JP2007108175A

JP2007108175A - ポータルアプリケーション用のガンマ線検出器モジュール

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Publication number: JP2007108175A
Application number: JP2006274966A
Authority: JP
Inventors: Lucas L Clarke; ルーカス・レマール・クラーク; James R Williams; ジェイムズ・アール・ウィリアムズ; Brian Marshall Palmer; ブライアン・マーシャル・パーマー; Keith D Jones; キース・ディー・ジョーンズ; Nathan H Johnson; ネイサン・ハーバート・ジョンソン; Thomas Robert Anderson; トーマス・ロバート・アンダーソン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2005-10-12
Filing date: 2006-10-06
Publication date: 2007-04-26
Also published as: CN1948956B; UA95058C2; CN1948956A; US20070080297A1; EP1777552A1; US7274023B2; RU2006136063A; RU2427856C2

Abstract

【課題】ポータルアプリケーション用のガンマ線検出器モジュールを提供すること。
【解決手段】ガンマ線モジュールは、箱型容器１２およびハウジング内のシリンダ２４のペアを気密封止するためのカバー１４を備えるハウジングを含む。それぞれのシリンダは、シンチレーション物質３０および共通円柱軸上の光電子増倍管３２を備える。気密封止されたモジュールは、ポータルアプリケーションにおいて単一で、または複数のモジュールで使用することができ、それにより、モジュール上のガンマ線透過カバーを通して発生源からのガンマ線を検出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポータルアプリケーション用のガンマ線検出モジュールに関するものであり、特に、人、車両、列車、貨物専用コンテナなどから放射されるガンマ線を監視するためのガンマ線検出モジュールに関するものである。

ポータルアプリケーションで使用される既存のガンマ線検出器は、典型的には、気密封止型ハウジングの内側のＰＶＴ（ポリビニルトルエンベース）プラスチック製シンチレータまたは大型長方形ＮａＩ（Ｔｉ）結晶のどちらかである。どちらの場合も、検出器は、光電子増倍管を使用し、ガンマ線の衝撃に応答してシンチレータにより放射される光子を検出する。ＰＶＴベースの検出器が使用されるのは、主に、コストが比較的低いという理由からである。ヨウ化ナトリウムベースの検出器は、主にある程度の分光学的同定を行えることから使用される。今のところ、開発中の新しい照射ポータルは、ある程度の分光学的同定能力を必要とする。これは、プラスチック製シンチレータはエネルギー分解能測定を行うことができないため、ＰＶＴベースの検出器を使用することが不可能であることを意味する。
米国特許第６，９３４，４５３Ｂ２号公報米国特許第６，６５７，１９９Ｂ２号公報米国特許第６，３６２，４７８Ｂ１号公報米国特許第５，９３２，８７８号公報米国特許第５，５４３，６２２号公報米国特許第５，５０４，３３４号公報米国特許第５，３７８，８９３号公報米国特許第５，２３７，１７９号公報米国特許第４，５８０，０５５号公報米国特許第４，５２５，６２８号公報米国特許第４，３６５，３３９号公報米国特許第４，２５８，４２８号公報米国特許第４，２４５，６４７号公報米国特許第４，２２９，６５４号公報米国特許第４，１７１，９５６号公報米国特許第４，１４２，１０２号公報米国特許第３，９４４，８３５号公報

したがって、ヨウ化ナトリウムベース検出器は、エネルギー分解能測定を行うので好ましい。そのコストは、ＰＶＴベースの検出器よりも高いが、ヨウ化ナトリウム検出器のコストはそれでも他の多くの種類の高エネルギー分解能検出器、例えば、高純度ゲルマニウム、テルル化カドミウム亜鉛、高圧ゼノンよりも低い。ヨウ化ナトリウムベースの検出器の欠点は、標準ＰＶＴベースのポータル検出器と同じ検出効率を得るために４〜５個の検出器を使用しなければならないという点である。さらに、これらのヨウ化ナトリウムベースの検出器で得られるエネルギー分解能は、典型的には６６２ＫｅＶで８％である（１３７−Ｃｓ同位体）。これは、放射線検出ポータルを用意し、特定のポータルアプリケーション向けに検出器を修正またはカスタマイズできるようにするときには、エネルギー分解能とコストとの間のトレードオフの関係が考慮されなければならないということを意味する。そのため、ガンマ線検出ポータルでの使用を目的として主に設計されているモジュール式の製造しやすい高エネルギー分解能ガンマ線検出器の必要性が高まってきた。

本発明の好ましい一実施形態では、ハウジングを気密封止するカバーを含むハウジングを有する細長いガンマ線検出器モジュール、およびそれぞれのシリンダが細長いシンチレーション物質および共通軸にそって配列された光電子増倍管を含む、ハウジング内のシリンダのペアを備えるポータルアプリケーション向けにガンマ線を検出するための装置が実現されるが、ただし、カバーは、少なくともシンチレーション物質の上に被さり、ガンマ線に対し実質的に透過的な物質で形成され、光電子増倍管により検出可能なシンチレーション物質とのガンマ線相互作用がガンマ線の強さに比例する電気信号を発生させることを可能にする面を持つ。

本発明の他の好ましい実施形態では、潜在的ガンマ線源に対向するピラー、それぞれの検出器がハウジングを気密封止するカバーを有するハウジングを含む複数のガンマ線検出器モジュール、それぞれのシリンダが細長いシンチレーション物質および共通軸にそって配列された光電子増倍管を含む、ハウジング内のシリンダのペアを備えるガンマ線検出器ポータルが実現されるが、ただし、カバーは、少なくともシンチレーション物質の上に被さり、ガンマ線に対し実質的に透過的な物質で形成され、光電子増倍管により検出可能なシンチレーション物質とのガンマ線相互作用がガンマ線の強さに比例する電気信号を発生させることを可能にする面を持ち、モジュールは面が放射線源からガンマ線を受ける位置に来るようにしてピラー内で互いの上に積み重ねられる。

そこで、図面、特に図１を参照すると、ポータルアプリケーションでガンマ線を検出する際に使用する全般に１０と示したガンマ線検出モジュールが例示されている。モジュール１０は、箱型容器１２およびハウジングに固定されハウジングを気密封止するカバー１４を備える。箱型容器１２は、対向側壁１６、端壁１８、および底壁２０を、容器１２内に開口部を定めるマージン２２と共に備える。

この好ましい実施形態では、シリンダのペア２４がハウジング内に配置されている。特に、容器１２は、好ましくは互いに隣り合う関係にあるシリンダ２４を受け入れる形状のパディング２６を備える。パディング２８は、シリンダ２４の上に被さり、一部は、シリンダ２４に適合する類似の形状である。したがって、シリンダ２４は、それぞれ下側パディング２６と上側パディング２８との間に置かれ、次いで、カバー１４が容器１２に固定されている場合パディングはすべて容器１２とカバー１４との間に置かれる。

図２を参照すると、それぞれのシリンダ２４は、ミラーコーティング、例えばテープでくるまれた細長い円柱形状のシンチレーション物質３０、および共通軸にそって配列された光電子増倍管（ＰＭＴ）３２を備える、つまり、ＰＭＴ３２およびシンチレーション物質３０は、シリンダの連続部分を形成する。それぞれのシリンダは、さらに、円柱形状シンチレーション物質３０をＰＭＴ３２に対しバイアスするためにシリンダの一端にスプリング３６も備える。さらに、それぞれのＰＭＴは、電気コンセント接続３８を備える。図３に例示されているように、シリンダ２４の電気コンセント接続３８は、容器１２内の、またはハウジングの外部のいずれかの場所の他のシリンダ用の電気的接続と接続され、シンチレーション物質３０により検出されるガンマ線の強さを示す電気出力信号を供給する。電気的接続３８は、必要に応じて、または望ましい場合に、ハウジング内、またはハウジング外で組み合わせることができる。

理解されるとおり、シンチレーション物質は、受け取ったガンマ線と相互作用し、光子を発生する。光子は、光電子増倍管により検出される。光子の個数は、ガンマ線の強度の関数であり、ＰＭＴ管は、衝突光子をシンチレーション物質に衝突したガンマ線に比例する電気信号に変換する。シンチレーション物質は、好ましくは、ヨウ化ナトリウム結晶を含み、またタリウムドープヨウ化セシウムまたは酸化ビスマスゲルマニウムなどの、エネルギー分解能力を備える他の物質を含むことができる。

容器１２は、好ましくは、ハウジングに剛性を与える鋼鉄などの堅牢な材料で形成される。容器１２は、さらに、バックグラウンド放射線が容器を通過するのを低減する鉛などの物質で裏打ちすることもできる。容器１２のマージン２２は、複数の間隔をあけて並んでいるタップ付き開口部をシール４０、例えば、Ｏリングシールと共に受け入れることができる。カバー１４は、同様に、間隔をあけて並べられた開口部４３を有するマージン４２を持ち、それにより、カバー１４は、シリンダ２４を中心とするハウジングを気密封止する容器１２にネジ４４で固定することができる。好ましいシンチレーション物質を形成するヨウ化ナトリウムは吸湿性であり、水と接触すると分解するため、水蒸気または湿気がハウジング内に入り込むのを防ぐために気密封止が必要であることは理解されるであろう。例示されているように、カバー１４のマージン４２は、容器１２との構造的接続として利用される。カバー１４の内側部分は、ガンマ線に対し実質的透過的な面４５を形成し、それにより、ガンマ線を面４４に通過させ、シリンダ２４のシンチレーション物質と相互作用させることができる。カバー１４は、アルミニウムで形成されるのが好ましい。ガンマ線に対する透過性を得るために、面４５は、カバー１４のマージン４２の厚さよりも相当薄い厚さに形成される。例えば、面４５の厚さは、．００４０インチのオーダーであり、アルミニウム材料で形成されるのが好ましい。

ハウジングの寸法構成の実施例として、それぞれのシリンダ２４の全長は、直径が２インチであるか、または２インチをわずかに超える、１６インチのオーダーとすることができる。光電子増倍管は、長さ４インチで、直径はシンチレーション物質の直径と類似の直径とすることができる。その結果、モジュールの直線的構成は、それぞれ約２２インチ、６インチ、および４インチのオーダーの長さ、幅、および奥行きを持つことができる。ハウジング内のシリンダ２４のこのような配列では、２つのシリンダは、ガンマ線を受け入れるための共通窓と共に、箱型容器内に並べて配置されることは理解されるであろう。検出モジュールの直線的構成により、多数のさまざまなポータルアプリケーション用のモジュールを使用できる。例えば、図４を参照すると、レール６２上の列車６０の概略が示されており、この線源、つまり列車の貨車の積荷から放射されるガンマ線を検出することが望ましい。本発明のモジュールは直線的構成なので、モジュールは、貨車がピラー６４の間を通過するときに貨車の片側または両側のピラー６４内で互いの上に積み重ねられるようにできる。例えば、５つのモジュール１０は、モジュールのシリンダ２４が垂直の向きである状態で、ピラー６４により支えられている他方の上に一方を積む形で積み重ねることができる。したがって、貨車がピラー６４を通過すると、１つまたは複数の貨車から放射されたガンマ線はモジュール１０の１つまたは複数の面４５を通過し、それにより、モジュールは、放射されたガンマ線を検出することができる。

図５を参照すると、モジュール１０の代替え構成が例示されている。この形態では、シリンダ２４は、シリンダの対向端、つまり、シリンダの中央領域内のシンチレーション物質３０の対向する軸方向側に光電子増倍管７０を備える。円柱状波形スプリング７２が、容器とＰＭＴとの間の対向端に備えられ、これにより、後者をシンチレーション物質の方へバイアスする。このホドスコープタイプの配列では、シリンダの対向端にある光電子増倍管からの信号の出力を比較することができる。そのため、シリンダの一端で受けたが、他端では受けていない信号などのスプリアス信号は、無視することができ、ガンマ線の強度をより正確に示すことができる。

前記の説明から、ガンマ線検出モジュールは容易に製造可能であり、より単純な材料加工だけでなく、改善された光収集を行える幾何学的形状で配列された高エネルギー分解能検出器を実現できることは理解されるであろう。光収集が改善されれば、検出器によるエネルギー分解能も向上する。例えば、６６２ＫｅＶ（Ｃｓ−１３７同位体）での６．５％から７．５％の半値全幅のエネルギー分解能を達成できる。また、モジュールの概念により、異なる種類のポータルにおいて同じモジュールを応用できるだけでなく、モジュールのユーザが望むとおりに変更可能な電子処理が可能になる。また、シンチレーション物質はヨウ化ナトリウムだけに制限されず、他のシンチレーション物質も上記のように組み込むことができることも理解されるであろう。

本発明は、最も実用的で、好ましい実施形態であると現在考えられているものに関して説明されているが、本発明は、開示されている実施形態に限定されず、却って、付属の請求項の精神および範囲内に含まれるさまざまな修正形態および同等の配列を対象とすることが意図されていることを理解されたい。

本発明の一態様によるガンマ線検出器モジュールの分解斜視図である。モジュール内のコンポーネント部品の配置を例示するためにカバーおよびある種のパディングを取り除いた状態の平面図である。わかりやすくするため部品を切断した状態の図１の組立て済みモジュールの斜視図である。列車の車両から放射されるガンマ線を検出するため列車の向かい合う側面にガンマ線モジュールを装着したピラーの概略図である。シンチレーション結晶の対向端にＰＭＴを配置したシンチレーション検出器を例示する図２に類似の図である。

符号の説明

１０モジュール
１２容器
１４カバー
２０底壁
２６、２８パディング
２４シリンダ
３２光電子増倍管（ＰＭＴ）
３０シンチレーション物質
３６スプリング
３８接続
２２、４２マージン
４０シール
４３開口部
４４ネジ
４５面
６２レール
６０列車
６４ピラー
７０光電子増倍管
７２スプリング

Claims

ポータルアプリケーション用のガンマ線を検出する装置であって、
カバー（１４）を備え該カバーにより気密封止されるハウジング（１２）を有する細長いガンマ線検出器モジュール（１０）と、
それぞれのシリンダが細長いシンチレーション物質（３０）および共通軸にそって配列された光電子増倍管（３２）を含む、ハウジング内のシリンダ（２４）のペアを備え、
前記カバー（１４）は、少なくとも前記シンチレーション物質の上に被さり、ガンマ線に対し実質的に透過的な物質で形成され、前記光電子増倍管により検出可能な前記シンチレーション物質とのガンマ線相互作用が前記ガンマ線の強さに比例する電気信号を発生させることを可能にする面（４５）を持つガンマ線を検出する装置。
前記モジュールは、側壁、端壁、上壁、および底壁（１６、１８、１４、および２０）を持ち、ほぼ直線的である請求項１記載の装置。
前記カバーは、前記カバー（１４）を前記ハウジングの一部を形成する箱型容器（１２）のマージンに固定するためのマージン（２２）を備え、前記面（４５）は前記カバーマージン内に置かれ、前記カバーマージンの奥行きよりも小さい奥行きを持つ物質で形成される請求項１記載の装置。
前記ハウジングは、前記シリンダを保護するため前記ハウジング内の前記シリンダ２４を囲むパディング（２６、２８）を含む請求項１記載の装置。
それぞれの前記光電子増倍管（３２）は、前記ハウジング内で組み合わされる、電気出力信号、および前記ハウジングを通過し、前記ハウジングの外に前記組み合わされた信号を送信する単一の電気出力接続（３８）を備える請求項１記載の装置。
それぞれの前記光電子増倍管（３２）は、電気出力信号、および前記ハウジングを通過し、前記ハウジングの外に前記個別の出力信号を送信する電気出力接続（３８）を備える請求項１記載の装置。
前記モジュール（１０）は、ほぼ直線的であり、側壁、端壁、上壁、および底壁（１６、１８、１４、および２０）を持つ容器を含み、前記容器は、バックグラウンド放射線が前記容器を通過するのを低減する物質を運ぶ請求項１記載の装置。
それぞれのシリンダ（２４）は、前記シンチレーション物質（３０）の軸方向に対向する側面上の対向端のそれぞれにおいて光電子増倍管（３２）を備える請求項１記載の装置。
前記光電子増倍管（７０）を前記シンチレーション物質に向かう方向に付勢するため前記シリンダ（２４）の対向端にスプリング（７２）を備える請求項８記載の装置。