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光量子計測器開発推進発足会議 2015.11.30

宇宙線を用いた大規模構造のイメ ジング
大規模構造のイメージング
原 和彦 （数（数理物質系）物質系）

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導入・経緯
原電東海での予備測定
福島第一原子炉での測定
島
炉
定
落ちたデブリの測定のために今後の応用例

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経緯11 Mar. 2011 東日本大震災
7 Apr. 2011 永嶺教授からKEK鈴木機構長に提案書
KEKメンバー(高崎教授主導) による検討開始
Sep. 2011 筑波大（金、原）参加。検出器の設計、製作を進める(橋本、高橋優)
Mar. 2012 Detector#2 (Det#1 は永嶺製）で原電原子炉の透視性能評価
Feb 2013 Detector#3 を90度の位置に設置（伊藤M）
Feb.
Dec. 2013 原電での予備実験終了 ⇒KEKで地下からの透視性能評価（佐藤S）
2014年度 IRID（国際廃炉機構）のプロジェクトに採択
福島用の検出器遮蔽を設計（高橋和M）、製作
M） 製作
2015 Feb‐May 2台で、1号炉脇から観測（高橋和M、佐藤）2015 May‐Sep １台の位置を変更して1号炉を観測
2015年度 KEKで水平ミューオン成分の観測（高橋和M）
可搬性の高い小型システムの製作

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Muon Radiography

D t t
Detectors‐33Detector‐2‐261m30m

Detector‐2‐164m

宇宙線ミュー粒子はほぼ決まったエネルギー分布・角度分布で一様に降り注ぐ
ミュー粒子は高い透過性(1GeV/cでFe 0.7mがレンジ)⇒より低運動量、より高物質量により、背後での測定できるミュー粒子数が減少
大規模構造の遠隔透視ー火山、ピラミッド、原子炉

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Detector system 2
Placed in a 20‐ft shipping container

XY units: 0.2 t
Toroid: 5.353t
Container others: 3.5 t

Clocks in 4 DAQ boxes are synchronized every 1 s

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New planes with FNAL scintillator bars
TiO2 paintScintillator (1m ｘ 1m ｘ 10mm)

MPPC(1.3 mm□sensor））

10mm

WLS fiber(1mm dia）

9.5mm□ scintillator, extruded with 3mm dia hole
4 sides coated with TiO2Scintillator bars w/ paint fabricated by FNAL (group of Anna‐Pla)6

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1mx(1cmx100) scintillator plane7

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MPPC DAQ System

Provide biases (~71V) to 200 MPPCsLook for coincidence of XY planes(single cluster in each allowed)
Cl k 125Mhz
Clock:
2 h →１GHz→１G
200 SMB coaxial cables/unit

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Fuel storage pool

82D image (Period 1)
Dryer separator pool
Building wall(projective)
Fuel loading zone

C t iContainmentt vessell

Pressure vessel (PVC)9

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9Area with large absorption (Period 2)

Point‐1(173days,1524kEv)

Point‐2(94days,722kEv)

Point‐3(208days,816kEv)

Points with larger absorption, ‐ln(Nobs/Nexp)>1.35,1.4,1.9, distributeinside the fuel storage pool
Mesh the pool at (1m)3 and color the mesh if two of the three say “heavy”

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Distributions of heavy objects

Period‐2 view

Period 2 view (behind)
Period‐2
Reconstructed distribution of heavy objects

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FD Unit‐1Unit 1
Unit 1‐4 are all GE Mk‐I type reactors

Reactor building

Turbine building

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放射線遮蔽のため10cmの鉄コンテナ

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IRID press release
http://irid.or.jp/wp‐content/uploads/2015/03/20150327.pdf
p //jp/ p/ p// /p

燃料プールに重いものはあるが燃料プ
ルに重いものはあるが燃料装填位置にはない

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K. Sato, IEEE2015 San Diego

地下からの透視可能性
KEK AR

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水平ミューオンの測定
3 XY(1m □) + 2 XY(1.6m□)

KEK東カウンターホールFe

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50cm□ Detector
小型化して地中に埋めやすく型
地中 埋め すく
50cm
.....
.....
1cm□

.....
.....

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筑波大学震災復興の記録

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今後の発展

社会インフラの透視
橋梁点検車（目視、ハンマー、クラックゲージ）（目視 ハンマー クラックゲージ）
宇宙線ミュー粒子を使う
シンチファイバー～1mm径（CDF SciFiで開発済み）
詳細な要求は要検討

LHCb MPPC arrayy
Hamamatsu S109433183

Sensitive area:0.23mmx1.5mm(96pixels)
Pitch=0.25mm

ＸＹ読出しの最適化が必要

64chx2 readout cable20

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まとめと展望展
宇宙線を用いた大規模構造の透視
KEK

IR
RID/KEK• 測定装置を開発し、原子炉の透視性能を実証• 福島１号炉での燃料棒の現状を確認（ほぼ溶け落ちている）• 福島２号炉の観測（検討中）
島炉 観検• 溶け落ちたデブリの観測のために• ＫＥＫ地下からの観測実証
地下観測実証• 水平ミューオンの頻度と運動量の測定• 検出器の小型化による現場への適用
検出器の小型化による現場 の適用
宇宙線を用いた社会インフラの透視