放射線ソース・ターム評価用CZT検出器の実地応用

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1 放射線ソース・ターム評価用CZT検出器の実地応用
Dr. David W. Miller、米国電力会社、D.C.クック原子力発電所 Dr. Zhong He, PhD**、ミシガン大学原子力工学科 2012年アジアISOE ALARAシンポジウム（東京） 2012年9月24～25日

2 プレゼンテーションの概要 序論 なぜCZT検出器とCanberra社製計測器を 使うのか？ 放射線測定とパフォーマンス・メトリクス
EdF（EDF) INPO事象通知 なぜCZT検出器とCanberra社製計測器を 使うのか？ 放射線測定とパフォーマンス・メトリクス ソース・タームの追跡 CZTベンチマーキングの結果 第1次実地試験 ターキーポイント原子力発電所3R22 DC クック原子力発電所1、2号機 3D CZT 3/1/2017

3 2011年7月5日INPO事象通知 不十分なCRE改善
いくつかのユニットにおけるCREは、現在のCRE目標を依然として大幅に 上回っており、集団線量低減の著しい進歩が見られない。 原子炉群としての沸騰水型原子炉は、120人・レム未満という2010年CRE年間サイクル線量を満たさなかった。 高い集団線量の主な原因は以下の2つであった。 高い放射線ソース・ターム 停止時の線量低減計画及び作業実施における不備 2010年AFIが弱点を明らかに　 ソース・ターム管理 停止時線量低減計画

4 フランス電力会社（EDF）の リーダーシップ
原子力庁（CEA）が開発した機器および方法 Canberra社への認可 EDFプラント高経年化プログラム EDFが所有する58の原子力発電所すべてにおいて展開 標準プロトコル測定 - すべてのRFO 目的: ソース・タームの変化 EPD及び計測器の較正 ALARA 等価実効線量 構成機器の劣化 線量低減措置

5 CZTとは何か？ テルル化カドミウム亜鉛（CZT）ガンマ線エネルギー分析
新たなガンマ線エネルギー分析技術 100 keV ～1800 keVのエネルギーにおける同位体を特定 NPPの同位体ID: Co-58、Co-60、Ag-110m、Cs-137、Sb-124 & 122、Cr-51、Fe-59、Mn-54、Zn-65 小型で軽量 持ち運びが可能 費用効果が高い 冷却不要 燃料取替停止 2 日間の測定 2 日間の分析 3/1/2017

6 操作特性 冷却不要 発電所の運転にとって、携帯型の設置しやすい検出器を備えることは 重要な能力である
したがって、冷却不足による検出器破損リスクはない。 主要な発電所同位体、すなわちコバルト及びセシウム、並びにFe-59、Zn-65 及び放射性ヨウ素を測定するにあたり十分な分解能がある。 発電所の運転にとって、携帯型の設置しやすい検出器を備えることは 重要な能力である スペースが狭い、または 配管、遮へい物などによって設置が困難である、または 品質測定を実施する運転員の能力を他の設備・機器が妨げている。 3/1/2017

7 CZT装置及び分析 エネルギー・フルエンス 対 沈積性放射能
ガンマ・エネルギー放出 同位体識別 ニーズ パイプ肉厚及び直径 絶縁材（存在する場合） 発電所電離箱に関する結果 エネルギー・フルエンス率 MeV／フォトン 作業員のエネルギー・フィールド MicroShieldアウトプットによる結果 沈積性放射能（mCi/cm2） 各同位体による線量寄与 エネルギー・フルエンス率 ≠ 沈積性放射能 Co-58の減衰：パイプ肉厚の約20%～25%

8 利点：RP及び化学プログラムの強化 ソース・ターム低減 線量測定 ALARA 測定器の較正 構成機器の高経年化 RFOからRFOへの追跡性能
姉妹プラントとの比較 58のEDFユニットを含む 線量測定 電子式線量計 ALARA 遮へい 線量低減対象区域 測定器の較正 構成機器の高経年化 同位体特性 Label

9 Canberra社CZTガンマ線エネルギー 分析実地試験
フランスのCEA及びEDF すべてのEDFサイト（58ユニット）にCZT計測器が配備されている。 ソース・ターム低減を傾向分析・追跡するために必要 NPE／バートレット原子力実地試験・計測 2005年のターキーポイント3R18が最初 2010年／2011年／2012年 DC クックU1C DCクックU2C キウォーニー ブレードウッド A1R15 ブレードウッドA2R15 ノース・アンナ ビーバーバレー1R20 ビーバーバレー2R15 ターキーポイント3R27 サリー VCサマーR19 ナインマイルポイント1 ターキーポイント4R26 電気事業者による実地試験 バイロン1R17 - ドレスデン - ピーチボトム クワッドシティーズ - DC クック2C20 - デューク (McGuire/Catawba?)

10 性能をベンチマーキングする （基準に従って評価する）際のCZT実地試験結果の使用法

11 CZTに関する結果 － ベンチマーク Co-58 SGホットレグ配管沈積性放射能

12 CZTに関する結果 － ベンチマーク Co-60 SGホットレグ配管沈積性放射能

13 ISOE北米技術センターを通じた データの共有
標準化されたEDFプロトコル 米国NPPで実施中 AEP及びエクセロン社が米国での主導的役割を果たしている。 ソース・ターム低減の成果を測定するための評価ツールとして、エクセロン社は4年間にわたって当該プロセスに取り組んできた。前述の他の事業者はそれに追随する形となっている。 IAEA／ISOEデータベース 責任者：Dr. David Miller データ・アップロードに関わるNATC（北米技術センター）MOU – EDF及び米国のNPP プラント・パフォーマンスの比較を可能にする。 さまざまなソース・ターム低減戦略、及びその効果を迅速に評価できる。 3/1/2017 13

14 Polaris 3Dガンマ線イメージング・ スペクトロメータ・システムの新開発
フォトン数： 2033 18 97 1 3 4 2 性能目標: E/E  1% FWHM (662 keVにおいて) リアルタイム・ガンマ線イメージング＋同位体識別 18台の221.5 cm3 CdZnTe検出器 （108 cm3, 648 グラム = 1.43 lb） 14

15 Polaris#1 15

16 第2Polarisシステムの137Csエネルギー・スペクトル （Polarisの検出器18台すべてによる。24oC及びコリメートされていない137Cs）
662 keV 1ピクセル事象 2ピクセル事象 3ピクセル事象 4ピクセル事象 1.21% FWHM 全事象 カウント Memo: This data was also used as calibration data, with cathode trigger enabled. The data collection lasted for about 3 days in August 2011 after about one week of constant bias before this calibration data was taken. If we apply the calibration table on other independent data, the energy resolution would degrade to about 1.3% FWHM at 662 keV for all events. エネルギー(keV) 16

17 Polaris #2の単独ピクセル・エネルギー分解能分布（それぞれのPolarisは2178ピクセル陽極を有している。24oC／コリメートされていない137Cs 線源）
ピクセルの87.3% <1% 17

18 228次エネルギー・スペクトルPolaris-2
1ピクセル事象、2.6 MeVにおいて1.64% FWHM 2ピクセル事象、1.62% FWHM 3ピクセル事象、1.73% FWHM 4ピクセル事象、1.80% FWHM 全事象、1.72% FWHM D.E. 2614 keV S.E. カウント エネルギー (keV) 18

19 標的特異性のガンマ・ スペクトル Yuefeng Zu Willy Kaye Weiyi Wang He 22Na 60Co
Chris Wahl 137Cs 137Cs 極角 標的特異性のガンマ・ スペクトル 23 minute EIID measurement (100,000 total imaged events), 10 iterations All plots on same scale 23 分間の データEIID 方位角 19

20 線源の位置を特定するためのリアルタイム組み合わせコード式開口及びコンプトン・イメージング
18の検出器すべてから 同位体が特定された：57Co、22Na、137Cs 122 keV Left hotspot = Cs-137 Middle hotspot = Na-22 Right hotspot = Co-57 662 keV 511 keV 1275 keV 20

21 予想される改善点／課題 すべての事象について、662 keVにおけるエネルギー分解能を現時点の約1.3% FWHMからさらに改善  1%
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22 CdZnTe #4E-1（121ピクセル）の単独Pixel 137Csスペクトル
ASIC (BNL H3Dv1) dynamic Range = 3 MeV Redlen社の７つの最高性能検出器: 単独ピクセルE/E  0.6% 32 keV Ba K （コリメータなし。室温における操作） 662 keV 2 cm 単位体積= 6 cm3 FWHM = 0.48 % (3.2 keV) 1.5 cm ASIC 700 keVのASICダイナミック・レンジ において0.39% FWHM 36 keV Ba K 22

23 結論 結論： (1) 高い分解能（単独ピクセル事象について<1% FWHM、またすべての 事象について約1.3% FWHM ）と、高い相対効率（>30% ）を持つ3-D CdZnTeガンマ線イメージング・システムを、事業者が独自に開発し、 運用している（ネバダ州で2カ月間及びオークリッジ国立研究所で 2カ月間）。 (2) DTRAの出資によるPolarisプロジェクトによって、Redlen社は 221.5 cm3 CZT検出器を商業生産できるようになった。 (3) 0.5% FWHMエネルギー分解能の達成など、一層の性能向上が 可能である。 23

24 原子炉キャビティーの初期測定 光学画像 ガンマ線画像

25 ズームアップ画像：光学画像

26 Co-60（1333 keV）画像オーバーレイ

27 Nb-95（766 keV）画像オーバーレイ

28 Co-58（811 keV）画像オーバーレイ

29 Mn-54（834 keV）画像オーバーレイ

30 H3D検出器：2回目のキャビティー測定 キャビティーの反対側端部における35分間測定の後のエネルギー・スペクトル
この新たな角度において、すべての同位体のN-16に対する相対的な強さが減少した。 30

31 原子炉キャビティーの2回目照射 工学的画像 ガンマ線画像

32 ズームアップ画像：新たな角度からの工学的画像

33 Co-60（1333 keV）画像オーバーレイ

34 Nb-95（766 keV）画像オーバーレイ

35 質問は？