平成２７年度

文部科学省 国家課題対応型研究開発推進事業
原子力システム研究開発事業

シンチレータスタック型
ガンマ線イメージャに関する研究開発

成果報告書

平成２８年３月
学校法人

五島育英会

東京都市大学本報告書は、文部科学省の原子力システム
研究開発事業による委託業務として、学校法
人五島育英会東京都市大学が実施した平成２
４－２７年度「シンチレータスタック型ガン
マ線イメージャに関する研究開発」の成果を取りまとめたものです。

目次
概略 ···································································

vii

1. はじめに ···························································

1

2. 業務計画··························································

6

2.1 全体計画 ·························································

6

3. シンチレータ材料の特性評価検討及びシンチレータ側面処理方法の検討 ····

8

3.1 材料評価検討（委託先：名古屋大学） ·······························

8

3.1.1 シンチレータ加工性の評価 ·····································

8

3.1.2 温度特性評価 ·················································

10

3.1.3 GAGG シンチレータ側面処理方法の検討 ···························

13

3.2 側面処理の実施 ···················································

19

3.2.1 3mm 角 GAGG シンチレータ側面処理 ·······························

19

3.2.2 1mm 角 GAGG シンチレータ側面処理 ·······························

30

3.3 最適配置パターンの検討（委託先：名古屋大学） ·····················

32

3.3.1 検出器応答計算 ···············································

32

3.3.2 アルゴリズムの開発 ···········································

33

131

I からの 365keV ガンマ線に対するアルゴリズムの改良 ···········

39

3.3.4 シンチレータ配置の検討 ·······································

42

3.3.5 高線量率対応配置の検討 ·······································

45

3.3.6 シンチレータブロックによる検出器応答の実験的検証 ·············

49

3.4 光読み出しシステムの構築（委託先：富山高専） ·····················

62

3.4.1 8 チャンネル MPPC 信号処理回路の設計試作 ·······················

62

3.4.2 多チャンネル MPPC 信号処理回路の設計試作 ······················

65

3.3.3

3.4.3 64 本シンチレータブロックの作成と128 チャンネル MPPC 信号処理回路の小型化 ·······················

73

3.4.4 高線量率場対応版 64 本シンチレータブロックの作成とMPPC 信号処理回路の作成 ·······································

82

3.4.5 バッテリー化 ·················································

91

3.5 研究推進 ·························································

92

4. 結言 ································································

93

5. 外部発表 ····························································

94

i

表一覧
表 3.1-1 シンチレータ特性一覧 ···········································

9

表 3.1-2 加工性調査結果一覧 ·············································

9

表 3.1-3 加工法①②③のエネルギー分解能、位置分解能の一覧 ···············

18

表 3.2-1 シンチレータ 64 本分のエネルギー分解能及び位置分解能の表 ········

21

表 3.2-2 各シンチレータの減衰長とスパッタリング処理時間の一覧 ···········

25

表 3.2-3 スパッタリング後のシンチレータのエネルギー分解能と位置分解能の一覧 ················································
131

28

I の放出する主要ガンマ線エネルギーと放出率····················

39

表 3.4-1 ロット No.1、3、5、7 におけるエネルギー分解能測定結果 ···········

78

表 3.4-2 ロット No.1、3、5、7 における位置分解能測定結果 ·················

80

表 3.4-3 ロッド 1～ロッド 16 のエネルギー分解能及び位置分解能評価結果 ····

90

表 5.1-1 外部発表一覧 ···················································

94

表 3.3-1

図一覧
図 1-1 飛来放射線の方向情報概念図 ·······································

3

図 1-2 提案するγ線イメージャの概念図 ···································

4

図 2.1-1 期間全体の開発計画 ·············································

7

図 3.1-1 温度特性評価実験体系図 ·········································

11

図 3.1-2 使用した GAGG シンチレータと MPPC、PMT の素子の写真 ··············

11

137

Cs の全吸収ピークの温度依存性 ································

12

図 3.1-4 側面特性評価実験体系図 ·········································

14

図 3.1-5 中央に照射した場合のエネルギースペクトル ·······················

14

図 3.1-6 シンチレータの位置分布測定結果 ·································

15

図 3.1-7 側面凹面鏡面加工 GAGG シンチレータのエネルギー分解能測定結果 ····

16

図 3.2-8 側面凹面鏡面加工 GAGG シンチレータの位置分布測定結果 ············

16

図 3.1-3

図 3.1-9 GAGG シンチレータと光センサーが密着した場合の、シンチレータ側面、
光センサ結合面での全反射条件 ··································

16

図 3.1-10 スパッタリング前、スパッタリング後の GAGG シンチレータロッド ···17

図 3.1-11 側面金属膜蒸着加工のエネルギー分解能・位置分解能のスパッタリング時間依存性 ······································

17

図 3.1-12 側面金属膜蒸着加工シンチレータの 137Cs のエネルギースペクトル ···18

図 3.1-13 側面金属膜蒸着加工シンチレータの位置分布測定結果 ··············

18

図 3.2-1 1 本ずつ特性評価を実施した際の実験体系図 ·······················

20

図 3.2-2 2 本ずつ特性評価を行った際の実験体系図 ·························

20

図 3.2-3 Lot 1 のシンチレータロッドの波高分布図 ·························

20

図 3.2-4 Lot 1 のシンチレータロッドの位置分布のヒストグラム ·············

21

図 3.2-5 角シンチレータの位置分解能とエネルギー分解能を減衰長の依存性としてプロットした図 ····································ii24

図 3.2-6 スパッタリング時間と減衰長の変化の実験結果 ·····················

25

図 3.2-7 スパッタリング後のシンチレータ（ランダムに数本分）のエネルギー分解能と位置分解能をプロットした図 ··················

28

図 3.2-8 スパッタリング前、スパッタリング後のシンチレータの写真 ·········

29

図 3.2-9 平成 27 年度調達した GAGG(Ce)シンチレータの写真 ·················

30

図 3.2-10 シンチレータロッドの波高分布スペクトル ························

31

図 3.2-11 シンチレータの長軸方向に 20mm おきにγ線を照射した場合の位置分布スペクトル ············································

31

図 3.3-1 検出器応答計算体系図 ···········································

32

図 3.3-2 一般的なコンプトン逆推定の概念図 ·······························

34

図 3.3-3 逆投影アルゴリズム ·············································

34

図 3.3-4 逆投影図（発光点間距離閾値なし） ·······························

35

図 3.3-5 輪のようなノイズとなるイベントの例 ·····························

35

図 3.3-6 逆投影図（発光点間距離閾値 3mm） ·······························

36

図 3.3-7 逆投影図断面ヒストグラム ·······································

36

図 3.3-8 角度分解能の発光点間距離閾値依存性 ·····························

37

図 3.3-9 発光点間距離閾値の変化に対する有効イベント率の変化 ·············

37

図 3.3-10 逆投影図（線源方向(θ,φ) = (0°,0°),(90°,0°) 、
発光点間距離閾値 3 mm、プロット数 1000 count） ·················

38

図 3.3-11 逆投影図（線源方向(θ,φ) = (0°,0°),(45°,0°) 、
図 3.3-12

発光点間距離閾値 3 mm、プロット数 1000 count） ·················

38

131

40

I の 365keV のガンマ線を入射させた場合の方向推定結果··········

図 3.3-13 二点発光事象のそれぞれの位置におけるエネルギー付与量の比の頻度分布 ································

40

図 3.3-14 新アルゴリズム再投影結果 ······································

41

図 3.3-15 新アルゴリズム再投影結果 ······································

41

図 3.3-16 計算体系の概略図 ··············································

43

図 3.3-17 パターン 1 の場合の入射方向推定結果。 ··························

43

図 3.3-18 パターン 2 の場合の推定結果 ····································

43

図 3.3-19 パターン３の場合の推定結果 ····································

44

図 3.3-20 シミュレーション体系図 ········································

45

図 3.3-21 タイプＡの場合の再構成結果 ····································

46

図 3.3-22 タイプＢの場合の再構成結果 ····································

47

図 3.3-23 タイプＣの場合の再構成結果 ····································

48

図 3.3-24 256 本束ねたシンチレータブロック ······························

49

図 3.3-25 ４本束ねたシンチレータブロックをＭＡ－ＰＭＴの 2 か所のチャンネルに配置した図 ········································

49

図 3.3-26 重心処理結果 ··················································

50

図 3.3-27 重心処理後のエネルギースペクトル ······························

50

iii

図 3.3-28 シンチレータ長軸発光分布 ······································

50

図 3.3-29 ６４本バージョンの、137Cs, 60Co, 22Na 線源に対する応答取得実験体系図 ············································

52

図 3.3-30 線源パターンそれぞれの場合の２点発光事象のエネルギースペクトル ··········································

52

図 3.3-31 ＃１の場合の再構成結果 ········································

53

図 3.3-32 ＃２の場合の再構成結果 ········································

53

図 3.3-33 ＃３の場合の再構成結果 ········································

53

図 3.3-34 ＃４の場合の再構成結果 ········································

53

図 3.3-35 ＃５の場合の再構成結果 ········································

54

図 3.3-36 ＃６の場合の再構成結果 ········································

54

図 3.3-37 ＃６の 60Co,137Cs を同時に設置した場合の、２か所発光イベントのみ抽出した場合のエネルギースペクトル ····························

54

図 3.3-38 ＃６のデータから 137Cs 全吸収に対応するイベント（エネルギー範囲 0.60～0.74MeV）のみ抽出し、再構成した場合の結果 ·····

55

図 3.3-39 ＃６のデータから 60Co 全吸収に対応するイベント（エネルギー
範囲 1.07～1.50MeV）のみ抽出し、再構成した場合の結果 ···········

55

図 3.3-40 φ＝90 度で、θ＝0,45,90,135,180,225,270,315 度方向の 8 パターンの線源配置図 ····················································

55

図 3.3-41 φ方向に 45 度おきに線源を設置した実験体系図 ···················

56

137

Cs 線源を設置した場合の再構成結果 ···56

図 3.3-43 φ＝90 度、θ＝45 度方向に 137Cs 線源を設置した場合の再構成結果 ··

56

137

Cs 線源を設置した場合の再構成結果 ··56

図 3.3-45 φ＝90 度、θ＝135 度方向に 137Cs 線源を設置した場合の再構成結果 ·56

図 3.3-42 φ＝90 度、θ＝0 度方向に

図 3.3-44 φ＝90 度、θ＝90 度方向に

137

Cs 線源を設置した場合の再構成結果 ·56

図 3.3-47 φ＝90 度、θ＝225 度方向に 137Cs 線源を設置した場合の再構成結果 ·56

図 3.3-46 φ＝90 度、θ＝180 度方向に

137

Cs 線源を設置した場合の再構成結果 ·57

図 3.3-49 φ＝90 度、θ＝315 度方向に 137Cs 線源を設置した場合の再構成結果 ·

57

137

Cs 線源を設置した場合の再構成結果 ···57

図 3.3-51 φ＝45 度、θ＝90 度方向に 137Cs 線源を設置した場合の再構成結果 ··

57

137

Cs 線源を設置した場合の再構成結果 ··57

図 3.3-53 φ＝135 度、θ＝90 度方向に 137Cs 線源を設置した場合の再構成結果 ·57

図 3.3-48 φ＝90 度、θ＝270 度方向に
図 3.3-50 φ＝0 度、θ＝90 度方向に

図 3.3-52 φ＝90 度、θ＝90 度方向に

137

Cs 線源を設置した場合の再構成結果 ·57

図 3.3-55 φ＝90 度での断面ヒストグラム ·································

57

図 3.3-56 θ＝φ＝0°での測定体系 ·······································

58

図 3.3-57 θ＝φ＝0°での再構成結果 ·····································

59

図 3.3-58 θ方向変更時の測定体系 ········································

59

図 3.3-54 φ＝180 度、θ＝90 度方向に

図 3.3-59 θ方向変更時の再構成結果（上からθ＝-135°、-45°、45°、135°） ·······················································iv

59

図 3.3-60 θ軸への投影図 ················································

60

図 3.3-61 複数線源のイメージング 1 ······································

60

図 3.3-62 複数線源のイメージング 2 ······································

60

図 3.3-63 イメージング 1 の再構成結果 ····································

61

図 3.3-64 イメージング 2 の再構成結果 ····································

61

図 3.4-1 一次元位置敏感型放射線検出器の処理システム全体図 ···············

62

図 3.4-2 製作したアナログ・デジタル処理部の構成 ·························

62

図 3.4-3 同時計数処理による AD 変換までの流れ ····························

63

図 3.4-4 制作したマルチ ch システムの回路システム ························

63

図 3.4-5 多 ch 読み出しシステムによる測定結果の市販多 ch-ADC との比較 ·····

64

図 3.4-6 前置増幅器部 ···················································

66

図 3.4-7 波形整形部 ·····················································

66

図 3.4-8 ピークホールド部 ···············································

67

図 3.4-9 SLOW 信号発生部 ················································

67

図 3.4-10 FAST 信号発生部 ···············································

67

図 3.4-11 メモリ・ADC 制御部 ············································

68

図 3.4-12 ケース収納の様子 ··············································

68

図 3.4-13 DIO ボードと PC への接続の様子 ·································

69

図 3.4-14 Ch0、Ch1 におけるパルス波高分布（CAEN 製品による測定との比較） ·69

図 3.4-15 Ch2、Ch3 におけるパルス波高分布（CAEN 製品による測定との比較） ·70

図 3.4-16 Ch0、Ch1 における ln(ChXA/ChXB)のヒストグラム（CAEN 製品による測定との比較） ················································

71

図 3.4-17 Ch2、Ch3 における ln(ChXA/ChXB)のヒストグラム（CAEN 製品による測定との比較） ················································

72

図 3.4-18 シンチレータ及び MPPC の固定に用いたテフロン製冶具 ·············

73

図 3.4-19 組み立てたシンチレータと MPPC ·································

73

図 3.4-20 システム内のトリガー信号フロー ································

74

図 3.4-21 検出器＆ヘッドアンプ部分（外形） ······························

75

図 3.4-22 DP 部（外形） ·················································

75

図 3.4-23 検出器＆ヘッドアンプ部分（内部） ······························

76

図 3.4-24 ヘッドアンプ、バイアス電圧調整部分 ····························

76

図 3.4-25 γ線照射実験の体系 ············································

77

図 3.4-26 ロット No.1 のパルス波高分布測定結果 ···························

78

図 3.4-27 ロット No.3 のパルス波高分布測定結果 ···························

78

図 3.4-28 ロット No.5 のパルス波高分布測定結果 ···························

79

図 3.4-29 ロット No.7 のパルス波高分布測定結果 ···························

79

図 3.4-30 ロット No.1 の位置分布測定結果 ·································

80

図 3.4-31 ロット No.3 の位置分布測定結果 ·································

80

図 3.4-32 ロット No.5 の位置分布測定結果 ·································81v

図 3.4-33 ロット No.7 の位置分布測定結果 ·································

81

図 3.4-35 シンチレータ固定用プラスチック部品 ····························

82

図 3.4-36 シンチレータ固定用プラスチック部品（端部用） ··················

82

図 3.4-37 シンチレータ固定用プラスチック部品（全体固定用） ··············

83

図 3.4-38 シンチレータ固定用プラスチック部品（積み重ね用） ··············

83

図 3.4-39 システムの全体構成と高線量率場対応のための調達部分（赤枠） ·····

85

図 3.4-40 初段回路モジュール（下の写真の正方形が MPPC） ·················

85

図 3.4-41 ヘッドアンプモジュール ········································

86

図 3.4-42 検出器部分ケース内でのシンチレータの配置 ······················

86

図 3.4-43 シンチレータに割り振ったロッド番号 ····························

87

図 3.4-44 Delay を変化させた実験の体系 ··································

88

図 3.4-45 Delay を変化させた実験の結果 ··································

89

略語一覧
ADC

:

A n a l o g D i g i t a l C o n v e r t e r（ ア ナ ロ グ デ ィ ジ タ ル 変 換 器 ）BGO：

シ ン チ レ ー タ の 一 種 。 Bi4Ge3O12

GAGG(Ce):（ゲルマニウム酸ビスマス）

シ ン チ レ ー タ の 一 種 で 、 活 性 剤 と し てCe を 添 加 し た

Gd3Al2Ga3O12 単 結 晶
MA-PMT:M u l t i - A n o d e P h o t o -M u l t i p l i e r T u b e（ マ ル チ ア ノ ー ド 光 電 子 増 倍管）
Mainamp

Main Amplifier（ 主 増 幅 器 ）:MPPC :

Multi Pixel Photon Counter の略で、浜松ホトニクスが販売している光検出器

Preamp:Pre-Amplifier（ 前 置 増 幅 器 ）Si-PMT ： MPPC の海外での一般的な公称
Si 系光センサ ： MPPC やフォトダイオードなど Si 半導体をベースとしている光検出センサ
光電子増倍管 ： 光センサーの一種で、真空管形式をしている。微少光の検出に優れる
コンプトンコーン ： コンプトンカメラで、ガンマ線入射毎に推定されるγ線入射方向を表わ
す円錐
シンチレータ ： 放射線と相互作用をした際に受け取ったエネルギーを光に変換するもの
シンチレータブロック ：棒状のシンチレータを束ね、ブロック状としたもの。

全吸収ピーク ： γ線測定した場合の波高分布で、ガンマ線の全エネルギーを吸収した事象に対応するピーク
同時計数時間 ： 検出器内の 2 か所で放射線と相互作用があった場合、同時に相互作用したとみなす時間
パイルアップ：

放射線検出器に短時間に大量の放射線が入射すると、放射線により生成された電気パルスに、他の放射線の電気パルスが積み重なってしまい、正確な波高値が測定できなくなる事象。
ピークコンプトン比 ： γ線測定した場合の波高分布で、全吸収ピークの事象と全事象の比

vi

概略
既存軽水炉等、原子力発電施設等の大型施設による大規模原子力災害では、施設中あるいは環境中へ放射性物質の放出のリスクが存在する。そのため、作業員や住民の放射線防御の必要があり、放射性物質がどこにどの程度存在するかを迅速に探知できる機器が求められる。特に事故初期の段階において、施設内での放射性物質分布情報は、事態収束にむけた作業を実施するうえで、作業員の被ばく防護のために線量情報の次に重要となる情報である。また、周辺住民にとっては、
放射性ヨウ素の情報、及び大気・地表沈着放射性物質から放出されるガンマ線による外部被曝線源情報は、避難経路決定、及びその際の被曝量評価に重要となる。
このためには、核種弁別能力を有し放射線の飛来方向が探知可能であり、かつ可搬な検出器、すなわちエネルギー分解能力を有するコンパクトなガンマカメラが有用であると考えられる。しかし、既存のガンマカメラは、ピンホールガンマカメラ等、鉛コリメータ等でγ線の入射方向を絞ることが一般的であり、サイズ・重量の増大（30kg 前後）を招くと共に、検出効率の劣化、すなわち迅速なリアルタイム情報収集には不向きであった。さらに視野が狭く、広範囲の領域を一度にモニタするためには複数台のガンマカメラが必要であり、既存のガンマカメラをそのまま
上記目的に適用することは困難である。また、大規模原子力災害時には、線源の事前情報は基本的に存在せず、360 度（4π方向）からγ線が入射する可能性があり、一般的なコンプトンカメ
ラは後方からのガンマ線の入射を考慮していないため、視野の広い既存のコンプトンガンマカメ
ラを採用しても最低でも 2 台の検出器を背中合わせにせっちし、それぞれの有効方向からのガンマ線を捉える様にする必要がある。
このような状況下に対応可能な、高検出効率、エネルギー弁別能力を有し、全方向に感度を有するガンマカメラの心臓部である放射線検出部開発として、シンチレータスタック型ガンマイメ
ージャの開発を本研究開発の最終的な目標としている。これは、高効率なガンマ線スペクトロメータとして使用されているシンチレーション検出器内の、放射線相互作用位置とその付与エネル
ギーを同時に取得し、入射ガンマ線のエネルギーと入射方向を逆計算し推定するものである。特に、棒状シンチレータをスタック状に束ねる構造を採用することで、コリメータを必要とせず、全方向に感度を有し、かつ高検出効率で上記の情報を得るものが実現できると考えている。また、コリメータを必要としないことから軽量コンパクトとなり、可搬型の検出システムが構築可能であると思われる。さらに、コンプトン散乱の式や検出器応答の統計的逆推定により、計数率にも依存するが、数分間隔で飛来放射線のエネルギー及び方向が求められ、その場所の線量の主要因となっている放射性同位体の種類や位置の推定が可能になると期待される。
そこで、万が一事故が起こった際に施設内の核種ごとの位置分布や放射線量を迅速に把握するため、可搬型であり、核種弁別のためのエネルギー分解能力を有し、角度分解能±45 度・検出
効率 40％程度で 360 度方向に感度を有するガンマカメラとして、シンチレーション検出器を用いたシンチレータスタック型ガンマ線イメージャの開発を本研究開発課題の目的とする。また、実際の事故時には高線量率場になる可能性を考慮し、数百 mSv/h～数 Sv/h での高線量率場での動作が可能な高線量率版イメージャの開発も目的とする。
平成 24 年度～平成 27 年度まで研究開発を実施し、試作器ながらも全方向ガンマイメージャの開発に成功し、以下の結果を得た。
①シンチレータ材料の特性評価及び側面処理方法の検討
vii

検 出 器 要素 と し ていく つ か の シン チ レ ータ材 料 を 検 討し 、 シ ンチレ ー タ と して 棒 状のGAGG(Ce)を採用した。棒状形状に加工し両端に光検出器を配し、その光出力の和と比から、放射線との相互作用エネルギー・相互作用位置を算出する構造となっている。形状として、3×3×50
ｍｍ、1×1×50mm の 2 種類を採用し、それぞれ低線量率場対応版、高線量率場対応版とした。
高線量率場対応版は、長軸方向位置分解能改善のため、側面金属スパッタリング処理によりシンチレーション光減衰距離の調節を実施した。また、高線量率場対応版は、側面金属スパッタリン
グ処理が必要ないことが判明し、テフロンテープによる被覆のみで十分であることが確認された。
② 最適配置パターンの検討
上記低線量率及び高線量率場対応版のシンチレータを束ねシンチレータブロックを形成し、ガンマイメージャを試作した。その際のシンチレータの配置の検討を実施した結果、均等に配置することが望ましいことが判明したため、8×8 本（合計 64 本）及び 256 本束ねたシンチレータブ
ロックを作成し、その特性評価を計算及び実験にて実施した。その結果、256 本バージョンで全効率約 90％、64 本バージョンで方向分解能約 60 度を確認し、当初の目的の性能を達成した。
③ 光読み出しシステムの構築
上記①にて加工されたシンチレータを 64 本束ねたシンチレータブロックを作製し、それに合わせた多チャンネル MPPC からの信号取得回路作成とシンチレータブロックからの信号取得性能評価を実施した。すべて当初の見込み通りの性能を発揮したことを確認した。
さらに回路のバッテリー駆動の検討を実施し、8 時間程度のバッテリー動作化可能となる見込みが得られた。
以上の通り、試作機の作製に成功しその評価された特性から、全方向のγ線入射方向情報の取得が可能であることを示した。
以上のことにより、当初の予定通りの成果を得ることができた。今後は、実際の原子力施設での採用を目指し、コストパフォーマンス面での最適化検討が必要となるであろう。

viii

1． はじめに
既存の軽水炉などの原子力発電施設等の大型施設による大規模原子力災害では、施設中あるいは環境中へ放射性物質の放出を伴うリスクが微少ながらも存在し、作業員や住民の放射線防御のためには、放射性物質がどこにどの程度存在するかを迅速に探知する手段を予め備えておく必要がある。特に初期の段階において、施設内での放射性物質の位置分布は、事態収束にむけた作業を実施するうえで、作業員の防護のために線量情報の次に重要となる情報である。例えば、緊急時の弁手動操作に際して、放射性物質が周辺空間のどこに付着しているかの情報があれば、鉛シート等による遮蔽により、操作時や操作のための施設内移動の際の、作業員の被曝線量の効果的な低減が可能になると考えられる。また、周辺住民にとっては、放射性ヨウ素の情報、及び大気・地表沈着放射性物質から放出されるγ線による外部被曝情報は、避難経路や避難時期の決定、及びその際の被曝量評価に重要となる。例えば、線量上昇時に、放射線が上空のプルームから飛来していれば屋内退避が有効であると判断されるし、地上からが主であれば迅速な避難行動が重要であると判断できる。さらに、避難の際の車両に対する、放射線飛来方向及びその線源核種及び強度情報は、車内の住民配置や鉄板やレンガなどの端材を利用した一時的な遮蔽により被曝量の低減が可能になると共に、不均一方向による被曝線量の不確かさを低減し、詳細な線量評価が可能になると考えられる。
また、初期以降は、沈着放射性物質の核種ごとの分布情報を迅速に得ることは、修復作業環境確保のために重要となる。放射性ヨウ素が主要な核種であれば、時間による減衰が期待されるし、放射性セシウムが主であれば、除染作業に取り掛かる段階にあることが確認できる。しかしながら、既存のサーベイメータやスペクトロメータでは、検出器の存在する場所での放射線線量やエネルギースペクトルしか測定できず、ロボットや車両・航空機に搭載、あるいは徒歩にて、ある程度の空間を移動しながら測定することにより、その検出器有効領域の沈着物質の分布を推定することになる。そのため、サーベイ行為自体に時間を取られたり、あるいはサーベイを実施する作業者の被曝が不可避である欠点がある。一方、放射線飛来方向とそのエネルギー情報が同時に測定可能であれば、その地点に入射する放射線の線源情報が判明することになる。例えば、施設近傍において、その場所に飛来する放射線が、ダクト越しに来ているのか、スカイシャインがメインであるのか、あるは床上の汚染物からきているのかが判明すれば、より迅速に効果的な対策が可能となる。特に線量率が高く、容易に作業員を投入することがはばかられるような場合でも、装置一台を遠隔操作で設置することのより、上記情報が取得可能となれば、作業員の被ばく線量低減に寄与することとなる。また、施設周辺においては、例えば田畑の地表において、その場所の線量にメインに影響する放射線が、田畑自体から放出されるのか、あるいは近隣の森林から放出されるのかが瞬時に判定することが可能となり、復旧作業あるいは修復作業の効率化に資することができると考えられる。図１－１に概念図を示す。
このためには、核種弁別能力を有し放射線の飛来方向が探知可能であり、かつ可搬な検出器、すなわちエネルギー分解能力を有するコンパクトなガンマカメラが有用であると考えられる。しかし、既存のガンマカメラは、ピンホールガンマカメラ等、鉛コリメータ等でγ線の入射方向を絞ることが一般的であり、サイズ・重量の増大（30kg 前後）を招くと共に、検出効率の劣化、すなわち迅速なリアルタイム情報収集には不向きであった。さらに視野が狭く、広範囲の領域を一度にモニタするためには複数台のガンマカメラが必要であり、既存のガンマカメラをそのまま
1

上記目的に適用することは困難である。また、コンプトン散乱を用いたガンマカメラが宇宙天文学などの分野で開発されてきているが、その動作原理上視野が 180 度（立体角で 2π方向）に限られる。
大規模原子力災害が発生して時間が経過した後（数カ月～）の状況では、緊急に放射線入射情報を取得する必要はないため、上記の既存ガンマカメラを用いても、ある程度時間がかかるが、詳細な放射線の入射情報を得ることは可能である。現状では、そのための様々なガンマカメラが開発されつつあり、今後実用が進んでいくものと思われる。
一方、大規模原子力災害直後には、線源の事前情報は基本的に存在せず、360 度（4π方向）からγ線が入射する可能性があり、既存のコンプトンガンマカメラを採用しても最低でも 2 台の検出器を背中合わせにする必要がある。しかしながら緊急時には、迅速な情報取得が何よりも求められるため、検出器自体が全方向に感度を有することが望ましい。また、状況の変化が不明であるため、可能な限り早くに核種情報が得られる必要がある。
このような状況下に対応可能な、高検出効率、エネルギー弁別能力を有し、全方向に感度を有するガンマカメラの心臓部である放射線検出部開発として、シンチレータスタック型ガンマイメ
ージャの開発を本研究開発の最終的な目標となる。これは、高効率なガンマ線スペクトロメータ
として使用されているシンチレーション検出器内の、放射線相互作用位置とその付与エネルギーを同時に取得し、入射ガンマ線のエネルギーと入射方向を逆計算し推定するものである。特に、棒状シンチレータをスタック状に束ねる構造を採用することで、コリメータを必要とせず、全方向に感度を有し、かつ高検出効率で上記の情報を得るものが実現できると考えている。概略図を
図１－２に示す。また、コリメータを必要としないことから軽量コンパクトとなり、可搬型の検出システムが構築可能であると思われる。さらに、コンプトン散乱の式や検出器応答の統計的逆推定により、計数率にも依存するが、数十秒～数分間隔で飛来放射線のエネルギー及び方向が求められ、その場所の線量の主要因となっている放射性同位体の種類や位置の推定が可能になると期待される。
そこで、万が一事故が起こった際に施設内の核種ごとの位置分布や放射線量を迅速に把握するため、可搬型であり、核種弁別のためのエネルギー分解能力を有し、角度分解能±45 度・検出
効率 40％程度で 360 度方向に感度を有するガンマカメラとして、シンチレーション検出器を用いたシンチレータスタック型ガンマ線イメージャの開発を本研究開発課題の目的とする。

2

図 1-1 飛来放射線の方向情報概念図。飛来方向情報が無ければ線源となっている場所が分からず、線量計を人が持って周辺を探査する（＝被曝するリスクがある）必要あり、線量率が高ければそれも困難となる。検出器を設置するだけで飛来方向情報が分かれば、線源から距離をとった
り遮蔽等の対策をすることが可能となり、線量低下、除染、遮蔽処置等の各種対応が容易となる。

3

図 1-2 提案するγ線イメージャの概念図。棒状のシンチレータをスタックし、γ線入射時のコンプトン散乱事象を記録・解析して入射方向情報を得る。なお、単純にそれぞれのシンチレータの出力和により、線量計やγ線スペクトロメータとしても動作可能である。

4

2．業務計画
2.1 全体計画
前章にて記述されたシンチレータスタック型ガンマ線イメージャの開発のためには、シンチレ
ータとγ線との相互作用位置及びその際の付与エネルギー量を同時に取得する必要がある。γ線と物質との相互作用には、光電効果・コンプトン散乱・対電子生成の３つの種類が知られているが、本研究開発において特に問題となる 137Cs の放出するγ線の持つエネルギー近傍では、コンプトン散乱が支配的になる。コンプトン散乱では、γ線はそのエネルギーをシンチレータへの付
与エネルギー分だけエネルギーを減らして散乱していくことになる。この散乱による電子及び散乱γ線のエネルギー・散乱角は、エネルギー保存則と運動量保存足から容易に求めることができる。散乱した後のγ線は、最終的に光電効果を起こしてシンチレータに吸収されることになるた
め、結局１本のγ線入射あたり、シンチレータ内の数か所でエネルギー付与する相互作用が発生することになる。シンチレータは、エネルギー付与量に比例したシンチレーション光子数をラン
ダムな方向へ放出するため、相互作用位置及びそのエネルギーを取得するためには、シンチレー
ション光子をうまくコントロールし、その発光量及び位置情報を取得する方法が必要となる。
我々の採用している手法は、棒状のシンチレータを束ね、各棒からのシンチレーション光を独立に読み出すことにより、棒状シンチレータ自体の位置、及び棒状シンチレータの両端からの光出
力の差からシンチレータのどの位置で発光しかたの情報を取得することとしている。各シンチレータ独立に動作させ時間同期を取ることにより、複数ヵ所の発光事象のそれぞれの発光情報を得ることが可能となる。同一の棒状シンチレータで複数点の発光事象があった場合には区別できずに偽情報を与えることになるが、シンチレータロッドを十分細くすれば、その事象率は十分に低く保つことができる。
そのため、ガンマイメージャを開発するための具体的な開発は以下のような要素に分割することができる。
①スタックすべきシンチレータの選定②棒状シンチレータから発光点位置情報を取得するためのシンチレータの加工方法③入射γ線の方向分解能を向上させるためのシンチレータスタックパターン④棒状シンチレータ両端からの光読み出し装置の開発の４つがあげられる。即ち、放射線を直接とらえる材料であるシンチレータ材の選択と、そのシンチレータの長軸方向発光位置情報を取得するための加工法、及びその加工された棒状シンチ
レータのスタック方法の検討が必要である。さらに具体的な検出システムとするためには、入射γ線に対して十分な透過特性を有する光読み出しセンサーの開発が必要となる。
これらの開発のために、平成２４年度から４年間を２つのフェーズに分けて実施することとした。即ち、前半の平成２４年度～２５年度を要素技術の開発期間とし、上記①～④の要素それぞれ個別に研究開発を実施することとする。ただし、各要素を個別に開発するとしても、それぞれお互いに影響を及ぼすため、ある程度は情報を共有しつつ実施することとする。また、後半の平成２６年度～２７年度は、検証フェーズとし、試作機を作成することにより、全体のシステムとしての開発を実施することとする。検証フェーズでは、個々の要素を一つに組み上げて、全体としての整合性や特性評価等を実施し、最終的な検出器システムの開発を目指すものとする。なお、
本業務の全体計画図を図 2.1-1 に示す。
6

（ 実機試作、適用性評価）（特性解明、要素開発、理論検討）

１．シンチレータ材料の特性評価検討①側面加工性の検討（名古屋大学）②温度依存性の評価（名古屋大学）③スタック手法の開発（名古屋大学）側面加工条件の検討

２．シンチレータ側面処理方法の検討①銀反射面の作成方検討（名古屋大学）②側面凹面加工金属反射シンチレータの試作と性能評価（名古屋大学）③側面凹面加工反射シンチレータの作成（東京都市大学）

Ag反射膜試作・特性評価

３．最適配置パターンの検討①検出器応答計算（名古屋大学）②γ線入射方向推定アルゴリズムの開発（名古屋大学）③シンチレータブロックによる検出
器応答の実験的検証（名古屋大学）
４．光読み出しシステムの構築①MPPC読み出し回路の設計試作・
温度特性評価（富山高専）②複数チャンネルMPPCからの信号取得回路の設計試作及び性能評価（富山高専）③多チャンネルMPPCからの信号取得回路の作成とシンチレータブロックからの信号取得性能評価（富山高専）④バッテリー駆動の検討（富山高専）

温度依存性・発光量評価
３．③へ統合側面加工・反射膜作製・特性評価

応答計算プログラム整備方向推定アルゴリズムの検討

モデル検出器による応答作成

長さ50mmタイプ作成

高線量率場対応タイプ作成

長さ50mmタイプ応答作成

高線量率場対応タイプ応答作成

モデル検出器による性能評価 実機モデルによるアルゴリズム評価
少量シンチレータブロックによる検証 実機シンチブロックによる検証

総合的性能評価

1ch読み出し回路の試作評価
複数ch回路試作評価
多ch回路作成および少量シンチレータからの信号取得

多ch回路作成および64本

高線量率場対応多ch回路作成及びシンチレータからのシンチレータからの信号取得

信号取得

駆動方策の検討

５．まとめ・評価①外部評価・検討（東京都市大学）②まとめ・評価（東京都市大学）

外部評価・検討△

図 2.1-1 期間全体の開発計画

7△△ まとめ・評価

３．シンチレータ材料の特性評価検討及びシンチレータ側面処理方法の検討
3.1 材料評価検討 （H24～H25）
3.1.1 シンチレータ加工性の評価
数々のシンチレータ材料が一般に供給されており、本研究開発に最適なシンチレータ材料を選定する必要がある。そのため、棒状シンチレータとして、ルテチウムイットリウムオルソシリケ
イト（LYSO）, フッ化カルシウム（CaF2 ）、ガドリニウムアルミニウムガリウムガーネット（GAGG）、プラスチックシンチレータ、ヨウ化セシウム（CsI）の、潮解性を有しない（有しても少ない）シンチレータを用意して加工性の評価を実施した。これらは、シンチレータの長軸方向の位置分解能を向上するために加工を必要とするため、実施するものである。また、各種シンチレータの特性から、本目的に合致するシンチレータの選別を実施した。
今回ターゲットとしたシンチレータの特性を以下に記す。
①セリウム添加 GAGG シンチレータ
本シンチレータは東北大学と古河機械金属の共同で開発された新規シンチレータであり、取扱いの簡便さ、単位エネルギー付与あたりの発光光子数の多さが注目されているシンチレータである。シンチレータそのものは黄色に着色しているが、発光波長が長波長側（中心波長約 520nm）
であり、特に着色していること自体は干渉しないと謳われている。また潮解性が無く、発光時定数が 88nsec と短く、密度も 6.6g/cm3 と比較的大きいことから、医療用、セキュリティ用、資源探査用等への利用が期待されている。特に発光波長が長波長であることは、Si 系光検出器の光感度特性にマッチングしており、ポータブル機器への応用が見込まれる。
②セリウム添加 LYSO シンチレータ
高密度（7.4g/cm3）を特徴としており、発光時定数も 40nsec.と短く優れた特徴を有するシンチレータである。潮解性が無く、また GAGG と異なり無色透明であり、原子物理学や核医学に適用されているシンチレータである。しかしながら、ルテチウムの自己放射能があり、低レベル放射線測定には向いていないという欠点があるが、他方、その高密度からγ線の検出効率に優れる
特徴を有する。
③タリウム添加 CsI シンチレータ
密度は 4.5g/cm3 と上記シンチレータより小さいが、単位エネルギー付与あたりの発光光子数が多く、比較的古くから知られているシンチレータ材料である。若干の潮解性を有することが知れらているが、シンチレーション発光波長の中心波長が 550nm と長波長側であり、GAGG と同じ
く Si 系光センサとの光感度マッチングに優れている。しかしながら柔らかく（Mohs 硬度 2）複雑な形状への加工は困難とされている。
④ユーロピウム添加 CaF2 シンチレータ
密度は 3.19 g/cm3 と軽いシンチレータである。発光時定数も 0.9μsec と比較的長く、γ線計
測用には向いていないと考えられている材料であるが、光収率が比較的高いため、本研究開発では、入射γ線をコンプトン散乱されるための散乱検出器用シンチレータの候補としている。
⑤プラスチックシンチレータ
プラスチックベースであり、密度が 1.03 g/cm3 と軽いシンチレータである。発光時定数が短
いため、高速応答の検出器を必要とする場合に良く使用される。CaF2 シンチレータと同様に、本研究開発では、入射γ線に対するコンプトン散乱検出器用のシンチレータ候補としている。
8

表 3.1-1 シンチレータ特性一覧
シンチレータ候補

GAGG (Ce)LYSO (Ce)CsI(Tl)CaF2(Eu)

プラスチック

光収量60,00032,00054,00024,00010,500

無

無

若干有

無

無(軟化点

(photons/MeV)
潮解性

70℃)
自己放射能

無

有

無

無

無

（176Lu）

表 3.1-2 加工性調査結果一覧
シンチレータ候補

GAGG (Ce)LYSO (Ce)CsI(Tl)CaF2(Eu)

プラスチックラッピング研磨加工

○

○

－

○

○

ワックス固定

○

○

×

○

△

加工時間

２４分

２０分

－

５分

４分

（１面あたり）

以上のシンチレータに対し、ラッピング装置により側面加工性を評価したところ、表 3.1-2 の通りとなった。本研究開発のシンチレータとしては、自由な加工が可能であることが必須であり、さらに加工時間がより短いことが求められる。また、自己放射能がある場合、低線量率場でのデータ取得に困難をきたすため、望ましくない。これらの点に注目し、上記加工結果から、本研究開発のシンチレータ候補の順位は、１位 GAGG
２位 CaF2となった。なお、CsI 及びプラスチックシンチレータは、今回の加工法を採用する限り候補から外した方が良いと考えられ、ＧＡＧＧを本研究開発の候補として以下の研究開発を進めることとした。

9

3.1.2 温度特性評価
シンチレータからの光を検出する検出器として、光電子増倍管（PMT）とマルチピクセルカウン
ター（MPPC）の 2 種類が本研究開発用の候補に挙げられている。特に MPPC はシングルフォトンの検出が可能であり磁場にも不感であることから、これまで使用さてきた PMT の代替として各分
野で適用が進みつつある。特に MPPC は 1mm 以下の Si 基板を用いて製造されるため、ガンマ線に対する遮蔽能力が低く、本研究開発の最終目的とするところの、全方向ガンマイメージャには適していると見込まれる。ところが、MPPC は PMT と異なり、温度依存性が大きいことが知られている。そこで、GAGG シンチレータとカップリングした際の温度依存性評価を以下の通りに実施した。
実験体系図を図 3.1-1 に示す。温度依存性は素子ごとの依存性の違いを取り除くため、MPPC、PMT の素子を一つそれぞれシンチレータ片面に光学接続し、検出器全体を温度コントロール可能な暗室内へ設置し、線源からのガンマ線スペクトルを測定した。ガンマ線スペクトルの全吸収ピーク位置により光検出器のゲイン温度依存性評価を実施した。なお、暗室として用いた機器はラ
イトスペック恒温器 LU-113 であり、-20～50℃の温度コントロール能力を有するため、ほぼ日本の全土の温度範囲に対応することが可能であると見込まれる。
また、使用した GAGG シンチレータと、MPPC、PMT の素子の写真を図 3.1-2 に示す。PMT と比較
し、MPPC が非常に小型であることを見て取ることができる。
評価結果を図 3.1-3 に示す。図中横軸は恒温器動作温度であり、縦軸は 137Cs 線源から放出される 662keV の全吸収ピーク位置となっている。このピーク位置は、シンチレータの発光光子数と光検出器のゲインの積に比例する。この評価結果により MPPC 単体の温度依存性の評価は不可能であるが、GAGG シンチレータが第一候補であるため、GAGG シンチレータの温度特性も含めて全体の温度依存性が評価されることとなる。比較として、MPPC の代わりに PMT（浜松ホトニクス
社製 H6524）を用いた場合も評価した。
図 3.1-3 に示される通り、PMT の場合、若干低温側の出力が大きくなっている様に見えるものの、ほぼ温度に依存せず一定の位置を保持しており、PMT を光検出器として用いる場合はあまり温度依存性が存在しないことが示された。すなわち、PMT を用いて検出器を構成する場合は、温度補正の必要はないことになる。
一方、MPPC の場合は、図 3.1-3 に示される通り、ファクター２以上の変化が確認された。特に低温になるほどゲインが増大する傾向が観察された。一般に、シンチレータ直後の段階で信号増幅を実施することが、S/N の観点から望ましい。そのため、低温で動作させることが望ましいと言える。しかし、結露の問題もあり、屋外で用いる場合の検出部を低温にコントロールすることは困難が予想される。そのため、GAGG シンチレータと MPPC とで検出器を構成する場合は、温度コントロールをすることが最も望ましいが、次善として検出器部の温度をモニターし、それぞれの出力を予め取得していた温度校正曲線により校正することが必要であると結論付けられる。

10

図 3.1-1

温度特性評価実験体系図。シンチレータと、MPPC または PMT が接続され（図中

Photodetector 部分）、それぞれの出力は、ORTEC 社製プリアンプ、メインアンプを通じ、
FastComtech 社製 ADC により波高分布が取得された。

図 3.1-2 使用した GAGG シンチレータと MPPC、PMT の素子の写真。比較対象として 10 円玉を並べてある。MPPC の小型化に対する有利さと、外部から飛来するガンマ線に対する透明性が期待
される。

11

Relative Peak Position [a.u.]210
図 3.1-3

MPPC + GAGG(Ce)PMT + GAGG(Ce)1020
Temperature [℃]

137

30

Cs の全吸収ピークの温度依存性。PMT と比較し、MPPC の温度依存性の大きい。なお、

測定温度範囲は 5℃～25℃である。

12

3.1.3 GAGG シンチレータ側面処理方法の検討
本研究開発では、棒状シンチレータの両端に光検出器を配し、その二つの光検出器の出力の差
異から、シンチレータ内での放射線相互作用位置、出力の和から放射線相互作用でのエネルギー付与量を算出する。そのため、最も優れた位置分解能とエネルギー分解能を得るための、棒状シンチレータの側面の処理方法を探索する必要がある。
そこで、試験方法として、以下の三つの加工を施した GAGG シンチレータに対する、137Cs 線源に対するエネルギー分解能と位置分解能を測定することにより、評価を実施した。位置分解能、エネルギー分解能の評価は、鉛ブロックにより 3mm にコリメートされたガンマ線をシンチレータに照射することにより実施した。また、光検出器として MPPC を用いた。なお、MPPC は、前節で示された通り温度依存性が大きいため、25℃の環境下で評価を実施した。
実験体系を図 3.1-4 に示す。シンチレータの両端に MPPC を接続し、2 つの MPPC の出力を、前節の回路系を 2 系統に接続し、それぞれの波高値を記録した。
また、側面の加工方法は①未加工
側面を加工せず、そのまま両端に光検出器を接続したもの②1 面凹面鏡面加工
側面の 1 面を、ラッピング装置により曲率半径 2.0m で凹面加工を施し、さらに研磨プレート（＠80nm 研磨粒子）にて鏡面加工を実施したもの③側面金属膜蒸着加工
側面の 1 面に、金属 Ag をスパッタリングしたものの 3 種類である。
この 3 種類のシンチレータ加工に対しエネルギー分解能、位置分解能の取得を行った。その結果を以下に示す。
①未加工
平成 25 年度調達の未加工シンチレータ（サイズ：5.8×5.8×44mm3）に対し、エネルギー分解
能と位置分解能を評価した。図 3.1-5 に 137Cs に対するエネルギースペクトルを示す。また、3 か所に照射した場合の、両端出力の比の自然対数をとった場合の度数分布を図 3.1-6 に示す。得られたエネルギー分解能と位置分解能を表 3.1-3 に示す。
なおこの値は、平成 24 年度に調達した GAGG シンチレータの値（エネルギー分解能 13％、位
置分解能 16mm with PMT）に比べ、エネルギー分解能が改善しているが、位置分解能がかなり悪化している。PMT を光センサーとして使用しているため、その影響とも考えられる。これは、PMT の有効感度波長領域が MPPC に比較すると短波長に偏っており、GAGG は短波長側で自己吸収が報告されているため、PMT で測定した場合、シンチレーション光の自己吸収がより顕著に表れるため、このような傾向を示したと説明付けられる。さらに、平成 25 年度に調達した GAGG シン
チレータは、平成 24 年度に購入した GAGG シンチレータと比較し、透明度が改善されていたため自己吸収が減少し、シンチレーション光子がシンチレータ内部を伝搬する際に失われなくなった
結果、統計精度の向上に伴うエネルギー分解能の改善、光のロスが減ったことによる位置分解能の劣化（左右とも常に同量の光子が届く）が表れたものと考えられる。

13

図 3.1-4

側面特性評価実験体系図。シンチレータ両端に MPPC を配し、マルチパラメータ

データ収集装置に手両端からの信号を記録する。検出器部は温度コントロール暗箱に納められ、25℃下に置かれた。

100

Counts [a.u.]

80
60
40
20
0
0
図 3.1-5200

400
Channel [ch]

600

800

中央に照射した場合のエネルギースペクトル。エネルギー分解能はガウス関数をフィッティングし、約１０．１％と評価された。

14

Counts [a.u.]

150

11mm
21mm
31mm

100

50

0
-0.2

0.1
0
-0.1
ln(ChA/ChB) [a.u.]0.2

図 3.1-6 シンチレータの位置分布測定結果。位置分解能は 63mm と評価された

このことは、シンチレータのロッド製造時期により、シンチレータ自体の特性が変化する可能性が明らかになったことを示しており、シンチレータの評価を個別に実施する必要性を示している。
②1 面凹面鏡面加工
凹面加工として、ラッピングマシンによる研磨を実施した後に特性評価を実施した。なお、加工最終段階でポリッシングパッドによる鏡面研磨工程を追加している。図 3.1-7、図 3.1-8 にエ
ネルギー分解能、位置分解能評価結果を示す。
③側面金属膜蒸着加工
GAGG シンチレータの屈折率は 1.93 である。図 3.1-9 に示すが、テフロンテープを巻いたとしてもシンチレータ側面は空気と接するため、全反射角度は側面垂線に対して 31.2 度となる。両端面に接続する MPPC の屈折率は 1.6 程度であると考えられるため、シンチレータから MPPC へ光がぬけだすためには、入射角 56 度よりも急な角度で入射する必要がある。そのため、MPPC へ抜けるシンチレーション光は、側面で反射せずダイレクトに届く成分を除くと、側面で全反射した成分でない限り、端面で MPPC へ抜け出すことができない。
以上のことを考慮すると、側面反射率をコントロールすることにより、シンチレーション光子の光センサーへの伝達効率（＝途中での吸収率）の制御が実現できると考えられる。
側面反射率をコントロールするために、側面に金属 Ag をスパッタリングした。金属 Ag 被膜は可視波長領域での光反射率に優れるものの、全反射よりかは反射率が落ちるため、光の伝達効率自体が低下する傾向にある。そこで、スパッタリングコーター（SC-701MkⅡ）にて、スパッタリ
ング時間を変化させ膜厚を変化させつつエネルギー分解能、位置分解能の測定を実施した。
図 3.1-10 にスパッタリング前の GAGG シンチレータと、30 秒スパッタリングした後の GAGG シ
ンチレータを示す。30 秒のスパッタリング時間でも、向こう側が透けて見える程度の Ag 膜厚である。
15

Counts [a.u.]

80
60
40
20
0
0

100

200 300 400
Channel [ch]

500

600

図 3.1-7 側面凹面鏡面加工 GAGG シンチレータのエネルギー分解能測定結果。137Cs の全吸収ピークにガウス関数をフィッティングしエネルギー分解能を求めた

150
Counts [a.u.]

11mm
21mm
31mm

100

50

0
-0.3

-0.2

-0.1 00.1
ln(ChA/ChB) [a.u.]

0.2

0.3

図 3.1-8 側面凹面鏡面加工 GAGG シンチレータの位置分布測定結果。左右の出力の比の自然対数をとったもののヒストグラム。

シンチレータ

光センサ

31.2度
56度

n=1.93n=1.6

図 3.1-9 GAGG シンチレータ（左部）と光センサが密着した場合の、シンチレータ側面、光セン
サ結合面での全反射条件。光センサに入射するシンチレーション光は、無反射成分をのぞくと、側面で必ず全反射しなければならない

16

図 3.1-10 スパッタリング前、スパッタリング後の GAGG シンチレータロッド
図 3.1-11 にエネルギー分解能と、位置分解能の、スパッタリング時間依存性を示す。スパッタリング時間が長くなる、即ち Ag 膜厚が厚くなるにつれ、エネルギー分解能は徐々に劣化している。これは、全反射して端面まで伝わるシンチレーション光が減少し、光子統計が劣化したためだと考えられる。一方、位置分解能は 20mm 以下に急激に改善している。これは、側面反射でのシンチレーション光の減弱が導入されたため、左右の端面の MPPC 位置での到達シンチレーシ
ョン光子数に位置依存が表れ始めたためと考えられる。図 3.1-12、図 3.1-13 に 137Cs のエネルギ
ースペクトル、位置分布測定結果を示す。全吸収ピークが観察されると共に、各入射位置に対応するピークが位置分布測定結果に表れている。この結果から、5.8mm 角の GAGG シンチレータ（平成 25 年度調達ロット）においては、約 30 秒のスパッタリング時間により蒸着される Ag 被膜を側面に持たせた加工が、最も目的に合致した加工方法であると結論付けられる。
なお、加工方法①②③のエネルギー分解能、位置分解能の一覧を表 3.1-3 にまとめて示す。
この結果より、側面金属膜蒸着加工が最も本研究開発目的に適したシンチレータを実現可能な加工方法であると結論付けられる。
エネルギー分解能 [%]位置分解能 [mm]

40

80

30

60

20

40

10

20

0
図 3.1-11

100

0

20
40
60
Sputtering time [sec]80

Position resolution [mm]

Energy resolution [%]

50

0
100

側面金属膜蒸着加工のエネルギー分解能・位置分解能のスパッタリング時間依存性。

スパたリング時間 30 秒前後が最適値であると考えられる
17

図 3.1-12 側面金属膜蒸着加工シンチレータの 137Cs のエネルギースペクトル

図 3.1-13 側面金属膜蒸着加工シンチレータの位置分布測定結果
表 3.1-3 加工方法①②③のエネルギー分解能、位置分解能の一覧
エネルギー分解能

位置分解能

未加工

10.1%

63mm

一面凹面鏡面加工

10.7%

56mm

側面金属膜蒸着加工

18%

17mm

18

3.2 側面処理の実施 （H26～H27）
3.2.1 3mm 角 GAGG シンチレータ側面処理
前節の結果をもとに、平成 26 年度に調達した 3mm 角 GAGG シンチレータの側面金属薄膜スパッタリング処理を行った。ロット一本ごとに特性が異なるため、1 本ずつ個別に特性評価を行う必要がある。図 3.2-1 及び図 3.2-2 に示す実験体系にてγ線照射実験を行い特性を取得した。図3.2-1 は１本ずつの特性評価、図 3.2-2 は２本同時に評価した場合の体系である。シンチレータ
両端に MPPC 光センサを配置し、鉛コリメータ(100×100×30 mm3、φ3.0 or slit 3 mm)を用いてシンチレータ長軸方向 5 mm から 45 mm まで 10 mm 間隔ごとにγ線を照射した。なお、使用したγ線源は 137Cs 線源である。
得られたデータの一例として、Lot.No.1 の中心照射時の波高分布及び、照射位置ごとの比率分布を図 3.2-3 と図 3.2-4 に示す。なお、恒温槽内に検出器を設置し 25℃に維持しながら実験を行った。測定時間は 300 sec とした。照射位置ごとの各分解能の平均を検査データとして使用した。この実験結果より、各シンチレータのエネルギー分解能、位置分解能を評価した。
側面処理前の 64 本の GAGG(Ce)シンチレータの特性評価結果を表 3.2-1、図 3.2-5 に示す。図3.2-5 を見てわかる様に、今年度購入した GAGG(Ce)シンチレータには同一ロットにもかかわらず個体差があり、減衰長が異なり、それによりエネルギー分解能・位置分解能共に異なっている。
しかしながら指数関数的な減衰をする場合の理論曲線に取得データはしたがっており、側面スパッタリング処理にて側面反射率をコントロールすることにより、減衰長さの制御、それにより特性の改善が見込まれることが判明した。なお、減衰長は方端面の MPPC 出力の発光量スペクトルのピーク位置が、照射位置によって異なることを利用して算出した。
次に、シンチレータ側面に Ag スパッタリングを行うことで減衰長の調整を行った。スパッタ
リング時間と減衰長の関係求めるため、スパッタリング時間を変えて減衰長の依存性を求めた。
その結果を図 3.2-6 に示す。この依存性を使用し、減衰長が均一になるようなスパッタリング時間を算出し、その時間でスパッタリング処理を実施した。各シンチレータに対するスパッタリン
グ時間を表 3.2-2 に示す。なお、特性の良いシンチレータ（lot.No.8）に関しては、スパッタリ
ング処理を行わなかった。
スパッタリング処理後のシンチレータ数本に対して、特性評価を行った。特性評価結果を表
3.2-3 に示す。また、減衰長と分解能の関係を図 3.2-7 に青い点として示す。この図から、スパ
ッタリング後の減衰長がコントロールされており、位置分解能の改善が確認された。またほぼ近い値に集中していることが確認でき、特性のばらつきが抑えられていることも判明し、本処理の有効性が示された。なお、図 3.2-8 にスパッタリング前と後の GAGG(Ce)シンチレータの一例の写真を示す。
以上により 64 本の 3mm 角 GAGG(Ce)シンチレータの側面処理が完了した。

19

図 3.2-1 1 本ずつ特性評価を実施した際の実験体系図。シンチレータと MPPC の間には光カップ
リングとして信越化学製 KE-420 ジェルシートを挟み、密着性を上げた。

図 3.2-2２本ずつ特性評価を行った際の実験体系図。γ線はスリット状にコリメートされている

図 3.2-3

Lot 1 のシンチレータロッドの波高分布図。左右の MPPC の出力の和のヒストグラ

ムである。137Cs から放出される 662keV のγ線の全吸収ピーク及びコンプトン連続部が観測されている。
20図 3.2-4 Lot１のシンチレータロッドの位置分布のヒストグラム。左右の MPPC の出力の比の対数を横軸にして度数分布をプロットしてある。それぞれの照射位置に対しピークが観測され、このピークの位置間隔が 10mm に対応している。ピーク半値幅より位置分解能を評価した
表 3.2-1

シンチレータ 64 本分のエネルギー分解能及び位置分解能の表。なお、各照射位

置での片方の MPPC によるエネルギースペクトルデータの全吸収ピークの位置依存性からシンチ
レータの光減衰長も評価し表に掲載している。
エネルギー分解能[%]

位置分解能[mm]@662keV@662keV

1

10.6

13

172.634

2

10.7

11

140.298

3

10.3

13

182.942

4

10.7

15

204.04

5

10.3

12

146.89

6

11.0

14

182.078

7

10.8

14

187.946

8

10.4

10

136.924

9

10.6

16

217.28lotNo

21

減衰長[mm]

備考

10

10.7

11

139.252

11

11.6

15

177.13

12

10.3

13

162.518

13

10.4

11

134.686

14

10.7

22

292.44

15

11.7

28

342.54

16

10.6

18

232.44

17

11.0

16

200.2

18

10.7

14

179.094

19

10.7

11

145.722

20

11.2

19

251.32

21

10.9

13

158.88

22

11.3

20

244.06

23

10.3

20

262.16

24

10.7

26

348.8

25

10.4

28

376.86

26

10.9

22

290.38

27

11.4

26

332.62

28

11.2

27

358.26

29

11.2

20

258.06

30

11.4

25

321.9

31

10.4

22

297.46

32

10.8

13

173.654

33

10.7

14

169.97

34

10.6

12

152.814

35

10.6

15

190.99

22

36

10.8

13

164.18

37

10.5

15

204.62

38

10.5

14

180.19

39

10.6

13

162.24

40

10.4

15

190.344

41

11.3

16

216.38

42

10.6

14

187.236

43

11.1

16

203.78

44

10.6

13

167.394

45

10.3

18

248.36

46

10.7

15

198.298

47

11.1

23

311.76

48

10.4

16

219.28

49

11.4

15

180.198

50

10.7

12

144.766

51

11.0

13

156.21

52

11.0

13

144.766

53

10.6

13

173.566

54

10.9

14

168.588

55

10.8

14

187.4

56

10.9

17

223.58

57

10.7

20

259.9

58

10.6

12

147.726

59

11.0

14

185.428

60

11.0

18

224.62

61

10.8

11

115.01423

62

Lot No00 で代用

63

10.9

15

192.316

64

10.6

11

129.348

図 3.2-5

各シンチレータの位置分解能とエネルギー分解能を減衰長の依存性としてプロットした図。シンチレータ光の長軸方向減衰が指数関数の場合の理論値を曲線としてプロットしている。
なお、図中白抜きのプロットは、Ag をスパッタリングした際の、スパッタリング時間依存性を取得した際のデータである

24

図 3.2-6

スパッタリング時間と減衰長の変化の実験結果。指数関数フィッティング結果より、スパッタリングによる減衰の増加分を予想計算した。
表 3.2-2 各シンチレータの減衰長とスパッタリング処理時間の一覧
lot No.

減衰長

スパッタリング時間[sec]1

172.63452

140.2984

3

182.9426

4204.046

5146.895

6

182.0786

7

187.94668

136.9244

9217.287

10139.252

4

11

177.136

12162.518

5

25

備考

13

134.6864

14

292.448

15342.548

16232.44

7

17

200.2

6

18

179.0946

19145.7225

20251.327

21

158.88522244.067

23262.16

7

24

348.8

9

25

376.86926290.38827332.62828358.26929

258.06

7

30

321.9

8

31

297.46832173.6545

33

169.97534152.814535190.99636164.18537204.626

38

180.196

39162.24540190.344

6

26

41

216.38642187.2366

43203.78644167.3945

45248.367

46

198.2986

47311.768

48219.28749

180.198650

144.7665

51

156.215

52144.7665

53

173.5665

54

168.588

5

55

187.4

6

56

223.58

7

57

259.9

7

58

147.7265

59185.4286

60

224.62

7

61

115.014

362

Lot No00 で代用

63

192.3166

64129.348427

表 3.2-3 スパッタリング後のシンチレータのエネルギー分解能と位置分解能の一覧
エネルギー分解能[%]

位置分解能[mm]@662keV@662keV

0

12.2

10

99.1222

13.2

880.286

8

10.4

10

136.924

13

12.0

10

103.86

22

15.7

10

75.908

28

15.3

10

86.602

45

15.4

9

64.464lotNo

減衰長[mm]

備考

図 3.2-7 スパッタリング後のシンチレータ（ランダムに数本分）のエネルギー分解能と位置分解能をプロット（青い点）した図。スパッタリング前（赤い点）から減衰長が改善され、位置分解能が改善した28

図 3.2-8 スパッタリング前、スパッタリング後のシンチレータの写真29

3.2.2 1mm 角 GAGG シンチレータ側面処理
高線量率対応版として、3mm 角よりも細い 1mm 角の GAGG(Ce)シンチレータを調達し、側面処理を施した。サイズが 1×1×50mm3 と 3mm 角よりも細くなっているため、シンチレータ 1 本当たりの体積が約 1/9 となっており、高線量率場対応に必須となる検出効率の低減が期待できる。なお、調達したシンチレータの写真を図 3.2-9 に示す。
シンチレータの特性評価のため、去年度同様にテフロンテープを側面被覆し、特性評価実験を行ったが、シンチレータが細すぎたのか原因は不明であるが、図 3.2-9 の上側に示されるシンチ
レータの様に、テフロンテープ被覆作業で破損が生じてしまった。本来、GAGG(Ce)シンチレータ
はガーネット型結晶であり、機械強度が強く頑丈であることが知られている。しかしながら手作業で実施したテープ被覆作業で破損（折れ）が生じてしまっており、これ以上の細径化はハンド
リング上困難であり、より細径化が必要となるのであるならば単純にテフロンテープを被覆するのではなく、別の側面処理方法が必要となると推測される。
1 本のシンチレータロッドに側面テフロン被覆処理を行い、両端に MPPC 光検出器を配置し、シンチレータの特性評価試験を実施した。使用した線源は 137Cs（662keV）である。図 3.2-10 にシンチレータ両端の出力和のスペクトルを、図 3.2-11 に左右の出力比から算出される位置分布
スペクトルを示す。エネルギー分解能及び位置分解能を評価したところ、エネルギー分解能約15％、位置分解能約 5.8mm となった。この結果は、前述の 3mm 角シンチレータの結果（側面スパッタリング処理で減衰長調整後のエネルギー分解能約 10％、位置分解能約 10～15mm）と比較して、特に位置分解能が優れた結果となった。スパッタリング処理を行うと、位置分解能は改善されるもののエネルギー分解能は改善されないため、1mm 角シンチレータに対しては、スパッタリ
ング処理をするべきではないとの結果となった。そのため、側面 Ag 金属スパッタリング処理を行わず、側面テフロン被覆処理のみ実施した。なお、シンチレータが細くなっているため、去年度と比較して全吸収ピークの割合（ピークコンプトン比）は小さくなっていることが確認された。

図 3.2-9 平成 27 年度調達した GAGG(Ce)シンチレータの写真（背景：1mm 方眼用紙）。上側はテフロン被覆作業中に折れてしまったシンチレータ。

30

100

-20mm
0mm
20mm

Count

80
60
40
20
0
0

1000

2000

3000

4000

5000

Channel
図 3.2-10 シンチレータロッドの波高分布スペクトル。

250
照射位置
-20mm
0mm
20mm

Counts

200
150
100
50
0
-50 -40 -30 -20 -10 0

10 20 30 40 50

Position (mm)
図 3.2-11 シンチレータの長軸方向に 20mm おきにガンマ線を照射した場合の位置分布スペクト
ル31

3.3 最適配置パターンの検討（名古屋大学）（H24～H27）
3.3.1 検出器応答計算
事故時における環境中放射性核種から放出されるγ線の方向情報取得のためにシンチレータス
タック型ガンマイメージャを用いた場合に、得られたデータに対してどのような処理をすれば良いか、を検討するために、検出器内における入射γ線の挙動及び検出器としての応答を、電磁カスケードモンテカルロ計算コード EGS5 を用いてシミュレーションした。この応答に対し、有効なアルゴリズムを検討し、試作器を模擬した場合の性能評価等を実施した。
検出器応答は、検出器のモデル化、EGS5 による検出器内エネルギー付与の算出、位置分解能・エネルギー分解能を考慮した検出器応答の作成、とのステップを通じ、応答が算出される。
検出器のモデル化は、シンチレータ部分のみとし、その外部の MPPC 等はモデル化の対象外とした。MPPC はシリコン半導体であり、薄いウェハー状となっているため、考慮対象から外してもγ線の透過に関しては問題は少ないと考えられる。EGS5 の出力であるシンチレータ位置とエネ
ルギー付与情報から、発光したシンチレータロッド番号及びエネルギー付与量を算出した。検出器応答としては、１ガンマ線入射あたりの発光パターン及び発光量を 1 セットの出力とし、必要ヒストリー数のγ線を入射させた場合を計算するコードを作成した。
図 3.3-1 にシミュレーション体系を示す。131I、137Cs の点線源を検出器の中心から一定距離離れた（図では 50 cm）の球面上に設置し応答計算を実施した。なお、出力としては、ガンマ線入
射毎に、相互作用位置、付与エネルギーの情報がファイルに書き込まれる。この出力データに対し、アルゴリズムの検討や、計算による検出器応答の評価を実施した。

図 3.3-1 検出器応答計算体系図。中心に検出器があり、検出器を中心とする半径 50cm の球
殻上に点線源を配置した。

32

3.3.2 アルゴリズムの開発
上記検出器応答を使用し、検出器の内 2 つの領域で相互作用が起こったイベントのみを抽出した後に、コンプトンコーンの逆投影を行うアルゴリズムを作成した。本検出器は棒状のシンチレータを束ねた構造をしているため、これに特化したアルゴリズムを作成した。
本来、コンプトンコーンを計算するには、図 3.3-2 に示される様に、2 つの相互作用点（＝エネルギー付与点＝発光点）のうちどちらが散乱点でどちらが吸収点であるかを識別する必要があ
るが、本システムでは散乱点・吸収点の区別をすることができない。そこで、相互作用点をそれ
ぞれ A、B とし、A が散乱点で B が吸収点である時と両者が入れ替わった時の両方の場合について次のような計算を行った。
2 つの相互作用点での付与エネルギーから下の式(1)を用いて散乱角θを計算し、2 つの相互作
用点の座標によって計算されるベクトルを中心としたコンプトンコーンを算出した。ここで、E1は散乱点での付与エネルギー、E2 は吸収点での付与エネルギー、mec2 は電子の静止質量である。
散乱検出器における相互作用点の位置・付与エネルギーと、吸収検出器における相互作用点の位
置・エネルギーにより、散乱角が算出され、入射方向がこの上に存在すると推測されるコンプト
ンコーンが算出される。

(1)
それぞれのコンプトンコーンを検出器を中心とする球面上に同じ重さで逆投影した。ここで、コーン中心のベクトルの始点は検出器の中心の位置とした。この逆推定されるコンプトンコーンを
複数のγ線入射事象それぞれに対して計算、描画し、描画が重なった点がγ線が入射してきている方向と推定することが可能となる。
アルゴリズムの概要を図 3.3-3 に示す。
また、同じシンチレータロッド内での 2 つの領域での発光(x、y 方向の位置が同じ場合)は実際の信号処理では区別不可能であるため、このようなイベントは除外したが、1％以下の割合であったため問題とならないと考えられる。
球殻上への逆投影の際に、シンチレータのエネルギー分解能を以下の方法で考慮した。一つの発光パターンにつき、その各位置での発光量を半値全幅 8％＠662keV でガウス分布となる様に乱数を振り発光量を変化させ、その変化させた発光量に従って 100 パターンのコンプトンコーンを描画した。ただし、１描画あたりの重さを 1/100 とした。なお、エネルギー分解能はその付与エ
ネルギーの-1/2 乗に比例する様に付与エネルギーに従って変化させている。エネルギー分解能の値は、実際のシンチレータの応答より評価された値を用いている。
また、コンプトンコーンの球殻座標状への投影は、球殻上は極座標系の θ と φ の 2 次元マトリックスとし、コンプトンコーンと球殻の交線（円となるが）が少しでもマトリックスの各領域にかすっていたら、その領域を＋１（1 つのコンプトン散乱事象に対し 100 回エネルギーを振りながら描画するため正確には＋1/100 であるが）とした。
図 3.3-4 に線源設置方向を(θ，φ) = (0°,0°)とした場合に、逆投影アルゴリズムにより得られた像を示す。なお、GAGG シンチレータに含まれる Gd は、40～50 keV の領域の蛍光 X 線を放出す
るため、この X 線が別のシンチレータで計数され、γ線のコンプトン散乱が起こらない時にも33

Source point

Compton Cone
Incident gamma

θScattering detector

Absorbing detector

図 3.3-2 一般的なコンプトン逆推推定の概念図

ファイル読み込み

発光位置、エネルギー算出

座標、エネルギーが有効であるか条件弁別

散乱角、コーン中心ベクトルを計算

コンプトンコーン逆投影
図 3.3-3 逆投影アルゴリズム

34

(θ,φ) = (0°,0°)90
0φ (degree)

-90
270

180

90

0

-90
θ (degree)

図 3.3-4 逆投影図(発光点間距離閾値なし)

2 点での発光が起こることがある。これは偽のコンプトンイベントとして方向推定の際のノイズとなるため、これを除去するために、各点の付与エネルギーが 100 keV 以上であるものに関してのみ有効なイベントとして取り扱った。逆投影像は検出器を中心とする球面を展開したものとなっている。
線源を設置した(θ ,φ) = (0°,0°)の点を中心にカウントが現れたため、線源方向を正確に推定できることが確認された。しかし、線源の周囲に輪のようなノイズカウントが現れることが確認された。これは、コーン中心のベクトルを決定する場合に相互作用点間の距離が近すぎるイベン
トが多いことが問題であると考えられる。例えば図 3.3-5 に示す様に隣り合うシンチレータが発光するイベントであった場合、ベクトルの傾きが θ 方向、φ 方向にそれぞれ 45°刻みでしか決定できないため、限定された領域にカウントが積算され、大きなノイズとなってしまう。これを解消するために、発光点間の距離が 3 mm 以下であるイベントを除いて逆投影を行ったところ図
3.3-6 のような像が得られ、上記の輪になるノイズが除去されることが確認された。この像について、φ＝0°の直線上での 1 次元ヒストグラムを図 3.3-7 に示す。この結果より、角度分解能は65°(FWHM)と評価された。

図 3.3-5 輪のようなノイズとなるイベントの例
35

(θ,φ) = (0°,0°)
90
0
-90
180

90

0

-90
θ (degree)

図 3.3-6 逆投影図(発光点間距離閾値 3 mm)

300

Count (a.u.)φ (degree)

270

200

100

0

200

100
θ (degree)

図 3.3-7 逆投影図断面ヒストグラム

360発光点間の距離の閾値を広げていくことにより、より精度の高い像が得られることが示唆されたため、発光点間距離の閾値を 3 mm ずつ増加させて像の変化を見たところ、線源方向推定の精度が向上していくことが示された。各条件での角度分解能をまとめたものを図 3.3-8 に示す。これらの結果より、発光点間距離の閾値を 15 mm 以上とすることで、角度分解能を 15°以下に抑えられることが分かった。但し、発光点間距離の閾値を上げるに伴って、イメージングに有効なイベント数が減少してしまうためにイメージングの効率を同時に考える必要がある。図 3.3-9 はそれぞれの閾値でのイメージング有効イベント率を示したものである

図 3.3-8 角度分解能の発光点間距離閾値依存性

検出効率 (%)

20

10

0

0

10
発光点間距離閾値 (mm)20

図 3.3-9 発光点間距離閾値の変化に対する有効イベント率の変化

37実際の環境では複数の方向からやってくると考えられるため、2 か所に線源がある場合の体系について同様な計算を実施した。その結果を図 3.3-10、3.3-11 に示す。それぞれ線源が 90°離れていた場合と 45 度離れていた場合に相当する。画像からも分かる通り、二つの点が独立に存在していることを見て取ることが可能である。なお、この計算結果は、発光点間距離閾値 3 mm、プロット数 1000 count の場合であり、発光点間距離閾値を大きくすればより分かりやすくなることとなる。
以上の結果より、コンプトンコーンを二つ描画する全方向ガンマ線イメージング法が、全方向ガンマイメージャに対し有効であることが示された。
(θ,φ) = (0°,0°), (90°,0°)90
0φ (degree)

-90
270

180

90

0

-90
θ (degree)

図 3.3-10 逆投影図（線源方向(θ,φ) = (0°,0°),(90°,0°) 、発光点間距離閾値 3 mm、プロット
数 1000 count）(θ,φ) = (0°,0°) ,(45°,0°)90
0φ (degree)

-90
270

180

90

0

-90
θ (degree)

図 3.3-11 逆投影図（線源方向(θ,φ) = (0°,0°),(45°,0°) 、発光点間距離閾値 3 mm、プロット
数 1000 count）

38

3.3.3 131I からの 365keV ガンマ線に対するアルゴリズムの改良
前節では 137Cs の放出する 662keV のガンマ線に対応するアルゴリズムの開発を実施したが、事故直後は放射性セシウムからのガンマ線よりは、放射性ヨウ素からのガンマ線が支配的である。
そこで、131I をターゲットに 365keV のエネルギーのガンマ線に対するアルゴリズム開発を実施した。前節と同様に、365keV のガンマ線を検出器に入射した場合の応答を EGS5 で算出し、その結果を用いて再投影アルゴリズムの検討を実施した。なお、131I から放出される主要ガンマ線を表
3.3-1 に示す。
表 3.3-1

131

131

I の放出する主要ガンマ線エネルギーと放出率（1）

エネルギー

放出率

エネルギー

放出率

80.2 keV

2.62 %

637.0 keV

7.27 %

284.8 keV

6.06 %

722.9 keV

1.80 %

364.5 keV

81.2 %

I の放出する代表的なガンマ線エネルギー365keV に対し、全方向ガンマ線イメージング法ア

ルゴリズムを適用した時の推定結果を図 3.3-12 に示す。入射方向（θ，φ）＝（０°，０°）に明確なピークが観察され、本アルゴリズムによって飛来方向の推定が可能であることが確認された。しなしながら、本来の方向の 180 度反対方向にも、低いながらも値が高い領域が描画された。これは 137Cs の 662keV のガンマ線に対しては見られなかった挙動である。
この原因として、131I の場合は 137Cs の場合に比較し、散乱点と吸収点でのエネルギー付与量が等しくなる事象が相対的に増えたことがあげられる。図 3.3-13 に、二点発光事象のエネルギー付与量の比の度数分布を示す。137Cs の場合は比は 0.2～2 以上まで分布しているが、131I の場合は、相対的に比が 1 前後に集中していることが分かる。散乱点と吸収点のエネルギー付与の値が等しい時は、全方向ガンマ線イメージング法アルゴリズムにおいて、散乱点と吸収点を入れ替えて散乱角度を計算しても、入れ替える前と同じ散乱角が算出されることになる。この事象を逆投影する場合は、単純にベクトルの向きが 180 度反対で散乱角が等しくなるため、本来の向きとは反対方向に疑似ピークが発生してしまうこととなる。
これを防ぐためには、散乱点と吸収点のエネルギー付与量が等しくなる事象を除去するか、散乱点と吸収点を入れ替えて描画することをやめる、すなわち散乱点と吸収点を特定する必要がある。ここで、対象エネルギーが 365keV と比較的低いことを考慮すると、アルゴリズムを以下に変更することが有効であると考えられる。
A

二点発光事象かつ両点でのエネルギー付与の和が対象ガンマ線のエネルギーに等しい事

象の抽出
変更 B１ 二点のうち、より検出器表面に近い方を散乱点、検出器中心に近い方を吸収点と仮定
変更 B２ 二点のうち、より低エネルギー付与側を散乱点、高エネルギー付与側を吸収点と仮定
C

散乱点におけるコンプトン散乱角を算出

D

二点を結ぶベクトルに対し、散乱角を頂角とするコンプトンコーンを作製

E

投影仮想球殻にコンプトンコーンを重みを付けて描画

39

G 以上をデータの数だけ繰り返す
以上の新しいアルゴリズムの変更点は、散乱点・吸収点を推定し、散乱点と吸収点を入れ替えを省いたことである。このことにより、B１、B２の推定が正しければ疑似ピークは消滅するはずである。
新しいアルゴリズムで再投影した結果を図 3.3-14 及び図 3.3-15 に示す。図に示される通り、どちらの散乱点推定方法でも疑似ピークが消滅していることを見て取ることができる。この新アルゴリズムにより、放射性ヨウ素の場合でも入射方向の推定が可能であることが示された。

90(θ,φ)＝(0°,0°)0θ（degree）

-90

270

180

90

0

-90
θ（degree）

図 3.3-12131

I の 365keV のガンマ線を入射させた場合の方向推定結果。正解の位置（0,0）にピークが観察されるが、180 度反対方向にも疑似ピークがみられる。

1000

662 keV
365 keV

カウント

800
600
400
200
0
0

図 3.3-1312エネルギー比二点発光事象のそれぞれの位置におけるエネルギー付与量の比の頻度分布。365keVの方が、662keV の分布に比べエネルギー付与比が１の事象割合が増えている。なお、比を算出する際にどちらが散乱点で吸収点であるかの区別は実施していない。

40

(θ,φ)＝(0°,0°)90
0φ（degree）

-90

270

180

90

0

-90
θ（degree）

図 3.3-14

新アルゴリズム再投影結果。B1 アルゴリズム、即ち検出器表面からの距離の短い発

光点を散乱点に、中心部に近い発光点を吸収点としている。方位分解能は 33 度であった。

(θ,φ)＝(0°,0°)90
0φ（degree）

-90

270

180

90

0

-90
θ（degree）

図 3.3-15

新アルゴリズム再投影結果。B2 アルゴリズム、即ちエネルギー付与の多い点を吸収点、少ない点を散乱点としている。方位分解能は 34 度であった。

41

3.3.4 シンチレータ配置の検討
前節までは、シンチレータを立方体に敷き詰めることを前提としてきたが、高線量率場や、それほど検出効率を必要としない場合は、シンチレータの本数を減らすことが必要となる。そこで、シンチレータの配置を立方体ではない場合の検討を実施した。
シンチレータの本数を減らした配置パターンを 3 パターン用意し、それぞれについて応答計算を実施した。さらに、求められた応答計算から、全方向ガンマ線イメージング法アルゴリズムに基づき飛来方向の推定を実施した。計算条件及び配置パターンは以下の通りである。
計算条件
シンチレータサイズ：3×3×50mm／本
シンチレータ素材：GAGG シンチレータ
配置パターン
パターン１：4×4 本
パターン２：8×4 本
パターン３：8×2 本
配置ピッチ：8mm以上の条件で、137Cs の点線源からの応答を算出し、飛来方向を算出した。推定方向のθ，φの定義を図 3.3-16 に示す。結果を図 3.3-17、3.3-18、3.3-19 に示す。なお、線源は（θ，φ）＝（0°，0°）方向に設定されている。
図 3.3-17 に示されるパターン１の結果は、本数を 4×4 本に減らした場合であり、これまでと比較して、総本数を 1/16 に減らした場合となる。この本数でも線源方向の推定が可能であることが示されたが、方位分解能は 101 度（FWHM）と減らさずに発光点間隔の制限を加えた 28 度に比較して劣化した。また、若干アーチファクトが観察された。しかしながら、間違った位置にピークは観察されず、数学的逆推定法を活用することにより、方位分解能の改善が見込まれる。
図 3.3-18 に示されるパターン２の結果は、本数を 8×4 本と、縦横比１：２の長方形に配置した場合の結果である。図 3.3-18 に示される通り、線源位置が正しく推定されていることが分かる。方位分解能は 97 度となり、タイプ１の場合よりも若干改善した。
図 3.3-19 に示されるパターン３の結果は、本数を 8×2 本と、縦横比１：４とより細長い長方形に配置した場合の結果となる。図 3.3-19 より、正しい方向が推測されているものの、180 度
反対方向にピークが表れている。これは、線源方向がシンチレータが 8 本並んだ方向に設置したため、奥行き方向へ散乱される事象が記録されなくなり、記録される事象のうち、入射γ線の散乱角が 90 度に近い事象の割合が増えたためと考えられる。即ち、90 度散乱事象が増えると、コンプトンコーンの頂角が 180 度となり、コンプトンコーンが平面となる事象が増えることとなる。
コンプトンコーンを投影仮想球殻に描画する際に、コンプトンコーンが平面であれば、その平面は正しい方向も通るが 180 度反対方向も同時に通ることとなる。これにより、反対方向にピークが表れてしまったと考えられる。
以上の結果より、シンチレータの配置は、可能な限り正方形に近い形が望ましいと結論付けら
れる。

42

φ

GAGG

GAGG

θ

線源位置
(θ,φ) = (0°,0°)

図 3.3-16 計算体系の概略図。θ、φは上手の様に設定し、線源方向を 0 度方向としている。

90
0
-90
φ (degree)

270

180

90

0

-90
θ (degree)

図 3.3-17 パターン 1 の場合の入射方向推定結果。

90
0
-90
φ (degree)

270

180

90

0

-90
θ (degree)

図 3.3-18 パターン 2 の場合の推定結果
43

90
0
-90
φ (degree)

270

180

90

0

-90
θ (degree)

図 3.3-19 パターン３の場合の推定結果

44

3.3.5 高線量率対応配置の検討
検出器の高線量率場対応のため、シンチレータロッドを細くした場合及び本数を減らした場合の特性評価を実施した。EGS5 を用いてシンチレータブロックに対する 137Cs 点線源に対する応答を計算した。シンチレータの配置はタイプＡ：立方体形状で 2.8×2.8×50mm の GAGG シンチレータを２５６本密に配置したのもの
タイプＢ：本数（２５６本）及び配置のピッチがタイプＡと同じであるが１本のサイズを
1x1x50mm と細くしたもの
タイプＣ：タイプＢの本数を６４本と１／４に減らしたものとした。得られた応答データに対し、全方向ガンマ線イメージング法アルゴリズムにより再構成を実施した。なお、実際の場を考慮して、同時計数時間を１μs とした。即ち、１μs 以内に起きた事象は、検出器にとっては区別不可能とした。これにより、２本のガンマ線を同時に数えてしまう高線量率場特有のノイズ事象を取り込むことができることになる。
タイプＡ、タイプＢ、タイプＣの、計算コード上でのモデル図を、図 3.3-20 に示す。この体系に対し、（φ,θ）＝（90°,90°）の方向、検出器中心から 50ｃｍ離れた位置に 137Cs 点線源を配置し、検出器位置における線源からの直接ガンマ線による線量率が 1.0×10-5、 1.0×10-4、
1.0×10-3、 1.0×10-2、 1.0×10-1、 1.0 Sv/h となる様に光子フラックスを想定しシミュレーシ
ョンを実施した。
その結果を図 3.3-21（タイプＡ）、図 3.3-22（タイプＢ）、図 3.3-23（タイプＣ）に示す。
この結果より、256 本束ねたタイプＡでは、低線量率場（ここでは数 mSv/h 以下）では適用が可能であるが、高線量率場への対応は難しいことが判明した。また、シンチレータを細くする（タイプＢ）、本数を減らす（タイプＣ）、等の検出効率を減らし、偽同時計数を減らす対策により、
1 ケタ高線量率場となる 10mSv/h でも再構成が可能である見込みが得られた。
しかしながら原子力プラント作業員が作業環境として困難と看做す 100mSv/h の空間線量率の場では適用が困難であり、より本数を減らす、長軸方向の長さを減らす、等の必要性が明らかとなった。

図 3.3-20

シミュレーション体系図。スタックされたシンチレータ 3 タイプ。タイプＡはフルモデルのシンチレータブロックを模擬しており、タイプＢ、タイプＣは検出効率の低い仮想的バージョンである。

45

φ

φ

60

60

10

10

-40

-40

-90

0

50

100

150

200

250

300

-90

350

θ

0

50

100

150

200

250

300

350

θ

φ
60
10
-40
-90

0

50

100

150

200

250

300

350

θ

図 3.3-21

タイプＡの場合の再構成結果。1mSv/h までは再構成できたが、それ以上の光子フルエンスでは同時発光ノイズが多く（＝２点発光事象が少なく、３点以上の多点の発光事象が支配的）、再構成が不可能であった。

46

φ

φ

60

60

10

10

-40

-40

-90

0

50

100

150

200

250

300

-90

350

0

50

100

150

200

250

300

θ

φ

φ

60

60

10

10

-40

-40

-90

0

50

100

150

200

250

300

350

θ

-90

350

0

50

100

150

200

250

300

θ

350

θ

図 3.3-22 タイプＢの場合の再構成結果。10mSv/h まではかろうじて再構成できたが、それ以上の光子フルエンスでは同時発光ノイズが多く、タイプＡと同じく再構成が不可能であった

47

φ

φ

60

60

10

10

-40

-40

-90

0

50

100

150

200

250

300

-90

350

0

50

100

150

200

250

300

θ

φ

φ

60

60

10

10

-40

-40

-90

0

50

100

150

200

250

300

350

θ

-90

350

θ

0

50

100

150

200

250

300

350

θ

図 3.3-23 タイプＣの場合の再構成結果。10mSv/h の再構成結果がタイプＢよりまともなものとなっているものの、それ以上の光子フルエンスでは同時発光ノイズが多く、タイプＡ,Ｂと同じ
く再構成が不可能であった。

48

3.3.6 シンチレータブロックによる検出器応答の実験的検証（1）2.8mm 角 256 本バージョン
256 本バージョンは、64 チャンネルの MA-PMT で挟み込むことにより、実験的データの取得を行った。シンチレータブロックの写真を図 3.3-24 に示す。なお、MA-PMT の 64 チャンネルはシンチレータの本数に比べて少ないため、各シンチレータを区別するために重心処理を行う必要がある。そのため、4 本束ねたブロックを MA-PMT の 2 か所に設置し、その 2 ブロックが同時に発光した事象の重心処理を実験データに基づき実施し、その特性評価を実施した。
シンチブロックの配置図を図 3.3-25 に示す。ブロック間は１チャンネル強のスペースを空けて設置し、両方のシンチレータブロックが同時に発光した事象を記録した。記録されたデータに対し、設置したチャンネルの上下左右併せて５チャンネル分のデータを用いて重心処理を実施した結果を図 3.3-26 に示す。それぞれのチェンネルに設置した４本のシンチレータのそれぞれの位置が分離できていることが確認された。
さらに、この分離された情報を使用し、任意の一本のシンチレータでの長軸方向の発光位置分
布と中心照射時のエネルギースペクトルを図 3.3-27、図 3.3-28 に示す。位置分解能は半値幅で10.2mm であり、エネルギー分解能は 15.6%(@662keV)であった。これにより、中心チャンネル＋
前後左右のチャンネルの５チャンネル分の重心処理で必要な情報が得られることが確認された。
また、エネルギースペクトルより、検出効率は固有効率で約 90％となった。

図 3.3-24 256 本束ねたシンチレータブロック

図 3.3-25

４本束ねたシンチレータブロックをＭＡ－ＰＭＴの 2 か所のチャンネルに配置した図。ＭＡ－ＰＭＴ１チャンネル強分のスペースを空けている。
49

30

150

20

100

countscounts

図 3.3-26 重心処理結果。４つのシンチレータそれぞれの発光事象が分離されている。

50

10

0
0

15 mm
25 mm
35 mm

200

600
400
Energy(keV)

800

0
-1

100

図 3.3-27 重心処理後のエネルギースペ

0ln(Np1/Np2)1

図 3.3-28 シンチレータ長軸発光分布。

クトル

位置分解能１ｃｍが実現されている。

50

（2）2.8mm 角 64 本バージョン
６４本バージョンは、側面処理したシンチレータの両端が MPPC に直接接続されるため、重心処理の必要はない。そのため、次章のデータ収集装置と組み合わせ、エネルギー、位置キャリブ
レーションを実行した後に、60Co や 137Cs 等の線源を用いて、ガンマイメージャとしての性能評
価を実施した。
図 3.3-29 に 137Cs, 60Co, 22Na 線源を用いて検出器応答データを取得した際の実験体系、その際の写真（一例）、線源組み合わせを示す。それぞれの線源の場合に取得されたデータの中で、２点発光事象のイベントをピックアップして作成したエネルギースペクトルを図 3.3-30 に示す。
137

Cs(662keV), 60Co(1.17MeV, 1.33MeV), 22Na(1.27MeV, 511keV)それぞれのガンマ線のピークが観察された。また、取得データから再構成された結果を、図 3.3-31～図 3.3-36 に示す。137Cs,
60

Co, 22Na 線源がそれぞれ一個置かれた場合は、正しい方向に再構成がなされている。ただし、φ方向に４５°だけ線源をずらした場合は、再構成された画像のピーク位置が２０°程度となっており、若干のずれが存在している。これは、長軸方向の位置分解能が低いことが原因であろうと推測しているが、シミュレーションデータではこのずれは現れなかったため不明である。
また、＃６の 137Cs, 60Co が同時に置かれた場合は、137Cs の検出効率が高いためであろうか、
60

Co のピークを観察することはできなかった。しかしながら、図 3.3-37 に示す通りにエネルギ

ー情報を用いて、それぞれの全吸収ピークに対応するイベントのみ抽出して再構成したところ、
図 3.3-38、図 3.3-39 に示す結果となった。これにより、エネルギー情報を利用することにより、複数の元素からの放射線が混在している場においても、特定の元素の方向を正確に推定できることが確認された。
さらに、全方向に感度を有することを確認するため、図 3.3-40 に示す様に全方向から 45 度おきに 137Cs 点線源を設置した場合と、図 3.3-41 に示す様にφ方向にも 45 度おきに線源を設置した場合のデータを取得し、再構成を実施した。
その結果を図 3.3-42 から図 3.3-54 に示す。θ方向に線源を移動した場合は、すべての再構成
結果に置いて正しい位置にピークが表れており、正常に動作していることが確認された。しかしながら、φ方向に線源を移動した場合は、実際のずらした角度よりも小さな角度しかずれていな
い再構成結果となった。これは、シンチレータの長軸方向の位置分解能の低さと思われるが、正確な評価のためには今後の解析が必要である。なお、この応答を用いて、統計的手法を用いて再構成することも可能であるので、再構成に余分なプロセスが必要となってしまうが、全方向にそれぞれの応答を有することはこの実験結果より確認された。
θ方向に線源を移動した場合の、それぞれの角度における再構成結果に対しφ＝90 度での断面ヒストグラムを図 3.3-55 に示す。どの角度でも同じ応答を示しており、全方向にほぼ同一の応答を有していることが確認された。
また、方位分解能は約 84 度（＝±42 度）であることが確認された。

51

図 3.3-29 ６４本バージョンの、137Cs, 60Co, 22Na 線源に対する応答取得実験体系図。線源設置
は＃１～＃６の６パターンで実施した。

図 3.3-30 線源パターンそれぞれの場合の２点発光事象のエネルギースペクトル。

52

図 3.3-31 ＃１の場合の再構成結果。137Cs 点線源が（θ,φ）＝（90°,0°）にある。

図 3.3-32 ＃２の場合の再構成結果。137Cs 点線源が（θ,φ）＝（90°,45°）にある。

図 3.3-33 ＃３の場合の再構成結果。137Cs 点線源が（θ,φ）＝（45°,0°）にある。

図 3.3-34 ＃４の場合の再構成結果。22Na 点線源が（θ,φ）＝（90°,0°）にある。

53

図 3.3-35 ＃５の場合の再構成結果。60Co 点線源が（θ,φ）＝（90°,0°）にある。

60Co 137Cs

60Coのピークが確認できない

図 3.3-36 ＃６の場合の再構成結果。60Co と 137Cs の２個の線源が４５度の角度だけ離れた方向に設置してある。

図 3.3-37 ＃６の 60Co,137Cs を同時に設置した場合の、２か所発光イベントのみ抽出した場
合のエネルギースペクトル。137Cs の全吸収ピーク（青丸）と 60Co の全吸収ピーク（赤丸）に分離可能である。
54

図 3.3-38 ＃６のデータから 137Cs 全吸収に対応するイベント（エネルギー範囲 0.60～
0.74MeV）のみ抽出し、再構成した場合の結果。137Cs 設置方向にピークが観測される。

図 3.3-39 ＃６のデータから 60Co 全吸収に対応するイベント（エネルギー範囲 1.07～
1.50MeV）のみ抽出し、再構成した場合の結果。60Co 設置方向のみにピークが観測される。

図 3.3-40 φ＝90 度で、θ＝0,45,90,135,180,225,270,315 度方向の 8 パターンの線源配
置図。
55

図 3.3-41 φ方向に 45 度おきに線源を設置した実験体系図。

図 3.3-42 φ＝90 度、θ＝0 度方向に
137

図 3.3-43 φ＝90 度、θ＝45 度方向に
137

Cs 線源を設置した場合の再構成結果。

Cs 線源を設置した場合の再構成結果。

図 3.3-44 φ＝90 度、θ＝90 度方向に
137

図 3.3-45 φ＝90 度、θ＝135 度方向に
137

Cs 線源を設置した場合の再構成結果。

Cs 線源を設置した場合の再構成結果。

図 3.3-46 φ＝90 度、θ＝180 度方向に
137

図 3.3-47 φ＝90 度、θ＝225 度方向に
137

Cs 線源を設置した場合の再構成結果。

Cs 線源を設置した場合の再構成結果。

56

図 3.3-48 φ＝90 度、θ＝270 度方向に
137

図 3.3-49 φ＝90 度、θ＝315 度方向に
137

Cs 線源を設置した場合の再構成結果。

Cs 線源を設置した場合の再構成結果。

図 3.3-50 φ＝0 度、θ＝90 度方向に
137

図 3.3-51 φ＝45 度、θ＝90 度方向に
137

Cs 線源を設置した場合の再構成結果。

Cs 線源を設置した場合の再構成結果。

図 3.3-52 φ＝90 度、θ＝90 度方向に
137

図 3.3-53 φ＝135 度、θ＝90 度方向に
137

Cs 線源を設置した場合の再構成結果。

Cs 線源を設置した場合の再構成結果。

図 3.3-54 φ＝180 度、θ＝90 度方向に
137

図 3.3-55 φ＝90 度での断面ヒストグラ

Cs 線源を設置した場合の再構成結果。

ム。

57

（3）1mm 角 64 本バージョン
高計数率場に対応するため 1×1×50mm の細径 GAGG シンチレータにテフロンテープ被膜処理を行い、8×8 本束ねたシンチレータブロックを作成し、その実験的特性評価を実施した。なお、
ガンマ線入射方向推定の際には、再構成の条件として、①1 ロッドへの付与エネルギー：100keV 以上、②562keV < 両端の付与エネルギーの和 < 762keV③発光点間距離の閾値無しとした。使用した線源は 137Cs（1MBq）線源である。
θ＝φ＝0°の位置に線源を設置した場合の測定体系を図 3.3-56 に示す。図 3.3-57 に、再構成結果を示す。θ＝φ＝0°の部分にイベントが集まっており、正しくガンマ線入射方向が推定できていることが確認された。また、実験データより今回作成した検出器の固有効率が 3.68 %、ピーク（570～770keV）効率が 0.338％であることを算出した。この効率は 256 本バージョンのシンチレータスタックシステムよりも検出効率が低く、高計数率場に対応できることを確認した。
θ方向に-135°～135°まで 90°ずつ変更し、実験を行った。測定体系を図 3.3-58 に示す。
再構成結果を図 3.3-59 に示す。照射位置変更に従って再構成結果のピークも移動しており、推定できていることが確認できた。図 3.3-60 にθ方向への投影図を示す。この投影図から方向分解能を算出すると、約 60 度（＝±30 度）であることが分かった。
複数線源があった場合においてもイメージングが可能かを調べるため、図 3.3-61 及び図 3.362 の測定体系で実験を行った。図 3.3-63、図 3.3-64 に再構成結果を示す。線源を配置した 2 箇所の周辺にイベントが集まっており、複数線源を配置した場合においても推定できていることが分かる。ただし、φ=-45°に照射した際、φ＝-30°付近にイベントが集中しており、これは、イメージングの際にφ方向の極に近づくにあたってカウントの積算が正確にできていないためと考えられる

図 3.3-56 θ＝φ＝0°での測定体系

58

図 3.3-57 θ＝φ＝0°での再構成結果

図 3.3-58 θ 方向変更時の測定体系

図 3.3-59 θ方向変更時の再構成結果（上からθ＝-135°、-45°、45°、135°）

59

100

theta = -135
theta = -45
theta = 45
theta = 135

90

counts

80
70
60
50
40

-100

0

theta (degree)
3.3-60 θ軸への投影図

図 3.3-61 複数線源のイメージング 1

図 3.3-62 複数線源のイメージング 260100

図 3.3-63 イメージング 1 の再構成結果

図 3.3-64 イメージング 2 の再構成結果

参考文献(1) 村上悠紀雄、圃野皓文、小林昌敏、「放射線データブック」, 地人書館（昭和 57 年 4 月）

61

3.4 光読み出しシステムの構築（富山高専）（H24～H27）
3.4.1

8 チャンネル MPPC 信号処理回路の設計試作

シンチレータ 1 本分の光読み出し信号処理回路の設計製作を行った。その処理システムの全体構成を図 3.4-1 に示す。両端の MPPC でシンチレーション光を電荷信号に変換し、その後、
Preamp により電圧信号へと変換した。さらにアナログ・デジタル回路で処理した後、DIO
Card(コンテック社製、PIO-32D)を介して PC でデータを取得した。また、MPPC に必要なバイア
ス電源として、松定プレシジョン社製の APD 用高圧電源(HAPD-0.1PT)を使用した。MPPC に印加されるバイアス電源の出力を PC から制御した。

ChA
MPPC

ChB
Scintillator

PreampMPPC

Temperature
SensorPreamp

HV
Analog input
terminal

Analog Signal Processor
Digital Signal Processor
DIO Card

PC

図 3.4-1 一次元位置敏感型放射線検出器の処理システム全体図
アナログ処理回路は、A,B の二系統用意し、それぞれ ChA、ChB の Preamp 出力信号を処理した。
1 チャンネル分のアナログ信号処理回路は、Preamp 出力信号を FAST、SLOW の 2 つの信号に分けて波形処理を行った。FAST は Preamp 出力信号を増幅した信号で同時計数判定用に使用し、SLOW
はピークホールド回路で正確に波高値を保持できる様に Preamp の出力信号を Shaper により増幅、波形整形した信号である。また、デジタル信号処理回路として、Field Programmable Gate
Array(FPGA)を用いた。（図３－７０）
Analog Signal Processor
ChB
Preamp
ChA

Analog Signal Processor B
Analog Signal Processor A

PreampSLOW

ShaperADC

Peak hold circuit
Comparator

FAST
AmplifierPC

Comparator

DIO-Card

FPGA
Digital Signal Processor

図 3.4-2 製作したアナログ・デジタル処理部の構成
62

Shaper

SLOW

Peak holdcircuitPreamp
ChB

AmplifierAmplifierA/D conversion

enableFIFO memory

FAST

coincidence

FAST

Rising edge

Preamp
ChA

ShaperenableSLOW

A/D conversion

Peak holdcircuit

図 3.4-3 同時計数処理による AD 変換までの流れ
同時計数処理による AD 変換までの流れを図 3.4-3 に示す。ChA、ChB の FAST 信号の AND をとったロジック出力信号の立ち上がりを検出することで、データ取得処理を開始する。データ取得
処理が開始されると ChA、ChB の SLOW の波高値がピークホールド回路により保持され AD 変換が開始される。AD 変換終了後、FPGA により構築した FIFO メモリに逐次データを格納する。DIO
Card を使用し FIFO メモリにアクセスし、同次計数処理をした ChA、ChB の波高値データを PC で取得し、データの解析を行う構成とした。
さらに、２チャンネルを 4 系統作成し、8ch の処理システムを作成した。その写真を図 3.4-4に示す。回路の動作チェックとして BGO シンチレータを MPPC に接続し、パルス波高分布を取得した。使用した線源は 137Cs 線源である。その測定結果を、比較のため市販の ADC（CAEN 社製
V1785）による測定結果と併せて、図 3.4-5 に示す。この結果より、波高分布がほぼ一致しており、開発した回路システムが正常に動作していることを確認した。
デジタル信号処理部

アナログ信号処理部

図 3.4-4 制作したマルチ ch システムの回路システム63図 3.4-5 多チャンネル読み出しシステムによる測定結果の市販多チャンネル-ADC との比較

64

3.4.2 多チャンネル MPPC 信号処理回路の設計試作
64 本 GAGG シンチレータの両端からの光出力を処理するために、多チャンネル MPPC からの信号取得回路の作成とシンチレータブロックからの信号取得性能評価を実施した。対象シンチレー
タが GAGG(Ce)であるため、アンプ時定数等を最適化するとともに、しきい値設定方法の変更を通じて、より均一性の高いシステムにし、ADC、演算増幅器（オペアンプ）等の回路素子を組み合わせることで、両端 64ch、合計で 128ch の信号処理の可能な多チャンネルシステムを試作した。最終的に多数の GAGG シンチレータを用いて製作したシステムの評価を行い、想定通りに動作していることを確認した。また、同等の回路装置である市販マルチチャンネルピークホールドシステムによる測定結果との比較を通じ、本システムの妥当性を評価した。
多数の MPPC から、トリガー信号を作成するために、前節では全チャンネルの和を取った FAST
信号を利用する回路系としていた。しかし、128 個の MPPC の出力となると、個々のゲインの違いによるばらつきが大きくなる。そのため、SLOW 信号に閾値を設定したコンパレータを設置しロジック信号を生成し、シンチレータ両端のロジック AND と、シンチブロック全体の OR によりトリガー信号を生成することとした。
作成したシステムの写真を図 3.4-6～3.4-11 に示す。これらの写真は順に前置増幅器部、波形整形部、ピークホールド部、SLOW 信号発生部、FAST 信号発生部及びメモリ・ADC 制御部を表している。これらをチャンネル数分製作し、図 3.4-12 に示す様にケースに収めた。ケースからは
図 3.4-13 に示す様に DIO ボードを介して PC に接続し、測定信号を PC に取り込んだ。また、自作システムによる測定と合わせ、市販ピークホールド ADC（CAEN 社製）による測定を行い、測定結果を比較した。
GAGG(Ce)シンチレータブロックを作成し、MPPC に接続した。上部よりコリメートしたガンマ線（137Cs,662keV）を照射し、データの取得に成功した。その結果を、回路系を市販品（CAEN 社
製）と組みかえて取得したデータと比較した。Ch0～Ch3 における両端からの信号のパルス波形
分布を比較したものを、図 3.4-14、図 3.4-15 に示す。自作回路による測定と CAEN ピークホー
ルド ADC による測定では異なる波形整形回路を用いたため、両者のゲインが若干異なったが、全体の形状はほぼ一致しており、今回開発したシステムが妥当な動作を行っていることが分かった。
全てのチャンネルについて同様の比較を行い、これらのチャンネルと同様に自作システム及びCAEN 製品による測定結果が同様の傾向を示すことが示された。
次に、各パルスを用い、シンチレータの両端でパルス波高値比の対数を求め、そのヒストグラ
ムをとった結果を図 3.4-16、図 3.4-17 に示す。ここでも Ch0～Ch3 に関するデータを示した。
これらの結果を見ても、自作システムによる測定結果と CAEN システムによる測定結果は同様の傾向を示しており、今回開発したシステムの妥当性が示された。

65

図 3.4-6 前置増幅器部

図 3.4-7 波形整形部

66図 3.4-8 ピークホールド部

図 3.4-9 SLOW 信号発生部

図 3.4-10 FAST 信号発生部
67図 3.4-11 メモリ・ADC 制御部

図 3.4-12 ケース収納の様子
68

図 3.4-13 DIO ボードと PC への接続の様子

図 3.4-14 Ch0、Ch1 におけるパルス波高分布（CAEN 製品による測定との比較）

69

図 3.4-15 Ch2、Ch3 におけるパルス波高分布（CAEN 製品による測定との比較）

70

図 3.4-16 Ch0、Ch1 における ln(ChXA/ChXB)のヒストグラム（CAEN 製品による測定との比較）

71

図 3.4-17 Ch2、Ch3 における ln(ChXA/ChXB)のヒストグラム（CAEN 製品による測定との比較）

72

3.4.3 64 本シンチレータブロックの作成と 128 チャンネル MPPC 信号処理回路の小型化
本研究開発の最終目的は、ハンディタイプのガンマイメージャの開発であるため、よりコンパ
クトなデータ取得システムの開発を行うと共に、3×3×50mm のシンチレータを 64 本束ねた。シンチレータブロックの作成を実施し、データが取得できることを確認した。
（1）64 本シンチレータブロックの作成
3×3×50mm の GAGG シンチレータ 64 本をスタック化するとともに、両端にそれぞれ 1 個のMPPC を装着した。図 3.4-18 に示すようなテフロン製冶具によってシンチレータと MPPC を固定した。シンチレータと MPPC の間はジェル型光学シート：KE-420（信越化学工業製）を充填し、光学的な接続効率の均一化を図った。組み立てたシンチレータ及び MPPC の写真を図 3.4-19 に示す。

図 3.4-18 シンチレータ及び MPPC の固定に用いたテフロン製冶具

図 3.4-19 組み立てたシンチレータと MPPC73

（2）128 チャンネル MPPC 信号処理回路の作成
128 個の MPPC からの信号を読み取るための信号処理システムを開発した。その仕様は下の通りである。
・128 チャンネル（以下 ch）（＝64ch×両側）の MPPC からの信号積分値を測定可能
・分解能：12bit（全 ch）
・イベントごとに全 ch について独立に積分値が測定・出力可能
・各 ch 独立にトリガーレベル・バイアス電圧を調整することが可能
・64ch ごとに 1 個の温度計を設置し、イベントごとに温度情報が出力
・各 ch の印可電圧を独立に微調整可能
・ソフトウェアから各 ch を独立に有効／無効の設定が可能
・サイズ・重量・ヘッドアンプ部
・135mm(W)×230mm(D)×120.7mm(H),・1.48kg（シンチ・検出器込）、0.95kg（シンチ・検出器なし）
・信号処理部（DP 部）
・150mm(W)×122mm(D)×32.2mm(H)・0.435kg
システム中には波高値情報を得るための slow shaper と、トリガー信号用の fast shaper が内蔵されており、図 3.4-20 に示す様に、fast shaper が閾値（threshold）を超えた段階で AD 変換のためのトリガー信号が発生する。トリガー信号が発生した時点（図では event 点）と一定時間（tHOLD）後の点（hold 点）の 2 点で AD 変換が行われ、それらの差分をとって AD 変換結果としている。開発したシステムの写真を図 3.4-21 から図 3.4-24 に示す。

図 3.4-20 システム内のトリガー信号フロー74図 3.4-21 検出器＆ヘッドアンプ部分（外形）

図 3.4-22 DP 部（外形）75図 3.4-23 検出器＆ヘッドアンプ部分（内部）図 3.4-24 ヘッドアンプ、バイアス電圧調整部分

76

性能評価のため、137Cs 線源による試験を行った。図 3.4-25 に示す様に各シンチレータにロッド番号を付け、図に示すような位置（Z=5mm、15mm、25mm、35mm、45mm）にコリメートしたγ線を照射して測定を行った。
例として、シンチレータのロッド No.1、3、5、7 の中央（Z=25mm）にγ線を照射した際に得られたパルス波高分布を以下に図 3.4-26～図 3.4-29 として示す。また、これらの結果から光電ピークのエネルギー分解能を求めたところ、下の表 3.4-1 の結果が得られた。エネルギー分解能については、11%～13%と一様性が確認できた。
各ロッドにおける左右の MPPC 信号の比をとることで、入射位置測定精度を評価した。得られた位置ヒストグラムを図 3.4-30～図 3.4-33 に示す。またこれらの各ロッドに関する測定結果のうち、中央 Z=25mm に入射した際のヒストグラムから得られた位置分解能（半値全幅：FWHM）を
表 3.4-2 に示す。位置分解能はロッドによって 11mm～30mm と大きくばらついている。これはシンチレータと MPPC の間の接続効率のばらつき等によるものと考えられる。
以上により、スタックしたシンチレータブロックの片面：64ch、両端で 128ch の信号を処理できる回路システムの動作を確認し、137Cs 線源によって性能評価を行った。エネルギー分解能は11～13%でどの ch でもほぼ一定の値を示したが、位置分解能は 10～30mm と、ややばらつきが大きい結果となった。

１
2
3

ｘ
8

ｙ
図 3.4-25 γ線照射実験の体系
77

Cs137

表 3.4-1 ロット No.1、3、5、7 におけるエネルギー分解能測定結果
Lot No.

エネルギー分解能
[%]

1

11.2

3

12.0

5

12.7

7

12.9

図 3.4-26 ロット No.1 のパルス波高分布測定結果

図 3.4-27 ロット No.3 のパルス波高分布測定結果

78

図 3.4-28 ロット No.5 のパルス波高分布測定結果

図 3.4-29 ロット No.7 のパルス波高分布測定結果79

表 3.4-2 ロット No.1、3、5、7 における位置分解能測定結果
Lot No.

位置分解能
[mm]

1

30

3

11

5

26

7

20

図 3.4-30 ロット No.1 の位置分布測定結果

図 3.4-31 ロット No.3 の位置分布測定結果80

図 3.4-32 ロット No.5 の位置分布測定結果

図 3.4-33 ロット No.7 の位置分布測定結果

813.4.4 高線量率場対応版 64 本シンチレータブロックの作成と MPPC 信号処理回路の作成
高線量率場対応のため、細くしたシンチレータ（1mm 角）を 64 本束ねたシンチレータブロッ
クを作成するとともに、それに適合した信号処理回路の作成を実施した。
（1）高線量率場対応版シンチレータブロックの作成
細径 GAGG シンチレータ（太さ 1mm 角）を固定し、光検出器（マルチピクセルフォトンカウン
タ：MPPC）にそれぞれを接続するため、下に示すような固定用部品を調達した。各シンチレータの両端を部品の溝に挿入し、部品で挟み込むことで固定した。その構造を積み重ね、全体として3

64 本のシンチレータからなる高線量率場対応版シンチレータブロックを作製した。

22

1.8

6-φ1.00.8

2.1 2.1

6

2.9

5.8

2-φ2.2

13

5
70

3.8

2.1 2.1

1.8

1.9

2-φ2.20.8

3

図 3.4-35 シンチレータ固定用プラスチック部品

570

図 3.4-36 シンチレータ固定用プラスチック部品（端部用）

82

3
7
5
6
6
6
70
6
6
6
5
7
5
70

22.2

5.0 3.2 7.2

5.0

図 3.4-37 シンチレータ固定用プラスチック部品（全体固定用）

70.0

5.0

5.0

2-φ4.210.0
15.0

図 3.4-38 シンチレータ固定用プラスチック部品（積み重ね用）（2）高線量率場対応版 MPPC 信号処理回路の作成
高線量率場にも対応可能な、MPPC からの信号を読み出すシステムを開発した。開発したシス
テムの全体構成及び仕様は以下のようなものである。なお、前節で開発した回路システムに変更を加えることにより開発をおこなった。図 3.4-39 に示す全体構成のうち、赤で囲った部分のモジュール（初段回路モジュール及びヘッドアンプモジュール）が対象である①

ハードウェア部仕様
83

・前節に記述した 64ch×64ch のシステムのうち、イ）MPPC 及び MPPC と接続する初段回路モジ
ュール、ロ）ヘッドアンプモジュールを新規開発した。初段回路モジュール、ヘッドアンプモジ
ュールともに 1 台で 16ch の処理を可能とし、それぞれ 8 台を開発した。
・断面 1mm×1mm の GAGG シンチレータ 64 本の両端に各 1 個の MPPC（浜松ホトニクス：S12572015P）を接続し、各 MPPC からの信号を独立に処理する機能を有する。
・50mm、30mm、20mm の 3 種類の長さのシンチレータに対応できるよう、ケース及び基板が配置され、どの場合にもケーブルに接続ができる。
・128ch（64ch×両側）の MPPC からの信号について、信号の最大値、最大値前の 1 点及び最大値
後の 1 点の値を測定する機能を有す。
・分解能は全ての ch において 12bit である。
・イベントごとに全 ch について MPPC 毎に 3 つの測定値が測定され、各 ch の 3 測定値データとタイムスタンプを出力する。
・64ch ごとに 1 個の温度計が設置され、測定時には 2 秒よりも短い間隔で測定された温度デー
タがタイムスタンプとともに出力される。
・全ての ch の測定・読出しに要する時間が 1 イベントあたり 50μs 以下である。
・各 ch に印可する電圧が独立に 1mV 以下の単位で微調整できる。
・ソフトウェアから各 ch のトリガーレベルを独立に設定する機能を有す。
・高線量率場対応版シンチレータブロックに組み込み、一体として動作する。
・センサー部と回路は遮光されたケース内で接続されている。
・検出器部と回路部は熱的・光学的に分離されているとともに、コネクタにより着脱可能である。
・USB 接続により PC にデータを転送、保存する機能を有す。
・単相 100V 電源（50Hz/60Hz）により操作可能である。
②

ソフトウェア部仕様

・Windows7 以降で動作する。
・ハードウェアから送られるデータを 1 イベントごとに読出し、保存及び処理できる。
・使用者がソフトウェアに機能を追加し、保存されたデータを処理・表示することができる。また、使用者が機能の追加を行うことも可能である。
・測定時間（プリセット時間）及び繰り返し回数を指定したバッチ処理が可能であること
以下に各部分の実際の写真を示す。
また、特性評価にあたり、64 本のシンチレータに図 3.4-42、3.4-43 の様に番号付けを行った。

84

図 3.4-39 システムの全体構成と高線量率場対応のための調達部分（赤枠）

図 3.4-40 初段回路モジュール（下の写真の正方形が MPPC）

85

図 3.4-41 ヘッドアンプモジュール

図 3.4-42 検出器部分ケース内でのシンチレータの配置86図 3.4-43 シンチレータに割り振ったロッド番号（3）特性試験①

Delay 時間変更による光電吸収ピーク位置の変化

本システムにおいては、放射線入射に起因するパルスがある閾値を超えた時点でトリガー信号を発生させ、その後、設定した Delay 時間の後に AD 変換を 1μs おきに 3 回行う様に設定されている。システムの特性を評価するに当たり、まず Delay 時間を変化させて、137Cs からの γ 線による光電吸収ピークの位置の変化を観測した。実験の配置を図 3.4-44 に、測定結果を図 3.4-45に示す。測定結果より、Delay を概ね 2μs 程度とした際に光電ピークを最もよく捕らえている
ことが分かる。そこで、実験では 2μs を Delay として設定し、その位置及びその 1μs 前後のAD 変換値を取得する設定とした。
これにより、パイルアップ事象の判別が可能となる。すなわち、3 つの AD 変換値の相対的な比が、図 3.4-45 の 1μs,2μs,3μs の時の比と大きく異なる場合は、本来の波形が崩れてしまっているということが示唆されるため、パイルアップ事象として除去の対象として判別可能となる。

87

図 3.4-44 Delay を変化させた実験の体系

88

図 3.4-45 Delay を変化させた実験の結果②

各シンチレータ両端からの信号取得実験

各シンチレータの両端に設置した MPPC からの信号を処理し、パルス波高分布を求めるとともに、その結果を用いて信号比分布を求める実験を行った。その結果から各ロッドにおけるエネル
ギー分解能、位置分解能を評価した。代表として、ロット１～ロット 16 の結果を表 3.4-3 に示す。すべてのロットのデータから、本システムのエネルギー分解能は概ね 12%～15%程度、位置分解能は 4.6mm～6.4mm 程度であり、ばらつきも小さく、良好な特性を示していることが確認された。

89

表 3.4-3 ロッド 1～ロッド 16 のエネルギー分解能及び位置分解能評価結果
ロッド番号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

-20 mm 13.8 16.9 16.6 13.8 16.1 17.5 12.7 14.6 12.4 12.7 17.9 17.5 18.5 14.2 14.0 18.1
エ ネ
ル ギ

-10 mm 12.8 13.8 12.1 12.0 13.4 11.6 14.1 13.0 11.8 11.7 12.2 17.8 14.5 13.9 11.3 16.1

ー

0 mm 12.5 15.4 12.8 15.3 11.4 12.3 11.6 11.8 11.8 11.7 12.8 16.0 14.0 13.4 14.5 13.9

分 解

10 mm 12.2 13.5 11.6 11.6 11.8 11.7 11.1 11.6 12.9 11.3 12.0 14.6 15.3 11.4 12.6 15.5

能(%)

20 mm 12.6 15.3 13.1 12.1 11.4 12.8 14.7 12.1 10.9 14.9 12.0 13.6 18.6 15.9 13.9 11.9
Average 12.8 15.0 13.2 13.0 12.8 13.2 12.8 12.6 11.9 12.5 13.4 15.9 16.2 13.8 13.3 15.1
-20 mm 4.9 5.8 5.0 5.2 5.2 5.2 5.0 5.1 4.9 5.4 4.8 5.4 6.0 5.6 5.4 5.3

位 置-10 mm 4.7 5.5 4.8 5.0 4.9 4.6 5.0 5.2 4.5 5.1 5.0 5.5 5.3 4.9 4.7 6.0

分 解

0 mm

能

10 mm 4.5 5.6 5.2 5.0 5.0 5.0 5.2 5.2 4.8 4.9 5.0 5.4 5.5 5.2 4.9 5.6(mm)

4.8 5.7 4.9 5.2 4.8 5.2 5.4 5.4 4.9 5.0 5.0 5.2 5.5 5.3 4.9 5.6

20 mm 4.9 5.8 5.0 5.2 5.2 5.2 5.0 5.1 4.9 5.4 4.8 5.4 6.0 5.6 5.4 5.3
Average 4.8 5.7 5.0 5.1 5.0 5.1 5.1 5.2 4.8 5.2 4.9 5.4 5.6 5.3 5.1 5.5

以上により、高線量率場対応版の信号取得システムが動作することを確認した。

90

3.4.5 バッテリー化
除染等の現場等での使用を念頭に置き、システムのバッテリー化を行った。図３．４－５のシステム構成のうち、DP モジュール部について下のような改造を行い、バッテリー動作を実現した。
・交換可能なバッテリーを内蔵し、バッテリーのみでも 8 時間(2 個使用時)、連続測定が可能である。
・バッテリーはノート PC 用のモバイルバッテリーが使用可能であり、重量は 1 個当たり 300g 以下である。
・バッテリーは取り外し可能で、取り外した状態で単相 100V（50Hz/60Hz）により充電が可能である。
・2 台のバッテリーを並列で装着し、動作中に一方のバッテリーの交換が可能である・バッテリー駆動と同時に、単相 100V（50Hz/60Hz）での動作も可能である。

91

3.5 研究推進（H25～H27）
より広範囲な視点を確保し柔軟な研究開発方向を担保するために、外部有識者による委員会を組織し研究開発の方向性に関する助言を導入することとした。研究開発担当者の所属機関外の原子炉関連の技術者 2 名に外部有識者を依頼し、名古屋大学にて有識者委員会を開催し、研究開発
内容の説明、今後の開発の方向性等について議論を実施した。
以下の日時、場所において委員会を開催した。
第1回
日時 平成 26 年 2 月 20 日（木） 9:00～10:30
場所 名古屋大学工学部 5 号館 550 室
出席者

伊藤主税（日本原子力研究開発機構大洗研究開発センター高速実験炉部課長代理）、渡邉将人（中部電力株式会社原子力部環グループ副長）、河原林順（名古屋大学）、高田英治（富山高等専門学校）
第2回
日時 平成 27 年 2 月 18 日（水） 9:00～10:30
場所 名古屋大学工学部 5 号館 570 室
出席者

伊藤主税（日本原子力研究開発機構大洗研究開発センター高速実験炉部課長代理）、渡邉将人（中部電力株式会社原子力部環グループ副長）、河原林順（名古屋大学）、高田英治（富山高等専門学校）
第3回
日時：平成 28 年 3 月 18 日

13:00～14:30

場所：名古屋大学工学部 5 号館 570 室
出席者：渡邉将人（中部電力株式会社原子力部環グループ副長）、伊藤主税（日本原子力研究開発機構大洗研究開発センター高速実験炉部課長代理）、河原林（東京都市大学）、松井（名古屋大学）、高橋（名古屋大学）
各委員会に置いて、当該年度の開発内容を説明するとともに、数々のアドバイス・意見をいた
だいた。特に、高線量率場対応の重要性を認識するにいたった。

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4．結言
この研究開発では、万が一事故が起こった際に施設内の核種ごとの位置分布や放射線量を迅速に把握するため、可搬型であり、核種弁別のためのエネルギー分解能力を有し、360 度方向に感度を有するガンマカメラとして、シンチレーション検出器を用いたシンチレータスタック型ガン
マ線イメージャの開発を実施した。その結果を以下にまとめる。
①シンチレータ材料の特性評価及び側面処理方法の検討
検出器要素としていくつかのシンチレータ材料を検討し、シンチレータとして棒状のGAGG(Ce)を採用した。棒状形状に加工し両端に光検出器を配し、その光出力の和と比から、放射線との相互作用エネルギー・相互作用位置を算出する構造となっている。形状として、3×3×50
ｍｍ、1×1×50mm の 2 種類を採用し、それぞれ低線量率場対応版、高線量率場対応版とした。
低線量率場対応版は、長軸方向位置分解能改善のため、側面金属スパッタリング処理によりシンチレーション光減衰距離の調節を実施した。また、高線量率場対応版は、側面金属スパッタリン
グ処理が必要ないことが判明し、テフロンテープによる被覆のみで十分であることが確認された。
② 最適配置パターンの検討
上記低線量率及び高線量率場対応版のシンチレータを束ねシンチレータブロックを形成し、ガンマイメージャを試作した。その際のシンチレータの配置の検討を実施した結果、均等に配置することが望ましいことが判明したため、8×8 本（合計 64 本）及び 16×16 本（合計 256 本）束ねたシンチレータブロックに対し、その特性評価を計算及び実験にて実施した。その結果、256
本バージョンで全効率約 90％、64 本バージョンで方向分解能約 60 度を確認し、当初の目的の性能を達成した。
③ 光読み出しシステムの構築
上記①にて加工されたシンチレータを 64 本束ねたシンチレータブロックを作成し、それに合わせた多チャンネル MPPC からの信号取得回路作成とシンチレータブロックからの信号取得性能評価を実施した。すべて当初の見込み通りの性能を発揮したことを確認した。
さらに回路のバッテリー駆動の検討を実施し、8 時間程度のバッテリー動作化可能となる見込みが得られた。
以上の通り、試作機の作製に成功しその評価された特性から、全方向のγ線入射方向情報の取得が可能であることを示した。
以上のことにより、当初の予定通りの成果を得ることができた。今後は、実際の原子力施設での採用を目指し、コストパフォーマンス面での最適化検討が必要となるであろう。

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5.外部発表
外部発表を表 5.1-1 に示す。
表 5.1-1 外部発表一覧
発表した成果（発表
題目、口頭・ポスタ
ー発表の別）

発表者氏名発表した場所（学会等名）

シンチレータスタック型全方向ガンマイ
メージャの開発検討

河原林順、高橋時
音、富田英生、井口
哲夫、高田英治

日本原子力学会 2013 年春の年会

Development of
Omnidirectional
Gamma-imager
with Stacked
Scintillators

Tone Takahashi, Jun
Kawarabayashi,
Hideki Tomita,
Iguchi Tetsuo, Eiji
Takada2013 3rd International
Conference on Advancements inNuclear Instrumentation
Measurement Methods and their
Applications (ANIMMA)

2013
年6
月

国外

テクノフェア名大 2013

2013
年9
月6
日

国内

高橋時音、河原林順、富田英生、井口
哲夫、高田英治

2013 年日本原子力学会秋の大会

2013
年9
月4
日

国内

J.Kawarabayashi,
T.Takahashi,
H.Tomita, T.Iguchi,
E.Takada

IEEE Nuclear Science Symposiumand Medical Imaging Conference
and Workshop on RoomTemperature Semiconductor X-Ray
and Gamma-Ray Detectors, 2013

2013
年 10
月 29
日

国外

全方向有感型ガンマ線カメラの開発
全方向に対するガン
マ線イメージングのためのスタックシン
チレータ型検出器の開発(1)シミュレー
ションによる性能予
測とシンチレータ要
素の性能評価Development ofGamma-Ray Imager
with Stacked
Scintillation
Detectors
Sensitive in All
Directions
スタックシンチレー
タ型検出器を用いた
無指向性ガンマ線イ
メージャの開発
環境中放射性物質分布測定のための全方位性ガンマ線イメー
ジャの開発
高アスペクト比シン
チレータ信号読み出
しにおける光検出器
配置の最適化
Development ofGamma-ray Imager
with Stacked BarType Scintillators

河原林順

高橋時音、河原林順、富田英生、井口
哲夫、高田英治、松井大樹
河原林順，髙橋時
音，富田英生，井口哲夫，高田英治，松井大樹

日本原子力学会 2014 年春の年会

日本原子力学会 2014 年秋の大会

菅野裕章、高橋時
音、河原林順、富田
英生、井口哲夫

第 75 回応用物理学会秋季学術講演会

J.Kawarabayashi,
T.Takahashi,
H.Sugano, H.Tomita,
T.Iguchi, D.Matsui,2014 IEEE Nuclear Science
Symposium and Medical Imaging

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発表
した
時期
2013
年3
月 28
日

2014
年3
月 28
日
2014
年9
月8
日
2014
年9
月 20
日
2014
年 11
月 10
日

国内
外

国内

国内

国内

国内

国外

E.TakadaDevelopment of
Bar-type
Scintillator for
Energy andPosition
Measurement
狭隘空間表面汚染検査用の高アスペクト
比角柱状シンチレー
ション検出器の光検出器配置に関する検討
放射性物質分布測定のための全方向ガン
マ線イメージャの開発
Development ofPrototype GammaRay Imager with
Stacked Bar-type
Scintillators
Sensitive for All
Directions
Development ofPortable Gamma-ray
Imagerbased on
Stacked GAGG
Scintillators with
4pi Sensitivity
Developmentof
omnidirectional
gamma-imager withstackedscintillators

J.Kawarabayashi,
H.Sugano,
T.Takahashi,
H.Tomita, T.Iguchi,
E.Takada2014 IEEE Nuclear Science
Symposium and Medical Imaging

2014
年 11
月 11
日

国外

日本原子力学会 2015 年春の年会

2015
年3
月 21
日

国内

河原林順、松井大樹、髙橋時音、不破裕太、富田英生、井口哲夫、上堀博之、
高﨑 雅志、高田英治

日本原子力学会、静岡大学

2015
年 9
月 10
日

国内

J.Kawarabayashi,
D.Matsui, H.Sugano,
Y.Fuwa,T.Takahashi,
H.Tomita, T.Iguchi,
E.Takada

IEEE Nuclear Science Symposiumand Medical Imaging Conference
2015, サンディエゴ（米国）

2015
年 10
月 5
日

国外

Y.Fuwa,T.Takahashi,
J.Kawarabayashi,
H.Tomita, D.Matsui,
E.Takada, T.Iguchi

ISRD 2016, KEK

2016
年 1
月 19
日

国内

T.Takahashi,
J.Kawarabayashi,
H.Tomita, T.Iguchi,
E.Takada

DOI:10.1109/ANIMMA.2013.6728078

河原林順 菅野裕章
富田英生 井口哲夫

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