Hashima Ryoichi, 일본 원자 에너지 기관의 양자 빔 애플리케이션 연구 부서 (Okazaki Toshio 회장) 및 기타, 국립 선진 산업 과학 기술 연구소 (Yoshikawa Hiroyuki 회장)측정 프론티어 리서치 부서8006_8105레이저 Compton Scattering gamma ray"1)를 사용하여 두꺼운 철판으로 덮인 물체는 구성 요소를 만드는 데 사용됩니다동위 원소2)의 위치와 모양을 결정할 수 있었던 것은 이번이 처음이었습니다 그런 다음 위치와 모양을 측정하십시오
기존의 X- 선 전송 영상화 방법을 사용하면 밀도의 차이로 인해 내부적으로 물체의 모양을 인식 할 수 있지만 물체에 포함 된 동위 원소를 식별 할 수 없었습니다 원자력 발전소에서 처리되는 연료 막대 및 방사성 폐기물에는 핵분열 재료를 포함한 다양한 동위 원소가 들어 있습니다 물체에 함유 된 동위 원소의 농도, 위치 및 형상의 비파괴 측정은 안전하고 효율적인 핵 연료 사이클을 위해 필요했습니다
따라서이 연구 그룹은 각 동위 원소가 선택적으로 자신의 에너지의 바카라 게임선과 반응한다고 말합니다핵 공명 형광 산란3)나는 그 현상에 초점을 맞추었다 이 현상을 이용함으로써,이 동위 원소의 존재는 당신이 원하는 동위 원소에 따라 감마선의 에너지를 선택하고, 물체를 조사하고, 물체에서 흩어져있는 감마 광선을 감지함으로써 감지 될 수있다 이 실험은 바카라 커뮤니티 's Electronic Accelerator (Teras)4)를 사용하여 수행되었습니다 두꺼운 (15mm 이상) 철판으로 덮인 20mm 정사각형 리드 블록 (리드 동위 원소 리드 208 포함)을 샘플로 사용 하였다 이 샘플의 에너지 55mev5)(Lead 208의 공명 에너지와 동일한 에너지) 및 두께가 13mm 인 13mm 두께의 바카라 게임선 빔으로 조사하고 샘플에서 흩어져있는 바카라 게임 광선을 측정함으로써 두꺼운 철제가 덮인 납 블록의 위치와 모양을 얻는 데 성공했습니다
이 연구는 방사성 폐기물에 함유 된 긴 수명 뉴 클라이드의 농도를 측정하고화물에 숨겨진 핵 물질 및 폭발물을 감지하기 위해 레이저-콤프 턴 산란 바카라 게임선을 사용해야합니다
이 연구의 결과는 3 월 6 일자Applied Physics Express잡지에 게시
내부 물체를보기 위해 X- 레이를 사용하는 기술은 공항의 의료 엑스레이 및 수하물 검사와 같이 널리 사용됩니다 이러한 X- 선 형광 검사는 물체 내부의 밀도 차이로 인해 형상과 재료 (예 : 금속과 플라스틱의 구별)를 측정하지만 두께가 몇 센티미터의 철로 차폐되면 내부를 통해 볼 수 없습니다 또한, 이러한 X- 선 형광 투시 장치는 물체를 구성하는 요소의 동위 원소를 구별 할 수 없습니다 예를 들어, 세륨 요소는 동위 원소 CS-133 (비 방사성) 및 CS-134, CS-135 및 CS-137 (방사성)을 가지고 있지만, 이들 4 가지 유형의 동위 원소는 거의 동일한 밀도를 가지며 X- 선에 동일한 거동 (투과율 및 흡수)을 가지며 X- 선 플루오르로 코포피는 그것들을 틀립니다 원자력 발전에 의해 생성 된 폐기물에는 세슘을 포함한 다양한 동위 원소가 포함되지만 동위 원소를 구별 한 다음 물체 내부를 통해 볼 수있는 기술은 실질적으로 사용되지 않았습니다
이 연구 그룹은 핵 공명 형광 산란 (핵 공명 형광, 이하 NRF라고합니다 사용되었습니다 동위 원소의 핵은 성분의 양성자 및 중성자의 수로 인해 고유 주파수 (여기 수준)를 갖는다 이 주파수와 일치하는 에너지가있는 바카라 게임 광선이 발생할 때 나타나는 형광을 관찰함으로써, 동위 원소의 존재를 알 수있다 또한, NRF에 사용되는 바카라 게임선의 에너지는 여러 Mev이며, 몇 센티미터의 철판을 통과하여 두꺼운 방패를 통해 내부를 볼 수 있습니다
NRF에 사용 된 바카라 게임선은 동위 원소 핵의 자연적인 진동으로 조정되는 좁은 에너지 스펙트럼을 갖는 것이 바람직하다 우리는 레이저와 전자 사이의 충돌 산란 인 "레이저 Compton Scattering"을 사용하여 에너지 생성 (단색) 바카라 게임선을 이런 식으로 사용했습니다
그림 1 은이 연구의 측정 원리를 보여줍니다 각각의 동위 원소는 고유 한 여기 상태를 가지며, 관심있는 동위 원소의 여기 에너지와 일치하는 바카라 게임선으로 조사된다 바카라 게임선은 기본적으로 표적 물질에서 비 표적 동위 원소와 상호 작용하지 않습니다 따라서, 대부분의 바카라 게임선은 원자에 의해 전달되거나 산란된다 표적 동위 원소가 존재하는 경우, 원자 핵 (바카라 게임 광선의 흡수 및 방출)의 여기 및 발행의 반응이 발생한다 이 과정은 핵 형광 공명 산란입니다 핵 형광 공명 산란은 관심의 동위 원소에 내재 된 여기 에너지와 동일한 에너지의 바카라 게임 광선을 방출합니다 이 바카라 게임 광선의 에너지는 여러 MEV이며 몇 센티미터의 철 또는 다른 방패를 통과하기에 충분한 에너지가 있습니다
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그림 1 :이 제안의 측정 방법의 원리 각 핵종 (동위 원소)의 핵은 본질적인 여기 상태를 가지며 여기 에너지는 다릅니다 측정 할 동위 원소 (예를 들어, 5512 keV)가 고유 여기 에너지 (예 : 5512 keV)와 동일한 바카라 게임선 (예 : 208)과 동일 할 때, 고유 여기 에너지 (예 : 5512 kev)와 동일한 바카라 게임선으로 조사되면, 리드 208은 5512 kev의 gamma 레이스를 흡수합니다 Lead 208은 흥분 상태로부터의 탈출 동안 다양한 방향으로 여기 에너지와 동일한 바카라 게임 광선의 에너지를 방출합니다 이 동위 원소에서 방출 된 바카라 게임 광선을 감지함으로써 내부에 숨겨진 동위 원소의 유형을 알 수 있습니다
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이 실험은 National Advanced Industrial Science and Technology (Ibaraki Precture, Tsukuba City, Tsukuba City)의 Synchrotron 방사선 시설 인 Teras에 설치된 Laser-Compton 산란 바카라 게임선 장치를 사용하여 수행되었습니다 Teras는 싱크로트론 광을 생성하기위한 전자 저장 링이며, 전자는 궤도가 궤도화됩니다 전자 에너지를 570 meV로 조정하고 파장이 1064 nm 인 레이저와 충돌시켰다 이 충돌은 최대 57 Mev의 최대 에너지로 레이저 Compton 산란 바카라 게임선을 생산했습니다 표적 샘플을이 바카라 게임선과 조사 하였다
대상 샘플은 크기가 5cm x 5cm x 5cm 인 철 블록입니다 2cm x 2cm x 5cm 리드 블록이 숨겨져 있습니다 바카라 게임선 방사선 조사의 표면에서 철만 볼 수 있으며 리드 블록이 어디에 있는지 확실하지 않습니다
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그림 2 : 바카라 커뮤니티의 동기식 시설 (TERAS)의 실험 장비 배치 다이어그램
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그림 3 : 실험에 사용 된 샘플 및 측정 시스템 샘플은 15mm 철판으로 둘러싸인 20mm 정사각형 리드 블록 (52% 리드 208을 함유)이었다 이 샘플을 바카라 게임선 빔으로 조사하고, 샘플에서 납 (208)을 사용하여 핵 공명 형광 산란에 의해 생성 된 바카라 게임선을 GE 검출기를 사용하여 측정 하였다
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그림 4 : 실내에 가속기 사진 레이저 조명은 왼쪽의 레이저 장치에서 조사됩니다
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샘플에서 흩어져있는 바카라 게임 광선은 바카라 게임선 조사 축에 대해 90 도의 각도로 배열 된 대용량입니다GE (GENEGENIUM) 반도체 탐지기6)GE 반도체 검출기는 고해상도 (DE/E ~ 02%)에서 바카라 게임선 에너지를 측정 할 수 있습니다 따라서, 납 핵 공명 형광 산란 바카라 게임선이 생성 될 때, GE 반도체 검출기를 사용하여 측정 할 수있다
측정하는 동안, 철 블록에 숨겨진 리드 블록의 위치를 찾기 위해, 바카라 게임선으로 조사되는 위치는 4mm 간격 (부분적으로 2mm)으로 이동되었다 납이 존재하는 경우, 5512 kev의 바카라 게임 광선은 납에 포함 된 납 (208)의 핵 공명 형광 산란에 의해 흡수 된 다음 방출된다 이 5512kev 바카라 게임선은 90도에 위치한 GE 반도체 검출기를 사용하여 측정 할 수 있습니다 납이없는 경우, 이러한 특정 공명으로 인한 바카라 게임 광선은 방출되지 않습니다
위치를 변경하고 5512KEV의 바카라 게임선 강도를 측정함으로써, 우리는 철 블록에 숨겨진 납의 위치와 모양을 알 수있었습니다
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그림 5 : GE 반도체 검출기로 측정 된 에너지 스펙트럼의 일부 (a) Gamma Ray Axis에 리드가있는 경우 (b) 리드가없는 경우 납이 존재하는 경우, 5512 keV 핵 공명 형광 산란의 바카라 게임 광선은 명확하게 측정 될 수있다
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그림 6 : 획득 된 리드 블록의 위치와 모양 수직 축은 바카라 게임선의 조사 위치를 나타내고, 수평 축은 리드 208에서 핵 공명 형광 산란 바카라 게임선의 검출량을 나타냅니다
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이 실험은 우리가 제안한 레이저-콤프 턴 산란 바카라 게임선을 사용함으로써, 몇 센티미터 두께의 철 등을 통과하는 기술을 실현할 수 있으며, 과거에는 측정 할 수없고 내부의 요소 (동위 원소)를 측정 할 수 있음을 보여줍니다
현재 원자력 발전소는 기존 레이저 Compton 산란 바카라 게임선에서 10%입니다7우리는 밝기가 높은 장치에 대한 개발 및 연구를 촉진하고 있습니다 이러한 기술이 실현된다면 방사성 폐기물에 포함 된 방사성 동위 원소의 비파괴 탐지와 같은 원자력을 사용할 수있을뿐만 아니라 항구, 공항 등에서 다양한 투과성 및 비파괴 검사를 수행 할 수 있습니다