Muon Radiography
with the Plastic Scintillation Counter(The imaging of the large Structure)

ＫＥＫ，Univ. Tsukuba, Tokyo Met. Univ.,
Univ. of Tokyo, TEPCO
Fumihiko Takasaki
＠ Tsukuba University
2016 - 3 - 2
国際廃炉研究開発機構

1

Content
１： Introductory Remarks
２： Study with the Nuclear Reactor ofthe JAPC, Tokai
3： Study at the Fukushima-Daiichi
3-1 Protection against the radiation
3-2 Detector
3-3 Status of the measurement
3-4 Related activities
４： Summaryミュオン透過法による原子炉調査

ＫＥＫ，筑波大、首都大学、東京大学、東京電力

2016 - 03 - 2
国際廃炉研究開発機構

3１： Introductory remarks

K. Nagamine proposed to study the damaged reactor by theCosmic Muons (CMR) to A. Suzuki, then DG of KEK, and hesupported his proposal and organized a study team at KEKin March 2011.

Schematic View of the Nuclear Reactor at the FD

Cosmic Muon

Detector

Two Types of the Nuclear Reactor at the FD

GE-MKI

GE-MKII2: Test Experiment at the JAPC @Tokai,Ibaraki- Reactor : GE MKII type- Experiment : from mid 2011 to the endof 2013

Detectors-3

Detector-2-2

Detector-2-1

Nuclear Reactor was studied at three locations.

Cosmic Muon Detector
Plastic Scintillator Bar+ Wave length Shifter Bar
TiO2 paint as
for the lightreflector

Scintillator（１m ｘ １m ｘ 10mm)
MPPC(1.3 mm□sensitive area）

10mm

9.5mm□のシンチレータ（中央に3mm径の穴あき）の周囲をTiO2塗料でコーティング

WLS plastic fiber 1mm dia

MPPCX-Y Detector Unit
アルミ枠（厚さ１ｃｍ）
端部を折り曲げ加工し、強度を強める。

Front End Board

110㎝角シンチレータ前後面に反射シート（白色PET）
さらに外側から遮光用黒シート

Images formed from the two Hodoscopes“Bright Center Part”
It is like an image of the pin-hole camera.

16

17

Observed Spots of Heavy Absorption

Point １Point ２Point ３

Combined Analysis
Spots of Heavy Absorption are in the Storage
Pool of the Nuclear Fuel.

Accuracy of Position Measurement

3: Study at the Fukushima Daiichi
3-1: Goal of the Study
3-2: Protection against the radiation
3-3: Detection System
3-4: Present Status of the Study ofthe reactor
3-5: Related Works

Nuclear Power Plant of the Fukushima Daiichi

3-1：Goals of the StudyA） To know if the heavy of object such as
the Nuclear Fuel > 1m could be identifiedand locatedB） To know if the heavy of object such as
the Nuclear Fuel > 1m remains in the PVC） To know if the the Nuclear Fuel remains
in the Storage Pool3-2：Protection of the Detector against
the environmental radiation ofO(0.5mSV <)Parallel beam 1 photons/cm2

0Measurement
at Fukushima

Number of photons per cm 2

10Cs-134
Cs-13710-1

10-2

２０１４－０７
＠１F-3

1010-40510

15Iron thickness (cm)20

Radiation Survey Map

December 6, 2013 17:00

27

Courtesy of the TEPCO

Effect of Iron Shielding

1000

XY Coincidence Rate (Hz)

20cm(X) 10cm(Y) x 100cm(L)

5cm FD10cm FD100

1015cm FD
Yotsukura(15cm)

10100

1000

Coincidence Time Window (ns)

3-3: Detection System

Rough image of Unit1 R/B and T/B～1st floor plan～
NTurbine Building

Equipment
entrance~20.8mAssigned Detector
Locations

Reactor Building

MainCondenser

カバー建屋Bilding
Cover

31

Fuel Storage Pool

Rad-Waste Building

Service Building

Courtesy of the TEPCO

1号機の炉心・格納容器の状況推定図
・1号機の炉心状態について
東京電力は、1号機は原子炉圧力容器内にはほとんど燃料は残っていないと推定（東京電力 福島第一原子力発電所1～3 号機の炉心・格納容器の状態の推定と未解明問題に関する検討 第1回進捗報告 図6．1．1より
なお、使用済燃料プール位置は、福島第一原子力発電所サーベイマップ（原子炉建屋内 1号機5階）から推定）

測定器

CS系

給水系
・使用済燃料プール内には、392体の燃料を貯蔵

地面（国際原子力機関に対する日本国政府の追加報告書-東京電力福島原子力発電所の事故について-（第2報）II126ページより）

3-4： Present Status of the Study
Measurement of Cosmic Muons- from Feb 2015 to Sept 2015
- three detector locations outsideof the Reactor #1 of the FD- for 90 days
Detectors are moved away from thereactor site and ceased measurement.

Summary of the measurement at the FD
1: The Structure inside the Reactor Building could
be visualized.
2: No hints of objects which are larger than 1m andwhich stops cosmic rays could not be identified inthe PV.
3: Observed image hints for the existence ofmassive objects in the Nuclear Fuel Storage pool.
4: At low angles, images of the reactor get lessclear and therefore, the existence of the“Nuclear debris” could not be confirmed at thebottom part of the PV.

3-5： Related Activities- Measurement of Cosmic Muons at low angles- Down-sizing of the detection system- Measurement of Cosmic Muons below theground level低角度ミュオンのエネルギー分布測定１）観測事実

日本原電東海の原子炉のミュオンによる透視図
水平線の近くで画像が著しく不鮮明になる

３）推論
飛来角度が水平線に近づくにしたがって地上に到達して観測される宇宙線のエネルギーが大きくなり物質の透過力が増すことにより構造物の透過画像が不鮮明になる可能性がある

４）低角度ミュオンのエネルギー分布測定
鉄ブロック （通過する鉄の量からミュオンのエネルギーを測定）
宇宙線

水平線

計測器で飛来角度を測定
計測器

鉄ブロック

２）福島での観測結果
福島１号炉の観測でも水平線の近くで透視図が不鮮明になり圧力容器の底部の観測が困難
水平線の近くで不鮮明になる

水平線コンクリートブロック（実験室外の地平面と計測器設置面のレベルを合わせるためにコンクリートブロックで嵩上げ）

計測器

計測器

計測器

小型ミュオン検出器の製作
１）現在の検出器

検出器寸法
長さ 2.0 m
幅 1.0 m
高さ 1.8m３） 測定器は３層構造から２層構造に変更
シンチレータ層の間隔が半分になるがシンチレータを重ねて位置分解能を維持（これまでの観測で環境放射線量が同じであればチャンスコインシデンスによる影響は少ない）間隔 1m

間隔 0.5m

外形寸法
長さ 2.5m
幅 2.0 m
高さ 2.1m２） 小型化

検出器寸法
長さ 1.0 m
幅 0.5 m
高さ 1.0m４） 測定器のコンテナーは温度コントロールなし（ＭＰＰＣに供給する電圧を個別に調整）
断熱層なし 除湿は必要
５） 室外機の部分は屋根の上に設置

外形寸法

室外器

長さ 1.5 m
幅 1.0 m
高さ 1.5m

検出器（10cm の鉄板で放射線遮蔽）

Detector Down Sizing

Measurement of muons at the low angles

1214

Measurement of Cosmic Muons
below the ground level
Iron Blocks(2m x 2m x 2m)

102m

682m

248m

5.7m

2400Tent house
684m7m

1012Tan(θ) = 9/18 =

14

1618

2022

観測結果
3日

6日

10日

43

4. Summary- We have studied the damaged reactor
at the Fukushima Daiichi from outside of
the reactor building and demonstrated
that the CMR can be a useful mean tovisualize the damaged reactor.
- However, much more study is needed
for getting the detailed images of thereactor.