JP2008002940A - 遠隔x線透視装置および方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】広がり角が十分小さい高指向性のパルスX線3を周期的に発生するX線源12(逆コンプトン散乱X線源)と、パルスX線3を被検査物1に向けて走査するX線走査装置14と、被検査物内で発生する散乱X線3を検出する散乱X線検出器16と、被検査物内で発生する散乱X線のみを検出するように、散乱X線の検出をパルスX線の発生と同期させて制限する検出制御装置18とを備える。
【選択図】図2
Description
このX線の後方散乱の性質を利用すると透過X線による方法ではとらえることができなかった軽元素の画像を得ることができる。この後方散乱X線を利用した装置として、例えば、特許文献1〜5が開示されている。
この装置では、プローブの位置感知装置の信号と散乱X線の検出信号を関連付けることにより2次元透視像を再構成し、密輸品等の検知を目的に、放射線(X線等)の後方散乱放射線の検出により物体の透視像を得ている。
この装置では、N×Nのマトリックス状に配置された検出部に到達する極めて微弱な後方散乱X線による撮像を可能とするため、検出器からのデータ読み出しを工夫している。
検出器からのデータ読み出しを個別に順次行う場合、1つの検出器データの読み出しに使用できる時間は許容される撮像時間の1/N2と極めて短時間となり、この読み出し時間間隔に当該検出器に到達するX線強度が極めて微弱となり撮像が困難となる。そこで、複数の検出器を直交変調パターンで動作させることにより、各検出器での有効測定時間を増加させ、微弱後方散乱X線での撮像を可能とし、像の再構成では、読み出した信号群に対して、信号読み出しの際に直交変調の逆変換を行い、各検出部での散乱X線強度に変換している。
入射X線の通過領域から円形スリットを通して検出器を望める領域が限定されるため、環状配置検出器の深さ方向の検出情報から、散乱X線の発生位置が特定できる。 これにより、対象物の深さ方向の断面情報が得られる。
これにより、表面に凹凸のある地盤でも精度の良い地盤測定評価を可能とする。また、装置本体自体を走行装置で走行自在としている。
この装置は、一般に線形加速器で用いられるSバンド(2.856GHz)の4倍の周波数にあたるXバンド(11.424GHz)を電子ビーム加速用のRFとして用いて小型化を図っており、例えばX線強度(光子数):約1×109photons/s、パルス幅:約10psの強力な硬X線の発生が予測されている。
しかし、従来のX線検査装置は、被検査物を透過したX線強度を検出するために、被検査物の背後にX線検出器を配置する必要がある。そのため、爆発物等の危険物を含む可能性のある不審物(被検査物)の検査であっても、不審物に接近することなく内部を透視検査することはできなかった。
しかし、これらの従来装置は、X線源としてX線管(電子ビームを金属ターゲットに照射し、制動X線を発生させるもの)を用いるため、発生するX線の指向性が乏しく、離れた位置から被検査物に検査に十分な強度のX線ビームを照射することができなかった。
そのため、特許文献1〜5の装置では、被検査物から離れた位置で後方散乱X線を検出することも、ほとんど不可能に近かった。
前記パルスX線を被検査物に向けて走査するX線走査装置と、
前記被検査物内で発生する散乱X線を検出する散乱X線検出器と、
前記被検査物内で発生する散乱X線のみを検出するように、前記散乱X線の検出をパルスX線の発生と同期させて制限する検出制御装置と、を備えたことを特徴とする遠隔X線透視装置が提供される。
広がり角が十分小さい高指向性のパルスX線を周期的に発生させ、
前記パルスX線を被検査物に向けて走査し、
前記パルスX線の発生と同期させて散乱X線の検出を制限し、被検査物内で発生する散乱X線のみを検出する、ことを特徴とする遠隔X線透視方法が提供される。
E=12.4/λ・・・(1)
従って、波長λ[Å]と光量子エネルギーE[keV]は1対1で対応している。
I=∫I0・exp(−2μ・z)・N・Z・σc・dz、ここで積分領域:z→z+δz ・・・(2)
ここで、I0は物質に入射する前のX線強度、Nは散乱物質の原子密度、Zは散乱物質の原子番号、σcは散乱立体角αへのコンプトン散乱断面積であり、μは物質中でのX線減衰係数である。NとZは物質によって決まる定数であり、σcは散乱立体角αとX線波長λによって決まる定数であり、μはX線波長λをパラメータとしてNとZの関数として与えられる。
この場合、入射X線強度I0とコンプトン散乱断面積σcが既知であれば、式(2)からN・Zが決まり、散乱物質のN・Z(原子密度と原子番号の積)を特定することができる。
この場合、入射X線強度I10,I20とコンプトン散乱断面積σcが既知であれば、式(2)から、式(3a)(3b)が得られる。
I1=∫I10・exp(−2μ1・z)・N・Z・σc1・dz・・・(3a)
I2=∫I20・exp(−2μ1・z)・N・Z・σc2・dz・・・(3b)
式(3a)(3b)における未知数は物質のNとZのみであり、この2式を解くことにより物質のNとZを求めることができ、散乱物質を特定することができる。
この図において、本発明の遠隔X線透視装置10は、X線源12、X線走査装置14、散乱X線検出器16、および検出制御装置18を備える。
これらのX線源12、X線走査装置14、散乱X線検出器16、および検出制御装置18は、この例では同一の車両20上に搭載されている。車両20は、例えば、トレーラ、トラック、等である。
この構成により、車両20の移動により、本発明の遠隔X線透視装置10をどこにでも容易に搬送することができ、爆発物等の危険物を含む可能性のある不審物(被検査物1)の検査の際に、被検査物1から十分離れた位置に、遠隔X線透視装置10を位置決めすることができる。
図2及び図3において、X線源12は、広がり角が十分小さい高指向性のパルスX線2を周期的に発生する。
パルスX線2の広がり角が1mrad以下、例えば0.5mradであれば、X線源から10m離れた位置でもビーム径を10mm以下にできる。
積分像透視を目的とする場合は、散乱X線検出器16は、円形又は矩形のシンチレータと、シンチレータのX線による発光を検出するフォトダイオードと、フォトダイオードの電流出力を電圧信号に変換しかつ増幅する電流電圧変換アンプと、変換した電圧信号をそれぞれデジタル信号に変換するA/D変換器とを有する。
なお散乱X線検出器16はこの構成に限定されず、気体の電離作用を利用した比例計数管、固体の蛍光作用を利用したシンチレーション計数管、固体半導体のイオン化作用を利用した半導体検出器、等であってもよい。
この場合、逆コンプトン散乱X線源のパルス周期は10pps以上、パルス幅は1μs以下であるので、1ps以下の時間単位で散乱X線を連続して検出することにより、被検査物1の全面を走査すると同時にその厚さ方向の断層像情報を得ることができる。
これに対し、1μsのパルスX線2であれば、散乱X線3の検出をパルスX線2の発生と同期させて1μsに制限すれば、ノイズは最大でも13カウント/sとなる。
従って、散乱X線3の検出をパルスX線2の発生と同期させて制限することにより、大地および宇宙からの自然放射線の影響を大幅に低減することができる。
この図において、散乱X線検出器16が、パルスX線2の出射口2aを囲む円形のシンチレータを有し、その直径をaとする。また、被検査物1の大きさ(最大径)をb、その厚さ(奥行き)をh、出射口2aから被検査物1までの距離をLとする。
この場合、被検査物1の大きさb、厚さ(奥行き)h、距離Lは、パルスX線2の走査と散乱X線3の検出から、遅延時間等に基づき、検出制御装置18により求めることができる。
また、散乱立体角αは、散乱X線検出器16の直径aおよび距離Lから求まるため、コンプトン散乱断面積σcも求まる。
従って、2種のX線を用いる場合、式(3a)(3b)の2式を解くことにより物質のNとZを求めることができ、散乱物質を特定することができる。
X線が表面から距離zまで透過するまでの減衰率をη1、散乱X線が表面から距離zの位置から表面まで透過する減衰率をη2とすると、X線がある物質中を表面からの距離zまで透過し、dzの範囲で散乱され、散乱光が表面まで透過する際の、散乱X線強度Iは、式(4)で表される。
I=∫I10・η1(z)・η1(z)・N・Z・σc1・dz・・・(4)
従って、2種のX線を用いた場合、局所的に物質のNとZを求めることができ、被検査物の奥行き方向の物質分布を特定することができる。
また、後方散乱X線3の検出は、X線源12のX線発生と同期をとり、照射X線発生時間の間のみ計測を行うものである。
逆コンプトン散乱X線源は、従来の電子ビーム制動型のX線源に比べ、指向性が高く、光源から数m離隔した対象物表面で、106光子/cm2/shot以上の強度のX線ペンシルビームを形成可能である。
また、X線発生のパルス幅が1μs程度以下の短パルスX線源であり、後方散乱X線の測定をこのX線発生パルスと同期して行うことにより、時間的に連続線源である自然放射線の検出量は大幅に低下し、大面積の検出器を用いることで、極めて微弱な後方散乱X線に対しても、十分なシグナル・ノイズ比での検出が可能となる。
しかし逆コンプトン散乱X線源のような、高指向性のX線源はその発散角が小さいため、全反射ミラー型レンズの適用が可能であり、これにより、照射X線強度の増加が可能となり、透視検査時間の短縮、離隔距離の増大が可能となる。
また本発明により、運搬が不可能な大型構造物や、検査装置の近接設置が困難な構造物(例えば、高層建築物の外壁、大型船舶の外壁)に対する内部亀裂、欠陥等の透視検査が可能になる。
さらに本発明により、海上コンテナなどの大型貨物に対して、荷揚げ前の船上での遠隔検査が可能となる。
3 散乱X線、4 同期信号、5 計測データ、
10 遠隔X線透視装置、12 X線源(逆コンプトン散乱X線源)、
14 X線走査装置、16 散乱X線検出器、
18 検出制御装置、18a ゲート付きカウンター、
18b 制御部、20 車両
Claims (8)
- 広がり角が十分小さい高指向性のパルスX線を周期的に発生するX線源と、
前記パルスX線を被検査物に向けて走査するX線走査装置と、
前記被検査物内で発生する散乱X線を検出する散乱X線検出器と、
前記被検査物内で発生する散乱X線のみを検出するように、前記散乱X線の検出をパルスX線の発生と同期させて制限する検出制御装置と、を備えたことを特徴とする遠隔X線透視装置。 - 前記X線源は、パルスX線の広がり角が1mrad以下、パルス幅が1μs以下、X線強度が106光子/cm2/shot以上の逆コンプトン散乱X線源である、ことを特徴とする請求項1に記載の遠隔X線透視装置。
- 前記X線源は、異なる2波長のパルスX線を交互に周期的に発生する2波長X線源である、ことを特徴とする請求項1に記載の遠隔X線透視装置。
- 前記散乱X線検出器は、積分像透視を目的とする場合は、時間分解能10ns程度以下で光子検出できる検出器であり、断層透視を目的とする場合は、1ps以下の時間単位で散乱X線を連続して検出可能な高時間分解能検出器である、ことを特徴とする請求項1に記載の遠隔X線透視装置。
- 断層透視を目的とする場合に、前記散乱X線検出器は、X線ストリークカメラである、ことを特徴とする請求項4に記載の遠隔X線透視装置。
- 前記散乱X線検出器の前面に、被検査物に対向しない方向からの自然放射線を遮断するシールドを備える、ことを特徴とする請求項1に記載の遠隔X線透視装置。
- 前記X線源、X線走査装置、散乱X線検出器、および検出制御装置を同一の車両上に搭載する、ことを特徴とする請求項1に記載の遠隔X線透視装置。
- 被検査物から離れた位置において、
広がり角が十分小さい高指向性のパルスX線を周期的に発生させ、
前記パルスX線を被検査物に向けて走査し、
前記パルスX線の発生と同期させて散乱X線の検出を制限し、被検査物内で発生する散乱X線のみを検出する、ことを特徴とする遠隔X線透視方法。
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