TNRFにおける中性子ラジオグラフィ システムの高度化 安田 良1、野島健大1、片桐政樹2

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1 TNRFにおける中性子ラジオグラフィ システムの高度化 安田 良1、野島健大1、片桐政樹2
京大炉中性子ｲﾒｰｼﾞﾝｸﾞ専門研究会 平成24年1月5-6日 TNRFにおける中性子ラジオグラフィ システムの高度化 安田　良1、野島健大1、片桐政樹2 1：原子力機構　中性子イメージング・分析研究グループ 2：茨城大学

2 背景 中期目標 燃料電池内部可視化を目的とした高空間・高時間分解能 中性子イメージングシステムの開発
　燃料電池内部可視化を目的とした高空間・高時間分解能 中性子イメージングシステムの開発 　○高空間分解能：電解質膜内部の水分布観察 　　 中性子II、斜入射法、薄型シンチレータ 　○高時間分解能：セパレータ内流路の水分挙動評価 　　　　　流路観察に適した中性子イメージングシステムの開発 JARI標準電池 Separator Gas Diffusion Layer (GDL) Membrane Electrode Assembly (MEA) Channel 50 1 1 50 ○観察領域：50mm×50mm ○流路サイズ：1mm×1mm ○時間スケール：～1sec. 発電中の燃料電池の電流密度と電圧値の変化 （橋本迪矩（神戸大学）：第51回電池討論会講演資料より）

3 従来の撮像システム 従来の撮像システム カメラ：冷却型CCDカメラ、EB-CCDカメラ シンチレータ：NRコンバータ
中性子ビーム 冷却型 or EB-CCDカメラ レンズ NRコンバータ 可視光 暗箱 従来の撮像システム 　　カメラ：冷却型CCDカメラ、EB-CCDカメラ 　　シンチレータ：NRコンバータ 　　　　　　　　　　（市販品：化成オプトニクス製） 　　コリメータ：大型コリメータ 問題点 　　取り込み時間（冷却型CCDカメラ：5sec） 　　アナログ撮影（EB-CCDカメラ）　 　　　　　　　　　　　⇒　定量評価が困難 　　ノイズ：γ線によるホワイトスポット 　　大型コリメータによる画像上のぼけ Cdワイヤ（0.25mmφ） 30mm 90mm コリメータ比による画像上のぼけ

4 EM-CCDカメラ撮像システム ○ EM-CCDカメラ： デジタル画像 撮像時間の短縮
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　撮像時間の短縮 　○　高輝度コンバータ（J-PARCセンター　中性子基盤セクションが開発） 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　空間分解能の向上　 　○　スリット型コリメータ：　　　ホワイトスポットの低減 　　　空間分解能の向上（L/D） 中性子ビーム 高輝度コンバータ EM-CCDカメラ 85mmレンズ（F値:1.4） 暗箱 可視光 鉛板（厚さ：100mm） 駆動スリット 試料 新規の撮像システム

5 EM-CCDカメラ EM-CCDカメラ：Electron Multiplication CCD Camera 特長
　・高ゲイン、暗い被写体の撮像が可能 　・デジタル出力 用途 ・発光の定量解析 ・リアルタイム蛍光観察 ・天体観察 ・共焦点顕微鏡の読み出し EM-CCDカメラ 仕様　 　 浜松ホトニクス（株）製：　 C 　有効画素数：　 1000（H）×1000（V） 　　画素サイズ：　 8μm（H）×8μm（H） 　　Gain: 6~2000倍 　　読み出し速度： 　　~500 frames/sec. 　冷却温度： -50℃ 　　露光時間： 5msec.~10sec. 　A/Dコンバータ： 14bit LiF・ZnS(Ag)

6 高輝度コンバータ(輝度評価) シンチレータ： LiF/ZnS（Ag） （150,200,300mm） NRコンバータ 実験条件
実験条件　 　コリメータ：　　　　大型コリメータ 　カメラ＆レンズ:　EM-CCDカメラ 　　　　　　　　　　85mmレンズ（F値：1.4） 　撮像時間：　　　　0.5sec. Signal Count Rate, count/sec 150μm 200μm 300μm 高輝度コンバーター(200mm) により、約3倍輝度が増加 Scintillator 150μm 200μm 300μm NRコンバータ

7 Gdラインペアによるシンチレータの空間分解能評価
150mm厚 200mm厚 300mm厚 NR converter ２００μm厚のシンチレータで幅200μmのラインペアを可視化

8 スリット型コリメータの効果（ホワイトスポットの比較）
　　　　　　コリメータ： 大型コリメータ、スリット型コリメータ（40×45mm） 実験条件 カメラ＆レンズ: EM-CCDカメラ＆80mm（F値：1.4） Gain 0　（6倍） シンチレータ： NRコンバータ（裏返しで試験） 撮像時間： 1sec. 大型コリメータ（従来型） スリット型コリメータ 白点のピクセル数 (counts>38) 37454 2161

9 ノイズ低減の効果（ホワイトスポットの比較）-2
The Number of pixels Counts of CCD signals (white dot) ホワイトスポットのヒストグラム

10 ビーム強度と撮像領域 コリメータ： 大型コリメータ、スリット型コリメータ(40×45mm) 実験条件
カメラ＆レンズ: EM-CCDカメラ＆80mm（F値：1.4） ピクセルサイズ：　　80mm×80mm シンチレータ： NRコンバータ 撮像時間： 0.5sec. Slit 80mm Counts of signal of CCD camera 観察領域 Conventional Distance from image center,mm

11 まとめ 1.EM－CCDカメラ デジタル画像の取得 1秒以下の撮像 2.高輝度シンチレータ 従来の市販品に比べて3倍の輝度
　　デジタル画像の取得 　　1秒以下の撮像 2.高輝度シンチレータ 　　従来の市販品に比べて3倍の輝度 　　空間分解能：0.2mmのラインペアを確認 3.スリット型コリメータ 　　照射領域：50mm×50mmを確保（スリット幅40×45mmの場合） 　　ノイズであるホワイトスポットが著しく低減 　　中性子フラックスが従来のコリメータに比べて80%程度 　　コリメータ比が向上 　上記の機器を用いることにより、従来に比べて、低ノイズ、高解像度かつ 高輝度の中性子ラジオグラフィシステムを構築