資料1可搬型高エネルギーマルチビーム源

平成28年６月２３日
文科省核不拡散・核セキュリティ作業部会
資料1
可搬型高エネルギーマルチビーム源
東京大学大学院工学系研究科原子力専攻
上坂 充
内容
１．東大原子力専攻における電子ライナック
の開発と利用
２．950keVXバンド(9.3GHz)ライナックX線源
３．3.95MeVXバンド(9.3GHz)ライナックＸ線・
中性子源
４．福島１Ｆサイトでの燃料デブリ中の
核物質分析の可能性
東京大学における3ステージ小型加速器開発
Sバンド(2.856 GHz)フェムト秒ツインライナック
ピコ秒ライナック・レーザー同期による原子炉水・超臨界圧水化学分析システムの確立
Femtosecond Beam Scienceの創成
小型・可搬型Xバンド(9.3-11.424GHz)ライナックの開発のその場検査開始
医療イメージング用
コンプトン散乱単色X線源
12 TW 50 fs Laser
各種プラントその場検査用
950keVX線源
橋梁その場検査用
3.95MeVX線源
レーザー(400THz)加速システム
ファイバーレーザー
光ライナックナノサイズ
電子ビームによる
先進放射線生物学へ
ピンポイントX線がん
治療用6MeVX線源
可搬型950keV XバンドライナックX線源
超小型電子銃から発生の電子はＸﾊﾞﾝﾄﾞ(9.3GHz) 超小型電子ﾋﾞｰﾑ
加速管で加速 ﾀｰｹﾞｯﾄに衝突 Ｘ線50mGy/min@1mを発生
主要仕様
電源部
X線源部
マグネトロン部
運転周波数
RF源
入力RF電力
パルス幅・繰返数
加速管全長
ビーム電流
電子ビーム集束方式
X線発生強度
電子銃電圧
電子銃
9.3 [GHz]
マグネトロン
250KW
3 [μs] 、330 [PPS]
25 [cm]
64mA以上
RF集束方式
50 [mGy/min]
at 1 [m]
20KV
三極管
３ユニットでの構成：電源ユニット・冷却水系,
X線発生部, RF部(9.3GHz マグネトロン）
↑1ユニット当たり約50kg＝可搬性を実現
東京大学950 keV X線源のその場透視検査実績（平成25-27年度、９回）
土木研究所/国土技術総合政策研究所
委託研究H25,26
化学工場桟橋鉄筋ンコンクリート
化学工場反応塔
内部構造
内部液面の
動画像取得
5
950keVX線源妙高大橋検査速報(H27.11.4-6)上坂
950keV準２色Ｘ線ラインセンサシステム
CsI検出器
ミラー付プリズム
高エネルギX線
CWO検出器
フィルタ
超小型加速器X線源
低エネルギX線
試料
検出器 最適化
低エネルギX線
CsI検出器
ピークエネルギ:74keV
CSI検出器
CWO検出器
高エネルギX線
CWO検出器
ピークエネルギ検出器:251keV
2色X線同時測定⇔検出器改良：
ミラー付プリズム→並列配置型検出器
X線エネルギ感度
ポリエチレン隠匿材
鉛
ポリエチレン
5 mm
20 mm
鉄
10 mm
25 mm
15 mm
鉛（紫） 鉄（薄緑） 判別 ： 可能
1.可搬型3.95MeVX線・中性子源の開発と実証（東大）
装置仕様
冷却系
高周波源
X線源部
電源等
RF加速空洞
共振周波数
9.3 [GHz]
電子ビーム収束方
式
RF集束方式
X線発生強度
2,000 [mGy/min]以上 at 1 [m]
RF発生源
9.3[GHz]マグネトロン
1.3MW, パルス幅4[μs]
繰返数200[PPS]
電子銃出力
パルスピーク電流 電圧35kV
300 [mA]以上
出力方式
コンデンサ充電スイッチング方式
X線ヘッドユニット
重量
62㎏
コリメータ重量
80㎏
高周波源ユニット
重量
放射線障害防止法の平成17年度改正により、
62㎏
4 MeV未満の加速器は橋梁検査に限定して、 HVPS,制御ユニット
重量
屋外で、電離放射線障害防止規則に順じて、
安全管理して使用可能。
116㎏
日本初の3.95MeV電子ライナックX線源の屋外撮像試験(H27.1.29)@土木研究所
橋梁下フランジ部（コンクリート厚400mm）の内部鉄筋の可視化に成功
原子力規制庁より放射線源の許認可を受け、放射線障害防止法、電離放射線障害防止
規則に準じて使用場所変更届け出を受理。試験前ヒアリング、後の放射線量も説明
実験配置
撤去橋梁
X線検出器
（フラットパネル）
X線源
X線源
X線透過画像(@1sec)
下フランジ部
コンクリート
厚
400mmの
内部鉄筋
屋外発電機
中性子発生用Ｂｅターゲットも試作し、設計通りの中性子を発生。
劣化橋梁中の水分の検出に成功。
放射線障害防止法、電離放射線障害防止規則での線量管理(1.3ｍＳｖ／３ｍｏｎｔｈｓ@管理区域境界)には放射線種の規
定はない。法に準じて中性子源としても許位認可を受け、使用場所変更届け出を
提出して屋外試験の方向。
3.95MeV電子加速器として完成し、屋外利用の法順守・安全管理も進展
3.95MeV電子ビームを直接W,Cu,Beターゲットに照射し、短パルス高出力化の設計
鉛（γ線遮蔽）
電子
ビーム
ホウ酸レジン
（中性子遮蔽）
グラファイト
（中性子反射材）
3.95MeV 電子ライナックX線源
ベリリウム
（5 cm厚）
時間応答
電子パルス相当
中性子
スぺクトル
中性子発生ターゲット
◎強度 1.82 x 1010 中性子/秒 (パルス幅：4マイクロ秒)
（※既存のD-T反応中性子源(10マイクロ秒)：108 中性子/秒）
◎パルス幅500ナノ秒の短パルス化が可能
（強度 ~2x 109 中性子/秒 ）＝測定の高精度化
TOFを用いた中性子共鳴透過分析法
（短パルス中性子の必要性）
中性子源（パルス状）
中性子検出器
サンプル
中性子導管
中性子導管
v = L/t
t = tS – t0
L : 検出器までの距離
t : 飛行時間
中性子の速度vから中性子のエネルギー(E)が識別できる。
E = (1/2)mnv2 : mn 中性子質量
中性子パルス幅の違い
P1
P2
中性子のパルス幅分エネルギーの不確定性ができる
可搬型9.50keV/3.95MeV電子ライナックX線・中性子源
によるその場核物質分析システムの検討
1Fサイト内にて含有核物質のその場スリーニング
（3.95MeVシステムは日本で可能な最高エネルギー）