8素子あれば、0.1n/(cm2･s)を検出可となる。

16

中性子 ガンマ線等に起因するバックグラウンド信号との弁別性能が検出性能 高いか。
※弁別可能なバックグラウンドの強度（ガンマ線線量率など）
達成を比較する。基準：ガンマ線線量率が1000Gy/h 以上であること。また、中性子による信号と誤認識する可能性のある事
象について考慮されているか。

ガンマ線・中性子線の複合場において、以下の弁別性能を確認。
・１素子では、1n/(cm2･s) ～、～1000Gy/hにおいて、ガンマ線と17, 18
弁別できた。これより、ガンマ線環境下でも中性子をカウント(測定場における中性子の有無の判定)できるセンサであることを確認。

耐放射線性がより優れているか。
※累積線量と検出器性能（検出感度、弁別性、ノイズ量、
3 耐放射線性達成等）の劣化との関係を比較する。基準：累積線量1000Gy ま
では、上記の中性子検出感度及び弁別性能が保たれること。

・集積線量が約500Gy以上で誤検知率が増加傾向にあるが、1n/(cm2･s) ～において、集積線量が1000Gyを超えても検出はできることを確認

19,20

4

27

サイズ

可能な限りの小型化が図られているか。

達成

技術要件である直径20mm、長さ40mmの中に、No.1の項目で示したCMOS８素子を格納できる見通しを得た。

達成

実現性

小型中性子検出器の開発（フェーズ2）の計画（実機実証用
小型中性子検出器の開発スケジュール、システム構成および設計・製作の開発実施スケジュール、体制、モックアップ
試験計画）が妥当で現実的か。

フェーズ２は、実機への実証を想定し計画しており、現実的と考える。ただし、スケジュールは厳しく、試験計画や設計・製作については、フェーズ２の検討の中で、適宜最適化を図る。

達成

実証試験については、他の事業（PCV内部詳細調査）の中で、実施する提案としている。実証試験を担当する事業者と連携をとりながら、進める。

中性子束以外に炉内状況把握のために測定可能な情報（例達成
えばガンマ線エネルギースペクトル等）を得ることが可能か。

中性子束の他、ガンマ線の線量率、集積線量も、原理的には測定可能である。エネルギースペクトルは、測定できない。

-

デブリ検知以外の臨界近接管理などにも応用可能なように、
達成
カスタマイズが可能か。

ガンマ線耐性や寿命を延ばすため遮蔽や電源管理を施す、感度を上げるために、素子数を増やす、等のカスタマイズは可能。

-

5

実機内で実証試験（フェーズ3）を行うに当たり、概念設計は妥当かつ現実的か。

6

726, 29その他
8©International Research Institute for Nuclear Decommissioning3．実施内容
3-2 既存技術との対比
3-2-1 既存技術の特徴
分類
シンチレータ

検出器タイプ6

特徴

課題・検出部の小型化が可能

・許容ガンマ線（弁別性）の向上

・感度が高い・許容ガンマ線（弁別性）の向上
・耐放射線性（集積線量）の向上

10

B 被覆
比例計数管

・感度は中程度
・耐放射線性（集積線量）が高い

・許容ガンマ線（弁別性）の向上

核分裂
電離箱

・許容ガンマ線（弁別性）が高い
・耐放射線性（集積線量）が高い

・感度の向上CMOS

・感度は中程度・高ガンマ線環境下での中性子弁別性が良い ・耐放射線性（集積線量）の向上
・検出部の小型化が可能

LiI (Eu)

3

He
比例計数管
ガス
チェンバ

8

半導体
PINダイオード

・感度は中程度
・検出部の小型化が可能

・耐放射線性（集積線量）の向上©International Research Institute for Nuclear Decommissioning3．実施内容
3-2 既存技術との対比
3-2-2 B2’調査に対する各センサの適合性

9※現時点の暫定評価であり今後継続検討要分類

検出器タイプシンチレータ 6LiI (Eu)
3
He
比例計数管
10
B 被覆比例
ガスチェンバ
計数管***
核分裂電離箱***CMOS
半導体
PINダイオード

中性子検出性能 許容ガンマ線 耐放射線性 小型化（ケーブ
判定（測定時間要求） 1000Gy/h
1000Gyリング含む）

適

不適

適

不適

不適

適

適

適

不適

不適

適

適

適

不適

不適

不適

適

適

不適

不適

適
不適

適**
適**

適**
適**

適*
適*

適
適

*小型検出器の製造性については次ステップで詳細検討、**今回の性能評価試験にて検証、***既開発品での評価

•
•
•
•

B2’調査を想定した小型中性子検出器開発の対象として半導体センサを選定
性能評価試験では、CMOSセンサを対象として実施
1㎝角の半導体センサが最小単位であり、小型化が容易
半導体センサの耐放射線性は、過去の試験から暫定評価。性能評価試験で確認。
©International Research Institute for Nuclear Decommissioning3-3 要素試験による性能検証
3-3-1 課題と要素試験のスコープ

101.

10mm角素子を用いた小型センサの製作••

本プロジェクトの要求仕様に適応するため、CMOSセンサの最小単位となる10mm角モ
ジュールを製作できることの確認と、下記検証試験を実施。
試験データに基づきCMOSセンサの性能を評価し、センサ構成を決定する。

2.

高ガンマ線環境下における低中性子束の検出性能の検証•

中性子線源とガンマ線源を組合わせた照射試験（校正試験含む）により、高ガンマ線（目標1000Gy/h）環境における低中性子束(目標0.1n/(cm2・s))の検出性能を検証。

3.

センサの耐放射線性の検証• ガンマ線耐性、中性子束耐性、ガンマ線環境下での中性子束検出限界、等の放射線耐性を検証。

©International Research Institute for Nuclear Decommissioning3-3 要素試験による性能検証
3-3-2 試験項目
No

カテゴリ

1
2

試験項目
ガンマ線応答特性

単一場での基
礎特性試験 中性子線応答特性11試験の必要性

出力イメージ

試験場所

ガンマ線入射に対する応答特性を評価。線量率
ガンマ線信号強度に対する出力信号強度の線形性を確認
中性子線入射に対する応答特性を評価。中性子 中性子カウント、束に対するカウントの線形性および感度を確認 感度(cps/(n/(cm2・s)))ガンマ線環境 中性子線とガンマ ガンマ線環境下での中性子計測性能を評価。誤 中性子カウントのガンマ線線量率依下での中性子 線を組み合わせた 検知確率、中性子束の検知時間を確認。別途、 存性、誤検知確率（ガンマ線のみ、3束の検出性 複合環境場での 解析により評価した１Ｆの環境条件における適用 中性子のみ、同時照射による出力
能
測定試験
性を検証
信号の比較）
4

ガンマ線耐性
耐放射線性

5

中性子線耐性

一般に、CMOSはガンマ線照射で、出力が白色化するため、中性子の検出性能が低下する。中性子を検出可能な集積線量を試験により評価

中性子カウントのガンマ線集積線量
UMD
依存性(ﾒﾘｰﾗﾝﾄﾞ大学)
上記同様の理由で、中性子線照射で、中性子の検出性能が低下すると考えられる。中性子を検 中性子束の累積値依存性
出可能な累積値を試験により評価

6

長距離信号 ケーブル長の影響 ケーブルの長距離伝送確認は、不可の場合対伝送
評価策が必要であるため、確認要

7

反応層効果

8

方向依存性

6Liの有無影響を評価

中性子カウントのケーブル長依存性

同一条件で、反応層の有無によるカウント値を比中性子カウントの反応層有無依存性較する。これにより、反応層の効果を確認

センサ面の方向依
中性子源に対するセンサ面角度の影響を確認
存性評価

中性子カウントのセンサ方向依存性©International Research Institute for Nuclear Decommissioning3-3 要素試験による性能検証
3-3-3 センサシステム構成

12

センサ部拡大図

HUB
ゲート

記録装置（ＰＣ）

ガンマ線源（Co-60）(A) CMOS (素子数は試験毎に異なる。2、4、6)

×素子数

減速材

中性子線源
(Pu-Be or Cf-252)©International Research Institute for Nuclear Decommissioning3-3 要素試験による性能検証
3-3-4 試験条件

13No.は 11 の試験番号に対応（１）検出性能評価試験
No.1 ガンマ線応答特性No.2 中性子線応答特性

No.3 中性子線とガンマ線を組み合わせた複合環境場での測定試験

ガンマ線線量率(Gy/h)

中性子束(n/(cm2・s))
0 (ガンマ線のみ)

≒0.1

≒1.0

≒10

≒100

≒600

0
(中性子線のみ)90 min2CMOS

30 min
6CMOS

10 min
6CMOS

5 min
6CMOS

5、 90 min
6CMOS

2、 180 min
6CMOS

≒50

5 min
2CMOS

≒100

5 min
2CMOS

90 min6CMOS

60 min4CMOS

30 min4CMOS

30 min6CMOS

30 min
2CMOS

≒500

5 min
2CMOS

≒800

5 min
2CMOS

80 min6CMOS

60 min4CMOS

30 min4CMOS

60 min4CMOS

60 min
2CMOS

≒1000

5、 90 min
2CMOS

80 min6CMOS

60 min4CMOS

30 min4CMOS

60 min4CMOS

60 min2CMOS

90 min6CMOS

60 min6CMOS

30 min6CMOS

85 min2CMOS

60 min
2CMOS

≒1200

（２）その他の試験（試験条件は各スライドを参照）
No.4：ガンマ線耐性、 No.5：中性子線耐性、 No.6：ケーブル長の影響評価
No.7：6Liの有無影響を評価、 No.8：センサ面の方向依存性評価©International Research Institute for Nuclear Decommissioning応答（各ピクセルのGray値の合計)(※)

3-3 要素試験による性能検証
3-3-5 試験結果
(1) ガンマ線応答特性(1/2)■ ガンマ線単一場での応答特性の評価

1430 x106

最大全ピクセル
強度の約31%25【試験条件】
・中性子束： 0 n/(cm2・s)・ガンマ線線量率：
63 ～ 983 Gy/h
・照射時間： 5 min

20
15
10

（※）1素子、1フレームあたりのピクセル強度の合計値（5分間の平均値）。

5

0
0

200

400

600

800

1000

ガンマ線線量率(Gy/h)

ガンマ線線量率に対し、CMOS応答は単調増加傾向があり、1000Gy/hでも、全ピクセルの信号合計値は最大値（255xピクセル数）に対して31%と、余裕がある。
©International Research Institute for Nuclear Decommissioning15
3-3 要素試験による性能検証
3-3-5 試験結果
(1) ガンマ線応答特性(2/2)■ 誤検出の評価
応答信号はガンマ線起因であり、中性子と識別されたカウントがガンマ線
あればそれは誤検出となる
単独照射②ガンマ線集積線量依存性

ガンマ線
線量率
(Gy/h)

測定時間
(min)

600

62

5

0.00

105

5

0.00

447

5

0.00

772

5

0.00

983

5

0.00

中性子
ｶｳﾝﾄﾚｰﾄ(cps/素子)

中性子束カウント(cpm)①ガンマ線線量率依存性【試験条件】
・中性子束：0 n/(cm2・s)・ガンマ線線量率：
983 Gy/h
・照射時間： 90 min

500
400
300

中性子カウントは0200

1000Gy

100
0

0

20

40
60
時間(min)80100・短時間でのガンマの線量率依存性は認められず。
・1000Gy程度までは中性子の誤検知はない。
©International Research Institute for Nuclear Decommissioning3-3 要素試験による性能検証
3-3-5 試験結果
(2) 中性子線応答特性16■ 中性子束に対するCMOSにおける中性子カウント

中性子カウント(cps)cps/(n/(cm2・s))

中性子束(n/(cm2・s))(図中の直線は回帰直線、エラーバーは6素子の範囲を示す)【試験条件】
・中性子束： 0.08 ～ 598 n/(cm2・s)・ガンマ線線量率： 0 Gy/h
・照射時間： 2, 5, 10, 30 min
中性子束(n/(cm2・s))

平均中性子
カウント
(cps/素子)

照射時間
(min)

0.08

0.0001930

1.25

0.0036

10

11

0.029

5

106

0.29

5

586

2.1

2

• 中性子束と中性子ｶｳﾝﾄは、線形性があることを確認。【cps/(n/(cm2・s))/素子≒3.4e-3】• 有感面積あたりの検出効率は0.026cps/(n/(cm2・s))/cm2©International Research Institute for Nuclear Decommissioning17
3-3 要素試験による性能検証
3-3-5 試験結果
(3) 中性子線とガンマ線を組み合わせた複合環境場での測定試験(1/2)■ 誤検知の評価
ガンマ線
原理上、中性子やガンマ線イベントの重畳により誤検知の増加
中性子線の可能性があるため、ガンマ線、中性子線同時照射時の中性
子カウントデータを比較し、評価する。
同時照射【試験条件】
・中性子束：
1～598 n/（cm2・s）
・ガンマ線線量率：
105～983 Gy/h

中性子カウント(cpm)

1000
100
10
1
R2 = 0.998 (105Gy/h)
R2 = 0.998 (772Gy/h)
R2 = 0.998 (983Gy/h)

0.1

105 Gy/h772Gy/h
983Gy/h

0.01

0.1

•
•

1

10
100
2
中性子束(n/(cm ・s))1000

1 n/(cm2・s)以上での測定結果は、あるガンマ線線量率ごとでR2 = 0.99 程度であることからばらつきが小さく、誤検知程度に変化がないことを確認。
0.1 n/(cm2・s)の条件では中性子カウントが少なく統計的なばらつきが大きいため、本試験では評価できない。
©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

18
3-3 要素試験による性能検証
3-3-5 試験結果
(3) 中性子線とガンマ線を組み合わせた複合環境場での測定試験(2/2)■ 誤検知の評価
ガンマ線
原理上、中性子やガンマ線イベントの重畳により誤検知の増加の中性子線可能性があるため、ガンマ線、中性子線同時照射時の中性子カウ
ントデータを比較し、評価する。
同時照射
1000

【試験条件】
・中性子束： 1 ～ 598 n/（cm２・s）
・ガンマ線線量率：
105～983 Gy/h

中性子カウント(cpm)

100

10

1

1 n/(cm2・s)
11 n/(cm2・s)

0.1

106 n/(cm2・s)
598 n/(cm2・s)

0.01

0

200

400
600
ガンマ線線量率(Gy/h)

800

1000

• いずれのケースでも、中性子をカウントでき、ガンマ線と弁別可能であることを確認。
• 加えて、各中性子束における出力の、ばらつきは小さい。
©International Research Institute for Nuclear Decommissioning3-3 要素試験による性能検証
3-3-5 試験結果
(4)ガンマ線耐性(1/2)

19【試験条件】
・中性子束： 0 n/（cm２・s）
・ガンマ線線量率： 983 Gy/h
・照射時間： 90 min■ ガンマ線単独照射
80 x106

中性子カウント(cpm)

500

80分あたりから誤検知が急増している

400
300
200

1000Gy以上まで中性子
カウントの誤検知はない

100

Gamma response (-)

600

70

20分（333Gy）あたりからベースラインが上昇し始める

60

50
40
30
20
10

0

0

0

20

40
時間 (min)

60
1000Gy

80

0

20

40
時間 (min)

60

80

1000Gyガンマ線連続照射により、約20分経過後からベースラインが上昇を始めるが、ガンマ線単独照射の場合、1000Gy程度までは中性子の誤検知はない。
©International Research Institute for Nuclear Decommissioning3-3 要素試験による性能検証
3-3-5 試験結果
(4)ガンマ線耐性(2/2)■ ガンマ線／中性子線複合場での照射

中性子カウント(cpm)2001000 Gy/h, 600 nv - D1

1000 Gy/h, 600 nv - D2

201000 Gy/h, 100 nv - D3

150
100

【試験条件】
・中性子束：
106, 598 n/（cm２・s）
・ガンマ線線量率： 983 Gy/h
・照射時間： ～1 h
・センサ配置：D1設置位置D2設置位置

50
0
16

98

180

262

344

426

508

590

集積線量(Gy)

672

754

836

917

3
1

2
4

5
6
D3設置位置

集積線量の増加に伴うベース信号上昇により、約500Gy以上で、中性子誤検知の影響が出ている可能性がある。【上図のうち赤点のケースが該当】©International Research Institute for Nuclear Decommissioning3-3 要素試験による性能検証
3-3-5 試験結果
(5)中性子線耐性■ 中性子単独照射

21

中性子カウント (cpm)

200

D1

D3

150

【試験条件】
・中性子束：
598 n/（cm２・s）
・ガンマ線線量率：
0 Gy/h・照射時間： 3 h・センサ配置100

D3設置位置

1
2

50

3
4

0
0

30

60

90

120

150

180

5
6

D1設置位置時間 (min)
中性子束の累積値 6.5e+6 n/(cm2・s)・s

中性子の連続照射による中性子カウントの変化は確認できなかった。
©International Research Institute for Nuclear Decommissioning3-3 要素試験による性能検証
3-3-5 試験結果
(6)ケーブル長の影響評価■ ５０ｍのケーブルを用いた試験（他の試験は１６ｍ）
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0

22

中性子カウント (cpm)【試験条件】• 中性子束：598 n/（cm２・s）• ガンマ線線量率：105 Gy/h
• 照射時間：80min• 50mの試験では、SN比が低下するためリピータを設置

D5(50m)設置位置

1
2

3
4

5
6

【中性子カウント(cpm)の平均値】• 16mケーブル：67.0• 50mケーブル：57.7

D2, 16m cableD5, 50m cableD2(16m)設置位置

0

20

40

時間 (min)

60

80

５０ｍケーブルによる中性子カウントは、１６ｍケーブルとほぼ同等であり、伝送は可能であることを確認した。
©International Research Institute for Nuclear Decommissioning23
3-3 要素試験による性能検証
3-3-5 試験結果
(7) 6Liの有無影響を評価■ 反応層があることで、中性子が検出できることが確認できた。また反応層が無い場合のカウントの頻度は、僅かであった。
【試験条件】
・中性子束： 106 n/（cm２・s）
・ガンマ線線量率： 105 Gy/h
・照射時間： 30min

中性子カウント(cpm)20156Li被膜有り
Li-6塗布有り
6Li被膜無し
Li-6塗布無し

10

5
0
0

•
•

5

10

15
時間 (min)

20

25

30

6Li被膜の有無の結果を比較し、反応層があることで中性子を検出できることを確認

6Li被膜無しの場合、３０分の中性子照射でのカウントは、合計２回と僅かであった©International Research Institute for Nuclear Decommissioning中性子カウント (cpm)

3-3 要素試験による性能検証
3-3-5 試験結果
(8)センサ面の方向依存性評価■ 中性子源に対するセンサ面の角度が出力値に与える影響を評価

24【試験条件】
・中性子束： 106 n/（cm２・s）
・ガンマ線線量率： 0 Gy/h
・照射時間： 5 min

16
14
12
10
8
6
4
2
0

※エラーバーは
複数センサで検知した範囲を示す

0

15
30
45
60
75
中性子源に対するセンサ面の角度(度)90

センサ面の角度が45度までは大きな変化は無く、それ以上ではカウント数が低下した。
©International Research Institute for Nuclear Decommissioning3-3 要素試験による性能検証
3-3-6 性能評価試験の結果まとめ
No
1

カテゴリ

単一場での
基礎特性試験

内容

25
結果

ガンマ線に対する応答特性① ガンマ線・中性子線の複合場においても、中性子起因のアルファ線によるクラスタパターンを識別できることを確認
中性子線に対する
2② 中性子単一場において、中性子カウントから中性子束を求応答特性めることが可能なセンサであることを確認(cps/(n/（cm２・s）)/素子≒3.4e-3)ガンマ線と中性子線 中性子とガンマ線を組み合
3 の複合照射環境下で わせた複数環境場での測定 ③ ガンマ線・中性子線の複合場において、以下を確認• １素子では、1n/(cm2･s) ～、～1000Gy/hにおいて、ガンの検出性能試験（校正試験含む）
マ線と弁別して中性子をカウント(測定場における中性子の有無の判定)ができるセンサであること
4ガンマ線に対する耐性• 集積線量が約500Gy以上で誤検知率が増加すること
耐放射線性
5

中性子線に対する耐性

6 長距離信号伝送

最大50mの伝送可否

５０ｍケーブルによる中性子カウントは、１６ｍケーブルとほぼ同等で、伝送可能であることを確認

7 反応層効果

反応層の有無による検出

反応層があることで、中性子が検出できることが確認できた
また反応層が無い場合のカウントの頻度は、僅かであった

8 方向依存性

センサと中性子入射方向の センサ面の角度が45度までは大きな変化は無く、それ以上で依存性を評価は、カウント数の低下が認められた©International Research Institute for Nuclear Decommissioning3-4 試験結果によるニーズへの適用性評価
3-4-1 各ニーズの当初の性能目標に対する適用可能性
目的

寸法、重量の制約【B2調査同型(X-100Bｴﾝﾄﾘ)】< φ20mm×40mm
燃料由来のデブリの所在【遊泳型ROV(X-2ﾍﾟﾈｴﾝﾄﾘ)】の特定・検知<φ80mm×200mm、 <7kg
詳細調査
(PCV内部調査)【ｱｰﾑ型(X-6ﾍﾟﾈｴﾝﾄﾘ)】< φ140mm×700mm、 <10kg
燃料由来のﾃﾞﾌﾞﾘ判定(燃料ﾃﾞ < φ100mm×400mm、
ﾌﾞﾘ取出)< 約30kg
燃料・燃料由来のデブリの所< φ100mm×400mm、
在の特定・検知(RPV内部調< 約30kg査)
臨界< φ100mm×200mm、再臨界になる可 近接< 約60kg
能性ある場所で< φ100mm×200mm、監視
再臨界< 約60kg

26
：未評価
ガンマ
線最大
線量率

ガンマ線
最大集積線量0.1※ ～ 1000 n/(cm2･s)

1000
Gy/h

1000 Gy

0.1※ ～ 1000 n/(cm2･s)

1000
Gy/h

1M Gy
気中・水中

0.1※ ～ 1000 n/(cm2･s)

5000
Gy/h

5M Gy
気中

0～1000n/(cm2･s)

1000
Gy/h
1000
Gy/h

30M Gy（数年耐用）

中性子束測定範囲※1時間以内に測定できること

B2’調査

１03～1010n/(cm2･s)－・中性子束の測定下限は、実測から１素子あたり1n/(cm2･s)であるが、素子数を8倍にすれ
ば目標を達成できると思われるため、PCV内部詳細調査への適用可能な見込を確認した。
©International Research Institute for Nuclear Decommissioning3-4 試験結果によるニーズへの適用性評価
3-4-2 現地実証における要求仕様(1/2)■技術要件の要求仕様への適用性評価
調査名
通称
PCV内部調査（B2’調査）調査装置(ｴﾝﾄﾘ位置)
B2装置同型(X-100Bﾍﾟﾈｴﾝﾄﾘ)27

センサ寸法、
重量の制約

中性子束
測定範囲

ガンマ線最大線量率

ガンマ線最大集積線量<φ20mm×40mm※重量制約無し

0.1 ～ 1000n/(cm2･s)

1000Gy/h

1000Gy【適用性評価】
CMOSセンサ数：8※(※)• 検出下限目標である、0.1n/(cm2･s)の中性子線は、ガンマ線・中性子線の複合場では、評価できなかったが、中性子単一場では検知できた。
【 検知性能：3.4e-3(cps/(n/(cm2･s))) 】•

本結果から、信頼性を確保するには、10ｶｳﾝﾄ必要であると仮定すると、8素子あれば、約１時間
で、0.1n/(cm2･s)を検出可となる。ただし上記は、中性子単一場での評価であり、検出性能も含めて、次フェーズで再評価要。

©International Research Institute for Nuclear Decommissioning3-4 試験結果によるニーズへの適用性評価
3-4-2 現地実証における要求仕様(2/2)■技術要件に対する達成度
No.

技術要件
項目

内容

センサ
1
寸法

<φ20mm×40mm

結果
センサの最小単位(CMOS素子1個)のサイズは10mm×10mm×5mm以下。

28

達成度

関連
スライド

感度を確保するためには、最低８素子が必要。寸法内に格納可能であることを確認。達成。

27

1素子としての下限値は1n/(cm2・s）であるが、素子数(有感面積)を増やせば0.1を検出できる見1n/(cm2・s）では1時間で10ｶｳﾝﾄ以通しが得られた。一方、約600n/(cm2・s）の中性子
中性子束 0.1～1000 上あり検出できることを確認
2
照射でも、複数ｶｳﾝﾄされることは少なかったため、 16, 17,18
測定範囲 n/(cm2･s） 0.1n/(cm2・s）では、1ｶｳﾝﾄのみで中性子のパイルアップは、少なくとも上限である
ありﾉｲｽﾞとの弁別が不可。
1000n/(cm2・s）程度で発生する可能性は低い。
以上より、達成。

最大
3 ガンマ
線量率

～1000Gy/hにおいて、ガンマ線と弁別して中性子をカウント(測定場 左記の通り、要求仕様の範囲において、中性子束
1000Gy/hにおける中性子の有無の判定)が を検出できることを確認。達成。
できることを確認。

累積
4 ガンマ
線量

集積線量が約500Gy以上で誤検知 左記の通り、要求仕様の範囲において、中性子束率が増加する傾向が見られたが、 を検出できることを確認。達成。集積線量の増加
中性子は検出できることを確認。 に対する誤検知率の抑制は今後の課題。

1000Gy17, 18,19

20©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

フェーズ１

4．まとめ及び今後の計画(1)目標に対する達成度
目標に対し概ね達成

29

小型中性子検出器の選定
机上検討
基礎特性試験
適用先の要求事項、調査装置
等とのインターフェイス要件の明確化と概念設計

小型中性子検出器による性能・検証試験•••

小型化センサー製作
高ガンマ線環境下低中性子束の検出性能
耐放射線性の検証••

格納容器内部詳細調査（水中・気中）
デブリサンプリング時の監視、臨界管理等

フェーズ2

小型中性子検出器の１Ｆへの適用性を評価

基礎特性試験結果に基づき、適用先の要求事項への適用性評価

実機適用センサの開発
小型センサ素子の拡張性を活かし、適用先のサイズ要求に合わせてサイズや配置を最適化。実機適用に向けたセンサおよびシステムを開発する。
©International Research Institute for Nuclear Decommissioning

4．まとめ及び今後の計画(2) 実施体制図

30

技術研究組合 国際廃炉研究開発機構（IRID)
・全体計画の策定と技術統括
・技術開発の進捗などの技術管理のとりまとめ

小型中性子検出器の開発
日立GE

中性子検出器設計、製作、試験
EPRI／Rhombus©International Research Institute for Nuclear Decommissioning