DE10318416A1

DE10318416A1 - Abstandsmessvorrichtung einer Gammastrahlquelle mit Mehrschichtstrahlendetektor

Info

Publication number: DE10318416A1
Application number: DE10318416A
Authority: DE
Inventors: Yoshikatsu Kuroda; Tadayuki Takahashi; Shin Watanabe
Original assignee: DIRECTOR GENERAL OF INST O; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2003-04-23
Publication date: 2003-11-13
Anticipated expiration: 2023-04-24
Also published as: JP3897245B2; US20040001570A1; US7279683B2; JP2003315465A; DE10318416B4

Abstract

Strahlen, die auf eine Mehrzahl von entlang einer Normalen angeordneten Detektionsplatten (200) einfallen, werden detektiert. Ein Abstand zu der Strahlquelle wird, basierend auf der Anzahl der von jeder Detektionsplatte (200) detektierten, gezählten Strahlen und dem jeweiligen Intervallabstand der Detektionsplatten (200), geschätzt. Außerdem wird die Richtung der Quelle des Strahls, basierend auf jedem von jeder Detektionsplatte (200) erhaltenen Bild, geschätzt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abstandsmessvorrichtung einer Gammastrahlquelle mit einem Mehrschichtstrahlendetektor.
Ein Strahlungsdetektionssystem, das Strahlen, wie beispielsweise harte Röntgenstrahlen und Gammastrahlen (y- Strahlen) detektiert, um Bildinformation zu erzeugen, wird auf verschiedenen technischen Gebieten verwendet. Wenn beispielsweise ein. Strahlungsfeld von einem bestimmten Himmelskörper detektiert wird, kann der physikalische Zustand oder der Aufbau des Himmelskörpers untersucht werden. Wenn ein menschlicher Körper mit Röntgenstrahlen bestrahlt wird und die übertragenen Wellen analysiert werden, ist es außerdem möglich, ein Tomographiebild zu erfassen. Dieses System wird ebenfalls auf anderen Gebieten, wie beispielsweise der Atomenergie (Prüfung der Glasverfestigung von Strahlungsabfall, Strahlungsüberwachungsvorrichtungen und dergleichen), dem zerstörungsfreien Prüfen (Halbleiterprüfvorrichtung) und der Resourcen- Suchfeldmineralexploration (Untergrundexploration) verwendet.
Bei den meisten Strahlungsdetektionssystemen des Stands der Technik wird jedoch die Strahlungsenergie basierend auf den auf eine Detektoroberfläche auftreffenden Photonen gemessen, um ein Bild zu erzeugen. Es ist nicht möglich, die Richtung, in der die Strahlen laufen, oder den Abstand zu der Strahlquelle mit dieser Art von Detektionssystem zu messen.
Hinsichtlich des Messens des Abstands von der Strahlquelle sind Techniken, wie beispielsweise diejenige, die in der japanischen Patentanmeldung KOKAI- Veröffentlichungs-Nr. 7-294652 offenbart ist, bekannt. Bei dieser Technik werden zwei Detektoren zum Zählen der Anzahl einfallender Gammastrahlen in einer vorbestimmten Positionsbeziehung angeordnet, und der Abstand zu der Gammastrahlquelle wird basierend auf dem Verhältnis der Anzahl der von jedem Detektor empfangenen Strahlen geschätzt. Wenn die Gammastrahlquelle direkt unter einem Detektor existiert, kann der Abstand erhalten werden. Wenn die Gammastrahlquelle jedoch nicht direkt unter dem Detektor existiert, wird der Detektionswert auf Grund eines toten Winkels unbestimmt, und der Abstand zu der Strahlquelle kann nicht mit hoher Genauigkeit erhalten werden.

KURZZUSANMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung wurde in Anbetracht der oben beschriebenen Umstände entwickelt, und ihre Aufgabe besteht darin, eine Abstandsmessvorrichtung einer Gammastrahlquelle mit einem Mehrschichtstrahlendetektor bereitzustellen, die imstande ist, die Richtung der Strahlquelle oder den Abstand zu der Strahlquelle mit hoher Genauigkeit zu messen.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Abstandsmessvorrichtung einer Röntgenstrahl- oder Gammastrahlquelle mit einem Mehrschichtstrahlungsdetektor bereitgestellt mit: einer Mehrzahl von Detektionsplatten, die entlang einer Normalen angeordnet sind und Signale auf der Grundlage von Wechselwirkung mit einfallenden Röntgenstrahl- oder Gammastrahl-Photonen erzeugen; einer Zähleinheit, die die jeweilige Anzahl der mit jeder der Mehrzahl von Detektionsplatten wechselwirkenden Röntgenstrahl- oder Gammastrahlphotonen auf der Grundlage der Signale, die von der Mehrzahl der Detektionsplatten erzeugt wurden, zählt; und einer Abstandsberechnungseinheit, die einen Abstand zwischen der Abstandsmessvorrichtung und der Röntgenstrahl- oder Gammastrahlquelle auf der Grundlage der jeweiligen Anzahl der Röntgenstrahl- oder Gammastrahl-Photonen und dem jeweiligen Intervallabstand zwischen der Mehrzahl von Detektionsplatten berechnet.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Abstandsmessvorrichtung einer Röntgenstrahl- oder Gammastrahlquelle mit einem Mehrschichtstrahlungsdetektor bereitgestellt mit: einer Mehrzahl von Detektionsplatten, die entlang einer Normalen angeordnet sind und Signale auf der Grundlage von Wechselwirkungen mit einfallenden Röntgenstrahl- oder Gammastrahlphotonen erzeugen; einer Zähleinheit, die die jeweilige Anzahl der mit jeder der Mehrzahl der Detektionsplatten wechselwirkenden Röntgenstrahl- oder Gammastrahlphotonen zählt und Positionen der Wechselwirkungen auf jeder der Detektionsplatten auf der Grundlage der von jeder der Mehrzahl der Detektionsplatten erzeugten Signale detektiert und die Intensitätsverteilung der Röntgenstrahl- oder Gammastrahlphotonen auf jeder der Detektionsplatten erfasst; und einer Richtungserfassungseinheit, die eine Einfallsrichtung des Strahls mit Bezug auf die Vorrichtung basierend auf der jeweiligen Anzahl der Röntgenstrahl- oder Gammastrahlphotonen und der Intensitätsverteilung erfasst.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Abstandsmessvorrichtung einer Röntgenstrahl- oder Gammastrahlquelle mit einem Mehrschichtstrahlungsdetektor bereitgestellt mit: einer Mehrzahl von ladungsgekoppelten Abbildungsvorrichtungen, die entlang einer Normalen angeordnet sind, die Signale auf der Grundlage der Wechselwirkung mit einfallen Röntgenstrahl- oder Gammastrahlphotonen erzeugen und die jeweils die Anzahl der Röntgenstrahl- oder Gammastrahlphotonen, die mit jeder der Mehrzahl der ladungsgekoppelten Abbildungsplatten wechselwirken, auf der Grundlage der Signale zählt; und einer Berechnungseinheit, die einen Abstand zwischen der Abstandsmessvorrichtung und der Röntgenstrahl- oder Gammastrahlquelle auf der Grundlage der jeweiligen Anzahl von Röntgenstrahl- oder Gammastrahlphotonen und dem jeweiligen Intervallabstand zwischen der Mehrzahl der ladungsgekoppelten Abbildungsplatten berechnet.

KURZBESCHREIBUNG VERSCHIEDENER ANSICHTEN DER ZEICHNUNG

Fig. 1 zeigt eine Abstandsmessvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform;
Fig. 2 ist eine Ansicht eines Strahlungsdetektors 20;
Fig. 3 ist eine erläuternde Ansicht eines inneren Aufbaus des in Fig. 2 gezeigten Strahlendetektors 20;
Fig. 4A ist eine obere Draufsicht des Strahlendetektors 20;
Fig. 4B ist eine untere Ansicht, Fig. 4C ist eine Rückansicht, und Fig. 4D ist eine Schnittansicht, die entlang A-A in Fig. 4A genommen ist;
Fig. 5A, 5B sind Diagramme, die Modifikationsbeispiele einer Detektionsplatte 200 zeigen;
Fig. 6A, 6B sind Diagramme, die Modifikationsbeispiele der Detektionsplatte 200 zeigen;
Fig. 7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Bewegungsmechanismus der Detektionsplatte 200 zeigt;
Fig. 8 ist ein Diagramm, das ein Beispiele des Bewegungsmechanismus der Detektionsplatte 200 zeigt;
Fig. 9 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Prozedur eines Gammastrahlquellen-Abstandsmessverfahrens zeigt,
Fig. 10 ist ein Konzeptdiagramm, das ein Berechnungsverfahren zum Erhalten eines Abstands zu der Gamma-Quelle zeigt, das von dem vorliegenden System verwirklicht wird, und
Fig. 11A, 11B sind erläuternde Ansichten eines Gammastrahlquellen-Richtungsmessverfahrens des vorliegenden Systems.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Eine Ausführungsform der Erfindung wird hier nachstehend beschrieben. Bei der folgenden Beschreibung werden Bestandteile, die im Wesentlichen die gleiche Funktion und den gleichen Aufbau aufweisen, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet und nicht beschrieben, es sei denn, dass es notwendig ist.
Fig. 1 ist ein Diagramm, das eine Abstandsmessvorrichtung 10 einer Gammastrahlquelle mit einem Mehrschichtdetektor gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, umfasst die Abstandsmessvorrichtung 10 einen Strahlendetektor 20, einen Signalverarbeitungsabschnitt 24, eine Analyseeinheit für detektierte Gammastrahlen 26 und einen Computer 28.
Der Strahlendetektor 20 detektiert Strahlen, wie beispielsweise Röntgen- oder Gammastrahlen. Der Gammastrahlendetektor 20, der später ausführlicher beschrieben wird, weist einen Aufbau auf, bei dem eine Mehrzahl von Detektionsplatten, die als Detektionsoberflächen wirken, in einer Strahleinfallsrichtung gestapelt sind. Jede Detektionsplatte kann sich unabhängig entlang der Strahleinfallsrichtung bewegen. Der Signalverarbeitungsabschnitt 24 verstärkt das von dem Strahlendetektor 20 erzeugte Signal, d. h. das Detektionssignal, und verhindert das Absinken des Rauschabstands. Außerdem führt der Signalverarbeitungsabschnitt 24 eine Signalverarbeitung durch mit: Abtasten und weiteren Verstärken des Detektionssignals; Erzeugen eines Trigger- oder Auslösesignals, und Halten einer Probe.
Die Analyseeinheit für detektierte Gammastrahlen 26 umfasst einen A/D-Umwandlungsabschnitt 260, einen Diskriminator 261, einen Triggersignal-Erzeugungsbitmuster- Erfassungsabschnitt 262, einen Systembus-PC-Übersetzer 263, einen Vielkanalanalysator (MCA) 264, eine Hochspannungsleistungsversorgung 265, einen Signalverlauf- Formungsabschnitt 266 und einen Systembus 267.
Der A/D-Umwandlungsabschnitt 260 wandelt ein eingegebenes Analogsignal in ein Digitalsignal um.
Der Diskriminator 261 extrahiert eine ursprüngliche Signalwelle aus einer Signalwelle, die einer Frequenzmodulation oder Phasenmodulation unterworfen wurde.
Der Triggersignal-Erzeugungsbitmuster- Erfassungsabschnitt 262 erfasst ein Bitmuster eines detektierten Gammastrahls basierend auf der von dem Diskriminator 261 extrahierten Signalwelle. Die von diesem Triggersignal-Erzeugungsbitmuster-Erfassungsabschnitt 262 erfasste Detektionsinformation des Gammastrahls wird an den Computer 28 übertragen, um den Abstand zu der Gammastrahlquelle oder die Richtung zu messen, wie es später beschrieben wird. Das Trigger-Erzeugungsbitmuster kann ebenfalls von dem Computer 28 erfasst werden.
Der Systembus-PC-Übersetzer 263 ist ein Sender zum Senden verschiedener Signale an den Computer 28 über den Systembus 267.
Der Vielkanalanalysator (MCA) 264 verarbeitet einen Signalwert des von dem A/D-Umwandlungsabschnitt 260 umgewandelten Digitalsignals auf eine Histogrammart.
Die Hochspannungsleistungsversorgung 265 erzeugt eine hohe Spannung, die an die Elektrode jeder Detektionsplatte des Strahlendetektors 20 angelegt wird. Für jede Detektorplatte, bei der die Spannung an die Elektrode von der Hochspannungsleistungsversorgung 265 geliefert wird, werden, wenn die Platte ein Halbleiter ist und wenn der Gammastrahl einfällt, ein Elektron und ein Loch erzeugt. Wenn die Platte ein Szintillator ist, wird Licht im Bereich von Ultraviolett bis sichtbares Licht auf der Grundlage des einfallenden Gammastrahls erzeugt.
Der Signalverlauf-Formungsabschnitt 266 wandelt einen Signalverlauf eines Eingangsimpulses in einen vorbestimmten Signalverlauf entlang einer Amplitudenachse oder Zeitachse um.
Der Systembus 267 ist eine Schaltung zum Senden/Empfangen verschiedener Signale zwischen Vorrichtungen innerhalb der Analyseeinheit für detektierte Gammastrahlen 26.
Ein Speicher 268 speichert das von dem Triggersignal- Erzeugungsbitmuster-Erfassungsabschnitt 262 erfasste Bitmuster des Gammastrahls.
Der Computer 28 arbeitet als eine Workstation zur numerischen Verarbeitung oder Bildverarbeitung oder als ein Personal Computer. Der Computer 28 führt eine Messung der Energieverteilung der in Fig. 1 gezeigten detektierten Gammastrahlen, des Gammastrahlen-Quellenabstands oder der Gammastrahlen-Quellenrichtung durch, wie es später beschrieben wird.
Es sei bemerkt, dass die Analyseeinheit für detektierte Gammastrahlen 26 ferner eine numerische oder Bildverarbeitungsfunktion umfassen kann. Die Analyseeinheit für detektierte Gammastrahlen 26 kann ebenfalls ausgebildet sein, um eine Gammastrahlquellen-Abstandsmessung durchzuführen, die später beschrieben wird.

Strahlendetektor

Als nächstes wird der Strahlendetektor 20 ausführlich beschrieben.
Fig. 2 ist eine Ansicht des Strahlendetektors 20, und
Fig. 3 ist eine erläuternde Ansicht des inneren Aufbaus des in Fig. 2 gezeigten Strahlendetektors 20. Außerdem ist Fig. 4A eine obere Draufsicht, Fig. 4B eine untere Draufsicht,
Fig. 4C eine Rückansicht und Fig. 4D eine entlang der Linie A-A in Fig. 4A genommene Schnittansicht des Strahlendetektors 20.
Wie es in den Fig. 2, 3 gezeigt ist, umfasst der Strahlendetektor 20 eine Mehrzahl von Detektionsplatten 200 und eine erste Elektrode 200 und eine zweite Elektrode 202 zum Sammeln von elektrischen Ladungen, die erzeugt werden, wenn ein Strahl auf jede Detektionsplatte 200 einfällt. Eine der ersten und zweiten Elektroden ist einer Anode und die andere einer Kathode zugeordnet. Es sei bemerkt, dass der Strahlendetektor 20 mit der Analyseeinheit für detektierte Gammastrahlen 26 durch einen Verbinder 22 verbunden ist. Die von den Elektroden gesammelten elektrischen Ladungen werden an die Analyseeinheit für detektierte Gammastrahlen 26 der nächsten Stufe für jede Detektionsplatte 200 (jeden Kanal) übertragen (siehe Fig. 4C).
Der vorliegende Strahlendetektor 20 umfasst einen elektrischen Ladungssammlungsmechanismus für jede Detektionsplatte 200. Daher können die Position, d. h. der Ort auf der Detektionsplatte 200, wo der Gammastrahl eine Reaktion verursachte, und die Energie des Strahls unabhängig bekannt sein. Außerdem kann der Abstand zu der Strahlquelle bekannt sein.
Das heißt, dass bei dem vorliegenden Detektor 20 die Energieverteilung des einfallenden Gammastrahls oder ein Energiewert einer Gammastrahllinie aus dem Energiespektrum der in den jeweiligen Detektionsplatten 200 detektierten Gammastrahlen oder aus einer Summe des Spektrums bekannt ist. Außerdem ist im Allgemeinen ein Gammastrahl erforderlich, der eine einzige Energie (Gammastrahllinie) aufweist, um den Abstand zu der Strahlquelle zu messen. Wenn der Abstand zu der Strahlquelle bei dem vorliegenden Detektor 20 gemessen wird, wird nur ein Phänomen, bei dem die Energie gleich derjenigen des einfallenden Gammastrahls ist, in jeder Platte 200 detektiert (nur eine Schicht), ausgewählt. Die Anzahl der detektierten Phänomene für jede Platte 200 wird mit einer anderen Anzahl verglichen. Durch diesen Vergleich kann der Abstand der Gammastrahls der Linie von dem Detektor bekannt sein.
Es sei bemerkt, dass, wenn jede Platte 200 aus einem Halbleiterdetektor gebildet ist, es möglich ist, einzelne Potentiale an die jeweiligen Platten durch die ersten und zweiten Elektroden. 200, 202 anzulegen.
Jede Detektionsplatte 200 ist eine Halbleiterplatte aus Halbleitern, wie beispielsweise CdTe und Cd. Zusätzlich zu dem Halbleiter können Szintillatoren (wie beispielsweise NaI, Ge, GsO, BGO) verwendet werden. Außerdem kann eine Mehrzahl ladungsgekoppelter Abbildungsvorrichtungen, um Röntgenstrahlen und Gammastrahlen zu detektieren, als jede Detektionsplatte 200 verwendet werden.
Es sei bemerkt, dass die Detektionsplatte 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein ebener Typ des Halbleiters ist und somit kein Bild erfasst. Dies ist der Grund vom Blickpunkt der Verbesserung eines Screen-Faktors, wie es in den Fig. 2, 3 gezeigt ist. Durch diesen Aufbau ist es möglich, die Anzahl einfallender Gammastrahlen mit einer hohen Genauigkeit zu zählen und die Energie zu erfassen (Spektralanalyse). Die Detektionsplatte 200 ist jedoch nicht auf den in den Figur. 2, 3 gezeigten ebenen Typ begrenzt, und kann ebenfalls aufgebaut sein, so dass das Bild erfasst werden kann.
Die Fig. 5A, 5B, 6A, 6B zeigen Beispiele der Detektionsplatte 200, in der das Bild erfasst werden kann. Wie es in den Fig. 5A, 6A gezeigt ist, können Elektroden vom Lochtyp 212 mit einem vorbestimmten Abstand in der Detektionsplatte 200 ausgebildet sein. Hier wird die Detektionsplatte 200 aus Halbleitern, wie beispielsweise Cadmiumtellurid (CdTe) und Zinkcadmiumtellurid (CdZnTe) oder einem Szintillator gebildet und weist eine vorbestimmte Dicke auf. In der Platte 200 dieses Aufbaus werden, wie es in den Fig. 5B, 6B gezeigt ist, die Elektroden 212 in Anoden (schwarze Löcher) und Kathoden (weiße Löcher) in einem vorbestimmten Modus aufgeteilt. Die aufgeteilten Anoden und Kathoden und der Halbleiter eines Teils der Platte 200 bilden ein Sensorelement 214.
Eine Halbleiterplatte mit dieser Elektrode vom Lochtyp und ein Strahlendetektor mit der Platte werden ausführlich in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2001-339711 beschrieben.
In den Fig. 3, 4D sind die Detektionsplatten 200 an vorbestimmten Intervallen entlang der Strahleinfallsrichtung gestapelt. Die Anzahl gestapelter Detektionsplatten 200 ist nicht begrenzt, wobei jedoch mindestens zwei Platten notwendig sind, um die Messung der Richtung der Strahlquelle des Detektors 20, die später beschrieben wird, oder die Messung des Abstands zu der Strahlquelle von dem Detektor 200 zu verwirklichen. Die jeweiligen Detektionsplatten 200 können einzeln entlang der Strahleinfallsrichtung bewegt werden, und die Position der Platte (d. h. das Abstandsintervall zwischen den Detektionsplatten 200) wird durch ein Messverfahren bestimmt, das später beschrieben wird. Der Bewegungsmechanismus der Detektionsplatte 200 kann ebenfalls von einem beliebigen Typ, wie beispielsweise manuell, elektromotorisch oder mechanisch sein.
Die Fig. 7 und 8 sind Diagramme, die ein Beispiel des Bewegungsmechanismus der Detektionsplatte 200 zeigen. Wie es in Fig. 7 gezeigt ist, werden die Substrate zum Anbringen der Detektionsplatten 200, d. h. Halteplatten (mounting substrate) 200, über Schraubenschäfte 204 und Schraubenlöcher 205 bzw. Führungsschäfte 206 und Lagerlöcher 207 bewegt. Die Schraubenschäfte 204 können manuell oder durch einen Elektromotor gedreht werden, wie es in Fig. 8 gezeigt ist. Außerdem kann die Halteplatte 203 durch Bereitstellen von zumindest einem Schraubenschaft 204 und einem Schraubenloch 205 bewegt werden. Daher können die in Fig. 7 gezeigten verbleibenden Schäfte optional dem Schraubenschaft 204 oder dem Führungsschaft 206 zugeordnet werden. Um die Bewegung mit einer höheren Genauigkeit zu verwirklichen, kann ebenfalls ein Kugelschraubenmechanismus benutzt werden.
Es sei bemerkt, dass der Abstand zwischen den Detektionsplatten 200, die von dem Bewegungsmechanismus bewegt werden, durch eine Positionsdetektionsvorrichtung (nicht gezeigt) detektiert wird. Das Verfahren zur Detektion kann von einem beliebigen Typ sein. Beispielsweise kann ein optischer Detektor, ein für jede der Detektionsplatte 200 angeordneter mechanischer Detektor, ein Magnetsystem, ein Bürstentyp oder ein photoelektrischer Typ verwendet werden.
Jeder Typ, wie beispielsweise ein sogenannter absoluter Codierer, Drehcodierer oder linearer Codierer kann ebenfalls verwendet werden.

Gammastrahlquellen-Abstandsmessverfahren

Als nächstes wird ein Gammastrahlquellen- Abstandsmessverfahren, das von einem System mit dem Strahlendetektor verwirklicht wird, der wie oben beschrieben aufgebaut ist, mit Bezug auf die Fig. 9 und 10 beschrieben. Um die Beschreibung zu vereinfachen, sei angenommen, dass die Strahlquelle die Strahlen gleichmäßig in alle Richtungen (4π) ausstrahlt.
Fig. 9 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Prozedur des Gammastrahlquellen-Abstandsmessverfahrens zeigt. In Fig. 9 umfasst die Prozedur: zuerst Richten einer Strahleinfalls- Oberfläche (Detektionsoberfläche) des Strahlendetektors 20 in eine vorbestimmte Richtung; Detektieren des auf den Detektor 20 einfallenden Gammastrahls (Schritt S1); und Durchführen eines Berechnungsverfahrens zum Erhalten des Abstands zu der Gammastrahlquelle basierend auf den Detektions-Daten (Schritt S2). Das bei diesem Schritt S2 ausgeführte Berechnungsverfahren ist wie folgt.
Fig. 10 ist ein Konzeptdiagramm, das ein Berechnungsverfahren zum Erhalten eines Abstands zu der Gammastrahlquelle zeigt, das von dem vorliegenden System verwirklicht wird. Wie es in Fig. 10 gezeigt ist, sei angenommen, dass ein Abstand von dem Strahlendetektor 20 zu der Strahlquelle, der von der vorliegenden Abstandsmessung zu erhalten ist, x cm beträgt, und ein Zwischen-Abstand zwischen den Detektionsplatten gleich d1 cm ist. Ein Zwischen-Abstand d_i ist ein bekannter Betrag, der von der Positionsdetektionsvorrichtung (nicht gezeigt) gemessen wurde.
Bei dem vorliegenden Gammastrahlquellen-Messverfahren wird durch die folgende Gleichung (1) der Abstand x zu der Strahlquelle als derjenige Wert x erhalten, durch den ein Wert χ² minimiert wird.

χ² = Σ(c_i - CE_i)2/σ² (I)

wobei eine Summe mit Bezug auf i bis zu der Anzahl n der Intervalle der Detektionsplatte 200 von 1 erhalten wird. Außerdem ist C_i die Anzahl von Zählwerten, die von der Detektionsplatte 200 einer i-ten Schicht erhalten wurde. Außerdem ist CE_i die Anzahl von Detektionen, die in der Detektionsplatte 200 der i-ten Schicht erwartet werden, und wird durch eine, beispielsweise in der folgenden Gleichung (2) gezeigte Funktion dargestellt.

CE_i = I₀exp[-µ(i-1)d]x(1-exp[-µ_pd])(x/[x+(i-1)d])² (2)

wobei I₀ die Anzahl von Strahlen ist, mit der eine Oberflächenschicht. (d. h. i = erste Schicht) bestrahlt wird, µ ein Wirkungsquerschnitt (photoelektrische Absorption und Compton-Effekt) eines Materials zum Gebrauch in der Detektionsplatte 200 ist, und µ_p der Wirkungsquerschnitt der photoelektrischen Absorption ist. Außerdem gibt exp[-µ(i-1)d] einen Effekt an, dass der einfallende Gammastrahl eine Reaktion an der oberen Detektionsplatte verursacht (d. h. der bereits durchlaufenden Detektionsplatte). (x/[x+id])² entspricht einem Effekt, dass sich der Abstand zu der Strahlquelle für jede Detektionsplatte 200 unterscheidet. Der Grund, warum dieser Koeffizient eingeführt wird, besteht darin, dass der Gammastrahl von der Detektionsplatte 200selbst absorbiert wird, und dieser Einfluss wird berücksichtigt, um eine genaue Abstandsmessung durchzuführen.
Bei dem vorliegenden Berechnungsverfahren wird der Abstand x berechnet, so dass der Wert von χ² der Gleichung (1) durch ein Verfahren des kleinsten Quadrats minimiert wird. Genauer gesagt wird durch die Berechnung des Computers 28 ein Satz von x und I₀ erhalten, bei dem der Wert von χ² aus der Gleichung (1) minimal ist.
Als nächstes umfasst die Prozedur: Bewegen mindestens einer oder mehrerer Detektionsplatten 200 entlang der Einfallsrichtung des Gammastrahls; Einstellen des Abstandsintervalls zwischen den Detektionsplatten 200 (Schritt S3); Detektieren des auf dem Detektor 20 einfallenden Gammastrahls gemäß der neuen Einstellung der Detektionsplatte 200 (Schritt S4); und Durchführen des Berechnungsverfahrens zum Erhalten des Abstands zu der Gammastrahlquelle basierend auf den Detektionsdaten (Schritt S5). Es sei bemerkt, dass das Berechnungsverfahren bei Schritt S5 demjenigen bei Schritt S2 ähnlich ist.
Als nächstes wird bestimmt, ob das Gammastrahlendetektions-/Abstandsberechnungsverfahren in dem Zustand nach der Bewegung der Detektionsplatte 200 ausgeführt wurde (Schritt S6). Wenn bestimmt wird, dass das Gammastrahlendetektions-/Abstandsberechnungsverfahren ausgeführt wurde, wird das Verfahren der Schritte S3 bis S5 wiederholt.
Die Gammastrahlenquellenabstandsmessung bei der durch Bewegen der Detektionsplatte 200 erhaltenen Einstellung, wie sie von den Schritten S3 bis S5 ausgeführt wurde, arbeitet auf die gleiche Art und Weise wie bei der folgenden Fokuseinstellung. Das heißt, dass, um den Abstand aus der Anzahl in jeder Detektionsplatte 200 zur Reaktion gebrachten und detektierten Gammastrahlen mit hoher Genauigkeit zu schätzen (um den Abstand mit hoher Auflösung zu schätzen), ist es notwendig, das Abstandsintervall zwischen den Detektionsplatten 200 in Übereinstimmung mit dem Abstand zu der Gammastrahlquelle geeignet einzustellen. Es sei beispielsweise angenommen, dass bei dem ersten Fall, obgleich der erhaltene Abstand x zu der Gammastrahlquelle groß ist, das Abstandsintervall zwischen den Detektionsplatten 200 sehr klein eingestellt ist. In diesem Fall wird kein groß er Unterschied in der Anzahl von Zählwerten in jeder Detektionsplatte 200 erzeugt, und die Unbestimmtheit der Richtungsschätzung steigt an. Es sei der zweite Fall angenommen, bei dem, obgleich der zu erhaltende Abstand x zu der Gammastrahlquelle klein, ist, das Abstandsintervall zwischen den Detektionsplatten 200 sehr groß eingestellt ist. Dann fällt die Anzahl detektierter Zählwerte der Detektionsplatte 200 einer weiter unter der Gammastrahleinfallsoberfläche liegenden Schicht ab, und hat keinerlei Bedeutung. Bei dem vorliegenden System wird durch das Verfahren der Schritte S1, S2 und das Verfahrender Schritte S3 bis S5 das Abstandsintervall zwischen den Detektionsplatten 200 gemäß dem Abstand zu der Gammastrahlquelle eingestellt. Wenn eine sogenannte "Fokus- Einstellung" durchgeführt wird, kann ein optimaler Intervallabstand geschätzt werden.
Wenn beurteilt wird, das Gammastrahldetektions- /Abstandsberechnungsverfahren bei Schritt S6 nicht auszuführen, wird das Minimum x bei den berechneten Strahlquellenabständen als der Abstand zu der Gammastrahlquelle geschätzt (Schritt S7), und das vorliegende Abstandsmessverfahren endet.

Gammastrahlquellen-Richtungsmessverfahren

Als nächstes wird ein Gammastrahlquellen- Richtungsmessverfahren, das von dem System mit dem Strahlendetektor verwirklicht wird, der wie oben beschrieben aufgebaut ist, mit Bezug auf die Fig. 11A, 11B beschrieben. Es sei zwecks Einfachheit angenommen, dass die Strahlung der Strahlquelle unidirektional (47c) und wie bei der oben beschriebenen Abstandsmessung gleichmäßig ist. Außerdem sei bei dem vorliegenden Richtungsmessverfahren angenommen, dass die Detektionsplatte 200 das Bild erfassen kann.
Die Fig. 11A, 11B sind erläuternde Ansichten des Gammastrahlquellen-Richtungsmessverfahrens des vorliegenden Systems. Die Zeichnungen zeigen ein Beispiel, bei dem die Detektionsplatte 200 aus zwei Schichten gebildet ist, um die Beschreibung zu vereinfachen. Wie es in Fig. 11A gezeigt ist, ist, wenn die Gammastrahlquelle mit Bezug auf den Strahlendetektor 20 (Detektionsplatte 200) in der vorderen Oberfläche ist, das von jeder Detektionsplatte 200 erfasste Intervall gleichmäßig und die detektierte Energie unterscheidet sich. In diesem Fall ist ersichtlich, dass die Gammastrahlquelle in einer "Laminat"-Richtung der Detektionsplatte 200 ist.
Wie es außerdem in Fig. 11B gezeigt ist, wird, wenn die Gammastrahlquelle nicht in der vorderen Oberfläche mit Bezug auf den Strahlendetektor 20 (Detektionsplatte 200) ist, beispielsweise ein Bereich R aus Schatten in beiden Detektionsplatten 200b ausgebildet. Die Richtung der Gammastrahlquelle kann basierend auf der von einer Detektionsplatte 200b detektierten Bildinformation bekannt sein, in der der Schatten erzeugt wird. Das heißt, dass, da sich die Gammastrahlenstärke des Bereichs R abschwächt, die Richtung der Gammastrahlquelle geschätzt werden kann. Wenn außerdem der Abstand zu der Gammastrahlquelle bekannt ist, kann das oben beschriebene Abstandsmessverfahren ausgeführt werden.
Auf diese Art und Weise ist es gemäß dem vorliegenden Gammastrahlquellen-Abstandsmessverfahren und Richtungsmessverfahren möglich, eine dreidimensionale Position und den Abstand der Gammastrahlquelle ohne Bewegen des Detektors 20 zu erhalten. Dieser Effekt ist besonders nützlich, wenn es schwierig ist, den Detektor zu bewegen, und wenn die Strahlquelle über einen breiten Bereich gesucht werden muss, wie beim Überwachen eines Nuklearreaktors.
Es sei bemerkt, dass die Verwendung des vorliegenden Systems nicht auf das oben beschriebene Beispiel begrenzt ist. Beispielsweise kann es umfassen: Erhalten der Richtung der Gammastrahlquelle, beispielsweise gemäß dem Richtungsmessverfahren; Drehen des Detektors 20, so dass die Richtung der vorderen Oberfläche entspricht; und Durchführen des Gammastrahlquellen-Richtungsmessverfahrens.
Gemäß dem oben beschriebenen Aufbau kann die folgende Wirkung erhalten werden: Gemäß dem vorliegenden System ist es möglich, mit hoher Genauigkeit den Abstand zu einer Gammastrahlquelle ohne Rücksicht auf die Position der Strahlquelle mit Bezug auf den Detektor 20 zu schätzen.
Außerdem wird bei dem vorliegenden System die Absorption der Detektionsplatte 200 selbst betrachtet und die Abstandsberechnung basierend auf dem gemessenen Wert jeder Detektionsplatte 200 durchgeführt, und der Abstand zu der Gammastrahlquelle kann mit hoher Genauigkeit geschätzt werden.
Außerdem kann bei dem vorliegenden System die Energie des einfallenden Gammastrahls ebenfalls bekannt sein. Daher ist es beispielsweise möglich, wenn ein Gammastrahl einer konstanten Energie von der Strahlquelle ausgestrahlt wird, den Abstand zu messen. Die Messung wird mittels des Phänomens ausgeführt, bei dem die Energie des Gammastrahls vollständig in der spezifischen Detektionsplatte 200 verschwindet.
Außerdem weist das vorliegende System einen Aufbau auf, bei dem die Detektionsplatten 200 gestapelt sind. Die jeweiligen Platten 200 dieser mehreren Schichten arbeiten als Abschirmungen zusammen. Durch diese Funktion kann durch den Gammastrahl in dem Detektor verursachte Compton-Streuung entfernt und eine Messung mit einem sehr hohen Rauschabstand kann verwirklicht werden. Andererseits wird bei der verwandten Technik die Anzahl gezählter einfallender Gammastrahlen gemessen. Bei diesem Aufbau verursacht der Gammastrahl Compton-Streuung mit dem Detektor in dem Gammastrahlenbereich, und ein Teil der Energie wird aufgebracht und durch den Detektor geleitet. Diese Reaktion belegt einen großen Prozentsatz.
Wenn daher im Gegensatz zu dem vorliegenden System nur die Anzahl von Zählwerten verwendet wird, um den Abstand zu messen, ist es unmöglich, eine Abstandsmessung zu verwirklichen.
Das vorliegende System umfasst außerdem Mehrschichtdetektionsplatten 200. Somit kann der Fokus durch Ändern des Intervalls zwischen den Detektionsplatten 200 eingestellt werden. Somit wird ein geeignetes Plattenintervall in Übereinstimmung mit dem Abstand zu der Gammastrahlquelle eingestellt, und die Spektralanalyse und Bildanalyse kann durchgeführt werden. Als Ergebnis kann der Abstand und die Richtung aus der Anzahl von Gammastrahlen, die in den jeweiligen Schichten ordnungsgemäß reagierten, mit hoher Genauigkeit geschätzt werden.
Die Erfindung wurde basierend auf den Ausführungsformen beschrieben. Jeder Fachmann kann die Beispiele verschiedenartig ändern und modifizieren, was keine beachtliche Änderung hinsichtlich des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung darstellt.
Außerdem können die jeweiligen Ausführungsformen kombiniert und durchgeführt werden, wie es geeignet ist. In diesem Fall wird eine kombinierte Wirkung erhalten. Außerdem umfassen die oben beschriebenen Ausführungsformen verschiedene Stufen der Erfindungen, und verschiedene Erfindungen können durch eine geeignete Kombination in einer Mehrzahl von offenbarten Bestandteilen extrahiert werden. Sogar wenn beispielsweise verschiedene Bestandteile aus allen der bei der Ausführungsform beschriebenen Bestandteile entfernt werden, können die die in den Absätzen der Probleme beschrieben Probleme, die durch die Erfindung zu lösen sind, gelöst werden. Wenn mindestens eine der in den Paragraphen der Wirkung der Erfindung beschriebene Wirkung erhalten wird, ist der Aufbau, aus dem dieser Bestandteil entfernt ist, als erfindungsgemäß anzusehen.

Claims

1. Abstandsmessvorrichtung (10) einer Röntgenstrahl- oder Gammastrahlquelle mit einem Mehrschichtstrahlungsdetektor (20), gekennzeichnet durch:
eine Mehrzahl von Detektionsplatten (200), die entlang einer Normalen angeordnet sind und die Signale auf der Grundlage der Wechselwirkung mit einfallenden Röntgenstrahl- oder Gammastrahl-Photonen erzeugen; eine Zähleinheit (26), die die jeweilige Anzahl der mit jeder der Mehrzahl von Detektionsplatten (200) wechselwirkenden Röntgenstrahl- oder Gammastrahl-Photonen auf der Grundlage der jeweiligen von der Mehrzahl der Detektionsplatten (200) erzeugten Signale zählt; und
eine Abstandsberechnungseinheit (28), die einen Abstand zwischen der Abstandsmessvorrichtung (10) und der Röntgenstrahl- oder Gammastrahlquelle auf der Grundlage der jeweiligen Anzahl der Röntgenstrahl- oder Gammastrahl- Photonen und dem jeweiligen Intervallabstand zwischen der Mehrzahl von Detektionsplatten (200) berechnet.

2. Abstandsmessvorrichtung (10) der Gammastrahlquelle mit dem Mehrschichtstrahlungsdetektor (20) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähleinheit (26) Energien der Röntgenstrahl- oder Gammastrahl-Photonen detektiert.

3. Abstandsmessvorrichtung (10) der Gammastrahlquelle mit dem Mehrschichtstrahlungsdetektor (20) gemäß Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch:
einen Bewegungsmechanismus (204), der jede der Mehrzahl von Detektionsplatten (200) in der Normalen bewegt.

4. Abstandsmessvorrichtung (10) der Gammastrahlquelle mit dem Mehrschichtstrahlungsdetektor (20) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Detektionsplatten (200) einen Szintillator umfasst, und die Signale optische Signale sind.

5. Abstandsmessvorrichtung (10) der Gammastrahlquelle mit dem Mehrschichtstrahlungsdetektor (20) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Detektionsplatten (200) einen Halbleiter umfasst, und die Signale elektrische Signale basierend auf elektrischen Ladungen sind.

6. Abstandsmessvorrichtung (10) der Gammastrahlquelle mit dem Mehrschichtstrahlungsdetektor (20) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Mehrzahl der Detektionsplatten (200) umfasst: eine Mehrzahl von Elektroden vom Lochtyp (212), die mit vorbestimmten Intervallen entlang erster und zweiter Richtungen auf der Detektionsplatte ausgebildet sind, und einer Spannungsversorgungsquelle (265), die ein Mittel zum Liefern einer Spannung an jede der Elektroden vom Lochtyp (212) ist und die die Spannung unter der Annahme liefert, dass eine Mehrzahl von vorbestimmten Elektroden vom Lochtyp (212), die nicht benachbart zueinander angeordnet sind, Anoden sind, und jede Elektrode vom Lochtyp, die benachbart der Mehrzahl von Anoden angeordnet ist, eine Kathode ist, und
wobei ein Sensorelementarry in der Detektionsplatte ausgebildet ist, in dem eine Mehrzahl von Sensorelementen, die die Anode, die Mehrzahl Kathoden und einen Teil der Platte umfassen, der zwischen der Anode und der Mehrzahl von Kathoden existiert, in einer Matrixform angeordnet ist.

7. Abstandsmessvorrichtung (10) der Gammastrahlquelle mit dem Mehrschichtstrahlungsdetektor (20) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden vom Lochtyp (212) entlang einer Dickenrichtung der Platte ausgebildet sind.

8. Abstandsmessvorrichtung (10) der Gammastrahlquelle mit dem Mehrschichtstrahlungsdetektor (20) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Sensorelement umfasst: eine Anode; und eine Mehrzahl von Kathoden, die mit gleichen Intervallen angeordnet und in gleichen Abständen von der Kathode angeordnet sind.

9. Abstandsmessvorrichtung (10) der Gammastrahlquelle mit dem Mehrschichtstrahlungsdetektor (20) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähleinheit (26) Positionen der Wechselwirkungen jeder der Detektionsplatten (200) auf der Grundlage der bei jeder der Elektroden (212) gesammelten elektrischen Ladungen für jede der Detektionsplatten (200) detektiert, und eine Intensitätsverteilung der Röntgenstrahl- oder Gammastrahl-Photonen an jeder der Detektionsplatten (200) erfasst; und
wobei eine Richtungserfassungseinheit die Einfallsrichtung des Röntgenstrahls oder Gammastrahls mit Bezug auf die Vorrichtung (10) basierend auf der Intensitätsverteilung erfasst.

10. Abstandsmessvorrichtung (10) einer Röntgenstrahl- oder Gammastrahlquelle mit einem Mehrschichtstrahlungsdetektor (20), gekennzeichnet durch:
einer Mehrzahl von Detektionsplatten (200), die entlang einer Normalen angeordnet sind und die Signale auf der Grundlage von Wechselwirkungen mit einfallenden Röntgenstrahl- oder Gammastrahlphotonen erzeugen;
eine Zähleinheit (26), die die jeweilige Anzahl der mit jeder der Mehrzahl der Detektionsplatten (200) wechselwirkenden Röntgenstrahl- oder Gammastrahlphotonen zählt und Positionen der Wechselwirkungen auf jeder der Detektionsplatten (200) auf der Grundlage der von jeder der Mehrzahl der Detektionsplatten (200) erzeugten Signale detektiert und die Intensitätsverteilung der Röntgenstrahl- oder Gammastrahlphotonen auf jeder der Detektionsplatten (200) erfasst; und
eine Richtungserfassungseinheit, die eine Einfallsrichtung des Strahls mit Bezug auf die Vorrichtung (10) basierend auf jeder Anzahl der Röntgenstrahl- oder Gammastrahlphotonen und der Intensitätsverteilung erfasst.

11. Abstandsmessvorrichtung (10) der Gammastrahlquelle mit dem Mehrschichtstrahlungsdetektor (20) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähleinheit (26) Energien der Röntgenstrahl- oder Gammastrahlphotonen detektiert.

12. Abstandsmessvorrichtung (10) der Gammastrahlquelle mit dem Mehrschichtstrahlungsdetektor (20) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Detektionsplatten (200) einen Szintillator umfasst und, die Signale optische Signale sind.

13. Abstandsmessvorrichtung (10) der Gammastrahlquelle mit dem Mehrschichtstrahlungsdetektor (20) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Detektionsplatten (200) einen Halbleiter umfasst, und die Signale elektrische Signale basierend auf elektrischen Ladungen sind.

14. Abstandsmessvorrichtung (10) der Gammastrahlquelle mit dem Mehrschichtstrahlungsdetektor (20) gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Mehrzahl der Detektionsplatten (200) umfasst: eine Mehrzahl von, Elektroden vom Lochtyp (212), die mit vorbestimmten Intervallen entlang erster und zweiter Richtungen auf der Detektionsplatte ausgebildet sind; und eine Spannungsversorgungsquelle (265), die ein Mittel zum Liefern einer Spannung an jede der Elektroden vom Lochtyp (212) ist und die die Spannung unter der Annahme liefert, dass eine Mehrzahl von vorbestimmten Elektroden vom Lochtyp (212), die nicht benachbart zueinander, angeordnet sind, Anoden sind, und jede Elektrode vom Lochtyp, die benachbart der Mehrzahl von Anoden angeordnet sind, eine Kathode ist, und
wobei ein Sensorelementarray in der Detektionsplatte ausgebildet ist, in dem eine Mehrzahl von Sensorelementen, die die Anode, die Mehrzahl von Kathoden und einen Teil der Platte einschließen, der zwischen der Anode und der Mehrzahl von Kathoden existiert, in einer Matrixform angeordnet ist.

15. Abstandsmessvorrichtung (10) der Gammastrahlquelle mit dem Mehrschichtstrahlungsdetektor (20) gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden vom Lochtyp (212) entlang einer Dickenrichtung der Platte ausgebildet sind.

16. Abstandsmessvorrichtung (10) der Gammastrahlquelle mit dem Mehrschichtstrahlungsdetektor (20) gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Sensorelemente umfasst: eine Anode; und eine Mehrzahl von Kathoden, die mit gleichen Intervallen und in gleichen Abständen von der Anode angeordnet sind.

17. Abstandsmessvorrichtung (10) der Gammastrahlquelle mit dem Mehrschichtstrahlungsdetektor (20) gemäß Anspruch 10, ferner gekennzeichnet durch:
einen Bewegungsmechanismus (204), der jede der Mehrzahl von Detektionsplatten (200) in der Normalen bewegt.

18. Abstandsmessvorrichtung (10) einer Röntgenstrahl- oder Gammastrahlquelle mit einem Mehrschichtstrahlungsdetektor (20), gekennzeichnet durch:
eine Mehrzahl von ladungsgekoppelten Bildgebungsvorrichtungen (200), die entlang einer Normalen angeordnet sind, die Signale auf der Grundlage der Wechselwirkung mit einfallen Röntgenstrahl- oder Gammastrahlphotonen erzeugen und die die jeweilige Anzahl der Röntgenstrahl- oder Gammastrahlphotonen, die mit jeder der Mehrzahl der ladungsgekoppelten Abbildungsplatten wechselwirken, auf der Grundlage der Signale zählt; und
eine Berechnungseinheit (28), die einen Abstand zwischen der Abstandsmessvorrichtung (10) und der Röntgenstrahl- oder Gammastrahlquelle auf der Grundlage jeder der Anzahl von Röntgenstrahl- oder Gammastrahlphotonen und jeden Intervallabstand zwischen der Mehrzahl der ladungsgekoppelten Abbildungsplatten berechnet.

19. Abstandsmessvorrichtung (10) der Gammastrahlquelle mit dem Mehrschichtstrahlungsdetektor (20) gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnungseinheit (28), die die Intensitätsverteilung der Röntgenstrahl- oder Gammastrahlphotonen auf jeder der ladungsgekoppelten Abbildungsvorrichtungen (200) erfasst und eine Einfallsrichtung des Strahls mit Bezug auf die Vorrichtung (10) auf der Grundlage der jeweiligen Anzahl der Röntgenstrahl- oder Gammastrahlphotonen und der Intensitätsverteilung berechnet.

20. Abstandsmessvorrichtung (10) der Gammastrahlquelle mit dem Mehrschichtstrahlungsdetektor (20) gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass jede der ladungsgekoppelten Abbildungsplatten Energien der Röntgenstrahl- oder Gammastrahlphotonen detektiert.

21. Abstandsmessvorrichtung (10) der Gammastrahlquelle mit dem Mehrschichtstrahlungsdetektor (20) gemäß Anspruch 18, ferner gekennzeichnet durch:
einen Bewegungsmechanismus (204), der jede der Mehrzahl von ladungsgekoppelten Abbildungsplatten in der Normalen bewegt.