JP2016515204A - 放射線検出装置および方法 - Google Patents

Abstract

無人移動体に装着された位置センサー（１６）と、その無人移動体に装着されたソリッドステートの放射線センサー（１８）とに通信連絡するように構成されるデータプロセッサ（１４）を備えた放射線検出装置（１０）。このデータプロセッサは、位置センサーから位置データを受け取り、ソリッドステートの放射線センサーから放射線データを受け取り、かつ、位置データを放射線データと周期的に関連付けて組合せデータを形成するように構成される。

Description

ある地点に存在する放射線レベルは予告なく変化する可能性がある。例えば、原子力発電所または貯蔵施設の故障は、その故障地点における放射線レベルを急速に高めることがあり得る。

大規模な故障は、故障地点の近隣の住民には明らかかもしれないが、小規模の故障、例えば放射性材料を充填した容器のクラックなどはそれほど明白ではなく、そのため、一定時間気付かれないままになることがあり得る。

同様に、ある地点における放射線レベルが、例えばオイル抽出用に使用される配管の内部で、時間と共に徐々に増大しうる状況が存在する。これは、自然発生の放射線材料／物質（naturally occurring radiological material/matter: NORM）として知られている。

このような放射性地点の発生は、この放射性地点の近隣の住民にとって生命の脅威になる可能性がある。特に、住民が、長期間、知らないまま放射線に曝露される場合にそうである。

本発明の第１態様によれば、データプロセッサであって、無人の移動体に装着された位置センサーと、その無人の移動体に装着されたソリッドステートの放射線センサーとに通信可能に結合されるように構成されたデータプロセッサを備えた放射線検出装置が提供される。このデータプロセッサは、
位置センサーから位置データを受け取り、
ソリッドステートの放射線センサーから放射線データを受け取り、かつ、
前記位置データを前記放射線データと周期的に関連付けて、組合せデータを形成する、
ように構成される。

すなわち、本発明の第１態様による放射線検出装置は、位置データを放射線データと周期的に組み合わせて組合せデータを生成するデータプロセッサを含む。ソリッドステートの放射線センサーを使用することによって、特定地点における放射線レベルの高分解能のマッピングが可能になる。放射線データおよび位置データは、放射性に関わる異状が生起する可能性がある監視区域をパトロールし得る無人の移動体から得られる。従って、放射線レベルの増大事象が検出された場合には、この放射線検出装置によって生成される組合せデータは、放射線近隣の住民を支援するための有用な情報を提供できる。無人の移動体を用いることによって、ソリッドステートの放射線センサーを監視区域内部の目標表面に非常に近接して留めることが可能になり、これによってセンサーの感度が増大する。

データプロセッサは、少なくとも毎秒１回、好ましくは５００ｍｓごとに少なくとも１回、さらに好ましくは約１００ｍｓごとに１回、ソリッドステートの放射線センサーから放射線データを受け取るように構成することができる。放射線センサーの高速読み取りによって、無人移動体が動いている間、高い空間的分解能における正確な放射線マッピングが可能になる。

放射線検出装置は、ソリッドステートの放射線検出器を制御するように構成されるデバイスドライバを含むことができる。このデバイスドライバは、センサーの読み取りを提供するように構成することができ、このセンサーの読み取りは、検出パネルに関わる電圧範
囲にわたって走査するステップであって、その電圧範囲は、検出される放射線に対する可能なエネルギー値の範囲に相関していると共に、その電圧範囲は複数の２次範囲（sub range）または「ビン（bin）」に区分されている、走査ステップと、走査中に前記２次範囲内において検出された放射線の事例（instance）について監視するステップと、前記２次範囲内において検出された放射線の事例に関するデータをデータプロセッサに伝送するステップを含む。

このデバイスドライバは、前記電圧範囲にわたって、５回より少ない掃引、好ましくは３回より少ない掃引、さらに好ましくは単一の掃引を遂行するように構成することができる。本発明の実施形態においては、これによって、読み取り時間を高速にできる。

このデバイスドライバは、２次範囲内において検出された放射線の事例に関するデータについてはデータプロセッサに伝送するが、放射線が検出されなかった２次範囲に関するデータについては伝送しないように構成することができる。本発明の実施形態においては、これによって、バンド幅が利用できないことに起因する遅れなしに、連続的な読み取りを遂行できる。

データプロセッサは、毎秒少なくとも１回、好ましくは５００ｍｓごとに少なくとも１回、さらに好ましくは約１００ｍｓごとに１回、位置データを放射線データと関連付けるように構成することができる。高頻度にデータを関連付けることで、移動体が、監視の間に領域を捉え損なうことなく、より高速に移動できることになる。組合せデータは、一意の参照番号などの識別子を、各個の位置データおよび各個の放射線データに割り当てることによって形成することができる。

データプロセッサは、組合せデータを記憶装置の中に保存し、および／または、組合せデータを遠隔装置に伝送するように構成することができる。ローカル記憶装置への保存によって、伝送エラーに対するセーフガードを提供できる。また、データの伝送によって、操作者が、放射性の脅威をリアルタイムで検出できるようになる。

位置センサーは、ＧＰＳ装置、エアセンサーのような流体差圧センサー、赤外線レーザセンサー、ライダー（LIght Detection and Ranging: LIDAR）、音響センサーの１つ以上を含むことができる。センサーを組み合わせると、より正確な位置データを得ることができる。

ソリッドステートの放射線センサーは、ガンマ線分光器の一部を形成し、放射線強度の測定と放射性核種の決定との両者を可能にすることができる。

放射線検出装置はソリッドステートの放射線センサーを含むことができる。

放射線センサーは、並行作動可能な複数の平面状の検出パネルを含むことができる。これによって、より頑丈な放射線センサーを提供することができる。パネルの一部が損傷しても、放射線センサーが作動不能になるのではなく、放射線センサーの全体的感度が低下するだけだからである。

第１のパネルの向きは、他のパネルの向きと異なるものとすることができる。また、各パネルの向きは他の各パネルの向きと異なるものとすることができる。すなわち、放射線を受け入れるパネルの外包（envelope）を異なるものとすることができる。

パネルは、ある形状、例えば円、長方形、楕円などの形状の周囲を規定するように構成することができる。これによって、放射線センサーを、無人の移動体がそれに沿って移動
するように構成される配管などの内面に適合させることができる。

放射線センサーは平行にすることができる。例えば、１つまたは複数の検出パネルを、個別にまたは一緒に、パネル面に略直交して延びる継ぎ輪（collar）によって取り囲むことができる。この継ぎ輪は、放射線を遮蔽するかまたは有意に減衰させるように構成される。これは、背景放射由来のノイズを低減する利点を有する。

１つ以上の検出パネルによって規定される全センサー面積は、少なくとも１０ｃｍ^２、好ましくは少なくとも５０ｃｍ^２、さらに好ましくは少なくとも１００ｃｍ^２のサイズにすることができる。いくつかの実施形態においては、各検出パネルを少なくとも１００ｃｍ^２のサイズにすることができる。これによって、３ｍ／ｓまでの速度で移動する場合、３ｍの距離において、１００Ｂｑまたは２×１０^−６ｍＣｉを検出し得る敏感な検出器が提供される。

放射線検出装置は、５ｋｇ以下の質量、好ましくは１．５ｋｇ以下、さらに好ましくは１ｋｇ以下、さらに好ましくは５００ｇ以下の質量を有することができる。軽量の装置によって、無人移動体の作動上の能力を広げることができる。

本発明の第２態様によれば、第１態様による放射線検出装置を含む無人の移動体が提供される。

無人移動体は、無人移動体の作動中にソリッドステートの放射線センサーの向きを維持するように構成されるジャイロプラットホームのような姿勢安定化装置をさらに含むことができる。これによって、測定位置と、その位置に対応する放射線源、例えば、その位置の直下の放射線源の検出との間のマッピングの精度を増大させることができ、空間的分解能を改善することができる。

無人移動体は自律的に動くように構成することができる。無人移動体は、組合せデータを生成する間、監視区域の目標表面に対して、それから５ｍより離れずに、好ましくは４ｍ、さらに好ましくは３ｍ、さらに好ましくは２ｍより離れずに動くように構成することができる。無人移動体は、放射線の監視の間、目標表面に近接していることが望ましい。これによって、放射線点源からの放射線径路からより多くのエネルギーを集めることができ、放射線センサーの感度を高めることができるからである。

無人移動体は、複数ロータの空中移動体のような無人の空中移動体、または無人の地上移動体、または無人の潜水／水中移動体を含むことができる。複数ロータの空中移動体を使用する場合は、安定性を高めるため、６個以上のロータを用いることが望ましい。

本発明の第３態様によれば、無人の移動体を用いる放射線の検出方法が提供される。この方法は、次のステップ、すなわち、
無人移動体に関連付けられた位置センサーから位置データを受け取るステップと、
その無人移動体に関連付けられたソリッドステートの放射線センサーから放射線データを受け取るステップと、
前記位置データを放射線データと周期的に関連付けて、組合せデータを生成するステップと、
を含む。

すなわち、本発明のこの態様による放射線の検出方法は、組合せデータを生成するために、位置データを放射線データと周期的に組み合わせるステップを含む。ソリッドステートの放射線センサーを用いるこの放射線マッピングの機能によって、特定地点における放
射線レベルの高分解能のマッピングが可能になる。放射線データおよび位置データは、放射性に関わる異状が生起する可能性がある監視区域をパトロールし得る無人の移動体から得られる。従って、放射線レベルの増大事象が検出された場合には、この放射線検出装置によって生成される組合せデータは、放射線の近隣の住民を支援するための有用な情報を提供できる。無人の移動体を用いることによって、ソリッドステートの放射線センサーを監視区域内部の目標表面に非常に近接して留めることが可能になり、これによってセンサーの感度が増大する。

この方法は、毎秒少なくとも１回、好ましくは５００ｍｓごとに少なくとも１回、さらに好ましくは約１００ｍｓごとに１回、ソリッドステートの放射線センサーから放射線データを受け取るステップを含むことができる。放射線センサーの高速読み取りによって、無人移動体が動いている間、高い空間的分解能における正確な放射線マッピングが可能になる。既知のソリッドステートの放射線センサー、特にガンマ線検出器は、十分に高速な読み取り時間を有しない可能性がある。この十分に急速な読み取り時間は、０．５〜３ｍ／ｓで動く移動体による局所放射線異状のリアルタイムのマッピングを可能にするのに十分な分解能を有する放射線マッピングを可能にする程度の急速な読み取り時間である。

この方法は、
放射線センサーの検出パネルに関わる電圧範囲にわたって走査するステップであって、その電圧範囲は、検出される放射線に対する可能なエネルギー値の範囲に対応していると共に、その電圧範囲は複数の２次範囲に区分されている、走査ステップと、
走査の中に前記２次範囲内において検出された放射線の事例について監視するステップと、
前記２次範囲内において検出された放射線の事例に関するデータを用いて放射線データを形成するステップと、
を含むことができる。

前記走査するステップは、前記電圧範囲にわたって、５回より少ない掃引、好ましくは３回より少ない掃引、さらに好ましくは単一の掃引を含むことができる。本発明の実施形態においては、これによって、読み取り時間を高速にできる。

前記放射線データを形成するステップは、２次範囲内において検出された放射線の事例に関するデータについてはデータプロセッサに伝送するが、放射線が検出されなかった２次範囲に関するデータについては伝送しないステップを含むことができる。本発明の実施形態においては、これによって、バンド幅が利用できないことに起因する遅れなしに、連続的な読み取りを遂行できる。

位置データは、毎秒少なくとも１回、好ましくは５００ｍｓごとに少なくとも１回、さらに好ましくは約１００ｍｓごとに１回、放射線データと関連付けることができる。高頻度にデータを関連付けることで、移動体が、監視の間に領域を捉え損なうことなく、より高速に移動できることになる。組合せデータは、一意の参照番号などの識別子を、各個の位置データおよび各個の放射線データに割り当てることによって形成することができる。

この方法は、
組合せデータ生成の間、無人の移動体を、目標表面に対して、それから５ｍより離れないように動かすステップ、
を含むことができる。

無人移動体は、０〜５ｍ／ｓの速度、好ましくは０〜３ｍ／ｓ、さらに好ましくは０〜２ｍ／ｓの速度、いくつかの実施形態においては１ｍ／ｓ未満の速度で動くのに適したも
のとするか、あるいは、その速度で動くように構成することができる。速度を遅くすると、放射線センサーの感度を高くすることができる。０〜２ｍ／ｓの速度によって感度と移動体の進行との間のトレードオフを最適化できることが分かった。

本発明の実施形態は、以下の目的の１つ以上のための放射線検出用として用いることができる。
・迅速な災害対応用の核事象モニタリングであって、範囲、発生源および強度に関するリアルタイムのデータを提供するもの。これは施設のインシデントからテロリストの事件にまで及ぶ可能性がある。
・核施設（内部および外部）、鉱山採掘作業および石油・ガス施設の日常的監視。
・施設閉鎖のための環境監視。
・使用済み劣化ウラニウム弾に関する戦争区域の環境監視。

以下、本発明の実施形態を、添付の図面を参照して記述する。

図１は、本発明の一実施形態による放射線検出装置の模式図である。 図２は、多パネル放射線センサーの模式図である。 図３は、異なる向きのパネルを有する多パネル放射線センサーの模式図である。 図４は、多パネル放射線センサーの模式図である。 図５ａおよび５ｂは、平行化された放射線センサーの模式図である。 図６は、本発明の一実施形態による放射線検出方法を表すフローチャートである。 図７は、本発明の一実施形態による無人の空中移動体および放射線検出装置の概略図である。

図１は、本発明の一実施形態による放射線検出装置１０の模式図である。この放射線検出装置１０は、地面のような目標表面上の点状の放射線源を検出するように構成することができる。

放射線検出装置１０は、無人の移動体１２に物理的に関連付けられるように配置される。例えば、放射線検出装置１０は、無人の移動体１２の上に、またはその下に装着するか、あるいは何らかの他の方法で無人移動体１２に物理的に連結することができる。放射線検出装置は、適度に小型の外包全体を形成するように、無人移動体１２の外面上の一点から１ｍ以内に、好ましくは０．５ｍ以内に物理的に配置することが望ましい。

放射線検出装置１０はデータプロセッサ１４を含む。このデータプロセッサ１４は、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラ、例えば、Raspberry Pi（商標）、Arduino（商標）またはBeagleboard（商標）のような任意の適切なデータプロセッサとすることができる。いくつかの実施形態においては、データプロセッサ１４は複数個のデータプロセッサを含むことができる。

データプロセッサ１４は、位置センサー１６から位置データを受け取るように構成される。位置センサー１６は、位置センサー１６の位置に関する情報を提供するように構成される任意の適切なデバイスとすることができる。これから、放射線検出装置１０および／または無人移動体１２の位置を決定できる。位置センサー１６は３次元の位置データを提供することが望ましい。位置センサー１６は、ＸおよびＹの空間位置を±１０ｃｍの範囲内で供給する全地球測位システム（global positioning system: GPS）検出器および高度
またはＺ位置を±１ｃｍの範囲内で供給する差圧測定装置、赤外線レーザセンサー、ＬＩＤＡＲ、音響センサーのような、１つ以上の離散型位置決め要素を含むことができる。センサーを組み合わせることで、より正確な位置データをもたらすことができる。いくつかの実施形態においては、下部の目標表面に関する情報を提供するために、Ｚ軸距離計を含めることができる。

他の実施形態においては、位置センサー１６に、その環境と環境内部における出発点とに関する既知の情報を含めることができ、かつ、位置センサー１６は、環境内部における動きを測定および追跡するためのセンサーを用いることができる。

データプロセッサ１４は、ソリッドステートの放射線センサー１８から放射線データを受け取るように構成される。ｘ線またはガンマ線の光子を電子に変換するために、任意の適切なソリッドステートの放射線センサー１８、すなわち半導体放射線センサーを設けることができる。このような検出器は、所定のエネルギーのガンマ線のみを除外するように調整することが可能である。ガンマ線に対する高い感度と、好適なエネルギー分解能とを有するという点で、テルル化カドミウム亜鉛検出器を用いることが望ましい。ソリッドステートの放射線センサー１８を用いることによって、例えばシンチレーション管のような他のタイプの放射線センサーに比べて高速な読み取りが可能になる。放射線センサーの高速読み取りによって、移動する無人移動体と組み合わせて使用する場合、高い空間的分解能を得ることができる。放射線センサー１８は、放射線強度と放射性核種の両者を決定できるので、ガンマ線分光器とすることが望ましい。強い放射線に適用する場合や長期間曝露の場合には、単結晶または多結晶のダイヤモンドウエハ検出器を用いることが望ましい。

記憶装置１５がデータプロセッサ１４と通信可能に設けられる。記憶装置１５は１つ以上の記憶デバイスを含むことができる。記憶装置１５は、データプロセッサ１４が位置センサー１６およびソリッドステートの放射線センサー１８と通信して組合せデータを生成するのを可能にするための制御ソフトウェアおよびデバイスドライバを保存する。

放射線センサーのデバイスドライバは、検出パネル上の電位差（potential difference: PD）を、例えば０〜５００Ｖのような電圧範囲内で、かつ、例えば１００Ｈｚのような特定の周波数で変化させるように構成される。この電圧範囲は、検出可能なエネルギー値の範囲に関係する。検出可能なエネルギー値の範囲は、グループまたは「ビン（bin）」
に区分される、ビンの個数が少ない方が、処理効率を改善することができる。ビンの個数および構成は、対象となる放射線源によって決定することができる。ＰＤが変化する際に、放射線センサーがビンに対応するエネルギーレベルで放射線を検出していれば、ビンの中に１つの「カウント（count）」が置かれる。ドライバは、放射線センサーによる読み
取りが、ＰＤ周波数より遅い速度でのＰＤ範囲にわたる単一掃引を含むように構成される。その単一掃引の間、ドライバは、どのビンがカウントを有するかについて記録し、記録するとそのカウントを消去する。掃引が完了すると、ドライバは、カウントを有するビンのみに関するデータをデータプロセッサに送り、組合せデータを形成する。単一の掃引によって高速読み取り時間がもたらされる。カウントデータのみを送ることによって、伝送効率が増大し、全チャンネルバンド幅が後続の掃引伝送のために利用不能となる可能性が低減する。

位置センサーのデバイスドライバは、位置センサー１６のＸＹＺ位置に関する情報を受け取るように構成される。ドライバは、ＸおよびＹ位置を、好ましくは、そこで利用可能な複数個の衛星を利用する差分ＧＰＳによって得る。また、ドライバは、Ｚ値を、プラットホーム回りの地形図の情報を得るための音響アレイ（または類似のもの）と組み合わされた空気差圧から得る。これは処理ユニット１４に中継される。

データプロセッサ１４は、位置センサー１６からの位置データを放射線センサー１８からの放射線データと周期的に関連付けて、特定地点における放射線のレベルを表す組合せデータを形成するように構成される。組合せデータ生成の頻度は、一般的に、放射線センサー１８の読み取り時間によって制限される。組合せデータは、対応する位置データおよび放射線データの個別データに、放射線センサー１８の読み取り時刻のような一意の参照番号を割り当てることによって形成することができる。ほとんどの実施形態においては、組合せデータは、放射線センサー１８が読み取られる度ごとに形成されるであろうが、いくつかの実施形態においては、データプロセッサ１４を、位置センサー１６から頻度を少なくして読み取り、組合せデータにおいて使用するための推定位置データを得るために、位置データの読み取り値を補間するように構成することができる。これは、無人移動体１２が、構成された移動経路から離れる可能性が少ない実施形態において採用可能である。対応する放射線データおよび位置データは時間的に同期していること、すなわち同じ時間点に対応していることが望ましい。これによって、高度の空間的正確さが提供されるためである。しかし、実際には、一般的に微小な時間的遅れが存在することが認められるであろうし、また、無人移動体が移動経路に沿って０．１ｍ／ｓ以下の速度で動くように構成されるようないくつかの実施形態の場合には、さらに大きい時間的遅れを許容することができる。

データプロセッサ１４は、毎秒少なくとも１回、好ましくは５００ｍｓごとに少なくとも１回、さらに好ましくは約１００ｍｓごとに１回、位置データを放射線データと関連付けるように構成することができる。高頻度にデータを関連付けることで、移動体１２が、監視の間に領域を捉え損なうことなく、より高速に移動できる。

データプロセッサ１４は、位置データ、放射線データ、組合せデータのいずれかまたは組み合わせを遠隔装置に伝送可能とするために、無線トランシーバのような入出力（input/output: I/O）モジュール２０と接続するように構成できる。Ｉ／Ｏモジュール２０は
、無人移動体１２制御用の指令を受け取るためにも用いることができる。いくつかの実施形態においては、信号を、可撓なテザーワイヤによって無人移動体との間で送受信することができる。

このように、本発明の第１実施態様による放射線検出装置は、組合せデータを生成するために、位置データを放射線データと周期的に組み合わせるデータプロセッサを含む。ソリッドステートの放射線センサーの使用によって、特定地点における放射線レベルの高分解能のマッピングが可能になる。放射線データおよび位置データは、放射性に関わる異状が生起する可能性がある監視区域をパトロールし得る無人の移動体から得られる。従って、放射線レベルの増大事象が検出された場合には、この放射線検出装置によって生成される組合せデータは、放射線の近隣の住民を支援するための有用な情報を提供できる。無人の移動体を用いることによって、ソリッドステートの放射線センサーを監視区域内部の目標表面に非常に近接して留めることが可能になり、これによってセンサーの感度が増大する。

図２に示すように、いくつかの実施形態においては、放射線センサー１８は、並行して作動可能な平面状の半導体検出パネル１８ａ〜１８ｄのアレイを含むことができる。この方式によってより頑丈な放射線センサーを提供することができる。この場合、パネルの一部が損傷しても、全放射線センサーが作動不能になるのではなく、放射線センサーの全体的感度が低下するだけだからである。複数の検出パネル１８ａ〜１８ｄは、複数個の個別放射線センサーパネル１８を一緒に配列することによって構成することができる。

図３に示すように、いくつかの実施形態においては、放射線センサー１８’の第１パネ
ル１８ａ’の向きが、他のパネル１８ｂ’の向きと異なるようにできる。各パネルの向きが他の各パネルの向きと異なるようにできる。

図４に示すように、いくつかの実施形態においては、検出パネル１８ａ’’〜１８ｄ’’を、例えば円、長方形、楕円などの幾何学的形状２２の周囲を規定するように構成することができる。すなわち、検出パネル１８ａ’’〜１８ｄ’’が幾何学的形状２２の周囲に面するように配置される。これによって、放射線センサー１８’’を、無人の移動体がそれに沿って移動するように構成される配管などの内面に適合させることができる。

本発明の実施形態による放射線センサーを平行にすることができる。例えば、図５ａおよび５ｂに示すように、検出パネル１８’’’または複数の検出パネル１８ａ’’’〜１８ｄ’’’を、個別にまたは一緒に、検出器領域の周囲からこれに略直行して延びる継ぎ輪２４によって取り囲むことができる。放射線センサーの平行化は、背景放射由来のノイズを低減する利点を有する。

本発明の実施形態においては、１つ以上の検出パネルによって規定される全放射線センサー１８の面積を、少なくとも１０ｃｍ^２、好ましくは少なくとも５０ｃｍ^２、さらに好ましくは少なくとも１００ｃｍ^２のサイズにすることができる。いくつかの実施形態においては、各検出パネルを、少なくとも１０ｃｍ^２、好ましくは少なくとも５０ｃｍ^２、さらに好ましくは少なくとも１００ｃｍ^２のサイズにすることができる。これによって、３ｍ／ｓまでの速度で移動する場合、３ｍの距離において、１００Ｂｑまたは２×１０^−６ｍＣｉを検出し得る敏感な検出器が提供される。

放射線検出装置は、５ｋｇ以下の質量、好ましくは１．５ｋｇ以下、さらに好ましくは１ｋｇ以下、さらに好ましくは５００ｇ以下の質量を有することができる。装置が軽いほど、無人移動体の作動上の能力を広げることができる。

いくつかの実施形態においては、無人移動体１２の作動中に放射線センサーの向きを維持するように配置されるジャイロプラットホームのような姿勢安定化装置を設けることができる。これによって、空間的感度を高めることができる。

無人移動体は、組合せデータを生成する間、目標表面に対して、それから５ｍより離れずに、好ましくは４ｍより、さらに好ましくは３ｍより、さらに好ましくは２ｍより離れずに動くように構成することができる。無人移動体は、放射線検出の間、目標表面に近接していることが望ましい。これによって、一般的に、検出器によって、目標表面上の放射線源からより多くの放射性エネルギーを集めることになり、放射線センサーの感度を高めることができるからである。空間的分解能も改善することができる。

無人移動体は、０〜５ｍ／ｓの速度、好ましくは０〜３ｍ／ｓ、さらに好ましくは０〜２ｍ／ｓの速度、さらに好ましくは１ｍ／ｓ未満の速度で動くように構成することができる。遅い速度が、放射線センサーの高い感度をもたらすことができる。０〜２ｍ／ｓの速度が、感度と移動体の進行との間の最適の妥協点であることが分かった。

本発明の実施形態による放射線検出装置は、任意の適切な無人移動体、例えば、複数ロータの空中移動体のような無人の空中移動体、または無人の地上移動体、または無人の潜水／水中移動体と共に使用することができる。複数ロータの空中移動体を使用する場合は、安定性を高めるため、６個以上のロータを用いることが望ましい。移動体の選択は、以下に述べるように、監視区域の種類によって影響を受ける場合がある。いくつかの実施形態においては、無人移動体を自律的に移動するように構成することができる。

無人の空中移動体は、核施設のような監視現場に特に適している。これは、潜在的に困難な地域上において無人空中移動体を操縦できるためである。無人空中移動体を使用する場合は、無人空中移動体を、監視区域内において目標表面に対して、それから５ｍ未満の距離で動かすように制御することが望ましい。一般的に、放射性射出源から放射される放射線は無指向性であるので、そのように目標表面に近接することによって、検出器の感度を高めることができる。軟式飛行船（blimp）なども、無風の環境における長期間の監視
用としては有用であり得る。

無人の地上移動体は、特に建物のフロア用または限定された空間用として、あるいはパイプクローラとして特に適していると言える。

無人潜水移動体は、浸水したパイプ（flooded pipe）内のパイプクローラとして、貯蔵／冷却池用として、湖沼用などとして特に適しているであろう。

図６は、本発明の実施形態による放射線検出方法３０を表す。

本方法はステージ３２において開始される。

ステージ３４において、本方法は、経過時間Ｔが関連付け周期Ｐに等しいか否かを決定する。等しくない場合は、本方法はステージ３４に戻る。等しい場合は、本方法はステージ３６に進む。

ステージ３６において、本方法は、無人移動体に関連付けられている位置センサーから位置データを読み取る。

ステージ３８において、本方法は、無人移動体に関連付けられている放射線センサーから放射線データを読み取る。

ステージ４０において、本方法は、放射線データを位置データと関連付けて、組合せデータを形成する。

ステージ４２において、本方法は、終了したか否かを決定する。これは、無人移動体の作動上の能力に基づくことができる。終了していないと決定されると、本方法はステージ４４に進み、終了していると決定されると、本方法はステージ４６に進む。

ステージ４４において、経過時間がリセットされ、本方法はステージ３４に進む。

ステージ４６において、本方法は終了する。

関連付けの周期は、毎秒少なくとも１回、好ましくは５００ｍｓごとに少なくとも１回、さらに好ましくは約１００ｍｓごとに１回とすることができる。放射線センサーの高速読み取りによって、無人移動体が動いている間、高い空間的分解能における正確な放射線のマッピングが可能になる。

放射線センサー用のデバイスドライバは、放射線センサーの検出パネルに関わる電圧範囲であって、検出される放射線に対する可能なエネルギー値の範囲に対応していると共に、複数の２次範囲に区分される電圧範囲にわたって走査し、かつ、走査の間、その２次範囲内において検出された放射線の事例について監視するように構成することができる。２次範囲内において検出された放射線の事例に関するデータは、位置データと組み合わされるべき放射線データの読み取り値として出力することができる。

走査のステップは、前記電圧範囲にわたって、５回以下の掃引を含むことができる。３回より少ない掃引の実施が好ましく、単一の掃引のみを前記電圧範囲にわたって遂行することがさらに好ましい。本発明の実施形態においては、これによって、読み取り時間を高速にできる。敏感な放射線センサーによって、点状の放射線源からの放射線を少ない回数の掃引によって検出できる可能性が増大する。ソリッドステートの検出板のサイズと、放射線源からの距離とが、放射線センサーの感度に影響する。

出力のステップは、２次範囲内において検出された放射線の事例に関するデータについてはデータプロセッサに伝送するが、放射線が検出されなかった２次範囲に関するデータについては伝送しないステップを含むことができる。

組合せデータを生成する間、無人移動体を、目標表面に対して、それからから５ｍより離れずに動くように作動させることができる。

組合せデータを生成する間、無人移動体を、０〜３ｍ／ｓの平均速度で動くように制御することができる。

図７は、無人移動体１２が、商業的に入手可能な多ロータのヘキサコプター無人空中移動体であって、MicroKopter社から「MicroKopter Hexa XL」なる商品名で販売されている空中移動体である、本発明の実施形態を示す。この無人空中移動体１２は、３０分間の飛行時間が可能である。この無人空中移動体１２のプラットホームは、風速と比較的無関係に、位置、高度および飛行速度に関して高精度の制御を提供する。特定の位置点に一度に数分間ホバリングすることが可能であり、場合によっては必要に応じて着陸もできる。

この無人空中移動体１２は、Ｘ、Ｙの空間位置を±１０ｃｍの範囲内で決定するための差分ＧＰＳを遂行でき、このシステムの高度（Ｚ）は空気差圧分析を用いて決定される。これは、移動体のＺ位置を±１ｃｍの範囲内で決定するように、出発点の地面の気圧を、移動する移動体の気圧と比較する機能を伴っている。

この無人空中移動体１２は、ＧＰＳウェイポイントの間を、０〜３ｍ／ｓの速度および１〜４ｍの高度で動くように制御される。

放射線センサー１８は、Kromtek Ltd社が製造しているガンマ線スペクトロメータKromek GR1（商標）であり、次の仕様を有する。
・検出器：１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍＣｄＺｎＴｅ共平面グリッド検出器
・エネルギー範囲：２０ｋｅＶ〜３．０ＭｅＶ
・エネルギー分解能：２．０〜２．５％ＦＷＨＭ＠６６２ｋｅＶ
・電子ノイズ：＜１０ｋｅＶＦＷＨＭ
・最大スループット：３２，０００カウント／ｓ
・チャンネル数：４０９６（１２ビット）
・微分非線形性：＜±１％
・積分非線形性：＜±０．０２％
・電力消費量：２５０ｍＷ
・寸法：２５ｍｍ×２５ｍｍ×６３ｍｍ
・重量：６０グラム

放射線センサー１８には、市販されているピエゾ制御安定化プラットホーム１３が搭載され、放射線センサー１８が常に垂直下方を指すようにする。これによって、空間的感度が維持される。

放射線センサー１８は、軽量のＲａｓｐｂｅｒｒｙ Ｐｉ（商標）コンピュータボード１４と統合される。図１を参照して上に述べたハードウェアドライバによって、放射線センサー１８とボード１４との間の通信、および、位置データを得るための無人空中移動体のフライトコンピュータとボード１４との間の通信が可能になる。

飛行の間、Ｘ、Ｙ、Ｚデータは５００ｍｓごとにログされて、移動体に搭載されているマイクロＳＤカードに記録される。Ｒａｓｐｂｅｒｒｙ Ｐｉ１４上の制御ソフトウェアは、スペクトロメータ１８の読み取りを高周波（１０ミリ秒ごとに１点以上）で処理および記録するように、かつ、ＧＰＳ位置データを各位置における放射線の測定と共に記録するためにこの生起データを位置データと統合するように、構成される。

Ｒａｓｐｂｅｒｒｙ Ｐｉ１４は、この組合せデータストリームを、それがさらに処理される遠隔基地局に伝送するように構成される。

この実施形態の特徴は、任意の単一地点から、数１０秒から数分間、ガンマ放射線のスペクトルを取得する能力を提供する。

以上開示した実施形態の無人空中移動体搭載の放射線検出装置の本質的な特性は、以下の各項を含む。すなわち、
１）低線量率（毎秒１０カウント以下、０．２ｎＣｉ以下）における高感度での放射線検出能力。
２）１ｍ以下の地上空間的分解能を有するように、（必要に応じて）平行化されること。３）放射線の原因となる放射性元素の特定。
４）低いエネルギー消費量。
５）放射線信号および位置データの両者を短い時間間隔（１秒以下、最適には約１０ｍｓサンプリング間隔）で連続的に記録および伝送する能力を有すること。
６）放射線による損傷に対して合理的な許容度を有すること。

以上、本発明を１つ以上の好ましい実施形態を参照して記述したが、添付の請求項に規定する本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更または修正をなし得ることが理解されるであろう。「含む／備える（comprising）」という用語は、「包含する（including）」または「・・・から構成される（consisting of …）」を意味することができ、従
って、全体として、任意の請求項または明細書に列挙されているもの以外の要素またはステップが存在することを排除しない。相互に異なる従属請求項において特定のいくつかの手段に言及することがあるが、それは、これらの手段の組合せについては有利に利用できないということを意味するものではない。

Claims (29)

1. 無人移動体に装着された位置センサーと、前記無人移動体に装着されたソリッドステートの放射線センサーとに通信可能に結合されるように構成されたデータプロセッサを備えた放射線検出装置であって、当該データプロセッサは、
   前記位置センサーから位置データを受け取り、
   前記ソリッドステートの放射線センサーから放射線データを受け取り、かつ、
   前記位置データを前記放射線データと周期的に関連付けて組合せデータを形成する、ように構成される、放射線検出装置。
2. 前記データプロセッサが、少なくとも毎秒１回、位置データを放射線データと関連付けるように構成される、
   請求項１に記載の放射線検出装置。
3. 前記放射線センサーからの読み取りを制御するためのデバイスドライバをさらに含み、
   当該デバイスドライバは、
   前記放射線センサーの検出パネルに関わる電圧範囲にわたって走査するステップであって、当該電圧範囲は、検出される放射線に対する可能なエネルギー値の範囲に対応していると共に、複数の２次範囲に区分されている、走査ステップと、
   走査の中に前記２次範囲内において検出された放射線の事例について監視するステップと、
   前記２次範囲内において検出された放射線の事例に関するデータを前記データプロセッサに伝送するステップと、
   を含むセンサーの読み取りを提供するように構成される、
   請求項１または２に記載の放射線検出装置。
4. 前記デバイスドライバが、前記電圧範囲にわたって、５回より少ない掃引の遂行によってセンサーの読み取りを提供するように構成される、
   請求項３に記載の放射線検出装置。
5. 前記デバイスドライバが、２次範囲内において検出された放射線の事例に関するデータについては前記データプロセッサに伝送するが、放射線が検出されなかった２次範囲に関するデータについては伝送しないように構成される、
   請求項３または４に記載の放射線検出装置。
6. 前記無人移動体に搭載されるように構成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の放射線検出装置。
7. 前記データプロセッサが、前記組合せデータを記憶装置の中に保存するように、および／または、前記組合せデータを遠隔装置に伝送するように構成される、
   請求項１〜６のいずれか一項に記載の放射線検出装置。
8. 前記位置センサーが、ＧＰＳ装置、エアセンサーなどの流体差圧センサー、赤外線レーザセンサー、ライダー（LIght Detection and Ranging: LIDAR）、音響センサー、前記放射線検出装置と下部の表面の間の距離を測定する装置の１つ以上を含む、
   請求項１〜７のいずれか一項に記載の放射線検出装置。
9. 前記ソリッドステートの放射線センサーをさらに含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の放射線検出装置。
10. 前記放射線センサーが複数の半導体検出パネルを含む、請求項９に記載の放射線検出装置。
11. 第１検出パネルの向きが、他の検出パネルの向きと異なる、請求項１０に記載の放射線検出装置。
12. 前記検出パネルが、幾何学的形状の周囲を規定するように構成される、請求項１０または１１に記載の放射線検出装置。
13. 前記放射線センサーが平行化される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の放射線検出装置。
14. １つ以上の検出パネルによって規定される放射線センサーの全検出面積が、少なくとも１０ｃｍ^２のサイズである、
    請求項１〜１３のいずれか一項に記載の放射線検出装置。
15. 前記放射線検出装置の質量が５ｋｇ以下である、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の放射線検出装置。
16. 請求項１〜１５のいずれか一項に記載の放射線検出装置を含む無人移動体。
17. 前記無人移動体の作動中に、前記ソリッドステートの放射線センサーの向きを維持するように構成される姿勢安定化装置をさらに含む、請求項１６に記載の無人移動体。
18. 前記組合せデータを生成する間、目標表面に対して、それから５ｍより離れずに動くことができる、あるいは、そのように動くように構成される、請求項１６または１７に記載の無人移動体。
19. 前記組合せデータを生成する間、５ｍ／ｓ未満の速度で動くように構成される、請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の無人移動体。
20. 多ロータプラットホームなどのＵＡＶまたはＵＧＶまたはＵＳＶである、請求項１６〜１９のいずれか一項に記載の無人移動体。
21. 無人移動体を用いる放射線の検出方法であって、
    前記無人移動体に関連付けられた位置センサーから位置データを受け取るステップと、
    前記無人移動体に関連付けられたソリッドステートの放射線センサーから放射線データを受け取るステップと、
    前記位置データを前記放射線データと周期的に関連付けて組合せデータを生成するステップと、
    を含む放射線検出方法。
22. 位置データが、少なくとも毎秒１回、放射線データと関連付けられる、請求項１８に記載の方法。
23. 前記放射線センサーの検出パネルに関わる電圧範囲にわたって走査するステップであって、当該電圧範囲は、検出される放射線に対する可能なエネルギー値の範囲に対応していると共に、複数の２次範囲に区分されている、走査ステップと、
    走査の中に前記２次範囲内において検出された放射線の事例について監視するステップと、
    前記２次範囲内において検出された放射線の事例に関するデータを用いて放射線データを読み取るステップと、
    を含む、請求項１８または１９に記載の方法。
24. 前記走査ステップでは、前記電圧範囲にわたって、５回以下の掃引を遂行する、請求項２３に記載の方法。
25. 前記読み取りのステップでは、２次範囲内において検出された放射線の事例に関するデータについては前記データプロセッサに伝送するが、放射線が検出されなかった２次範囲に関するデータについては伝送しない、
    請求項２３または２４に記載の方法。
26. 前記組合せデータ生成の間、前記無人移動体を、目標表面に対して、それから５ｍより離れないように動かすステップ、および／または、下部の表面までの距離情報を得るステップを含む、請求項１８〜２５のいずれか一項に記載の方法。
27. 前記組合せデータ生成の間、前記無人移動体を５ｍ／ｓ未満の速度で動かすステップを含む、請求項１８〜２６のいずれか一項に記載の方法。
28. 添付の図面を参照して本明細書に実質的に記述した放射線検出装置。
29. 添付の図面を参照して本明細書に実質的に記述した方法。

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