JP2015501435A - スキャン方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、パイプライン又はプロセス容器をスキャンするのに適したスキャン方法及び装置を開示しており、上記パイプライン又はプロセス容器内では、源からのガンマ線放射のビームが、検知器のアレイによって検知される上記容器を通して放出され、上記検知器はそれぞれ、放出された上記放射ビームの幅に対して狭い角度にわたる放射を検知するようにコリメートされる。【選択図】図１２

Description

本発明は、放射源が放出した放射を放射検知器によって検知することによって、ある構造をスキャンして密度変化を検知する方法に関する。

Ｘ線断層撮影法及び陽電子放出断層撮影法によって物体及び動物を撮像する方法は、特に診断目的の医療撮像の分野において公知である。特許文献１は、検知器モジュールのアレイを備える検知器を有する、コンピュータ化された断層撮影法に使用するためのＸ線スキャナについて説明しており、この検知器モジュールは、複数のフォトダイオード、複数のシンチレータ用結晶、及びシンチレータ用結晶にコリメート放射を向けるための放射ビームコリメータを備える。Ｘ線源からの扇型のＸ線ビームは、検知器が検知する対象である患者を通過するよう配向される。源及び検知器は、患者の回りを回転してデータを提供し、このデータから断層撮影画像を構成できる。陽電子放出断層撮影法（ＰＥＴ）では、放射性核種の崩壊によって放出される陽電子は、適切な電子と接触してこれを消滅し、これによって反対方向の２つの５１１ｋｅＶのガンマ光子が放出される。ガンマ光子の方向を検知することによって、上記消滅イベントの位置を推定でき、従って患者内の放射性核種の位置を推定できる。従ってＰＥＴスキャナには、患者の身体の周りに位置するガンマ光子を検知できる検知器のアレイが組み込まれている。体内の放射性核種の相対濃度の画像は、各検知器が検知した光子の数から構成できる。

これらのスキャン方法の開発は熱心に行われ、医療用スキャンにおいて一般的なものとなったが、パイプライン等の密な構造をスキャンするのは困難である。というのは、パイプライン材料のこのような密度のせいで、放射性核種スキャンは、ビームが構造を通過した後に少なくともある程度の放射を検知できるよう、構造を貫通及び通過するのに十分なエネルギを有するガンマ線放射を用いて行わなければならないものとなるからである。蒸留塔等の構造のガンマ線スキャンは、構造の様々な部分における密度の変化を測定して、例えばカラムトレイ又はカラム内のその他の内部構造の位置及び保全性を決定するための、標準的な工業的診断方法である。通常、このタイプのスキャンは、カラムに隣接して位置する単一のガンマ線源を用いて実施され、このガンマ線源は、カラム及びカラムの対向する部分上に配置される放射検知器を通して、放射のビームを放出し、源と検知器との間のカラムを横断した放射を横切って測定する。源及び検知器は通常、カラムの様々な部分をスキャンできるよう、移動する。多くの異なる位置及び２つ以上の源又は検知器を使用することによって、スキャンされる構造の密度マップ又は断層写真を生成するための十分なデータを提供できるが、その解像度は一般に極めて粗い。より高解像度の密度マップを生成するために、従来のカラムスキャン方法を用いて現在達成されているよりも更に多数の、構造を通る放射経路からの情報を使用しなければならない。

壁損失、クラック又は腐食孔等の欠陥を発見するためのパイプラインの観察は、放射スキャンを使用することが望ましい応用例である。油及びガス製造業における公知の問題は、水面下、特に海底に位置するパイプラインの観察である。ピグの使用によるパイプライン内部の観察は、例えばパイプラインの直径が変化する場合には、常に可能であるわけではない。パイプ外部からの観察は超音波を使用する方法で実行できるが、この方法は絶縁体又はコーティングを有するパイプラインには適していない。ガンマ線スキャンは、パイプの断面を通して密度に関する有用な情報を生成できる。パイプの壁の厚さに関する情報を、パイプの壁に存在し得る小さな欠陥を識別できる十分に高い解像度で生成するために、パイプを通る多数の放射経路をスキャンする必要がある。更に、扇型の放射ビームを用いてパイプをスキャンする場合、放射経路の多くがパイプ断面の弦を通過し、従ってパイプライン壁の材料の比較的大部分を通過し、これには比較的高いエネルギのガンマ線源を必要とする。構造を通過したガンマ線放射を検知するために、ガンマ光子が検知器を通過して未検知となってしまわないようにガンマ光子を停止させる十分なサイズ及び密度を有する検知器を使用する必要がある。高い解像度を維持するために、検知器のコリメーションは、特定の検知器への直接経路以外の経路から散乱したガンマ光子の検知を有意に低減できるよう、十分なものでなければならない。検知器は、良好な空間解像度を提供できるよう、十分に小型である必要がある。適切な測定時間を達成するには、多数の検知器が必要である。多数の検知器に対して強いコリメーションを行うと、極めて重いスキャン装置が必要となり、パイプの周りで制御された高精度の方法で装置を回転させるのは極めて困難となる。パイプラインが水平である場合、スキャン装置を移動させるための十分な空間を実現するために、パイプに溝を掘る必要が生じ、従って特にパイプラインを海中に配置する場合、大型の装置の使用には多大なコストがかかる。これら全てを考慮すると、パイプライン又は他の大型構造のスキャンに、高いエネルギのガンマ線放射を用いた高解像度Ｘ線断層撮影法を応用するには、特定の問題がある。

米国特許第４３３８５２１号

本発明の目的は、このような方法を提供することであるが、本発明の方法は、パイプライン以外のスキャン構造にも有用であり得、また乾燥した環境への配置及び海中環境への配置の両方を含む配置における使用にも有用であり得る。

本発明は、ある構造をスキャンしてその構造の物理的特性を検知する方法に関する。特に本発明は、パイプライン等の伸長構造をスキャンして、腐食若しくは侵食によって引き起こされる壁の厚さの変化の指標となり得るその材料密度の変化を検知するか、又は堆積物の形成若しくはパイプライン内を流れる流体の性質等の、パイプラインの内容物に関する情報を推測するための方法に関する。典型的には、本方法及び装置は、放射源が放出した放射を放射検知器によって検知することによる、ある構造の密度の検知に関する。

本発明によると、ある構造をスキャンして、その構造の様々な部分間の密度の変化を検知する方法が提供され、この方法は以下のステップ：
ａ）少なくとも１つのガンマ線放射源と、上記ガンマ線放射を検知できる複数の検知器ユニットとを設けるステップであって、
各上記検知器ユニットは：
ｉ．シンチレーション材料を含み、厚さｔ及び高さｈによって画定される検知表面を有し、前記検知表面においてｔ≦ｈであり、前記検知表面に対して垂直な深さｄを有し、前記ｄは少なくとも２ｔである、シンチレータを備える、放射検知器；
ｉｉ．ガンマ線放射に反応してシンチレータが放出する光を検知するための光検知器；並びに
ｉｉｉ．シンチレータと放射源との間に位置するコリメータ
を備える、ステップ；
ｂ）上記源に、所定の放射経路に沿って上記検知器に向かってガンマ線放射を放出させるステップであって、上記経路は上記構造の少なくとも一部を通過する、ステップ；
ｃ）各上記検知器が検知したガンマ線放射の光子の数を測定するステップ；並びに
ｄ）各経路に関連する検知器が検知した光子の測定から、各経路に関して密度値を算出するステップ
を含む。

本発明によると、ある構造をスキャンして、その構造の様々な部分間の密度の変化を検知するための装置が提供され、この装置は：
少なくとも１つの源ユニットであって、ガンマ線放射源及び源ユニットからのガンマ線放射の放出を制限するよう配設される遮蔽材料を備える、源ユニット；
上記ガンマ線放射を検知できる複数の検知器ユニットであって、各上記検知器ユニットは：
ｉ．シンチレーション材料を含み、厚さｔ及び高さｈによって画定される検知表面を有し、検知表面に対して垂直な深さｄを有する、シンチレータを備え、ここで検知表面においてｔ≦ｈであり、ｄは少なくとも２ｔである、放射検知器；
ｉｉ．ガンマ線放射に反応してシンチレータが放出する光を検知するための光検知器；並びに
ｉｉｉ．シンチレータと放射源との間に位置するコリメータ
を備える、検知器ユニット；並びに
各経路に関連する検知器が検知した光子の測定から、各経路に関して密度値を算出するためのデータ処理手段を備える。

本発明の装置は、本発明のスキャン方法において使用するのに適しており、この方法では、標的となる構造をスキャンし、放射源が放出した放射が構造を通過して、構造を通過した後の放射を検知することによって、構造の形状又は構成の変化を検知する。本方法は、物体によって減衰又は散乱した放射の量が、放射が通過した材料の量に関係するという公知の原理に基づいて動作する。標的構造を通る選択した各経路を通して検知された放射の量を測定することにより、ある放射経路に沿った構造の密度と、異なる放射経路に沿った構造の密度とを算出及び／又は比較できる。「密度値」とは、源から特定の検知器への特定の経路上にある構造の、実際の密度又は相対的な密度を表す値である。この密度値は、ガンマ光子のカウント数、又はガンマ光子の正規化された、平滑化された又は相対的なカウント数の形式を取り得る。代替として、密度値は、ガンマ光子のカウント数から算出された値であってよい。密度値は図表で表すことができ、画像又はその一部として含まれる。本発明の放射検知器の１つ又は複数のシンチレータの相対的な寸法により、複数のシンチレータを近接して配置でき、これによって検知した放射の高いレベルの空間解像度を達成して、構造の小さな部分の特性を高い精度で検知できる。本方法は、特にパイプ等の規則的な構造をスキャンするために有用であるが、本方法及び本装置を用いて他のタイプの構造をスキャンできる。本発明の特定の実施形態では、本スキャン方法は、パイプラインの壁の密度の変化を検知する方法である。本方法を使用することにより、空隙、クラック、剥離、ガス水和物又は薄化等の欠陥を検知できる。密度の変化は、パイプ壁の隣接する部分に対して、又はモデルパイプライン若しくは算出値から生成された基準値に対して検知できる。

本発明の方法では、検知器ユニットのアレイを、少なくとも１つのガンマ線放射源に対向して設置し、検知表面の方向に放射を放出する。スキャンされる標的構造は、源と検知器ユニットとの間に介在させることができ、これにより、源が放出する放射は、複数の経路に沿って構造の一部分を通過して検知表面に衝突できる。構造の様々な部分をスキャンするために、源及び検知器ユニットを標的構造に対して移動させることができる（又は反対に、標的構造を源及び検知器ユニットに対して移動させることができる）。検知器のアレイを使用することによる根本的な利点は、構造を通る異なる経路を同時にスキャンできることである。各経路は、頂点に源、底面に検知器の検知表面を有する円錐台形状を有する。アレイ内の各検知器は、構造を通過する異なる経路を画定し、従って同時にスキャンできる経路の数は、アレイ内の検知器の数に等しい。検知器アレイ内の検知器の数は、本スキャン方法を使用することになる応用例に応じて、１０未満から１００超まで、例えば最大１５０までで変化させることができる。実際には、多数の検知器を遮蔽及びコリメートするために必要な遮蔽材料の量により、使用できる数の実用上の上限が設けられる場合がある。

源ユニット及び検知器ユニットは、互いに対して固定された関係で支持体上に設置してよく、又は検知器ユニットは源ユニットに対して移動可能としてよい。源ユニット及び検知器ユニットを、装置の動作中にこれらが固定される関係で設置することが極めて好ましい。これによって本発明の装置は、源及び検知器ユニットを正確にかつ固定して位置合わせでき、検知器が測定するカウントの変調は、源と検知器との間の、放射経路が通過する材料のみに帰するものとなり得る。このようにして、このような材料の密度の極めて小さな差異を決定でき、パイプライン壁の小さな欠陥又は厚さの変化を検知できる。源及び検知器ユニットは好ましくは、各検知器の１つ又は複数の検知表面が、源をその起点とする弧の接線を形成するように設置される。複数の検出器ユニットは、互いに近接して配設される。検知器ユニットのアレイは、スキャンされる物体又は構造の中心上を中心とする半径を有する弧の形状に配設されるのが好ましい。検知器ユニットの設計は好ましくは、検知器のアレイを可能な限りコンパクトにするために、各検知器ユニットを通る各検知経路上の総距離を最小化し、その一方で各経路上のガンマ光子の効率的な検知のために、コリメーション及び検知器の十分な深さを維持する。

本発明の好ましい形態では、源ユニット及び検知器ユニットを、スキャンされる構造又はその一部分を源ユニットと検知器ユニットとの間に配置するための手段を提供する支持体上に設置する。支持体は、源ユニット及び検知器ユニットを、離間して固定された関係に維持する。従って支持体は、少なくとも１つの源ユニットを設置するための手段、及び支持体上に複数の検知器ユニットを設置するための手段を含む。支持体は、上記検知器ユニット及び支持体ユニットを設置又は連接してよい第１及び第２の対向する端部を有する、伸長部分即ち「アーム」を備えてよい。検知器ユニットを設置するための手段は、支持体に連接される検知器ハウジングを備える。支持体、源ユニット及び／又は検知器ハウジングは、一体構成部品として形成してよく、又は１つに連接される別個の複数の構成部品から形成してよい。支持体は、変形させることなく検知器及び源ユニットを支持及び移動させることに耐えられるよう十分に強固でなければならず、また、源ユニットと、内部に格納された任意の検知器ユニットを含む検知器ハウジングとの間の正確に固定された関係を維持できるよう十分な剛性を有していなければならない。支持体に適した１つの材料はアルミニウム合金を含み、これを公知の方法で機械加工して、支持体にとって望ましい形状を成形できる。

検知器ハウジングは、１つ又は複数の検知器ユニットを格納するよう、装置の動作中にこれらのユニットが意図せずに移動しないようにこれらのユニットを固定するよう成形される。検知器ユニットが、スキャン方法における使用中に源に対して固定された関係に検知器ユニットを維持できることは、好ましい装置の重要な特徴である。検知器ハウジングは、例えば２〜１００ユニットの複数の検知器ユニットを同時に格納できるサイズ及び形状のものであってよい。検知器ハウジングは、検知器ユニットをハウジング内の２つ以上の位置に格納するための手段を含んでよい。この手段は単に、ハウジング内の２つ以上の位置に検知器ユニットを格納できる十分な空間を有する検知器ハウジングを備えてよい。１つ又は複数の検知器ユニットを、ハウジング内の第１の位置からハウジング内の第２の位置へと移動させるために、ガイドレール又はモータ等の手段を含んでもよい。検知器ユニットのアレイを使用するスキャン方法の解像度の実用上の制限は、各検知器ユニット間の間隔が、隣接する検知器に衝突する光子から各検知器を十分に遮蔽することを保証するために必要な遮蔽量を最小にできるよう十分なものでなければならないことである。検知器の遮蔽に高密度合金を使用する場合でさえ、検知器の間隔の実用上の限界は、約１°の弧であることがわかっている。本装置の一実施形態では、検知器ハウジングは、検知器間の距離の画分である距離だけ互いからオフセットされた少なくとも２つの位置に検知器ユニットを格納できるようなサイズのものである。上記画分が検知器間距離の０．５倍（０．５ｓ）である場合、検知器アレイがハウジング内の第１の位置にある時に第１のスキャンを実行し、その後検知器がハウジング内の第１の位置から０．５ｓだけオフセットされた第２の位置にある時にスキャンを繰り返すことにより、装置の解像度を２倍にすることができる。追加の位置を設けると、又はこれらの間の角度距離を減少させると、追加のスキャンによって追加のデータを提供でき、スキャンの解像度を増進できる。例えばソレノイドで操作される動力付きスイッチの操作によって、検知器を少なくとも２つの位置のうちのいずれかの間で移動させることができる。スキャン中に検知器アレイを単一の位置に強固にロックするための手段を設けることは、極めて好ましい。このような手段は、所望の位置それぞれのインデックス用孔と係合するバネピン又は突起部を備えてよい。

特定の好ましい形態では、支持体、（任意の検知器ユニットを含む）検知器ハウジング及び源ユニットを備える装置は、構造に対して横方向に及び／又は回転して移動でき、このような運動を実施するための手段を設ける。好ましくは、源ユニット及び検知器ユニットは、構造の周りで、回転の半径が構造内にその起点を有するように回転し、例えば起点は、回転の平面における構造のほぼ幾何学的中心であってよい。上記運動のための手段は、回転経路をガイドするために、レール、トラック、ガイドチャンネル又は配置インジケータ等の電動又は手動推進及びガイド手段を含んでよい。本装置は好ましくは、スキャンされる構造の少なくとも一部に適合するよう成形された少なくとも１つのトラック又はレールを備える。パイプラインのスキャンのために、例えば１つ又は複数の弧状トラックを設けてよく、例えば構造の周の周りで検知器ハウジング及び源を回転させるためのスプライン結合された駆動ホイール、歯車又は歯を回す、ワーム駆動又はステッパモータを用いて、装置をこのトラックに沿って移動させることができる。好ましい形態では、例えば、スキャン装置の運動を引き起こすために駆動用歯を係合させることができる圧痕を設けることによって、ガイド手段のインデックスを行う。インデックスを施された運動によって、構造の周囲の既知の角度位置における、所定の数のスキャン位置を設けることができる。好ましくは、スキャンされる構造の周の周りで検知器ユニット及び源を回転させるための手段を設ける。パイプライン等の円筒形の物体の場合、検知器ユニット及び源はパイプラインの周の周りを回転する。本スキャン方法は、
構造の周りの複数の径方向オフセット位置において実施され、これによって、構造を通る様々な角度における密度データを得ることができる。

例えばトラック等のガイド手段は、パイプラインの周りの一部又は全体に延在してよい。装置の損傷又はスキャンシステムのスリップ等、装置の連続的な加速及び制動に関連する問題を回避するために、源及び検知器ユニットは構造の周りを連続的に移動することが好ましい。構造の特性を決定するために十分なデータを収集するには２回以上のスキャンが必要となり得るが、スキャンの回数及びスキャン時間は、放射が源から検知器ユニットへと移動する際に通過しなければならない材料の密度及び量に依存する。好ましくはスキャン動作中、構造の周りにおける比較的低いｒｐｍ（例えば約１〜約２０ｒｐｍ、特に１〜１０ｒｐｍ）での連続的な回転運動を維持する。従って、このような運動を可能とするために、好ましい装置には連続するトラック等の手段を設ける。ガイド手段は２つ以上の部分に備えてよく、このような部分は、スキャンのためのトラックの望ましい長さを形成するために、装置の配置に続いて結合され、任意に連結される。源ユニット、検知器ユニット、支持及びガイド手段は、構造の少なくとも１つの部分を取り囲むことができるエンクロージャ内に全て格納してよい。エンクロージャは、構造の周りに位置決めできる開位置と、構造をスキャンできる閉位置とを有してよい。エンクロージャは、スキャンされる構造にクランプ留めできる又はヒンジ留めされた一対のジョーの形態であってよい。

発電機等を用いて装置の運動から電力を回収でき、その後これを用いて、検知器又は装置の他の操作システムへの給電を助けることができる。

装置の運動はまた、手動で、又は機械的手段、例えば遠隔操作ビークル（ＲＯＶ）を用いて、装置を持ち上げる及び／又は摺動させることを含んでもよい。遠隔位置又は水中位置に装置を配置した場合には、装置の配置及び移動にＲＯＶが好ましい場合がある。例えばパイプライン又は容器の軸に平行な直線運動は、クローラ機構によって、又はトラック若しくはレールを用いて、又は代替として持ち上げ装置若しくはＲＯＶのような外部手段によって達成できる。運動手段は、構造の周りの既知の位置において所定の数のスキャン位置を提供するために、例えば特定の分離角におけるインデックスを含んでよい。パイプラインのスキャン等の応用例に関して、パイプラインに対する源及び検知器ユニットの、例えば所定の時間設定された運動又は複数の一連の運動を実行するために、プログラムされた電子制御ユニットを用いて上記運動を制御してよい。上記運動は、パイプラインの周の周りをスキャンするための回転運動であってよく、及び／又はパイプラインに沿った軸方向への直線運動であってよい。

装置は、スキャンされる構造の近傍に装置を支持するための手段を備えてよい。このような手段はクランプを備えてよく、このクランプは、構造を係合でき、また構造上の１つ又は複数の位置にスキャン装置を支持できる。クランプは手動であってよいが、機械的に操作されるクランプが好ましい。

シンチレーション材料は、検知される放射の特性や、検知器を設置する条件に応じて選択される。原則的には、任意の適切なシンチレーション材料を選択してよく、放射の検知のため多くの材料が公知であり、市販されている。高密度材料は、所定の体積内で放射を停止させるためのより強い能力を提供し、その結果、シンチレータを、より密度が低い材料に関して可能であったよりも小さくすることができる。小型シンチレータはより安定であり、例えば結晶の異なる部分間において温度差を呈する傾向がより低い。より小さい結晶は、必要とする光検知器の電力使用がより少なく、光をより効果的に伝導する。本応用例に関して重要なのは、小型シンチレータが、小さな検知表面を有することができ、従って同一の又は異なる経路からの背景放射又は散乱放射から入射する有意量の放射無しに、狭い経路に沿って移動する放射を検知できることである。ガンマ線放射の検知に関して、できる限り小さい検知器を使用して入射光子を停止させるために、密な無機材料を使用することが好ましい。＞５の密度及び高いＺ数（原子数）を有するシンチレーション材料が好ましい。１つ又は複数のシンチレータは、６６２ｋｅＶのエネルギのガンマ光子の＞８０％を停止させることができるような深さ及び密度を有することが好ましい。周囲環境条件、特に湿度に対する耐性が必要な応用例における使用のために、非吸湿性結晶シンチレータを選択するべきである。ガンマ線放射と共に使用するために特に好ましい検知器としては、ＢＧＯ（ビスマスゲルマネート）、ＣｄＷＯ_４、ＬａＢｒ_３（Ｃｅ）、ＬＹＳＯ（セリウムでドープされたルテチウムイットリウムオキシオルトシリケート）、ＬＳＯ（セリウムでドープされたルテチウムオキシオルトシリケート）及びＣｅＦ_３（セリウムフルオリド）が挙げられる。機械的に堅牢な検知器が必要である場合、熱的又は機械的衝撃に続く粉砕に対する耐性を増大させるために、劈開面を有さない結晶が好ましい場合がある。

各シンチレータは検知表面を有し、この検知表面は使用時に放射経路と交差するように配設され、これによって放射は検知表面に衝突する。検知器の、検知表面として配設されない他の表面は、非検知表面と呼ぶものとする。シンチレータの任意の部分は通常、光子を検知できるが、本明細書における検知表面及び非検知表面の呼称は、源からの放射を検知するための検知器ユニット内のシンチレータの配置を指す。シンチレータはまた、検知表面に衝突する光子に反応してシンチレータが生成した光が通過してシンチレータから離れる表面を有する。本明細書ではこの表面を収集表面と呼ぶ。収集表面は、光検知器と光学的に連通するように配設される。収集表面は光検知器と接触できるか、又はシンチレータが生成する光を光検知器に伝導する材料から作製される窓、レンズ、光ファイバ、光パイプ若しくは光学的連結材料等の１つ若しくは複数の光トランスミッタによって、光検知器から分離してよい。検知器の収集表面は、光検知器の窓と同様の断面積及び形状を有してよく、又は異なる断面積及び形状を有してもよい。検知器自体は、シンチレータで生成された光の大部分を光検知器へと通過させる光ガイドとして機能できる。この文脈において、語句「大部分」の使用は、光伝導効率が１００％未満であることによって意図せずに失われる光の部分を除いて、シンチレータで生成された光の全てが光検知器へと通過することを意味する。

各検知器はシンチレータを備え、シンチレータは通常、検知表面が、放射源から特定の距離及び放射源に対して特定の角度において、源が放出した放射の経路と交差するよう、適切な位置に支持される。検知器は散乱した放射の検知を有意に低減でき、特定の直線経路に沿って源が放出する放射を検知する精度を向上できることが、本発明の特定の特徴である。ｔ≦ｈ、より好ましくはｔ＜０．５ｈである伸長形状を有する検知器を検知表面に設けることにより、検知器を近接して配置でき、これによって各検知器の空間解像度が高くなる。検知器の深さは、検知器の停止効率に寄与し、従ってエネルギを有する光子を停止させ測定するために、検知表面に対して垂直な深さｄが少なくとも２ｔ、より好ましくは少なくとも５ｔ、特に＞１０ｔである検知器が好ましい。

シンチレータの検知表面の最小寸法は、好ましくは約１ｍｍ〜約１０ｍｍである。この最小寸法は、材料の厚さｔとして画定される。より好ましくは、１ｍｍ≦ｔ≦５ｍｍであり、また好ましい実施形態ではｔは約５ｍｍである。好ましくは検知表面は概ね矩形であり、これによってこの表面の面積はｔ×ｈとして画定され、ここでｈは５〜１００ｍｍの範囲である。より好ましくは、１０ｍｍ≦ｈ≦５０ｍｍであり、また好ましい実施形態ではｈは約２５〜４０ｍｍである。シンチレータの深さｄは１０〜１００ｍｍの範囲である。より好ましくは、２５ｍｍ≦ｄ≦７５ｍｍであり、また好ましい実施形態ではｄは約４０〜６０ｍｍである。

放射が衝突できる検知表面の部分の範囲を画定するために、放射に対して非透過性の材料でシンチレータの検知表面の一部を覆う。コリメータは、結晶の１つ又は複数の縁部に最大約５ｍｍまで重なり、これを覆うことができる。

好ましくは、検知表面ではない検知器の表面に、検知可能な放射が衝突するのを防ぐことによって、散乱した光子の検知を更に低減する。これは典型的には、光検知器と光学的に連通する収集表面の部分を除く非検知表面を、非検知表面への放射の伝導を防止する材料で覆うことによって達成できる。好ましい実施形態では、検知器を遮蔽材料で囲み、光検知器と光学的に連通する収集表面の部分を除く全ての非検知表面を放射から保護する。遮蔽材料とは、検知器が検知できる放射を大幅に減衰させる材料を意味する。典型的には、ガンマ線放射等のイオン化放射から保護するための遮蔽材料は、鉛及び重金属合金を含む。このような材料は、放射検知器及び核子関連機器の設計の分野において技術を有する者には公知である。

シンチレータが薄型である場合、ガンマ光子とシンチレーション材料との相互作用の結果として生成されるシンチレーション光は、内部で複数回反射してから光検知器に入る傾向がある。各反射の効率は１００％未満であり得るため、このような複数回の反射は、光損失の複数の機会を提供し、検知器の検知効率の低下をもたらす。従って、非検知表面に、光を検知器内で反射させるための手段を設けることが好ましい。好ましくは、非検知表面は超反射性コーティングでコーティングされ、このコーティングは、シンチレータ内の光の少なくとも９５％、より好ましくは少なくとも９８％を反射できる。

検知器ユニットが、検知器のアレイの形態で配置される２つ以上の検知器を備える場合、本発明の好ましい実施形態は、遮蔽材料のブロック（「検知器ブロック」）を備え、このブロックは、ブロック表面から内向きに延在する開口を有し、各開口は検知器を包含し、検知表面はブロックの外側から放射にアクセスできる。検知表面の領域の範囲を画定するため、又は開口内に検知器を機械的に保持するために、検知表面の一部分を遮蔽材料で覆ってよい。検知器の非検知表面を任意に、開口内に部分的に又は全体的に封止し、遮蔽材料で覆ってよい。検知器ブロックは、１つ又は複数のシンチレータの収集表面を光検知器又は光トランスミッタと接触させることができる手段を含む。このような手段は、シンチレータがそれを通って延在する開口通路の形態であってよく、これによって収集表面は光検知器又は光トランスミッタにアクセスできる。

放射が検知表面へと移動できる経路を制限するためのコリメーション手段を設けることによって、検知器の精度が向上する。コリメーション手段は、遮蔽材料から形成されたコリメータを備え、このコリメータは、選択した方向から検知表面に向かって移動する放射が検知表面に接触でき、その一方で選択していない方向から移動する放射を検知表面から排除するように配設される。このようにして、放射源から検知器への選択された経路に沿って移動する放射のみを検知できる。コリメーションは、１つ又は複数の選択した放射源からの放射を検知するように配設してよい。コリメーションの適切な設計は、散乱した光子の検知を有意に低減でき、この光子は通常、この光子が源によって放出された経路から偏向される。代替として、コリメーションは、散乱した光子及びその他の二次的な放射を優先的に検知するように設計してよい。好ましい実施形態では、コリメーション手段は遮蔽材料のブロックを備え、このブロックは、１つのチャネル又は好ましくはブロックを通過する複数のチャネルを有する。コリメータブロックは複数のチャネルを備え、各チャネルはブロックを通るように形成され、上記アレイ内の検知器のうちの１つの位置に対応する。各チャネルは、各シンチレータが検知することになる放射の経路を画定するよう成形される。各チャネルは、シンチレータに近接する端部に開口を有し、この開口は好ましくは、検知表面又はその一部がチャネルの開口内にあるよう、シンチレータの検知表面にわたって設置される。シンチレータから遠位にあるチャネルの端部は、放射がチャネルに入りシンチレータへと移動できるように開いている。この開口は好ましくは、源を起点とする円に対する接面上にある。この遠位開口の領域は、放射が検知表面へと通過できる最大有用領域を画定する。チャネルの壁は通常真っ直ぐである。１つ又は複数のチャネルの長さは、検知器の要件及び源が放出する放射のエネルギに応じて決定される。より長いチャネルは、短いチャネルに比べて、散乱又は反射した放射の検知を低減し、従って放射の特定の経路の検知の解像度は高くなる。コリメーションチャネルの長さは、公知の物理的原理に従い、当業者によって、コリメートされる放射のタイプに応じて決定できる。一般に、セシウム源（これは本発明の方法及び装置において使用するための好ましい源である）からの放射をコリメートするために、少なくとも５０ｍｍのコリメーション深さを使用するべきである。コバルト源は一般により強いコリメーションを必要とし、少なくとも７５〜８０ｍｍの深さを使用することになる。アメリシウムは、よりエネルギの小さいガンマ線放射を放出し、約２０ｍｍのコリメーション深さしか必要としない。アメリシウムは、いくつかの応用例で使用されるが、好ましい応用例であるスチールパイプラインのスキャンで使用するには適していない。コリメータチャネルの深さｄは、好ましくは３０〜１５０ｍｍの範囲である。より好ましくは５０≦ｄ≦１５０であり、また、大型のパイプラインをスキャンするために適切なセシウム源と共に用いるためのｄは、最も好ましくは約８０〜１２０ｍｍである。

チャネルの断面は任意の便利な形状であってよいが、チャネルは検知表面と同一の形状及び配向を有することが好ましい。チャネルは概ね矩形の断面を有する場合が多い。チャネル断面の形状及び／又はサイズはチャネルの長さに沿って変化してよく、又は実質的に一定であってよい。好ましい実施形態では、コリメータチャネルのうちの少なくとも１つは、源を起点とする円の半径と位置合わせされたチャネルを画定する少なくとも１つの壁を有する。好ましくは、チャネルの各壁は、上記円の異なる半径と位置合わせされ、これによってチャネルの開口は、源に直接対面するよう位置合わせされる。好ましくは、このような配置において、シンチレータから遠位にあるコリメータの端部は、源を起点とする円の接面上にある開口を有する。このようにして、源から標的構造を通り、コリメータチャネルに沿って検知器へと直線的に移動する光子の検知を、検知表面の任意の所定の面積に対して最大化できる。より好ましくは、コリメータチャネルの全ては少なくとも１つの壁を有し、好ましくはこれらの壁の全ては、源を起点とする円の半径と位置合わせされる。このような配置では、コリメータチャネルの壁は互いに平行ではなく、チャネル全ては源の方向を向いている。コリメータチャネルのこのような位置合わせを採用し、検知器ユニットのアレイが、起点が源ではない弧に配設される場合、少なくともいくつかのコリメータチャネルは、この弧の接線に対して垂直な方向に延在しない。これは、パイプライン等の円筒形構造をスキャンするために好ましい配置である。この好ましい位置合わせを有するコリメータチャネルを製造するために、機械加工方法を用いて遮蔽材料のブロック内の各チャネルを形成することが好ましい。このため、Ｘ線断層撮影装置（例えば米国特許第４３３８５２１Ａ号）の検知器ユニットに見られるタイプの遮蔽材料のプレート、例えば鋼鉄プレートの使用は好ましくない。

本発明の装置の一実施形態では、検知器ユニットはコリメータブロック及び検知器ブロックを備え、これらは１つに連結され、各チャネルの近位端は検知器の検知器表面と一致する。検知器ブロック及びコリメータブロックは１つに連結され、これらの間の接続によって、検知表面と一致するチャネルを通って移動しなかった放射は、検知器の検知表面に衝突できないようにする。検知器ブロック及びコリメータブロックを、遮蔽材料の単一部品から形成することが可能な場合があるが、通常は、これらを別個に製造した後で１つに連結する方が簡単である。

コリメータブロックは、鉛又はガンマ線放射を減衰させる重合金等の密な遮蔽材料から形成してよい。代替として、コリメータブロックは少なくとも部分的に、例えば鋼鉄等の、より密度が低い材料で形成してよく、これはより弱い遮蔽しか提供できないが、鉛又は重合金等のより密な遮蔽材料ほど重くない。このようなコリメータの１つのバージョンでは、コリメータチャネルを鋼鉄等の第１の材料から形成し、第１の材料より高い遮蔽性能を有する重合金等の第２の材料の層を、検知器ユニットの少なくとも１つの外側表面にわたって位置決めする。このようにして、他の方向からよりも選択した方向からの散乱した放射の衝突から、検知器ユニットをより良好に保護できる。実際に、算出及び／又はモデリングによって、特定の角度から散乱したガンマ線放射が検知ユニットに衝突する確率を決定できる。続いてこの情報を用いて、検知器ユニットの、散乱したガンマ光子が検知ユニットに接触しやすい表面にわたって、より強い遮蔽を設けることができる。より密な材料を用いて、又は遮蔽材料の厚さを増大させることによって、より強い遮蔽を設けることができる。検知器ユニットの様々な部分に異なる遮蔽を設けること又は検知器ユニットを様々な材料から形成することの１つの利点は、検知器の遮蔽及びコリメーションを実質的に維持しながら検知器ユニットの重さを低減できることである。材料が、鉛又は重合金等の従来の密な遮蔽材料よりも高い構造強度を有する場合、コリメータブロックを支持するために使用しなければならない構造支持体がより少なくなるため、鋼鉄等の材料を使用してコリメータの少なくとも一部を形成する更なる利点が得られる。

光検知器は、フォトダイオード、光電子増倍管（ＰＭＴ）又は他の適切な光検知デバイスであってよい。現在のところ、ＰＭＴは極めて低いレベルの光に対する高い感受性を有するため、フォトダイオードよりも好ましいが、技術の発展に従って、シリコン光電子増倍管又はアバランシェフォトダイオード等の他のフォトダイオードの使用が好ましくなり得る。光検知器は、光学窓を通ってフォトダイオードに入る光に反応して電気信号を生成する。検知効率を最大化するために、光検知器が検知する波長は、シンチレータが生成する波長に可能な限り適合させるべきである。通常、光検知器は各シンチレータに設けられ、各シンチレータが検知する放射の量を、他のシンチレータから独立して測定できる。

クランプ又は架台等の取り付け手段によって、光検知器を所定の位置に保持する。２つ以上の光検知器が存在する場合、これらを設置ブロック内の固定位置に設置してよい。設置ブロックは、光及び光検知器が生成する信号に影響を及ぼす傾向がある任意の他の放射に対して不透過性の材料から形成される。光検知器は、シンチレータの収集表面に光学的に連結される光学窓を有して設置される。光検知器は、光学連結接着剤を使用して連結してよい。何らかの弾性特性を有する接着剤等の適切な光学連結材料の選択によって、振動又は衝突の衝撃影響に対するある程度の耐性を有する検知器ユニットを提供できる。光検知器は通常、シンチレータに隣接するが、シンチレータから光検知器へ光を伝導するために光伝導手段を設ける場合、光検知器はシンチレータから物理的に分離していてよい。このような場合、光伝導の効率が可能な限り高いことが重要である。

光検知器は、各シンチレータ及びコリメータと同軸関係にあってよい。代替として、光検知器は、コリメータ及びシンチレータの軸に対してある角度に、例えば上記軸に対して約４５〜１００°の角度、特に約９０°に設置してよい。シンチレータ及びコリメータの軸に対してある角度に光検知器を設置する１つの利点は、光検知器が同軸に設置される検知器ユニットと比較して、検知器ユニット全体の深さを低減できる点である。検知器ユニットの深さを低減することによって、スキャンを実行するために標的構造の周りに必要な空間の最小化を助け、これによって、制限された空間内をスキャンできるようにすること、及び／又はスキャンの前にパイプラインに溝を掘る必要を最小限にすることができる。

本発明の好ましい実施形態では、ｎ個の検知器ユニットのアレイを設け、これはｎ個の放射検知器のアレイを備え、この放射検知器は：
ｎ個のシンチレータ；
ｎ個の光検知器であって、各検知器は各シンチレータに光学的に連結され、強い減衰性を有する材料で作製された検知器ブロックには、検知器ブロックを通って第１の表面から第２の表面へと延在する複数のｎ個のチャネルが組み込まれ、各チャネルは単一のシンチレータを内包できるようサイズ決めされる、光検知器；及び
遮蔽材料のブロックを備えるコリメータブロックであって、上記遮蔽材料のブロックはこれを通って延在するｎ個のチャネルを有し、コリメータブロックは検知器ブロックに連結され、各チャネルはシンチレータと一致する、コリメータブロック
を備え、各シンチレータは検知器ブロックのチャネル内に配置され、このときｎは２〜１５０の範囲の整数である。各検知表面は好ましくは、放射源を起点とする円の弧に対する接面を形成する。一実施形態では、各検知器表面は、放射源を起点とする球体の一部の表面に対する接面を形成する。

源ユニットは、透過性放射源、源ホルダ及びコリメータを備える。コリメータ及び源ホルダは組み合わせてよい。コリメータは、源が放出した放射を大幅に減衰させる材料で形成され、また通常、適切なエネルギ及びタイプの放射を遮蔽するために通常使用される公知のタイプの重合金材料で形成される。コリメータは、源ユニットが放出する放射を所定のビーム形状及び方向に制限するように配置及び適合される。好ましくは、放射ビームは、コリメータによって扇型、円錐若しくは円錐台形状とされ、又は各場合に源を起点とするセクタを形成する。好ましいビーム形状は円筒形セクタ、即ち平面的ではなく厚さを有するセクタである。好ましくは、ビームをコリメートして、１つ又は複数の検知器の位置に、ビーム領域を提供し、これは検知器のアレイの１つ又は複数の結合された検知表面と同一の概形及び領域を有する。装置の好ましい形態では、源ユニットは支持体上に、好ましくは伸長支持体の端部の領域に設置される。

放射源は、測定する１つ又は複数の材料、例えば容器及び／又はその内容物（例えば媒体の減衰係数）の放射透過性、並びに適切な源及び検知器の利用可能性によって選択される。プロセス容器及びパイプライン等の大型剛性構造をスキャンするために、適切なガンマ線源として、^６０Ｃｏ及び^１３７Ｃｓ、^１３３Ｂａ、^２４１Ａｍ、^２４Ｎａ及び^１８２Ｔａが挙げられるが、十分な透過力を有する任意のガンマ線放射同位体を使用してよく、またこれらの多くは既に、レベル測定デバイスとして使用されるもの等の密度計で日常的に使用される。通常、使用する放射性同位体の半減期は少なくとも２年、望ましくは少なくとも１０年である。上述の放射性同位体の半減期は：^１３７Ｃｓガンマで約３０年、^１３３Ｂａで約１０年、^２４１Ａｍで約４３０年である。適切な源は通常、約４０〜１５００ＫｅＶのエネルギで放射を放出する。

源ユニットは、１つ又は２つ以上の源を含んでよい。本スキャン方法は、必要であれば２つ以上の源ユニットを利用してよい。

本装置は更に、１つ又は複数の検知器ユニット内の検知器からの電気信号に作用するための信号／データプロセッサ、及び本装置の操作を制御するためのコントローラを備える。シンチレータが検知した光子のカウントを表す信号は、データプロセッサによって処理する。信号は、平滑化若しくは安定化アルゴリズムの適用、平均化又はその他の、標準的な方法により操作されてよい。データプロセッサは、放射検知器又は存在する場合は信号プロセッサからの信号に基づいて算出を実行する。データプロセッサは、時間間隔をおいて測定された放射量に関する情報を出力でき、又はスキャンされた構造の元の特性を更に算出でき、この特性は通常、かさ密度又は構造を通る放射経路間のかさ密度の変化という形態である。本スキャン方法は、構造の周りの複数の径方向オフセット位置において実行され、これにより、構造を通る様々な角度において密度データを取得でき、断層撮影アルゴリズムを使用して構造を通る様々な経路における密度の変化に関する情報を提供できる。好ましい形態では、検知器からのデータは、様々な経路に沿った構造の密度や構成物の図形表現を作成するために、断層撮影アルゴリズムを用いてデータ処理ユニットで操作される。データプロセッサは、キャリブレーション又は放射源に関する情報を含んでよい。データプロセッサの出力を、ディスプレイ又は（任意でワイヤレスの）伝達手段に接続し、装置から遠隔位置に信号を送信できるようにしてよい。代替として、放射検知器自体からのデータを含む信号自体を、遠隔位置において処理するために送信してよい。光検知器、データプロセッサ及び制御電子に給電するための、並びに装置を移動させるための電動機にも給電するための電力供給を設ける。

本発明のスキャン方法の使用に際し、本装置は、検知器ユニット内の源から検知器への１つ又は複数の放射経路が構造の所望の部分を通過するように、スキャンされる構造に対して源ユニット及び検知器ユニットを位置決めするよう、配置される。カウントの形態である放射量は、装置内に配置された各検知器ユニット内で検知器によって測定される。本スキャン方法は、構造の周りの複数の径方向オフセット位置において実行され、これにより、構造を通過する様々な角度において密度データを取得できる。次いで本装置は、構造に対して別の位置又は配向に移動でき、測定を繰り返す。このようにして、構造を通る各放射経路を通して放射の減衰の記録を集めることができ、これを、変化の位置を算出するため又は構造及びその内容物の図を構築するために使用できる。構造内の欠陥又は他の特徴を強調できる密度の変化などの情報は、断層撮影法での使用に関して公知であるデータ分析ツールを使用することで、検知器から集めたデータから得ることができる。

水中での操作では、浮力ブロックによって、本装置の浮力を増加させるのが好ましい。これを用いる場合、弾性の取り付け具によって浮力ブロックを本装置に取り付け、本装置の運動中に浮力のバランスが取れるようにしてよい。更に又は代替として、本装置内の空間は、本装置に正浮力を提供するために発泡材料を含んでよい。本装置の部品はまた、浮力を提供する目的で、並びに本装置を衝撃損傷等の物理的な損傷、及び腐食等の、環境によって誘発される損傷から保護する目的で、弾性発泡材料で被覆してよい。

添付の図面を参照して、本発明を更に説明する。

図１は、本発明のスキャン方法及び装置で使用するのに適したシンチレータの概略図である。 図１Ａは、図１のシンチレータを方向Ａから見た図である。 図１Ｂは、本発明のスキャン方法及び装置で使用するのに適した代替シンチレータの概略図である。 図２は、検知器ユニットの概略断面図である。 図３は、検知器ユニットの長手方向概略断面図である。 図４は、本発明による放射検知器の一部を形成する検知器ブロックの概略図である。 図５は、本発明による放射検知器の一部を形成する光電子増倍管設置ブロックの概略図である。 図６は、本発明による放射検知器の一部を形成するコリメータブロックの概略図である。 図５は、本発明による放射検知器の概略断面図である。 図７は、代替検知器ユニットの概略断面図である。 図８は、図７の検知器ユニットの正面立面図である。 図９は、本装置の好ましい配置の図である。 図１０は、本発明による装置のための検知器ユニットアレイの概略図である。 図１１は、本発明による装置の一部の概略図である。 図１２は、本発明による装置の概略立面図である。 図１３は、図１２に示す装置の概略斜視図である。 図１４は、本発明による装置の概略立面図である。 図１５は、本発明による装置の概略立面図である。

図１及び１Ａは、５ｍｍの厚さｔ、３０ｍｍの高さｈ及び７５ｍｍの深さｄを有するＢＧＯシンチレータ結晶１０である。検知表面１２は、収集表面１４に対面している。検知表面及び収集表面を除く結晶の全表面は、高反射性被膜で覆われている。図１Ｂは代替シンチレータ結晶である。

図２は、検知器ユニット３０の横断断面図であり、この検知器ユニット３０は、ガンマ線放射に対する遮蔽材料として使用される種類の、放射を大幅に減衰させる重合金１６のブロックを備える。このブロックは、ブロックの前面から、これに対面する後面に延在するコリメーションチャネル１８を有する。使用に際して、シンチレータ結晶１０はブロックに収容されるが、その際、結晶の検知表面はブロックの前面にあり、そして収集表面２４はＰＭＴ２０に光学的に連結される。ＰＭＴ２０Ａは、隣接する結晶１０（図示せず）に接続され、これは検出器ユニット内のＰＭＴの包装を実証するために図示されている。検出器ユニットは１９個の検出器で構成されており、各検出器は結晶１０及びＰＭＴ２０からなり、検出器ユニットブロック内のコリメーションチャネル１８と一致するように設置される。

図３は、組み立てられた放射検知器の長手方向断面図であり、この検知器はコリメータブロック４０、検出器ブロック２０及びＰＭＴ設置ブロック３０を備え、これらはそれぞれ図４〜６に個別に示されている。これら複数のブロックは一体に設置され、これによりチャネル４６、３６及び２６は全て一致し、コリメータブロックの前面からＰＭＴ設置ブロックの後方に延在するチャネルを一体に形成する。シンチレータ１０はチャネル２６内に収容され、ＰＭＴ５０はチャネル３６内に収容される。ＰＭＴを、チャネル３６の後方からアクセス可能なコネクタを用いて、電子データ処理及び制御装置に接続してよい。チャネル４６ａ、３６ａ及び２６ａ、シンチレータ１０ａ並びにＰＭＴ５０ａは、実線で描かれた各チャネル及び要素と同じ平面上にないため、破線で描かれている。図示した実施形態では、チャネルの長手方向の軸は、各ブロック２０、３０及び４０の長手方向の軸５１と、１°〜２°の間の角度を形成する。

図４は、ガンマ線放射に対する遮蔽材料として使用される種類の、放射を大幅に減衰させる重合金２１の矩形ブロックを備える、検知器ブロックである。このブロックは、ブロックの前面２２から、これに対面する後面２４に延在するチャネル２６を有する。コリメータブロックを位置決め及び設置するために、非貫通ソケット２８が設けられている。使用に際して、シンチレータ結晶は、ブロックの前面２６に結晶の検知表面、後面２４に収集表面が位置するように、各チャネル２６に収容される。図５は、ポリテトラフルオロエチレン等の白色系プラスチック材料の矩形ブロックを備える、光電子増倍管設置ブロック３０である。チャネル３６は、ブロックの前面３２から、これに対面する後面３４に延在する。このチャネルはそれぞれ、小さい光電子倍増管を収容するのに適当なサイズを有する。チャネルは、ブロック３０の前面の各開口が、シンチレータ結晶の収集表面１４を押圧するよう位置決めされ、このシンチレータ結晶は、検知器ブロックの後面２４がＰＭＴ設置ブロックの前面３２に対して位置決めされる場合、隣接する検知器ブロックに設置されている。検知器ブロックを位置決め及び設置するために、非貫通ソケット３８が設けられている。図６は、ガンマ線放射に対する遮蔽材料として使用される種類の、放射を大幅に減衰させる重合金４０の矩形ブロックを備える、コリメータブロックである。このブロックは、ブロックの前面４２から、これに対面する後面４４に延在するチャネル４６を有する。検知器ブロックを位置決め及び設置するために、非貫通ソケット４８が設けられている。チャネル４６は、検知器ブロック内のシンチレータハウジングチャネルの幅及び高さよりもほんの少し小さい幅及び高さを有する。組み立て済みの放射検知器では、コリメータブロック４０の後面４４が、チャネル４６がチャネル２６と一致するように検知器ブロック２０の前面２２に対して設置される。図１０は、１９個のコリメータチャネル、シンチレータ及びＰＭＴからなる検知器ユニットであり、この検知器ユニットでは、コリメータチャネルは、弧の約１°の角度だけ互いから角度を取って離間した状態で、単一のブロック内に形成されている。

図７及び８は、検知器ユニットのための代替の配置である。図７では、コリメータ６２を形成し、シンチレータ６４及びＰＭＴ６６を保持するブロック６０を、ステンレススチールから形成する。検知器ユニットの全体の深さを低減するために、ＰＭＴを放射方向と位置合わせしないように設置する。放射方向は矢印で示す。図８は、矢印方向からの立面図である。密な重合金遮蔽材料である層６８及び６９は、スチールブロック６０の上側及び下側に位置する。この材料は、検知器ユニットに衝突する散乱した放射からの更なる遮蔽を検知器にもたらす。

図１１は、概ね弧の形状の検知器ハウジング７２の一端で強固に連結された支持体７０であり、これは全てアルミニウム合金で形成されており、もう一端では源ユニット７４に連結される。源及び検知ユニットの配置を図９に示す。コリメータチャネルが源の方向と位置合わせされ、構造の半径Ｒｔとは位置合わせされていないことを示すために、３個のコリメータチャネルの方向が示されている。源及び検知器ハウジングは、半径Ｒｔを有する経路上で、構造の中心点に対して回転するように配設される。源ユニットは、検知器ハウジングに向かう扇形ビーム８０の放射をコリメートするためのスロットを有する重合金の遮蔽材料７６により囲まれた、ガンマ線放射のセシウム源７８を備える。検知器ハウジングはアルミニウム合金枠を備え、図示する実施形態では、各端に１個設けられる２個の検知器ユニット３０の弧状のアレイを含む。検知器ハウジングは、検知器ユニットがそれに沿ってハウジング内の別の場所に移動するレールを含む。図示したハウジングは、１つ又は複数の追加の検知器ユニットアレイを必要に応じて収容できる。

図１２及び１３は、スチールパイプ８２をスキャンするための装置であり、この装置は、約２３４ｍｍの内径及び約４３ｍｍの壁厚さを有し、壁内の変化及び欠陥を検知する。このパイプ壁は、絶縁材料８４の層で囲われている。支持体部材８６は、アーム９０によって油圧式で操作されるクランプ８８によって、パイプラインにクランプ留めされる。支持体部材は、支持体７０、検知器ハウジング７２及び源ユニット７４を支持するレール９２も支持する。検知器ハウジング上に設置されたモータ９４は、検知器ハウジング及び源ユニットをレールに沿って移動させるために操作可能であり、これにより、パイプラインの周りで源及び検知器の位置を回転する。各位置において、源から２個の検知器ユニット内の各検知器に向かって放出された放射は、パイプ壁を通過する多数の放射経路及び検知器の数に等しい絶縁材を形成する。この場合、同時にスキャンできる、（１９×２）＝３８の別個の経路を形成する。レールに沿って別の位置に装置を回転させると、更に３８個の経路をスキャンできる。検知器によって検知されたカウントの形態のデータを、支持体の頂点に配置されたハウジング９６が収容するデータプロセッサで処理及び蓄積する。この位置への検知器ユニットの配置は、パイプの様々な位置において欠陥及び変化を検知するために、パイプライン壁及び絶縁材をスキャンするのに特に好ましい。

図示した検知器ハウジングでは、ハウジングの中央部分に１つ又は複数の検知器ユニットを配置するための空間を設ける。検知器ユニットはこの位置において、パイプの管内及びその内容物を通過する放射を検知できる。従って、検知器ユニットをこのような位置で使用することは、パイプ及びその内容物の断層撮影スキャンを実行するのに好適である。

図１４及び１５は、本発明によるスキャン装置の別の実施形態である。この装置は、ヒンジ留めされたハウジング１０２の２つの部位を備え、この２つの部位は共に、油圧シリンダ９８の動作によってパイプ８２の周囲で開く（図１４）及び閉じる（図１５）ことができるジョーを有するクランプを形成する。クランプを閉じると、ヒンジ留めされたハウジングがパイプを囲うが、これはパイプの表面からは離れている。ローラ１００はパイプの表面に接し、ハウジングをパイプから離して維持する。ハウジング１０２は上述のように、検知器ユニットの１つ又は複数のアレイについて検知器ハウジングを及び源ユニットを覆い、包含する。源及び検知器ユニットを、互いに固定された関係で設置し、ジョー内のトラックに沿って移動するよう配設し、パイプラインの周囲を回転させる。調整可能な把持部１０４がパイプの各側に存在し、これは、油圧シリンダ１０８によってパイプを把持して、ジョーとパイプとの間の空間においてパイプを中心に位置決めするように操作できる。ヒンジ留めされたハウジングが、パイプの周りで閉じており、把持部１０４によって中心に位置決めされている場合、源ユニット及び検知器ハウジングはパイプの周りを回転し、これにより、パイプの周りの複数の角度位置において、検知器によって密度情報を取得できる。そしてデータは処理され、断層画像、又はスキャン操作の経路の周りの様々な位置におけるパイプラインの１つ又は複数の特性の指標を生成する。十分なデータを取得すると、ハウジングは開いて、新しいスキャンデータを取得するためにパイプラインに沿って別の位置に移動する。

Claims (23)

1. ある構造をスキャンして、前記構造の様々な部分間の密度の変化を検知する方法であって、
   前記方法は以下のステップ：
   ａ）少なくとも１つのガンマ線放射源と、前記ガンマ線放射を検知できる複数の検知器ユニットとを設けるステップであって、
   各前記検知器ユニットは：
   ｉ．シンチレーション材料を含み、厚さｔ及び高さｈによって画定される検知表面を有し、前記検知表面においてｔ≦ｈであり、前記検知表面に対して垂直な深さｄを有し、前記ｄは少なくとも２ｔである、シンチレータを備える、放射検知器；
   ｉｉ．ガンマ線放射に反応して前記シンチレータが放出する光を検知するための光検知器；並びに
   ｉｉｉ．前記シンチレータと前記放射源との間に位置するコリメータ
   を備える、ステップ；
   ｂ）前記源のユニットに、所定の放射経路に沿って前記検知器に向かって前記ガンマ線放射を放出させるステップであって、前記経路は前記構造の少なくとも一部を通過する、ステップ；
   ｃ）各前記検知器が検知した前記ガンマ線放射の光子の数を測定するステップ；並びに
   ｄ）各前記経路に関連する前記検知器が検知した前記光子の測定から、各前記経路に関して密度値を算出するステップ
   を含む、方法。
2. 複数の前記検知器ユニットは、スキャンされる前記構造の中心上を中心とする半径を有する弧の形状に、互いに近接して配設される、請求項１に記載の方法。
3. 前記源ユニット及び前記検知器ユニットは、支持体上に離間して設置され、
   前記支持体は、前記スキャンされる構造の少なくとも一部を、前記源ユニットと前記検知器ユニットとの間に配置するための手段を提供する、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記源ユニット及び前記検知器ユニットは、前記構造の周りで回転し、
   前記回転の半径は前記構造内に起点を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 所定の経路内での前記回転をガイドするために、ガイド手段を設ける、請求項４に記載の方法。
6. 前記ガイド手段にはインデックスが付けられている、請求項５に記載の方法。
7. １ｍｍ≦ｔ≦５ｍｍ、１０ｍｍ≦ｈ≦５０ｍｍ、２５ｍｍ≦ｄ≦７５ｍｍである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 各前記検知器ユニットの前記コリメータの深さは、５０〜１５０ｍｍの範囲である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記コリメータの、前記シンチレータから遠位にある端部は、前記源を起点とする円の接面上に開口を有する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記コリメータのうちの少なくとも１つは、前記源を起点とする円の半径と位置合わせされたチャネルを画定する少なくとも１つの壁を有する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記チャネルの前記壁はそれぞれ、前記円の異なる半径と位置合わせされ、
    前記チャネルの前記開口は、前記源と直接対面するよう位置合わせされる、請求項１０に記載の方法。
12. 前記光検知器は、前記コリメータ及び前記シンチレータの軸に対してある角度に設置される、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
13. ある構造をスキャンして、前記構造の様々な部分間の密度の変化を検知するための装置であって、
    前記装置は：
    少なくとも１つの源ユニットであって、ガンマ線放射源及び前記源ユニットからのガンマ線放射の放出を制限するよう配設される遮蔽材料を備える、源ユニット；
    前記ガンマ線放射を検知できる複数の検知器ユニットであって、各前記検知器ユニットは：
    ｉ．シンチレーション材料を含み、厚さｔ及び高さｈによって画定される検知表面を有し、前記検知表面においてｔ≦ｈであり、前記検知表面に対して垂直な深さｄを有し、前記ｄは少なくとも２ｔである、シンチレータを備える、放射検知器；
    ｉｉ．前記ガンマ線放射に反応して前記シンチレータが放出する光を検知するための光検知器；並びに
    ｉｉｉ．前記シンチレータと前記放射源との間に位置するコリメータ
    を備える、検知器ユニット；並びに
    各経路に関連する前記検知器が検知した光子の測定から、各前記経路に関して密度値を算出するためのデータ処理手段
    を備える、装置。
14. 前記源ユニット及び前記検知器ユニットは、離間して固定された関係で支持体上に設置され、
    前記支持体は、前記源ユニットと前記検知器ユニットとの間を起点とする弧の周りで前記源ユニット及び検知器ユニットを回転させるための手段を有する、請求項１３に記載の装置。
15. 前記手段は、所定の経路内での前記回転をガイドするためのガイド手段を備える、請求項１４に記載の装置。
16. 前記ガイド手段は、連続的なガイド手段を形成するように移動可能である２つ以上の部分を備える、請求項１５に記載の装置。
17. 前記コリメータは、少なくとも部分的に、ガンマ線放射に対する第１の遮蔽性能を有する第１の材料から形成され、
    前記第１の材料より高い遮蔽性能を有する第２の材料の層を、前記検知器ユニットの少なくとも１つの外側表面にわたって位置決めする、請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の装置。
18. 複数の前記検知器ユニットは、前記源ユニットと前記検知器ユニットとの間を起点とする弧の形状に、互いに近接して配設される、請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の装置。
19. １ｍｍ≦ｔ≦５ｍｍ、１０ｍｍ≦ｈ≦５０ｍｍ、２５ｍｍ≦ｄ≦７５ｍｍであり、
    各前記検知器ユニットの前記コリメータの深さは、５０〜１５０ｍｍの範囲である、請求項１３〜１８のいずれか１項に記載の装置。
20. 前記コリメータの、前記シンチレータから遠位にある端部は、前記源を起点とする円の接面上に開口を有する、請求項１３〜１９のいずれか１項に記載の装置。
21. 前記コリメータのうちの少なくとも１つは、前記源を起点とする円の半径と位置合わせされたチャネルを画定する少なくとも１つの壁を有する、請求項１３〜２０のいずれか１項に記載の装置。
22. 前記チャネルの前記壁はそれぞれ、前記円の異なる半径と位置合わせされ、
    前記チャネルの前記開口は、前記源と直接対面するよう位置合わせされる、請求項２１に記載の装置。
23. 前記光検知器は、前記コリメータ及び前記シンチレータの軸に対してある角度に設置される、請求項１３〜２２のいずれか１項に記載の装置。

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