JP2002507746A

JP2002507746A - 亜原子粒子による活性化法を用いた、化合物の検出、位置決めおよび分析の方法および装置

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Publication number: JP2002507746A
Application number: JP2000538230A
Authority: JP
Inventors: シーマグリッチボグダン
Original assignee: ハイエナジーマイクロデバイセスインコーポレイテッド
Priority date: 1998-02-18
Filing date: 1999-02-17
Publication date: 2002-03-12
Also published as: EP1071948A2; CA2321063A1; WO1999049311A3; WO1999049311A2; AU4951699A

Abstract

(57)【要約】亜原子粒子の放射化を用いた、試験対象内にある化合物の検出、位置決めおよび分析の装置および方法。励起ソースは、ある亜原子種、例えば高速中性子およびアルファ粒子を含んだビームを同時に生成するために、標的を励起する。該試験対象（化合物を含む）に高速中性子を照射し、それによって迅速ガンマ線の放射を促す。実質的同時に放射される迅速ガンマ線およびアルファ粒子を検出するために、ガンマ線およびアルファ線検出装置を試験対象および標的に相対して置き、該線間の既知の物理的関係を放射化された化合物の空間的位置決めに用いる。ガンマ線検出装置より得られたエネルギースペクトルは、全ての無関係なスペクトルの人為的影響を除去するためにフィルタにかける。それにより、1)複数の平行同時チャンネルの作成を可能とし、2)それに続く必要な信号処理を減らし、3)化合物同定および分析の処理の総合的な精度と効率を上げる。より正確な空間的位置決めのための、多ビーム／多標的の実施態様も開示した。さらに、多様な試験要素下での装置の効率を測定し評価する方法を開示した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、亜原子粒子の活性化法を用いた、化合物の検出および分析、特に爆
発物、神経ガス類、禁制品およびその他化合物の検出、同定および空間的な位置
決め分野に関する。

【０００２】

【従来の技術】

未爆発の対人（ＡＰ）／対車両地雷および化学兵器に関する多様な社会問題に
ついては、よく知られており、文書化されている。こうした問題は、とりわけ、
疑いを持たない一般市民たちによる、多くの場合戦闘中止の何年も後になった、
こうした装置の不慮の接触爆発を含む。２０世紀後半現在、地表の膨大な部分に
こうした装置がはびこっており、そのゆえ広い地帯に渡ってが使用不可となって
いる。

【０００３】地雷に加えて、砲弾、ロケット、手榴弾およびその他の弾頭の形で、未爆発の
化学兵器が大量に備蓄されている。こうした兵器には、サリンのような極めて有
害かつ死に至る可能性のある種々の化合物が含まれる。また、その内容物の表示
や分析方法は、概して記載がされておらず、その結果、実に非効率的で危険な処
理を行うこととなる。

【０００４】さらに、薬物禁制品（例えば、コカイン、ヘロイン、マリファナおよびＰＣＰ
のような禁止薬物、またはアルコール）が、日々世界中で生産され、配布されて
いる。こうした物質は、概して、警察当局による絶え間ない監視、調査、介入の
みならず、医療やリハビリの費用の増大をも含んだ甚大な悪影響を社会にもたら
す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】

前述の化学物質の検出、物理的位置決めおよび分析するための従来の技術は、
かろうじて効果があるという程度であった。Ｘ線分析、磁気共鳴影像法（ＭＲＩ
）、化学的「嗅覚探知機」および目視点検のような、さまざまな異なった技術が
今日まで用いられてきたが、いずれも種々の重大な不可能な問題を抱えており、
そのため有効性が減少している。例えば、Ｘ線法では、物体の形や場所に関する
情報のみ与えることはできても、広い面積の調査（野原に埋められた地雷や巨大
なコンテナ貨物の調査など）には有益ではない。さらに、これらの技術では、同
定した物質が危険かどうかを判別するのに、その後侵入手段を用いることを必要
とする。したがって、こうした技術では、非常に高い割合で「誤警報」となって
しまう。薬物嗅探知機は、極めて限られた状況下では有効であるが、非透過性の
容器に化合物を入れ、適切に封をすれば容易に破られてしまうし、また多くの用
途には実用的ではない。最近では、放射線を用いたより有望な検出および分析方
法（米国特許第５、０９８、６４０号「高速中性子放射化を用いた禁制品検出の
装置および方法」に開示されているような、いわゆる「高速中性子による活性化
法」即ちＦＮＡ法を含む）が開発されているが、こうした方法は、空間およびγ
線スペクトルの分解能が低いこと、サイズが大きく、重く、複雑であるという点
も含め、それ自身の多数の問題点を未だに抱えている。こうした装置に関する重
大な問題のひとつは、検出装置−検出装置（あるいは計数装置−計数装置）の同
時発生原理に基づいて作動する、従来技術の亜原子粒子の同時回路を使用するこ
とに関連する。この方法では、計数器で発生した全γ線領域を分析する必要があ
り、したがって、単位時間当たりに中程度の検出事象しか分析しない場合であっ
ても、途方もない信号処理能力を必要とする。その最終結果は、薬物同定の正確
性と信頼性が低下すると同時に、放射／計数時間が非常に長くなる（それに対応
して、入射粒子フラックスが低下する）。加えて、この装置に使われているシン
チレーション検出装置のエネルギー分解能が低いため、特定のスペクトルを有す
る人工物の同定を妨げてきた。こうした不可能な点については、次章にてより詳
細に論ずる。

【０００６】ＦＮＡ誘起γ線を用いた化学的検出および同定 γ線を用いて爆発物およびその他の禁制物質を化学的に定量分析するのに主要
な要件が２つある。すなわち、（i）γ線エネルギーを正確に分解する能力（約０．５％以上の分解能が必要）（ii）γ線事象の時間的な分解能力（約３ナノ秒
以上の分解能が必要）。従来の技術によるＦＮＡ装置は、エネルギー分解能を犠
牲にして、時間分解能の良いもの（通常１ないし２ナノ秒）を選択することを特
徴としていた。例えば、従来技術の典型的ヨウ化ナトリウム・シンチレーション
検出装置は、１０％のオーダのエネルギー分解能がある。この比較的低いエネル
ギー分解能のために、従来技術によるγ線スペクトル分析を基にした禁制品検出
装置は、被疑物体の定量的組成分析を行うことは出来なかった。むしろ、この装
置は、禁制品を可能性として示すある種の成分が存在（あるいは優勢）している
ことのみを検出するにすぎないので、「警告」信号を与えることになる。この警
告信号もまた、査問対象物の侵入検査が必要であり、Ｘ線禁制品検出装置よりは
減っているものの、それでもなお非常に高い割合（ある概算では９０％以上）で
誤検知となってしまう。シンチレーション検出装置とは対照的に、高純度ゲルマ
ニウム検出装置（ＨＰＧＤ）は、０．１ないし０．３％のオーダのエネルギー分
解能である。しかし、電荷収集時間により決まる不感時間は、およそ２００ナノ
秒である。この不感時間は、前述の高時間的分解能の必要性と相容れないもので
あった。

【０００７】化学的検出装置のもう一つの重要な能力判定基準は、検出速度あるいは発見時
間である。実用される検出装置では、短時間に予定数の禁制品を検出および認識
することができなければならない。例えば、約1秒間に１ｋｇの爆発物を検出すれば、実際この装置をほとんどすべての用途に使用することが可能となろう。電
子的には、この性能レベルには、高速データ集積速度を必要とする。γ線分析に
より爆発物を認識するために十分な統計的サンプルを取るには、秒当たり（「ノ
イズ」に由来するものを除いた上で）少なくとも１０，０００γ線事象が完全に
計測および処理されなければならない。従来技術のγ線を用いた禁制品検出装置
では、１ｋｇの爆発物に対し1時間程度の検出時間、即ち、前述の望ましい1秒間
の３６００倍の時間がかかることが示す。それゆえ、多くの用途に対して非実用
的となっている。この劣悪な検出時間は、２つの独立した要因により一般的に引
き起こされている。（i）γ検出装置の「不感時間」。（ii）真の同時性と偶発的同時性とを区別できなくするような、分解能時間内に２以上のパルスが届いた
場合の同時性の「停滞」。こうした要因につき、以下により詳細に記述する。

【０００８】「不感時間」ＨＰＧＤの「不感時間」とは、電荷収集時間のことであり、通常２００ナノ秒
である。この値は、毎秒５百万事象という検出装置の理想的（非無作為）な最大
計数速度を意味している（すなわち、事象当たり１秒／２００Ｅ−０９秒＝５
Ｅ０６事象）。しかし、実用的最大計数速度あるいは無作為性を考慮に入れた速
度は、約１００倍も遅い。すなわち、エネルギー分解能（０．１％）を同じと仮
定して、およそ毎秒５０，０００事象である。従来、不感時間は検出装置固有の
属性であると考えられてきたため、従来技術の検出装置は、こうした範囲に限定
されてきた。

【０００９】「停滞」「停滞」は、２つの検出装置の間の偶発的同時性としても知られているが、こ
れは次の関係で表される。Ｎ_ａ＝ｔ_ｒ×ＣＲ_１×ＣＲ_２（式１）ここで、Ｎ_ａ＝偶発的同時性率ｔ_ｒ＝事象分解時間ＣＲ_１＝検出装置１の瞬間計数速度ＣＲ_２＝検出装置２の瞬間計数速度ヨウ化ナトリウムは、優れた分解時間（３ナノ秒のオーダ）であるが、２つの計
数時間がおよそ１０^８に達すると、停滞が起きる。すなわち、その時点で偶発的
同時性速度が真の同時性速度に同じになり、それを超えると真の速度よりも２次
方程式的に増加していく。これは、中性子の産出速度が毎秒４πステラジアン（
すなわち全球）に１Ｅ０６個であり、この速度は望ましいとされる前述の１秒間
で禁制品を検出する場合に必要とされる以上の約３,６００未満のγ線を与えるということを容易に示すことができる。したがって、従来技術の約３，６００倍
の速度（偶発計数レベルが１０％といった予定値以下に保たれている一方）で動
作する検出装置では、１秒という認識時間が必要である。

【００１０】さらに、従来の技術は、検出装置−検出装置の同時性回路（すなわち、一方の
検出装置で発生した事象と他方の検出装置で発生した事象との比較）を利用して
おり、これが前述の問題をさらに悪化させるということに留意すべきである。

【００１１】それゆえ、要するに、物理的な位置や容器にかかわらず、非侵入的に有害な化
学物質の検出、位置決めあるいは分析を行う、効率的、正確かつ安全な方法ある
いは技術は現時点では存在しないのである。非侵入的方法を用いて、物体あるい
は領域を迅速かつ正確に検査し、１）被疑物のある３次元的（「Ｘ、Ｙ、Ｚ」）
あるいは空間的場所を決定するため、および２）被疑物を爆発物、神経ガス、化
学兵器あるいは禁制品として化学的に同定するための装置および方法が必要とさ
れている。

【００１２】［発明の詳細な説明］本発明は、爆発物、神経ガス、化学兵器および禁制品のいずれかとして非侵入
的に同定することを目的として、化合物の検出、位置決めおよび化学固有の分析
のための改良された装置を提供することにより、また、エネルギー、時間および
空間の高い分解能と高検出速度を持った、該装置の操作方法を提供することによ
り、前述の要求を満たすものである。さらに、該装置および他に存在する検出／
分析装置の効率の標準化測定装置および方法を公開した。

【００１３】本発明の第１の視点としては、改良された化合物検出、検索、位置決めおよび
分析の装置を開示している。本装置の最初の実施態様では、少なくとも１種類の
原子を含んだ励起ビームが、少なくとも１つの、特別に構成した標的に衝突させ
るために用いられている。それによって、標的からおおむね反対方向に発せられ
た亜原子粒子の流れが作られる。本実施態様では、標的から発せられた中性子お
よびα粒子（標識高速中性子）が用いられているが、他の粒子や放射線をあるい
は使えるかもしれないということは十分理解するものである。検査する対象物あ
るいは領域を発生した中性子フラックスに曝すが、中性子フラックスの高エネル
ギー中性子群は該対象物中の何らかの爆発物、化学兵器／神経ガスあるいは禁制
品の核原子（この例では、炭素、窒素あるいは酸素であるが、他のものを選択す
ることもできる）と相互作用し、その結果、γ線の形で即発量子を発生させる。
少なくとも１つのγ検出装置を検査する対象に相対して置き、このように放出さ
れた量子を検出する。続いて、この放射量子を分析して試験対象物中にある元素
原子比率の同定をする。さらに、少なくとも１つのシンチレーション（あるいは
類似の）検出装置をα粒子フラックスの立体角内に配置して、前述のγ検出装置
で検出されたγ事象と同時に発生するα粒子を検出する。

【００１４】前述の装置の第２の実施態様では、磁場または電場（「セプタム」）を印加し
て帯電粒子ビーム中にある個々の種類の原子を分離することによって、少なくと
も１つの標的を励起する。本実施態様では、中性子とα線の粒子の複合（しかし
、空間的には別個の）流れを作り、それによって異なった相対角で中性子を検査
対象に衝突させる。一方、空間的に幅広いビームを発生し、複数の標的に交差さ
せることにより、何ら場を印加することなしに、ビームの「分離」を行う。この
中性子／α粒子の複数流（または単一の幅広いビーム）および対応するα／γ検
出装置を使用することにより、検査対象物中の有機化合物を空間的により正確に
位置決めを行うことが可能になる。

【００１５】本発明のもう一つの視点は、改良された化合物の位置決め装置および方法を開
示している。上述の即発γ線放射を誘導する粒子の一般的技術を利用して、少な
くとも１つのγ検出装置を検査対象に対し既知の物理的距離で近づけて置く。少
なくとも１つのα粒子検出装置を同様にして標的に対し概ね近接して置く。α粒
子検出の事象と誘導即発γ線検出の事象の時間差（ナノ秒の単位）は、既知の中
性子とα粒子の速度、回路および検出装置で起きた遅れ、および励起ビームパル
スの持続時間を基に、放射化化合物と標的の間の軸（視野方向あるいは「Ｚ軸」
）距離を大まかに決めることが出来る。軸外（Ｘ−Ｙ）位置の決定同様に、大ま
かな軸位置は、前述のγ検出装置するアレイにより得られたデータを多節点幾何
学分析することにより、さらに精度を上げられる。該多節点幾何学解析は、いず
れの数の位置線でも利用することができる。

【００１６】本発明の第３の視点は、改良された同時性検出装置および方法を開示する。α
粒子検出装置アレイは、前述の中性子を発生する標的に対しおおむね隣接して形
成される。対応する標的と、アレイの個々の検出装置との位置関係を知ることに
より、検査対象中で起きる個々の即発γ事象（爆発物に関連したある種の「署名
」元素に特徴的な特定の元素のγ線の「線」に関連する）は、α検出装置アレイ
での個々の検出事象と相互に関連付けることができる。それにより、検査対象中
のγ線放射源の空間的位置を確定し、並行処理により、事象の処理速度を大幅に
向上することができる。

【００１７】本発明の４つ目の視点は、改良されたγ線検出、γ線フィルタおよび分析の装
置および方法が開示する。ゲルマニウム結晶検出装置は、検査対象内での即発γ
線事象を検出するのに使かわれる。ゲルマニウム検出装置は、γエネルギー分解
能を向上させ、それにより何百ものγ線の「バックグラウンド」からＣ：Ｎ：Ｏ
（あるいは他の元素群）の複合スペクトル線を識別することができるようになる
。高分解能γ線スペクトルは２進数表現に分解され、それぞれの線に、そのγエ
ネルギーレベルを表す、異なった２進数（「バイン」）を割り当てる。次いで、
選択したタイプ／エネルギーの入射粒子流についての炭素、窒素および酸素に関
連した既知の線（バイン）を更に処理し、他の関係のない線はフィルタ除去する
。こうしたやり方で、Ｃ：Ｎ：Ｏに関係あるピークのみがフィルタ処理の段階で
残るため、付属の信号あるいはデータ処理機器の計算負荷は大幅に軽減される。

【００１８】本発明の更なる視点は、改良された、粒子活性化法を用いた化合物の同定方法
を開示する。前段落で説明したフィルタ処理したγ線検出装置の出力信号は、改
良された爆発物／化学兵器／神経ガス／禁制品の同定および分類をするアルゴリ
ズムを実行する信号処理装置に入力する。このアルゴリズムは、よく知られてい
る「Dalitz三角形」に基づいており、フィルタ処理したγ線スペクトルにより与
えられるＣ：Ｎ：Ｏ（または他の元素類）の相対比率を計算することにより、検
査対象中の活性化された化合物（爆発物、化学兵器、神経ガスまたは禁制品では
ないかどうか）を同定する。得られたデータを評価するのに、統計的重み付けお
よび誤差分析もまた使用される。

【００１９】本発明の６つ目の視点は、粒子活性法を基にした検出／分析装置の有効性（有
効数字）の測定ならびに校正のための改良装置および方法を開示する。発見時間
定数（Ｔ_ｄ）は、粒子ソースからある距離離れかつ化合物とγ線検出装置とが一
定の距離にある、ある量の化合物を、前述のDalitzの三角形上の関連点について
規定された統計的信頼性レベルで、数学的に具体的に特定するのに要する計測時
間として数学的に定義づられる。次いでベースラインシステムＴ_ｄが作られ、そ
れによって様々な試験条件下で様々な質量の試料を分析する際に、作動装置から
受け取った実際のデータに対して比較基準が与えられる。次に、このような様々
な試験条件下で計測されたＴ_ｄ値を用いて、校正や実地試験の際に装置に対して
有用な補正ファクターを出す。さらに、ある装置向けに実験的に算出されたＴ_ｄ値は、様々な運転条件下での２つの装置の相対効率を求めるために、他の装置の
値と比較される。

【００２０】

【発明の実施の形態】

さて、図面について説明を行うが、類似の番号は全体を通して類似の部品を示
す。

【００２１】検出、位置決めおよび分析装置図１は、本発明の粒子検出および分析装置の最初の実施態様である。図に示す
通り、少なくとも１種の亜原子（ここでは、重水素およびトリチウムを含む水素
の様々なイオン化同位体）を含んだ加速されたビーム１０を用いて、少なくとも
１つの特別に作られた標的１８に衝突させる。その結果、標的１８よりおおむね
逆方向に、同時に、対となって発せられる亜原子粒子（高速中性子１４とα粒子
１６）の流れが作る。ＭＦフィジックス・コーポレーション製Ａ−７１１型加速
器のような、周知のタイプ従来あるいは改良型の荷電粒子加速器を発生ソース１
５として用いる。しかし、様々な同種の他の発生ソースを用いても同様の結果が
得られるであろう。本実施態様では、励起粒子が連続的に標的に投射されるよう
に発生ソース１５は直流（ＤＣ）モードで運転する。このモードは、「長い」（
０．１ないし１０秒）不連続な時間間隔に変調可能あるいは不可とすることもで
きる。また、他の仕組みを使うこともできる。本文において、「長い」という語
は、後述の１ないし１００ナノ秒程度の同時性分解時間に関連して使っている。
本実施態様で、中性子およびα粒子は標的より発せられているが、望ましい特性
を持った他の亜原子粒子あるいは放射線を適切に使用して、検査対象内に所望の
結果を起こすこともできるということにも留意すべきである。検査される物体あ
るいは領域２０に、発生した高速中性子フラックス１４を浴びせる。このフラッ
クスの活発な中性子は、対象物２０中の何らかの爆発物、化学兵器／神経ガスあ
るいは禁制品２２の炭素、窒素あるいは酸素（Ｃ：Ｎ：Ｏ）を有する分子と相互
作用する。その結果、前述の物質の「証拠」として知られるＣ、ＮおよびＯを特
徴づけるγ線２４の形で、即発量子を発生する。さらに、これらのγ線２４のエ
ネルギーは、大体は不連続な値を取ることに留意すべきである。こうした放出量
子を検出するために、少なくとも１つの、本分野で既知の高分解能γ線検出装置
２６を検査する物質２０に相対して置く。この放出量子は、続いて検査対象の中
にある分子を同定するために分析される。加えて、前述のγ線検出装置２６によ
り検出されたγ事象と同時に発生するα粒子を検出するために、少なくとも１つ
の、この分野で既知のシンチレーション（あるいは類似の）検出装置２８をα粒
子フラックス１６の立体角内に配置する。その結果、２つの別の判定を可能とす
る。１）γ線−α線同時タイミング（非同期事象は除く）、と２）空間的位置。
本実施態様では、γ線検出装置２６として、ＯＲＴＥＣコーポレーション製のＮ
タイプ（耐中性子性）高純度（８０％）ゲルマニウム検出装置が用いられている
。ゲルマニウム結晶検出装置が好ましいが（下記に詳細に説明する）、例えばキ
セノンを使った検出装置等の他の型の高分解能検出装置を用いて、検査対象中の
化合物の時間的、空間的位置の両方のためにα線および高速γ線を同時性検出す
る所望の機能を得ることができることを留意すること。

【００２２】本実施態様の標的１８は、銅（Ｃｕ）基盤の上に蒸着した窒化スカンジウム層
から構成されるが、どちらの物質も材料科学では既知の物質である。入射する重
水素／トリチウムイオンのビーム１０により適切に励磁されると、標的は、中性
子（電荷は中性の核子）とα粒子（イオン化したヘリウム原子核）の流れを発生
するという望ましい特性を持つ。しかしながら、本用途に他の標的や材料を使う
ことができるというのは、十分に理解するところである。

【００２３】以下に示した反応により、中性子が標的中でできる。 _１Ｈ^２＋_１Ｈ^３→_２Ｈｅ^４＋_０ｎ^１＋１４ＭｅＶ _１Ｈ^２＋_１Ｈ^２→_２Ｈｅ^３＋_０ｎ^１＋３．２７ＭｅＶ _１Ｈ^３＋_１Ｈ^３→_２Ｈｅ^４＋_０ｎ^１＋_０ｎ^１＋１１．３３ＭｅＶ入射する重水素／トリチウムイオンのビーム１０のエネルギーは十分大きく、標
的物質原子の正に荷電した原子核との間のいかなるクーロン力の相互作用にも打
ち勝つようでなければならないことに留意すること。０．０５ＭｅＶ以上という
重水素／トリチウムイオンエネルギーは、この目的に十分であることが分かって
いる。

【００２４】その望ましい散乱特性（すなわち、原子核については非弾性散乱）と、鉄、土
、砂、鉛、土壌および厚い層の水といった一般的な物質に５０ｃｍ程度の厚さ（
１／ｅ相互作用長さ）まで貫通できる能力とのために、本実施態様において１４
ＭｅＶオーダのエネルギーをもつ高速中性子を検査対象１８に衝突させるのに用
いる。１４ＭｅＶの中性子によりＣ、ＮおよびＯでのγ線を産出のための断面積
（ミリバーンで表す）は、そのエネルギーレベルにおいて中性子エネルギーとほ
とんど影響を受けないということに留意すべきである。それゆえ、実際の衝突エ
ネルギーを知らなくても、こうした元素の相対濃度を高い精度で得られるのであ
る。これが、低い中性子エネルギーを使う多くの従来技術の装置との違いである
。従来技術の装置では、中性子のエネルギーごとにさらに多様な断面積をもって
おり、そのため正確な衝突エネルギーを知らずに相対化学寄与を計算することは
実際不可能となるのである。しかし、こうした検討材料を無視すれば、本発明に
おいて装置の所望の運転特性に基づいて、１４ＭｅＶ以外のエネルギーレベルの
中性子を使うことができるということは分かっている。

【００２５】ターゲットによって放出された中性子線１４とα粒子線１６とは、所定の立体
角φ（ステラジアンで測定）で空間的に分散する。この立体角φは、ターゲット
に対する荷電粒子線の入射角と関連し、中性子線１４とα粒子線１６（最大中性
子フラックス、α粒子フラックス）の各々の軸は実質的に互いに共通線上にある
が、ターゲット１８に関して方向が全く逆になっている（図1参照）。種々の任意の配置を取ることが可能なこと理解されようが、各ターゲットは、固定するか
、あるいは従来の電気・機械的位置決め装置２１を介して励起ビーム１０および
試験物体２０に関して独立に操作可能（調節可能）とすることもできる。このよ
うな位置決め装置は手動で制御することもできるし、あるいは後述する信号処理
コンポネントからの入力信号によって自動的に制御することもできる。このよう
に、例えば、走査する目的で、所定の立体角内で所望の中性子／αフラックスが
得られるように、発生した中性子線１４及びα粒子線３０とを調節することがで
きる。

【００２６】本実施態様では、互いに既知の空間関係を有する複数のシンチレーションある
いは比較検出エレメント３６のアレイ３４によってα粒子を検出することができ
る。図3に、64個の別個の検出エレメントからなる方形のアレイ（８ｘ８）の配置を例示する。64個の検出エレメントの各々のエレメントは、一本の光電子倍増
（“PM”）管あるいは1本の大型PM管に埋設された64個のセグメント化した陽極のうちのひとつの陽極によって視覚的に捕らえる。個々の検出エレメントがそれ
と結んだターゲット１８に対して所定の立体角φを与えるように、該アレイ４を
ターゲットに対して既知の位置に配置する。従って、励起することによってター
ゲットから発生する早い中性子とα粒子との間には実質的に共通な直線関係があ
る。ゆえに、類似であるが逆の立体角内で試験対象物内で生ずる中性子誘起事象
の軌跡と個々のα粒子の検出とを、直接関連付けることができる（図1参照）。

【００２７】また、本実施例では、ホウ酸塩で処理した（あるいは、それに匹敵する中性子
吸収あるいは緩和材料）を用いて、システム内で発生した重水素／中性子／α線
から装置近傍にある人及び装置を遮蔽するとともに、さらに図1に示すように所望により中性子線１４を平行にしていることも留意すべきである。

【００２８】とりわけ、地雷の検出及び同定、砲弾の分析、あるいは図２ａに示すように、
禁制品について空港でのバッグキャリヤーの分析も含め、本実施態様（並びに後
述する実施態様）は種々の異なった用途及び地形に対して適合可能であることに
留意する。地雷や大砲シェル等の埋設あるいは別の手段で遮蔽された爆発物を検
出する観点からは、比較的効率的に地形を広範な部分にわたり簡単に調査する可
能とするため、本発明では、運転者が直接あるいは遠隔で制御する機械技術で周
知の形式の陸上移動搬送手段に対して容易に適合可能である（図２ｂ参照）。本
発明では検出時間が非常に縮小される（数秒のオーダ）ので、このような地上移
動用途を可能とするが、一方従来の粒子活性化システムでは検出時間が比較的長
かった（特有的には、数十分以上のオーダ）ので、従来装置を用いる場合にはこ
のようなよう用法は可能ではなかった。理想的には、このような地上移動運搬手
段は、例えば、延長可能な支柱あるいはアーム(図示せず)上の、運搬手段の車台
から物理的に取外せるソース１５と、ターゲット１８と、検出装置２６，３６と
からなる。他の配置も可能でありかつ本発明の範囲内にはいるが、これらの構成
要素と運搬手段との間に十分な距離を保つことが可能なので、運搬手段への損傷
の機会を減少する。

【００２９】上記装置の第2の実施態様（図4に示す）では、ビーム路に沿って誘起される磁
場４０を印加することによって励起ビーム１０に存在する個々の原子種を分離す
ることにより、２以上のターゲット１８を励起可能とする。詳しく述べると、上
記ソース１５によって生成される励起ビームは、重水素及びトリチウムイオンを
含め、原子質量数が異なる複数の原子種を含む。物理化学ではよく理解されてい
るように、磁場を通過する荷電粒子は偏力をうけ、その大きさ及び方向は粒子の
電荷、質量、及びその所定位置での磁場ベクトルの強度及び方向によって決まる
。従って、異なった原子量で運動エネルギーが同一の複数の粒子は、同一の磁場
を利用すると、異なった半径の複数の湾曲路に沿って偏移さす。本実施態様では
、異なった種を２つの異なったターゲット１８に衝突することを可能とするよう
に、垂直な磁場４０を用いて、２つの原子種を変位する。他の方法及び配置（例
えば、静電デプレション）を用いても同じ成果が得られるであろうが、励起ビー
ム路１０のすぐ近傍に配置した本技術で周知の形式の従来の、即ち超伝導電磁石
を用いることによって磁場を発生させる。前述したように、複数の荷電励起粒子
が２つの空間的に異なったターゲットに衝突することによって、発生した両方の
速い中性子線１４を同一の試験物体あるいは領域に同時に指向させる。このよう
な「双眼鏡」装置により、試験物体の内部のγ線放出化合物の空間的分解能を三
角法によって向上することができる。即ち、試験対象物20内の2つ線の交点（あるいは、広がる立体角）を計算することによって放出位置を決定する。このよう
にして、各中性子の飛翔時間を測定して、通常の方法でＺ軸の座標を決定するこ
とを回避でき、またＸ、Ｙ及びＺの正確な値が直接求められる。なかんずく、本
発明の双眼鏡装置をもちいることによって、実際１ｃｍ以下のオーダの空間的分
解能を達成できる。

【００３０】あるいは、（ｉ）素粒子物理学では周知のように静電隔膜を用いて、あるいは
（ｉｉ）図5に示すようにビームを空間的に広げかつ複数のターゲットを用いビームの一部を交差させることによって、励起ビーム１０を分離した後複数のター
ゲットに当ててもよいことに留意すべきである。これらの方法を用いることによ
って、ビーム１０を1種あるいはそれ以上の種とすることもできる。

【００３１】図6に示すさらに別の実施態様では、２個あるいはそれ以上の重陽子ソースを用いて複数のターゲット１８を励起し、それによってターゲットに対して中性子
の放出を誘起する。本実施例では、上記磁場４０（及び該磁場を発生するのに必
要な支持構造）あるいは広範な粒子線を適用する必要性を除去する。試験対象物
２０内での興味ある化合物を空間的に位置決めする装置の能力を最適化するため
、複数の重陽子ソースを物理的に配置し、連続（「長い」）モードあるいは調整
モードのいずれかで同様に作動させる（このような調整パルスは、システムの所
望の性質に従って、時間的に同時あるいは前後させる）。

【００３２】次に図7を参照すると、本発明の化合物の検出・位置決め・分析装置の別の実施態様を示す。試験対象に対して複数のγ線検出装置２６を物理的に近接した既
知の位置に置き、1個あるいはそれ以上のα粒子検出装置（図示せず）を概ね隣接した位置に配置してある。ターゲットを既知持続時間時間（典型的には０．１
から２０秒）のDC重陽子パルスによって励起し、α検出装置２８によって検出し
た所定のα粒子の検出事象（あるいは一連の事象）とγ線検出装置２６によって
検出した高速誘起γ事象との間でのタイミングの差異を測定することにより活性
化された化合物とターゲット１８との間の軸方向（即ち、視線、即ち「Z軸」）の距離４４をラフに決定する。他の装置を用いることも可能ではあるが、この決
定は、本実施態様ではアルゴリズムで作動するデジタル信号プロセッサー（ある
いはマイクロプロセッサー）により行う。このようにラフな決定を行うために、
既知の中性子及びα粒子の速度、電子的に誘起した検出の遅れ、高速γ線発生の
遅れ及び励起ビームパルスの持続時間を考慮する。その後で上記γ線検出アレイ
２６で得たデータを（三角法等のいずれかの数の位置線を用いて）多重ノード幾
何分析によって前に計算したラフな軸方向の位置の精度をさらに上げる。さらに
詳しく述べると、複数のγ線検出装置の互いの検出装置及びターゲットに対する
角度及び空間関係を知り、個々の検出事象間のカウント割合及び／またはタイミ
ングの差を分析することによって、速いγ線が放出される位置（即ち、化合物）
の位置を決定することができる。この装置でも、中性子の飛行時間（TOF）あるいは中性子の放出／入射角度を測定する必要がないという利点がある。

【００３３】次に図3及び図8に言及して、改良した同時検出装置及び方法を説明する。図3 に示し前述したα粒子検出装置の任意のアレイを、前述した中性子発生ターゲッ
トに対して一般に近接して形成する。（試験対象物内の所定のタイプの原子から
発生する早いγ線に対応する）予め選定した個々のγ線スペクトル線を分析装置
３９によって各α粒子検出装置のアレイエレメント３６と電子的に関連付けて、
複数の並列同時回路を形成する。特に、フィル−を通過後のγ線スペクトル(図8
)に残存するγ線検出事象を、公称10ミリ秒のゲート窓を用いて、各α線検出装置のアレイエレメントに対するα線検出事象と関連付ける。１つの実施態様では
、（興味ある元素の放出線に対応して）1つのガンマー線カウンター３７と検出装置２６とからの異なった別の約20本のγ線を選択して、α線検出装置のアレイ
３４の６４個のエレメントの各々のエレメントと同時電気的に配置する。このよ
うな配置によって、多数の並列同時チャネルが形成される。例えば、本実施例で
は、４つのγ線検出装置２６からなるセットと６４個のα線検出エレメント３６
とを使用している。下にさらに詳しく述べるように、選択した２０本のスペクト
ル線の各々のスペクトル線は３つのほぼ４KeVのバンド幅成分に分解されて、γ 線検出装置／カウンター当たり２０ｘ３＝６０個の独立のチャネルを形成する。
４個の検出装置が使用されているので、６０ｘ４＝２４０本の独立したチャンネ
ル全体がγ線検出アレイに関連付けられる。α線検出装置のアレイ３４における
６４個のα線エレメント３６と関連付けた場合、合計で１５，３６０本の独立し
た同時チャネルができる。これを同じ４／６４アレイを用いて２５６本の独立の
チャネルだけしか形成しない従来の「検出装置−検出装置」の同時システムと対
比されたい。本発明に係るこのように高度に並列同時回路構造によって、実質的
に数が増えた高速γ線事象の処理が可能となる。所望の２０本前後のスペクトル
線（本実施態様ではC:N:O）と関連付けた事象のみをα粒子アレイ３４で検出した事象とだけ関連付ける必要があるので、このような事象も高い並列度により処
理されるからである。従って、検出装置-検出装置による同時（および１０^−６n
/s−４πのオーダの最大中性子フラックス）を使用する従来のシステムに比較し
て、（１０^９〜１０^１１n/s−４πのオーダでの）より高密度の入射中性子フラックス１４を用いることができ、また同一の試験条件下で所定の化合物を同定
し分析するのに究極的にはかなり短い時間のみが必要となる。

【００３４】本発明では、分析するために選択したγ線の親の原子を同定するためにガンマ
線のエネルギーを正確に決定することが重要であることが認識されよう。分析の
ために使用するガンマ線のピーク及びスペクトル線を選択する場合に、いくつか
のファクターが影響を与える。これらのファクターには、(i)ガンマ線のエネルギー、(ii)断面積、(iii)カスケード対フォトピーク、(iv)接近対重なり合い、及び(v)単一／二重エスケープ・ピークが含まれる。これらのピークについては、ここに添付する補遺Ａで詳細に議論する。また、本発明の同時・検出回路では
、随意ノイズ及び検出装置の効率を補正することもでき、１つの方法が補遺Ｂと
Ｃとにそれぞれ記載されている。

【００３５】本発明の同時検出装置の第２の実施態様では、38,400の同時回路（すべてが電
子技術では周知の形式の１個の処理ICの信号処理能力内に包含される）を形成す
る。さらに詳しく述べると、アルファ粒子検出装置のアレイ３４は６４０個の別
個の検出エレメント３６内に隔離され、γ線検出装置２６の出力は３０個の異な
ったエネルギーバンド幅に分けられる。上記したようにγ線検出装置の出力が分
離すると、結果的に各γ線装置はバンド幅上電子的に分離した検出装置として作
動する。従って、６４０個のエレメントからなるα粒子アレイ３４と単一の物理
的γ線検出装置（３０個の「電子的」γ線検出装置）によって、６４０ｘ３０＝
１９，２００個の同時回路の形成が可能となる。ルックアップ表を本実施態様の
分析装置３９内の標準のランダム・アクセス・メモリー（ＲＡＭ）と連結して使
用することによって、このような多数の同時回路を迅速に処理することが容易と
なる。加えて、本実施態様において各同時回路に上述の「事故的な」同時計数の
責を負う人為的な遅延を行う並列同時回路を付与する。これによって、さらに１
９，２００個の同時回路が形成される。従って、第２の実施態様で用いられる同
時回路の総数は、38,400(19,200＋19,200)となる。

【００３６】化学的同定法次に図9乃至図14に言及して、改良を行ったγ線検出・フィルターかけ・分析装置及び方法について説明する。図に示すよう、純度の高いゲルマニウム（Ge）
結晶検出装置（HPGDs）２６を用いて試験対象物内から発生する高速γ線を検出した。従来技術のシステムで典型的に使用されていたごくありふれたよう化ナト
リウム検出装置（6〜10％オーダ）とは異なり、ゲルマニウム検出装置によって、（0.1％のオーダの）より高いγ線エネルギー分解能が得られ、それによって、多重のC:N:Oの識別、即ち他のスペクトル線の識別が可能となる。図９は、従来技術のNaI検出装置を用いて得た典型的なγ線スペクトルを示す。検出ピークの幅はこの形式の検出装置のエネルギー分解能が比較的低いことに起因している
ことに留意。対照的に、本発明のGe検出装置から得られるγ線スペクトルは高い
分解能を有するので、図１０と図１１に示す狭いスペクトルピークあるいは線に
よって明らかなようにエネルギー分解能は非常に向上する。本実施例では、電子
技術では周知形式の従来のアナログ−デジタル（A/D）変換装置３１を用いて、 γ線スペクトル５０を電子的にデジタル表示に変換する(図14)。各スペクトル線
５２にそのγ線エネルギーレベルを示す別個の2進法の数値（「バイン」）を与える。次に、補遺Aに記載するように、入射粒子流の選択したタイプ/エネルギー
に対する炭素、窒素及び酸素と関連する既知のスペクトル線を同定し、さらに処
理し、一方他の関連性のない線５４は（例えば、従来のデジタルフィルターを用
いて）３３にて電子的フィルターで除く。γスペクトル線をデジタル化するため
に、各線について3つの同時回路を用いる。より詳しく述べると、本発明の一実施態様では、スペクトル線内の３つの等しい４KeVのバンド幅、即ち、一つの「ピーク」バンド幅と２つ「肩部」バンド幅（図12a及び図12b参照）を分析するこ
とによって、C:N:Oと関連する上記の約２０のスペクトル線の各々の振幅を決定する。ピーク対肩部の差を用いて、ピークの振幅を決定し、さらにDalitzプロッ
トでの分析に供する。前述したように、ゲルマニウム検知装置は、他の形式の検
知装置（例えば、よう化ナトリウム結晶）に比較して緩慢な応答時間を示すとい
う特徴が有るため、それに対応して時間的分解能が低い。HPGDsは50、000カウント／秒オーダの（ランダム事象も含め）最大事象率で処理可能であると考えられ
る。本発明では、応答時間定数をより低い数値に効果的に変更する検出装置から
の信号を電子的に処理する方法を使用することによって、このより遅い応答速度
を補償している。より詳しく述べると、本実施態様では、ガンマ事象の立上がり
時間の一部に対応するHPGD信号の部分を用いて時間応答性を決定する。この立上
がり時間は典型的には1.5-4 nsであり、図13に示すように、事象が生ずる前のベ
ースラインの上10％のポイントから事象のピーク値の下10％のポイントまで測定
する。信号処理及び核検出技術では周知の一定分画識別装置（:CFD）によって立
上がり時間の信号を処理する。次に、本実施態様の電化収集は20nsで電子的に停
止する（「ゲート制御する」）。この構成によって、検出装置の「停止時間」は
減少するので、Ge検出装置の実際の最大カウント率は実質的に上昇し、時間的分
解能は増加する。

【００３７】図10と図11は、化合物の所定のサンプルから得られたガンマ線スペクトルにお
けるゲート効果を表すガンマ線の例である。図10には尿素試料からの公称40nsゲ
ート間隔を用いバックグランドを除去して得たガンマ線スペクトルを示す。本実
施態様では、図12ｂに関連して本補遺Dに記載した方法を用いてバックグランドを除去する。

【００３８】図11には、バックグランドを除去せずに、5.9 nsのゲート間隔を用いて得られ
た同一の尿素試料のガンマ線スペクトルを示す（ゲートが狭いので、図11のスペ
クトルではバックグランドの除去は妨害を受ける）。図10と図11のスペクトルを
比較すると、ゲート間隔が短いので時間的分解能があがることが主な要因で、信
号対ノイズ割合（SNR）は図11のスペクトルではかなり向上していることが容易に分かる。従って、複雑なノイズ抑制を行ったりあるいはソフトウエアを操作す
ることをせずに、ゲート間隔を短くすることによって性能がかなり向上する。

【００３９】出願人が得た実験データは、ここで述べる技法を用いることによってゲート制
御しないHPGDに対し100％から400％のオーダでカウント率を上げることが可能で
あることを示す。さらに、本発明のHPGDは、実際に禁制品の検出及び同定を同時
に行う、即ち、高いエネルギー分解能と高い時間的分解能に対する両方の要請を
満たすことができる。ここで20 nsで電子的にゲート制御するとエネルギー分解能は減少する(即ち、ゲイト制御しない場合は約0.1であるがゲート制御すると約
0.3%となる)が、得られたエネルギー分解能は、本発明の方法での禁制品を同定する目的には十分すぎることに留意すること。公称間隔が20 nsでCFD実施の電子
的ゲート制御を本実施態様で用いているが、他のゲート間隔、回路形式、技法を
用いてガンマ線の検出信号の所望の部分を測定・利用することもできる。

【００４０】さらに、関連するC:N:O（あるいは他のもの）のスペクトル線のみがフィルターステージを通過し検知されたα粒子事象と関連付ける必要があるだけなので、
前述のフィルター及びゲート制御方法を用いることによって、付属の信号あるい
はデータ処理装置におけるコンピュータ負荷を大幅に減らせ、かつ単位時間当た
りより多くの個々のガンマ線検知事象を処理できる。高いデータ処理速度を有す
る「ルックアップ表」LeCroy Model2373あるいはそれに匹敵するもの等の従来の
デジタル信号処理装置のいずれかの種類の装置を用いることによって、リアルタ
イムで得られるスペクトル信号５６を処理することができる。

【００４１】本補遺Eに、本発明で用いる上述のγ線の検出、選定及び処理方法が更に詳細に記載する。

【００４２】 Dalitz三角形次に図15aと図15bとに言及して、粒子活性化法を用いて化合物を同定するため
の改良方法を説明する。前の段落で述べたフィルターを通過したデジタルガンマ
線検出装置の出力信号を、3次元課題を2次元表現に変える改良型同定／分類アル
ゴリズムで作動する信号処理装置（例えば、前述のデジタル信号プロセッサー）
に入力する。このアルゴリズムは、周知の「Dalitz三角」６０、６２に基づくも
ので、化合物の3つの元素の濃度を関係付ける。補遺F参照。更に詳しく述べると
、等辺三角形６０、６２の各辺に対する法線の長さは、3つの元素の各原子密度の2乗に比例する。本発明のアルゴリズムは所定の積分時間中に集めたフィルタ通過デジタルガンマ線スペクトル５６を取出し、2進法表示された（高速ガンマ線事象の検知数と関連する）スペクトル線の振幅基づいて構成元素の相対比率を
計算し、分析する各元素に対する三角形の相当辺に垂直なベクトルを数学的に発
生する。図15b参照。周知の幾何学技法を用いて、すべての法線ベクトルについての交点66（あるいは最近接点）を計算し、単一の点あるいは領域を定める。す
る。次に、この点／領域を興味ある種々の既知の化合物と関連付けた点／領域の
「ライブラリー」（例えば、従来のランダム・アクセス・メモリー（RAM））内に表の形で記録して置くこともできる）と比較して、検出した化合物を同定する
。次に、所定のサンプル期間でガンマ線検出装置で集めたそれ以降のスペクトル
を用いて、同定結果の信頼性レベルを統計的に上げる。統計的エラーバンド68（
例えば、通常あるいはガウス分布での所定数の標準偏差）を用いて信頼性の基準
を確立することもできる。このようなデータをシステムオペレータに視覚表示し
て、オペレータに対して所定の分析の信頼性を視覚表示することもできる。例え
ば、三角形60、62内に具体的恬として複数の既知化合物をライブラリーとし表示
すると共に、Dalitz三角形をグラフの形で表示することもできる。積分時間の間
に該システムで順次スペクトルを得て分析しつつ、関係ライブラリー点（化合物
）にそれらが相対的に近いかどうかに基づいて三角形上に他の別個の点として表
示することもできる。非常に多くの種類の異なった表示形式（表、棒グラフ、分
散プロット等を含む）を用いて、所望の情報を伝達可能であるが、このような形
式のすべての作成方法及び運転方法は、関連技術内で周知である。

【００４３】システム目盛り設定及び「有効数字」次に、粒子活性化系検知／分析システムの有効性(「有効数字」の測定及び同システムを目盛り付けを行うための改良方法を述べる。ここで、図16に言及して
、発見時間定数を数学的に以下に定義する。

【数１】ここに、 T_ｄ＝発見時間定数（秒） L₁ ＝ターゲットと化学品との距離（ｍ） L_２＝２の検出装置と化学品との距離（ｍ） M ＝化学品の質量（Kg）数値L1とL2とは、立体角はシステムの検出装置に対するものなので2乗する。この時間定数は、所与量の化合物を粒子ソース（ターゲット）から所定の距離で
化学的に特異的に同定するのに必要とされる時間であり、化合物とγ線検出装置
との間の所与の距離は、上記Dalitz三角形60、62条の関連点についての所定の統
計的信頼性レベルを有する。本方法700を実施する場合、化合物及び検出装置に対する対応する距離は測定あるいは計算するが、質量Ｍは図１６のステップ702 で示すように決定する。次に、所望の信頼性レベルをステップ704で選択する。この信頼性レベルは、前述したように所定の試験インターバル間にシステムを順
次稼動させる場合に生成するスペクトルデータを統計的に分析することによって
、数学的に決定する。次に、既知量の所定の化合物をステップ７０６で分析して
、この組の制約量に対するＴ_ｄを実験的に決定する。次に、時間定数を随時標準
化する。例えば、ＳＴＰにおいて乾燥空気中検出装置／サンプルとの距離が１メ
ートルで95％の信頼性レベルで1ｋｇのサンプル化合物を同定するのに5秒必要と
する可能性がある。所望により、名目値即ち「ベースライン」値を1秒に標準化することができる。ステップ710と712とで、質量及び／または環境試験ファクタ
ー(例えば、該質量の化合物の位置、相対湿度等)を変えて、これらの新しい条件
下で再度発見時間の測定をする。例えば、下でさらに述べるように、1つパラメータを変化増大させる場合、あるいは多数のパラメータを一度に変化させる場合
に、これらのステップ710と712とを多数回繰り返すこともできる。次に、ステッ
プ714でシステムに対する、関連づけファックターあるいは目盛り付けファクターを計算する。例えば、ＳＴＰで乾燥空気中１ｋｇの質量を用いてシステムを標
準化した場合、（質量及び検出装置の幾何学的配列が同様であると仮定して）よ
り低い温度での湿った空気中でシステムを稼動するとＴ_ｄの値はより小さくなる
であろう。次に、この数値の高いＴ_ｄを公称Ｔ_ｄで格付けして、湿潤／低温環境
でシステムを稼動する場合の補正ファクターを得る。変化するシステムパラメー
タ及び試験条件の関数としてシステムの応答性、あるいはパラメーターの顕著な
組み合わせを詳しく示す表あるいはカーブを構築することもできる。最後に、1)
システムの「誤プラス」率及び「誤マイナス」率（例えば、興味ある実際の化合物が存在する時
に検出／同定を行わなかった場合）も含め、他の臨界的システムパラメータを実
験的に決定してステップ716で既述した信頼性レベルと関連付ける。例えば、誤ったプラス率が信頼性レベル90％以下で実質的に増加する場合には、この数値を
システム稼動に対する最小の閾値として使用する。次に、対象物あるは領域を検
査する際にシステムの最小作動時間として、この信頼性レベルあるいはそれ以上
の信頼性レベルを達成するのに必要とされるＴ_ｄ値を特定する。

【００４４】目盛り付け及びフィールドでの操作に関する上記用途に加えて、（所与の範囲
での特定の試験条件下で）1つのシステムに対して実験的に得られたＴ_ｄ値を他のシステムに対して得られたＴ_ｄ値と比較して、化学的同定および位置決めを行
う上での２つのシステムの相対的な有効性（メリット）を決定することもできる
。この方法は、作動原理が異なる２つのシステムを比較するのを標準化する場合
に非常に有益である。現在、比較システムはないので、製造業者が主張している
性能を直接比較することはできない。種々の臨界的パラメータ（例えば、周囲の
温度、湿度、介在する遮蔽物等）の関数としてこのような「有効数字」（最小感
度）を展開すれば、所定の試験あるいは分野での用途で適用するのに最良の装置
／技法を決定する助けとなり得る。

【００４５】上記詳細な説明を上で行ない、種々の実施態様に適用できるような本発明の基
本的な新規な特徴を指摘したが、当業者であれば本発明の精神あるいは必須の特
徴を外れることなく、説明した形式及び詳細事項について、種々の省略をしたり
、置換及変更をすることは行いえることは理解されよう。上記実施態様は、あら
ゆる点で例示的なもので制限を意図するものではないと考えるべきである。従っ
て、本発明の範囲は、上述の記載よりは請求の範囲によって指摘するものである
。請求の範囲の均等の意味及び範囲内に入るすべての変更は請求項の範囲内に包
含されるものとする。

【００４６】補遺ＡＡ．１ γ線エネルギー高速中性子と種々の原子の原子核との非弾性衝突中に見られるγ線エネルギー
のピークは、通常０．１００ないし１８ＭｅＶのエネルギー範囲にある。爆発物
の検出での一般的な論点は、常に炭素、窒素および酸素といった爆発物の主要成
分を検出することにあった。それゆえ、以下ではこうした構成元素のγ線スペク
トルに絞って論ずることとする。しかし、この原理は、塩素、燐および硫黄を含
む多くの他の元素にも潜在的に適用可能であることに留意すべきである。ＨＰＧＤは大きさと効率に限界があるので、検出可能なγ線エネルギーの上限
が決まってしまう。例えば、４５％効率のＮタイプＨＰＧＤによる実験室での計
測によれば、５．５ないし６．２ＭｅＶという上限は、６．１２９ＭｅＶ付近の
いかなるγ線ピークの使用をも妨げていた。それゆえ、γ線エネルギーのピーク
を選択する処理は、６．２ＭｅＶ以下を発するγ線カウントに限られていた。こ
の検出装置を用いると、窒素の光電ピーク５．１０４は、４９カウント±１４を
発生した。それと対比して、８１％のＮタイプ検出装置は７ＭｅＶのエネルギー
上限となり、等価の５．１０４の窒素の光電ピーク（等価の中性子を用いて）で
１９７カウント±２１を発生した。検出装置の効率と大きさが、測定されたγ線ピークの上限を決めてしまう一方
、多様な物質を通過したγ線が吸収されることにより下限に影響を与える。γ線
の減衰は、検査材料の厚さ（Ｚ）に比例する。さらに、土の測定の実験的データ
によれば、１．６ＭｅＶ以下のγ線をこの方法に用いることができない。それゆ
え、γ線のピーク選択の下限は、少なくとも一つには検査材料に固有のものであ
り、たいていの方法には１．６±０．５ＭｅＶオーダである。Ａ．２断面積 γ線エネルギーの範囲を決めた後、１．６ないし７．２ＭｅＶの範囲のどのγ
線を分析に用いるのかを決めなければならない。この選択処理における主要なフ
ァクターの一つは、原子断面積である。特定のγ線を誘導する確率は、各原子の原子核の結合力に依存している。この
確率は、γ線発生のための原子断面積、即ち（有効）サイズであり、バーン（１
０^−２４ｃｍ）で計測される。炭素、窒素および酸素について確定した断面積は
、炭素、窒素および酸素の原子の数の比を明らかにするために用いられる。本分析に関して、炭素は幾分独特である。まず、炭素のγ崩壊の仕組みは、比
較的単純である。１．６から７．２ＭｅＶまでには、たった一つの光電ピーク（
４．４４０ＭｅＶ）しかない。次に、４．４４０ＭｅＶのピーク（１４ＭｅＶ入
射中性子）の断面積は、２１０．６ｍｂ（非常に大きい）である。３つ目に、４
．４４０ＭｅＶのピークの断面積は、中性子が熱中性子化するにつれて、激的に
増加する。８ＭｅＶの入射中性子は４４５ｍｂの断面積をもつ。炭素の崩壊の仕
組みは単純であるので、４．４４０ＭｅＶの光電ピークを炭素のマーカーとして
用いる。しかし、炭素の単純なスペクトルは、重要である。すなわち、炭素原子
核の特性により、短時間のエネルギー状態を生み出す比弾性衝突の間に反跳が起
きる。ついで、光電ピークは±５０ＫｅＶの幅と幾分広い。そのため、炭素原子
の正確な検出を行うには、４．３４０から４．５４０ＭｅＶまでの検出が必要と
なる。窒素および酸素は、１．６から７．２ＭｅＶまでに多くの光電ピークを持つ。
６．１２９ＭｅＶにおける酸素の光電ピークの断面積は、１０１ｍｂである。窒
素は、２．３１２、３．９４８および５．１０４ＭｅＶに、順に断面積７．８、
３．５および３１ｍｂの、３つの検出可能な光電ピークをもつ。検出可能な光電
ピークの断面積の最小値は５ｍｂである（カスケードは、しばしば観測可能な光
電ピークの断面積を増やす。下記のＡ．３を参照）。Ａ．３カスケードと光電ピーク従来のエネルギーレベルに加え、カスケード効果は、可能性のあるエネルギー
ピークの数を増やす。カスケード効果とは、最低のエネルギー状態への直接降下
を起こすには不十分なエネルギーレベルを励起することである。その結果、励起
エネルギー状態からより安定な状態への光子のシステマティック降下によりカス
ケードピークが起きる。例えば、２．７４８ＭｅＶの酸素カスケードは、８．８
７２ＭｅＶの光電ピークの励起とそれに続く６．１２９ＭｅＶのエネルギーレベ
ルへの降下により発生する。そして、光子は６．１２９ＭｅＶ（第２光電ピーク
）から基底状態に降下する。要するに、より高いエネルギーレベルでの励起状態
は、より多くのγ線エネルギーピークを生み、それゆえ検出の可能性も増えるの
である。残念ながら、カスケード断面積のデータは入手が容易ではない。実験結果によ
り、検出装置の効率とγ線吸収補正により光電ピークを正規化することにより、
およその断面積が得られている。酸素ついては、Ｈ_２Ｏの正規化スペクトルによ
り、およそのカスケード断面積が２．７４８ＭｅＶのピークで２８ｍｂであるこ
とが説明がつく。カスケードピークは、酸素と窒素の全スペクトルの５０％以上を代表する。計
数速度を最大にするために、１．６ないし７．２ＭｅＶの範囲外のγエネルギー
で扱う問題を避けるため、低い断面積ピークの使用を避けるため、最後に近接と
重複の問題を回避するため、カスケードピークを利用するのは賢明である。Ａ．４近接と重なり合い原子分析における最も重要なファクターの一つは、γ線ピークの近接と重なり
合いである。γ線ピーク同志の近接には、単純に言って２つの場合がある。ＨＰ
Ｇｅ検出装置を用いる利点の一つとしては、６２２ＫｅＶにおける分解能（０．
１％程度）が上がることである。例えば、ＨＰＧｅ検出装置は、５．１５６Ｍｅ
Ｖのアルミニウム信号を５．１０４ＭｅＶの窒素信号から分別することができる
。ＮａＩ検出装置は、７２２ＫｅＶでの分解能がおよそ１０％であり、スペクト
ル中の多くのピークを識別できない。近接はＨＰＧＤの分解能力の増大を示すも
ので、識別能力のための重要な手段として扱われる。重なり合いは、近接の極端な場合である。重なり合いの例としては、炭素の４
．４４０ＭｅＶピーク（ピーク幅が１００ＫｅＶであることを思い出すこと）に
見ることができる。したがって、スペクトルのこの範囲にあるいかなるγピーク
も、炭素信号中の誤差の原因となってしまう。最悪の場合は、窒素および酸素以
外の元素との重なり合いである。アルミニウムは、４．４１１ＭｅＶで４．９ｍ
ｂの断面積である光電ピークを持つということに留意すべきである。重なり合いがある可能性を読み取り、それを減法により取り除くために、スペ
クトル全体から得られる情報を活用することが重要である。重なり合いがこの３
成分の元素による場合、余分な計数を減するための適切なアルゴリズムは容易に
作られるであろう。まとめると、近接と重なり合いは、分析に用いるに最も「適
切な」γ信号を決めるのである。Ａ．５一重／二重エスケープピークどのγエネルギーを分析に使うかを決めるもう一つの重要な要因は、一重およ
び二重エスケープピークの産出である。対生成とは、おおむね逆方向に５１１Ｋ
ｅＶ（０．５ＭｅＶ）の量子の付随放出を伴う電子／陽電子の崩壊の結果である
。この作用は、結晶格子の行列内で発生し、検出装置の大きさの関数である。最も突出した一重エスケープピークは、酸素の６．１２９ＭｅＶピークから起
きる。ひとつの鋭いピークが、０．５１１ＭｅＶ低い５．６１８ＭｅＶに発生す
る。２つ目のエスケープピークも、１．０２２ＭｅＶ下方の５．１０７ＭｅＶに
発生する。同時に、５．１０４−５．１０７ピークの窒素の光電ピークは、５．
６１８ＭｅＶのピークよりも強い。このことは、酸素同様窒素からの信号がある
ということの、明確な同定となる。窒素のピークから２つ目の酸素のピークを除去するために、エスケープピーク
の効果的な断面積（選択した検出装置のみに固有なものである）を決めねばなら
ない。出願人によるＳｉＯ_２試験の実験結果に基にすると、第１および二重エス
ケープピークの断面積は、６．１２９ＭｅＶピークの７０％および３０％である
。言い換えれば、５．１０７ＭｅＶの二重回避における正味のカウント数は、６
．１２９ＭｅＶでの酸素が寄与して、６．１２９ＭｅＶでの酸素の光電ピークの
正味のカウントの３１％である。

【００４７】補遺ＢＢ．１ノイズ除去定量的原子分析の重大な障害は、外部ノイズの除去である。Ｎには、試料や装
置を取り巻く空気を含んだ様々な発生ソースがある。１ｍ^３の空気には、９２５
グラムの窒素と相当量の酸素が含まれる。したがって、この「ノイズ」を取り扱う方法が必要なのである。まず、標識中
性子により問われる空気の体積を決めなければならない。これには、仮想の長方
形の箱が、問われる空気の体積を表すのに用いられる。より正確な測定には、発
生ソースからの中性子の偏流を計算するために、長方形の代わりに円錐を用いる
。この調査を別にすれば、体積の違いは、サンプルの大きさに比べれば小さく、
長方形の体積を用いた概算で十分である。正確にどれだけの窒素および酸素がデータに影響しているかを調べるには、長
方形の容積を計算する必要がある。模範例としては、同時ゲートは持続時間６．
８ｎｓ間開く、即ち標的におよそ３４．５ｃｍ（中性子の速度は毎秒５ｃｍであ
る）で集中させた。標的は正確に１ｍ離れているので、長方形の長さは３４．５
ｃｍ――標的から＋／−１７ｃｍであった。長方形の面積は、α検出装置の関数
である。この種の実験に用いるα検出装置は、４４．１５ｃｍ^２の面積であった
。１ｍでの標識中性子の面積は、正確に４４１５ｃｍ^２である。したがって、問
われる空気の総体積は、４４１５ｃｍ^２×３４．５ｃｍ＝１５２，０００ｃｍ^３である。室温での乾燥空気の平均密度は、ρ＝０．００１２１ｇ／ｃｍ^３である。した
がって、空気の重量は０．００１２１ｇ／ｃｍ^３×１５２，０００＝１７８ｇと
求められる。尿素試験のサンプル重量は分かっている（本例では５ｋｇ）ので、
「ノイズのモル数」に対する「サンプルのモル数」の割合を計算することもでき
る（空気の分子量は２９ｇ／モル、尿素６０．１ｇ／モル）。具体的には、６．
８７％である。最後に、空気の結果より窒素と酸素のカウント数を求めるには、次式が用いら
れる（窒素の場合）。窒素の割合＝（空気中の窒素のモル数）／（空気中の窒素のモル数＋尿素中の
窒素のモル数）×１００％（式Ｂ．１）式Ｂ．１は、窒素の補正値５．３６％および酸素の補正値１．４４％を与える。
つまり、正味のピークカウントは、空気中の窒素および酸素からの外部信号を計
算して補正しなければいけない。ここまでで、各γ線の同定は重要でないということに留意する。しかし、上記
の補遺Ａで述べたとおり、エスケープピークの重複に関連したいかなるγ線も特
に気をつけて扱わなければならない。窒素の５．１０４ピークはこの例外である
。更なる補正要素が、この信号と重複する酸素（二重回避）の割合を計算するた
めに必要である。

【００４８】補遺Ｃ１検出装置効率の補正相対検出装置効率（この効率は、特に選択したエネルギー値に関係する）の概
念を説明する。本発明で、絶対効率の代わりに相対効率を用いる理由のひとつは
、元素の定量的な比率のみが必要であって、あるものの完全な原子の構成が必要
ではないからである。例えば、ｎ（原子の密度）を完全に知らなくてもよい。そ
の代わり、原子の密度の比を使うと、Ｃ：Ｎ：Ｏを検出装置効率が互いに関連す
る比率ｎ_１からｎ_２に置き換えることができる。表Ｃ．１に８０％ＮタイプＨＰ
Ｇｅの相対効率の実験的数値を示す。

【表１】表Ｃ．１の相対効率は、２，３００ＫｅＶの値を基にしている。例えば、２，
３００ＫｅＶから４，４００ＫｅＶになると相対強度は４５％増え、４，４００
ＫｅＶから５，１００ＫｅＶになると９％増える。

【００４９】補遺ＤＤ．１バックグラウンドの除去―一般論 γピークから定量的に原子情報を識別するために、バックグランドの除去手法
およびアルゴリズムが考案されたというのは明らかである。バックグランドの除
去で関心のある領域（「ＲＯＩ」）は、問題にしている物質の特性に左右される
。爆発物および薬の場合、この領域は、炭素、窒素および酸素の特定のγ標識線
と重なり合わなければならない。γスペクトル線、エスケープピークおよびカス
ケードの詳細な一覧は、本出願人が決定した。Ｄ．２方法まず、ピークの上方（エネルギーの低い方）のバックグランドは、ＲＯＩの最
初の３つのチャンネルの平均として計算される。このバックグランド点のチャン
ネル番号は、３つの点の真中のチャンネルである。ピークの下方（エネルギーの
高い方）のバックグランドは、ＲＯＩの最後の３つのチャンネルの平均として計
算される。このバックグランド点のチャンネル番号も、後者の３つの点の真中の
チャンネルである。ピークの両側にある２つのバックグランド点が、直線バック
グランドの終点を形作る。よって、バックグランドは次式で与えられる。

【数２】ここで、Ｂ＝バックグランド面積ｌ＝ＲＯＩの下限ｈ＝ＲＯＩの上限Ｃ_ｉ＝チャンネルｉの体積６＝使用したデータチャンネルの数（本実施態様では、両側に３つずつ）面積（カウント）の総計は、次式によるＲＯＩを含んだ全チャンネルの総和であ
る。

【数３】ここで、Ａ_ｇ＝ＲＯＩの総カウントｌ＝ＲＯＩの下限ｈ＝ＲＯＩの上限Ｃ_ｉ＝チャンネルｉの体積調整した全面積は、ＲＯＩを含んだ全チャンネルの和で、次式によるバックグ
ランドには用いない。

【数４】ここで、Ａ_aｇ＝ＲＯＩの総カウントｌ＝ＲＯＩの下限ｈ＝ＲＯＩの上限Ｃ_ｉ＝チャンネルｉの体積

【数５】正味に調整した面積中の誤差は、調整した正味面積の誤差と調整したバックグ
ランドの計量誤差の２乗を積算したものの平方根である。調整したバックグラン
ドを計算するのに用いられたチャンネルの番号の調整したピーク幅の量によって
、バックグランドの誤差が求められる。

【００５０】補遺Ｅ本発明の原子量処理法全般を以下に述べる。まず、γ線の情報が、ピーク幅、位置およびエネルギーの平均値から集められ
る（補遺Ａ）。次に、γスペクトル線がバックグランドの除去のために体系的に
選択される（補遺Ｄ）。各γスペクトル線を、最小誤差が繰り返されるまで、様
々な当てはめルーチンが行う。最後に、外部ノイズ、検出装置効率およびγ減衰
の補正がされる（補遺Ｃ）。禁制物質の実験的処方を確かなものにするために、前述のある元素のデータを
、炭素と酸素の関係のように、以下の確立された公式により、別のもののγカウ
ント数を関連させる。

【数６】ここで、Ｉ_γ＝γ線強度＝ＲＯＩアルゴリズムを用いて、バックグランドの除去
により計算された特定のエネルギー範囲での正味のγカウント。Ｉ_γはチャンネ
ルの設定番号により標準化される。すなわち、炭素＝１００、窒素および酸素＝
１２．Γ_ｅｆｆ、γ_ａｂｓ、ν_ａｂｓは、順に検出装置効率、γ粒子の減衰要素
および中性子の減衰要素であり、σは断面積である。ここで、Γ_ｅｆｆは、０．
２５ｍで検出装置により定まる立体角を含む（関連したＩＥＥＥ標準に従う）。中性子の数は、α粒子と中性子のカウント速度の比を用いて計算された。

【数７】Ｆ＝中性子フラックス（４π内の中性子数）

【数８】（δΩ）＝目的物の（Solid r）、およびＬは目的物の中性子源からの距離である。中性子を照射した原子の数は、

【数９】この場合、ｎ＝原子密度、Ｖ＝体積である。原子密度と体積を掛けたものが原子
数（ｎ）である。原子の情報が、同じ実験で他の元素についても必要となるので、共通要素であ
るＦ、（δΩ）およびＶ_ａｂｓを相殺することができる。式Ｅ．１は要素を相殺
して、次のように書きなおせる。

【数１０】最後に、式Ｅ．５をｎについて解くと、

【数１１】Ｃ：Ｎ：Ｏの比は、式Ｅ．６を基に決められる。γ_{ａｔｔｅｎ}は逆数である。な
ぜなら、その効果が２，３００ＫｅＶ以下のγ値を減らし、２，３００ＫｅＶ以
上の値を増やすからである。Ｅ．６は次のようにも表せる。

【数１２】ｎ_１を解くために、ノイズ補正値、効率補正値、および減衰補正値（それに炭
素、窒素の断面積）を使うことができる。例えば、 n_nitorgen=(76.5×1.57)/(32×1.31) （式Ｅ．８）＝2.06 同様に、 n_carbon=(256×1.24)/(210.6×1.24) （式Ｅ．９）＝1.04 最後に、 n_oxygen=(127×1.41)/(101×1.74) （式Ｅ．１０）＝1.02 原子のデータを実験的化学式に直すために、元素の供給量を酸素の最低値（１
．０２）で割る。尿素の完全な実験的化学式はＣ（１．０４／１．０２）＝１（式Ｅ．１１）Ｎ（２．０６／１．０２）＝２．０２（式Ｅ．１２）Ｏ（１．０２／１．０２）＝１（式Ｅ．１３）ピーク当てはめアルゴリズムおよび誤差の伝播についての誤差値を用いると、誤
差込みの尿素の完全な化学式は次のようになる。Ｃ_{１（±０．９）}Ｎ_{２．０２（±０．２１）}Ｏ_{１（±０．４８）} （式Ｅ．１４）

【００５１】補遺Ｆ前述の通り、Dalitzプロット（または「Ａ−プロット」）は、３次元情報、す
なわち爆発物および他の禁制品の炭素、窒素および酸素の比についての２次元化
グラフ表示である。上述の図１５ａおよび１５ｂを参照のこと。例えば、Ａ−プ
ロットは、γ検出装置より得られ、正三角形の水平側からの垂直距離の自乗によ
って表される、窒素の標準化された原子密度、N’=N/(C+N+O)である。同様に、標準化された炭素の原子密度C’および酸素の原子密度O’は、三角形の他の２つ
の側からの垂直距離の自乗により表される。この情報は、次の手順（尿素を例に
取り上げている）により、簡単にA-プロットに直すことができる。実験的に求めた実験的処方＝C_１N_2.02O₁ 炭素＝１窒素＝２．０２酸素＝１合計＝４．０２比率C’＝C/(C+N+O) （式F.1） C’=.248 N’=.502 O’=.248 比率の自乗：（式F.2） C’⁽²⁾=0.0618 N’⁽²⁾=0.252 O’⁽²⁾=0.0618 自乗の和（h²）：（式F.3） h²=0.376 各元素の自乗を合計の自乗で割ったもの＝Y_x: （式F.4） Y_c =C²/C²+N²+O²=0.164 Y_n=0.671 Y_o =0.164 標準化した自乗長さL_c: （式F.5） L_c =C’⁽²⁾/h² =0.164 Y_n=0.671 Y_o =0.164 ダリッツプロットにおける尿素[107]のXおよびY値： (式F.6) X=.577350*（Y_n+(2Y_c)）=0.57735 Y=L_n＝0.671 したがって、ダリッツプロットの境界は： (0,0) （式F.7） (.57735,1) （式F.8） (1.1547,0) （式F.9）

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の化合物検出および分析装置の最初の実施態様の側面図である
。

【図２ａ】本発明の装置を空港の手荷物取扱車の検査に適用した場合の斜視図
である。

【図２ｂ】本発明の装置を地上走行車に適用した場合の斜視図である。

【図３】本発明におけるα粒子検出装置列の最初の実施態様の斜視図である。

【図４】複数の標的と印加磁場を用いた、本発明の化合物検出および分析装置
の第２の実施態様の側面図である。

【図５】複数の標的と単一の空間的に広がったビームとを用いた、本発明の化
合物検出および分析装置の第３の実施態様の側面図である。

【図６】本発明における２元中性子放射化装置の斜視図である。

【図７】地上走行車に取り付けると、地雷や埋設した爆発物の検出に有用と思
われる、本発明の化合物検出および分析装置の第４の実施態様の斜視図である。

【図８】本発明のγ線スペクトルのアナログ−デジタル変換およびフィルタ処
理の一実施態様を表したブロック図である。

【図９】従来技術による典型的高速中性子の放射化検出装置により得られる即
発γ線放射スペクトルである。

【図１０】高速中性子を尿素試験の試料に照射し、４０ナノ秒でゲート制御し
たゲルマニウム結晶検出装置を用いて即発γ線放射を検出することによって得ら
れた、即発γ線放射スペクトル（バックグラウンドは取り除いてある）である。

【図１１】高速中性子を尿素試験の試料に照射し、約６ナノ秒でゲート制御し
たゲルマニウム結晶検出装置を用いて即発γ線放射を検出することによって得ら
れた、即発γ線放射スペクトル（バックグラウンドは取り除いてない）である。

【図１２ａ】本発明の化学的同定法の一実施態様の一部として分析した、ピー
クおよび３つの別の帯域を示した即発γ線スペクトルの例である。

【図１２ｂ】本発明の化学的同定法の一実施態様の一部として分析した、ピー
クおよび３つの別の帯域を示した即発γ線スペクトルの例である。

【図１３】本発明におけるγ線事象の立上がり時間を測定した方法を表したグ
ラフである。

【図１４】いくつかの一般的な化合物の相対的構成元素と濃度を表したデジタ
ル化したスペクトルの棒グラフである。

【図１５ａ】順にＣ：Ｈ：Ｏ、Ｃ：Ｎ：ＯのDalitzの三角形の図であり、一般
的な化合物との相違を示す。

【図１５ｂ】順にＣ：Ｈ：Ｏ、Ｃ：Ｎ：ＯのDalitzの三角形の図であり、一般
的な化合物との相違を示す。

【図１６】本発明で開示した発見時間定数Ｔ_ｄを使って、ＦＮＡ装置を評価お
よび目盛り付けを行うための方法のブロック図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷＦターム(参考） 2G001 AA04 CA04 CA05 CA07 CA10 DA01 DA06 DA08 EA04 EA06 FA06 GA04 GA08 JA16 KA01 KA05 LA20 NA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】禁制品に複数の亜原子粒子を照射することによって禁制品が存在す
るか否かを検出するシステムであって、該システムは、複数の第1の亜原子粒子を発生する亜原子粒子発生装置と、上記禁制品の照射によって発生する光子を検出し、複数の第1の電気信号を発生することが可能な少なくとも１つの光子検出装置と、上記禁制品の照射によって発生するα粒子を検出し、複数の第２の電気信号
を発生することが可能な少なくとも１つのα粒子検出装置と、該少なくとも１つの光子検出装置と該少なくとも１つのα粒子検出装置とに
作動連結している分析装置とからなり、該分析装置は、該複数の第1の電気信号をフィルターにかけて、興味のない光子エネルギーと関連する信号を除去し、それによってフィルターを通過した複数の電気信号を
出すプロセッサーと、該フィルターによって取出した複数の電気信号と該複数の第２の電気信号と
の間で生ずる複数の同時回路とからなる、禁制品が存在するか否かを検出するシ
ステム。
【請求項２】他の物質によって遮蔽された爆発物を検出するシステムであって、
該システムは、複数の第1の亜原子粒子を発生しかつ該爆発物と該他の物質とに第1の亜原子
粒子を照射する亜原子粒子発生装置を具えた、地上移動運搬装置と、上記爆発物の照射によって発生する光子を検出することが可能な少なくとも
１つの光子検出装置と、上記爆発物の照射によって発生する第２の亜原子粒子を検出することが可能
な少なくとも１つの亜原子粒子検出装置と、該少なくとも１つの光子検出装置と少なくとも１つの亜原子粒子検出装置とから
出力される信号に基づいて爆発物を検出することが可能な分析装置とからなる爆
発物検出システム。
【請求項３】前記爆発物は、埋設された地雷である、請求項２のシステム。
【請求項４】前記分析装置は、地上移動運搬装置から離間して搭載されている、
請求項２のシステム。
【請求項５】前記地上移動運搬装置は、遠隔制御される、請求項２のシステム。
【請求項６】化学物質が存在するかどうかを検出するシステムであって、該シス
テムは、複数の第1の亜原子粒子を発生しかつ該化学物質に第1の亜原子粒子を照射す
る粒子ソースと、上記化学物質の照射によって発生する光子を検出することが可能な少なくと
も１つの光子検出装置と、上記化学物質の照射によって発生する第２の亜原子粒子を検出することが可
能な少なくとも１つの亜原子粒子検出装置と、該少なくとも１つの光子検出装置と少なくとも１つの亜原子粒子検出装置とから
出力される信号に基づいて化学物質を検出することが可能な分析装置とからなる
化学物質検出システム。
【請求項７】前記第１の亜原子粒子が中性子である、請求項６のシステム。
【請求項８】前記中性子が１ＭｅＶ以上のエネルギーレベルを有する、請求項６
のシステム。
【請求項９】前記少なくとも１つの亜原子粒子がα粒子である、請求項７のシス
テム。
【請求項１０】前記粒子ソースが、少なくとも１つの亜原子粒子ソースと少なく
とも１つのターゲットからなり、該亜原子粒子は水素同位体であり、かつ該同位
体は少なくとも１つのターゲット上に衝突して中性子を発生する、請求項９のシ
ステム。
【請求項１１】前記光子検知装置は、γ線を検出することが可能なゲルマニウム
結晶検出装置である、請求項９のシステム。
【請求項１２】前記亜原子粒子検出装置はシンチレーション検出装置である、請
求項９のシステム。
【請求項１３】前記分析装置が、前記亜原子粒子と前記光子検出装置との間の同
時を検出する、請求項６のシステム。
【請求項１４】前記分析装置によって検出された同時性を電子的に処理して興味
のないスペクトル線を除去する、請求項１３のシステム。
【請求項１５】前記分析装置は前記化学物質中に存在する複数のある構成原子の
比率を分析して、該化学物質を検出する、請求項１３のシステム。
【請求項１６】前記構成原子が炭素、窒素及び酸素である、請求項１５のシステ
ム。
【請求項１７】前記化学物質が爆発物である、請求項１６のシステム。
【請求項１８】前記少なくとも１つの光子検出装置と前記少なくとも１つの第２
の亜原子粒子検出装置を用いて前記システムに関する化学物質の位置に関する情
報を提供する、請求項９のシステム。
【請求項１９】１以上の亜原子粒子からなる粒子線を用いて物体内に位置する化
合物が存在するかどうかを検出する方法であって、該方法は、該化合物及び該物体から核放射線を誘起する該粒子線を該物体に当て、該物体及び該化合物からでる核放射線を検出し、該検出した核放射線を処理して興味のない放射線を実質的に除去し、上記処理によって除去されなかった検出核放射線を分析することによって該
化合物を検出することからなる、検出方法。
【請求項２０】前記核放射線を検出する工程は光子を検出する工程及びα粒子を
検出する工程を含む、請求項１９の方法。
【請求項２１】前記検出した核放射線を処理する工程は光子エネルギーに基づい
て検出した放出光子をフィルターにかける工程を含む、請求項２０の方法。
【請求項２２】上記処理によって除去されなかった検出核放射線を分析すること
によって前記化合物を検出する工程は該化合物内の興味ある、ある種の原子の相
対的比率を分析する工程を含む、請求項２１の方法。
【請求項２３】ある種の原子の相対的比率を分析する工程は、Dalitz三角形を用
いて炭素、窒素及び酸素の相対的比率を決定する工程を含む、請求項２２の方法
。
【請求項２４】複数の第１の亜原子粒子からなる粒子線を用いて他の物体内に位
置する化合物が空間的に存在するかどうかを検出する方法であって、該方法は、該化合物及び該物体から複数の第２の亜原子粒子及び放出光子を誘起する該
粒子線を該物体に当て、該物体及び該化合物からでる核放射線を検出アレイを用いて検出し、該検出
アレイは複数の検出エレメントを有し、各検出エレメントは該物体に対して既知
の空間関係にありかつ第２の亜原子粒子を検出することが可能となっており、該物体及び該化合物からでる放出光子を検出し、該検出した放出光子を処理して興味のない放射線を実質的に除去し、上記処理によって除去されなかった検出放出光子を該検出第２の亜原子粒子
放射線と関係付けを行い、該検出エレメントの既知の空間的関係に基づいて化合物の空間的位置を決定
する、該化合物の空間的位置の検出方法。
【請求項２５】前記化合物の空間的位置を決定する工程は、複数の位置ラインの
最近接交点を計算する工程を含む、請求項２４の方法。
【請求項２６】対象物によって放出された亜原子粒子の検出が各々可能な複数の
検出エレメントと、該対象物によって放出された光子を検出することが可能な少なくとも１つの
光子検出装置と、所定のパラメータに基づいて該光子検出装置によって検出した光子をフィル
ターにかけることが可能な電子フィルターと、該複数の検出エレメント及び該少なくとも１つの光子検出装置との間に形成
された複数の並列同時チャネルとからなり、該同時チャネルは亜原子粒子の前記
検出と光子の該検出との間の同時性を決定することが可能となっている、同時決
定システム。
【請求項２７】前記亜原子がα粒子であり、前記所定のパラメータが光子エネル
ギーである、請求項２６のシステム。
【請求項２８】前記検出エレメントが前記少なくとも１つの光子検出装置に対し
て既知の空間関係にあり、それによって前記対象物の空間的位置決めをすること
が可能となる、請求項２６のシステム。
【請求項２９】複数事象内の同時性を検出する方法であって、該方法は、対象物から出る複数の第１の有体物の放出を誘起し、対象物から出る複数の第２の有体物の放出を誘起し、前記放射された複数の第
２の有体物は一時的に前記放射された複数の第１の有体物の少なくとも一部分と
オーバーラップし、前記対象物から放出された該複数の第１の有体物を検出し、前記対象物から放出された該複数の第２の有体物を検出し、該検知された複数の第２の有体物を処理して、興味のない第２の有体物を同定
しかつ実質的に除去し、該処理によって除去されなかった検出された第２の有体物と該第１の有体物と
を関係付ける、検出方法。
【請求項３０】前記関係付けをする工程が、所定の同時窓内で、前記複数の第１
の有体物を検出する工程と前記複数の第２の有体物を検出する工程との間の同時
性を検知することが可能な複数の並列同時回路を形成する工程を含む、請求項２
９の方法。
【請求項３１】前記第１及び第２の有体物の放出を誘起する工程は、それぞれア
ルファ粒子の放出を誘起する工程と光子を誘起する工程からなる、請求項２９の
方法。
【請求項３２】化合物から複数の光子の放出を誘起し、該化合物によって放出された該複数の光子を検出し、検出した複数の光子を処理して興味のない光子を同定して実質的に除去し、上記処理によって除去されなかった上記検出された複数の光子から該化合物内
の複数のある構成原子の相対割合を決定し、該複数の構成原子の相対的比率に基づいて該化合物を同定する、粒子を活性化
することによる化合物の同定方法。
【請求項３３】前記光子の放出を誘起する工程は、前記化合物に中性子を衝突さ
せることによる、請求項３２の方法。
【請求項３４】前記複数の光子を表す複数のアナログ信号を出力し、該アナログ信号をデジタル信号に変換し、該デジタル信号を電気的にフィルターにかけて所定の基準を満足しないデジタ
ル信号を除去する、請求項３２の方法。
【請求項３５】前記デジタル信号をフィルターにかけることを、光子のエネルギ
ーレベルに基づいて該デジタル信号をフィルターにかけることによって行う、請
求項３４の方法。
【請求項３６】ある種の構成原子の相対的比率を決定することを、興味ある第１のタイプの原子に関連する複数のエネルギーバンドを同定し、該エネルギーバンドの一つのエネルギーバンドと関連する振幅を該エネルギー
バンドの少なくとも１つの他のエネルギーバンドの振幅と関連付けて振幅の差を
求め、該振幅差に基づいて該特定タイプの原子に関連する多数の検出事象を決定し、興味ある１乃至それ以上の残りのタイプの原子について同定、関連付け及び決
定行為を繰り返すことによって行う、請求項３２の方法。
【請求項３７】化合物を同定を前記相対的比率に基づいて前記化合物の化学式の
実験式を数学的に出力することによって行う、請求項３２の方法。
【請求項３８】各辺が特定の構成原子を三角形であって、該三角形の各辺の法線
の長さが前記化合物の原子密度の２乗に比例している三角形を付与し、各々ヘッドを有しかつ該三角形のそれらに対応する辺に垂直である３つのベク
トルであって、該ベクトルの大きさが前記相対比率に関連する３つのベクトルを
発生し、各ベクトルのヘッドとその他のベクトルとの距離が最小になるように該ベトル
を翻訳し、該ベクトルのヘッドのすべてが包含される円を定義し、該三角形内の該円の位置に基づいて該化合物を同定することによって前記実験
式を数学的に出力する、請求項３７の方法。
【請求項３９】粒子活性化により化学的検出システムの性能を測定する方法であ
って、既知量の既知化学物質を付与し、該既知量の化学物質を該化学的検出システムに対する既知の位置の既知の環境
に置き、該検出システムを用いて、第１の検出時間を決定し、該量の化学物質の該既知環境あるいは該既知位置を変化させ、該検出システムを用いて、該量の化学物質の第２の検出時間を決定し、該第１及び第２の検出時間に基づいて性能ファクターを導き出す、粒子活性化
による化学的検出システムの性能の測定方法。
【請求項４０】前記第１及び第２の検出時間に対する信頼レベルを特定すること
を含む、請求項３９の方法。
【請求項４１】前記検出時間を所定の数値に対して標準化することを含む、請求
項３９の方法。
【請求項４２】前記信頼レベルを特定することが、前記検出システムに対して最
小の検出時間を特定する閾値信頼性レベルを確立することを含む、請求項４０の
方法。