JP2017526928A - 水域環境において有害物質を非侵襲的に検出するための装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、水域環境中の有害物質を非侵襲的に検出するための装置に関する。本発明では、装置が、粒子検出器（１０６）によって囲まれている高速中性子発生器（１０１）とガンマ量子検出器（１１１）とを格納するための、密封されたハウジングを備えており、高速中性子発生器（１０１）が、中性子ガイド及び／又はガンマ量子ガイド（１０８）を介して、被験物体（１０７）に向かって中性子を放射し、ガンマ量子検出器（１１１）が、中性子ガイド及び／又はガンマ量子ガイド（１０８）を介して移送された被験物体（１０７）の原子核によって放射されたガンマ量子を記録する。
Description
本発明は、水中環境において例えば水中残存物、地雷や戦用ガスのような有害物質を非侵襲的に検出するための装置及び方法に関する。本発明における装置及び方法は、中性子を放射化することと、中性子を照射した後に形成される物質の特徴的なガンマ量子スペクトルの計測とに基づいている。
現在、従来技術に基づく、有害物質を検出するための方法は、主として、電子と相互作用するＸ線の利用に基づいており、これにより被検体の分布密度及び形状を決定することができるが、正確に識別することができない。また、空港のセキュリティシステムが、物質分析装置を利用する一方、テロリスト阻止ユニットは、レーダー及び誘導検出器を利用している。残念ながら、当該方法のすべてが、金属の存在を検出することができるにすぎないか、又は地中の物体の形状を決定することができるにすぎない。従って、任意の疑わしい物体を検出するためには、さらなる検査を必要とする。中性子を物質に照射し、放射されたガンマ量子のエネルギスペクトラムを計測する、化学量分析に基づく装置は、上述の方法の欠点を有していない。
海、大洋、川の底に沈んだ戦争残留物は、特に激しい軍事作戦が行われた地域及び水深が浅い地域において、依然として大きい問題である。水没により使用不能となった、第二次世界大戦時に利用された武器弾薬及び地雷は、海における重大な脅威であり、一部のシェルに格納されている有毒物質、例えば軍事目的のガスは、大きい環境問題である。１９４８年までに、最大６５０００トンの化学薬品を含む約２５００００トンの水没により使用不能となった武器弾薬が、バルト海に沈んでいる。主な既知の汚染領域は、リトルベルト山脈、ボーンホルム島深海（ボーンホルム島の東部）、及びゴットランド島深海の南西部分である。既知の水中武器庫から離れて、未知の量の危険な戦争残留物が、バルト海全体に、特に海運路に沿って海岸の近くに分散している。これらシェルの一部は既に腐食しているおり、化学薬品、主にマスタードガスが海床に漏れ出しており、汚染が発生している。バルト海の底では、化学薬品が、水にほとんど溶解しない油性液体の形態になっているので、ガス汚染が、腐食したシェルの僅か数メートルの近くに到達している。従って、人々にとっての最大の脅威は、武器弾薬の埋め立て地が疾病及び遺伝子異常を引き起こすことに起因いして、当該武器弾薬の埋め立て地から周囲から魚の生態系を失うことである。また、水没した武器弾薬は、例えば漁の最中に錆びついたシェルを海底から引き上げることがある漁師に対して、直接的な脅威を形成している。バルト海における水没した戦争残留物の検出及び識別は、当該戦争残留物から有害物質を除去するための現在進行中の事業において重大である。
危険物質の大部分が有機化合物又はその混合物である。従って、危険物質の大部分は、酸素、炭素、水素、及び窒素から成る。このような特徴が、疑わしい物体に対する化学量分析による、他の物質の中に埋もれた爆発物又は薬剤の識別を可能とする。
特許文献１、特許文献２、及び特許文献３では、発生器によって等方的に生成された良好なエネルギＥ＝１４ＭｅＶを有する高速中性子ビームに基づいて、地中、建物の中、車両の中に隠された危険物質を検出するための装置及び方法が開示されている。試験材料を貫通する中性子は、自身の励起を引き起こす未知の物質の原子の原子核と相互作用する。その結果として、中性子を照射することによって、元素それぞれについて特有のガンマ量子が放射される。これら量子は検出器によって検知され、多数の放射されたガンマ量子とそのエネルギとを決定することによって、被験物体の化学量を決定することができるので、その結果として、当該ガンマ量子を識別することができる。特許文献４は、高速中性子相互作用に加えて、入射ビームからの多数の中性子を散乱させた後に熱中性子捕捉の過程において生成されるガンマ量子を利用する装置を開示している。これにより、水素含有量を決定することができるので、当該方法の感度を高めることができる。
水中環境では、地雷及び危険化学物質を検出するために、物体の位置及び形状のみを決定することができるソナーが主に利用されるが、化学成分に関する情報を得ることはできない。特許文献５は、中性子源を利用することによって水中機雷を検出するための装置及び方法を開示している。当該装置及び方法は、捕捉された中性子から特徴的なガンマ量子を検出することを基礎とする。中性子は、低速度且つ低エネルギで発生し、水によって速度低下（減速）され、熱中性子として、非常に小さいエネルギで検出対象物体に到達する。当該装置に取り付けられている検出器によって、熱中性子の吸収によって生成されたガンマ量子のエネルギを検知及び決定することができる。また、中性子と環境との相互作用によって生成された他の粒子が検知される。ガンマ量子の観察されたスペクトル及び検出器に到達した多数の二次中性子から異常を探索することによって、隠された水中機雷を識別することができる。
非特許文献１は、有害物質を水中で検出するための高速中性子放射化の試みを開示している。中性子検出器は、中性子発生器から隔離されており、ロボットのアームに配置されている。特別なロボットアームを利用することによって、試験物体からの検出器の距離を変化させ、水中を移動するガンマ線の減衰を低減させることができる。
水に対する中性子の吸収が比較的強いので、当該方法は、海底に位置する物質又は海底に浅く埋められた物質を検出することのみ可能である。さらに、検出対象物体と装置との間における水層は、４メートルを超えてはならず、水中を移動する中性子及びガンマ量子の強い吸収が、疑わしい物体の被曝時間を著しく低減し、得られた結果の解釈を一層困難にする。
本出願以前における技術的課題は、水中環境における有害物質を非侵襲的に検出するための、このような装置及び方法を提供することである。当該装置及び方法は、比較的高い感度及び比較的低いノイズ（背景放射線の低減）によって特徴づけられており、貯水池の底部に深く配置されている危険物質を一層正確に検出することができ、被験物体内における危険物質の密度分布を決定することができる。驚くべきことに、これら技術的課題は、本発明によって解決される。
V. Valkovic et al., "An underwater system for explosive detection," Proc. SPIE 6540, Optics and Photonics in Global Homeland Security III, 654 013 (May 04, 2007)
本発明の第１の実施態様は、水域環境中の有害物質を非侵襲的に検出するための装置であって、装置が、粒子検出器によって囲まれている高速中性子発生器とガンマ量子検出器とを格納するための、密封されたハウジングを備えており、高速中性子発生器が、被験物体に向かって中性子を放射し、ガンマ量子検出器が、試験物体の原子核によって放射されたガンマ量子を検知する、装置において、装置が、高速中性子発生器（１０１）及びガンマ量子発生器それぞれと接続されている、中性子ガイド及び／又はガンマ量子ガイドを備えていることを特徴とする装置とされる。本発明の好ましい実施例では、中性子ガイド及び／又はガンマ量子ガイドが、閉じた基部を有する円筒状の形態とされ、好ましくは伸縮式とされる。また、好ましくは、中性子ガイド及び／又はガンマ量子ガイドの内側において、真空とされるか、又は、中性子ガイド及び／若しくはガンマ量子ガイドが、ガス、好ましくは空気、ヘリウム、若しくはアルゴンで充填されている。好ましくは、中性子ガイド及び／又はガンマ量子ガイドが、ステンレス鋼、アルミニウム、又は炭素繊維を含有する材料から作られている。本発明のさらなる好ましい実施例では、中性子ガイド及び／又はガンマ量子ガイドが、中性子反射材、好ましくはグラファイトから成る薄肉層によって、内側からカバーされている。本発明の他の好ましい実施例では、高速中性子発生器に結合されている中性子ガイド及び／又はガンマ量子ガイドと、ガンマ量子検出器に接続されている中性子ガイド及び／又はガンマ量子ガイドとの間における距離が変更可能とされ、中性子ガイド及び／又はガンマ量子ガイドと中性子ガイド及び／又はガンマ量子ガイドとが成す角度が、約０°〜約９０°の範囲内とされる。好ましくは、ガンマ量子検出器が、半導体検出器システム又はシンチレーション検出器システムとされる。また、好ましくは、高速中性子発生器が、中性子ガイド及び／又はガンマ量子ガイドの反対側の位置に、粒子検出器を有しており、中性子ガイド及び／又はガンマ量子ガイドに対して垂直とされる位置に、粒子検出器を有している。
本発明の第２の実施例では、水域環境中の有害物質を非侵襲的に検出するための方法であって、
ａ）中性子発生器を利用することによって、５ＭｅＶ〜２０ＭｅＶの範囲にあるエネルギで高速中性子を発生させるステップと、
ｂ）ステップａ）において発生された高速中性子を検出対象物体に向かって視準するステップと、
ｃ）被験物体の原子核を励起状態から基底状態に遷移させる際に放射されるガンマ量子を検出するステップと、
を備えている方法において、
発生された高速中性子と放射されたガンマ量子とが、中性子ガイド及び／又はガンマ量子ガイドの内部において移送されることを特徴とする方法とされる。また、好ましくは、ガンマ量子が、中性子ガイド及び／又はガンマ量子ガイドの反対側に位置する検出器によって検出される粒子と同時に検出される。本発明の好ましい実施例では、粒子検出器の信号と同時とされるガンマ量子検出器からの信号を拒絶する。本発明の好ましい実施例では、中性子ガイド及び／又はガンマ量子ガイドの位置と、検出器からの信号に対するガンマ量子検出器の内部におけるガンマ量子の検知の時間とを計測する。
ａ）中性子発生器を利用することによって、５ＭｅＶ〜２０ＭｅＶの範囲にあるエネルギで高速中性子を発生させるステップと、
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本発明における、水域環境中の有害物質を非侵襲的に検出するための装置及び方法は、比較的高精度で危険物質を検出することができる特別に設計された高速中性子ガイド及び／又はガンマ量子ガイドを利用することによって、貯水池の底部に深く隠された物体を検出することができる。高速中性子ガイド及び／又はガンマ量子ガイドを伸縮式構造とすることによって、高速中性子ガイド及び／又はガンマ量子ガイドの長さを広範囲に亘って調整可能となり、これにより様々な深さを有する貯水池において検出可能とされる。伸縮式ガイド構造体によって、ガンマ量子検出器に接続されているガンマ量子ガイドを移動させることによって、ガイド同士が成す角度を変更することができるので、様々な深さにおける検出及び様々な領域における検出が可能となり、被験物体の分布密度を決定することができる。中性子ガイドの反端側に配置された粒子検出器によって検知された信号と同時に、ガンマ量子を計測することによって、背景放射線の低減が著しく向上し、利用される計測方法の感度及び分解能がさらに高められる。
［実施例］
図１は、本発明における水域環境１００中の有害物質を非侵襲的に検出するための装置の概略図である。中性子発生器１０１は、重水素イオン１０２を三重水素ターゲット１０３と衝突させ、Ｄ＋Ｔ→ａ＋ｎという化学反応を起こさせる。当該化学反応からは、重水素のエネルギと比較して遥かに高いエネルギが放出されるので、粒子１０４及び中性子１０５が、空間内に略等方的に生成され、略連続的に移動する。中性子の発生から放たれた粒子１０４は、中性子発生器１０１の壁に設けられている検出システム１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃによって記録される。当該検出システムは、数ｃｍの縦横高さの寸法を有するシリコン検出器又はシンチレーション検出器から成る場合がある。選択された中性子は、空気を吐出することによって、特定の大きさを有する、例えば直径３０ｃｍ及び最大高さ３ｍのガイド１０８の内部において検出対象物体１０７に向かって移動する。代替的には、ガイドは、空気又は他のガス、例えばヘリウムによって充填されている。これにより、中性子の水中への吸収及び水中における中性子の減速を防止することができる。ガイド１０８は、厚さ約１ｍｍのステンレス鋼から構成される伸縮式チューブとされ、ガイド１０８の両端は、非常に薄肉の、例えば厚さ０．５ｍｍのシートによって終端されている。被験物体の内部を移動する高速中性子は、当該党則中性子を励起する被験物体の原子核に吸収されるか、及び／又は非弾性的に散乱されるので、例えば中性子＋原子核→励起された原子核＋中性子→原子核＋中性子＋ガンマ量子との化学反応を発生させる。
図１は、本発明における水域環境１００中の有害物質を非侵襲的に検出するための装置の概略図である。中性子発生器１０１は、重水素イオン１０２を三重水素ターゲット１０３と衝突させ、Ｄ＋Ｔ→ａ＋ｎという化学反応を起こさせる。当該化学反応からは、重水素のエネルギと比較して遥かに高いエネルギが放出されるので、粒子１０４及び中性子１０５が、空間内に略等方的に生成され、略連続的に移動する。中性子の発生から放たれた粒子１０４は、中性子発生器１０１の壁に設けられている検出システム１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃによって記録される。当該検出システムは、数ｃｍの縦横高さの寸法を有するシリコン検出器又はシンチレーション検出器から成る場合がある。選択された中性子は、空気を吐出することによって、特定の大きさを有する、例えば直径３０ｃｍ及び最大高さ３ｍのガイド１０８の内部において検出対象物体１０７に向かって移動する。代替的には、ガイドは、空気又は他のガス、例えばヘリウムによって充填されている。これにより、中性子の水中への吸収及び水中における中性子の減速を防止することができる。ガイド１０８は、厚さ約１ｍｍのステンレス鋼から構成される伸縮式チューブとされ、ガイド１０８の両端は、非常に薄肉の、例えば厚さ０．５ｍｍのシートによって終端されている。被験物体の内部を移動する高速中性子は、当該党則中性子を励起する被験物体の原子核に吸収されるか、及び／又は非弾性的に散乱されるので、例えば中性子＋原子核→励起された原子核＋中性子→原子核＋中性子＋ガンマ量子との化学反応を発生させる。
原子核は基底状態に下方遷移しつつ、ガンマ量子１０９を放射するが、エネルギは原子核それぞれに特有である。原子核によって放射されたガンマ量子の一部は、特定の大きさを有するガイド１１０の内部においてガンマ量子検出器に向かって移動し、空気が、ガイド１１０から吐出される。上述の場合には、ガイドが、代替的に空気又は他のガス、例えばヘリウムで充填されている。これにより、ガンマ量子の水中への吸収及び水中におけるガンマ量子の散乱が防止される。ガイド１１０は、厚さ約１ｍｍのステンレス鋼から成る伸縮式チューブから作られており、ガイド１１０の両端は、非常に薄肉の、例えば厚さ０．５ｍｍのシートによって終端されている。検出器１１１は、記録されたガンマ量子１０９のエネルギを計測する。さらに、検出器１１１は、検出器１１１の内部におけるガンマ量子１０９の衝突位置と、粒子１０４の検知からガンマ量子検出器１１１の信号の検知に至るまでの経過時間とを決定する。時間の計測と粒子１０４及びガンマ量子１０９の位置とをターゲット１０３の既知の位置と相互作用させ、中性子ガイド１０８に対するガンマ量子ガイド１１０の相対的な距離及び角度を変化させることによって、検出対象物体内の危険性物質の密度分布を決定することができる。図２及び図３は、ガイドを再構成することによって、検出器に到達するガンマ量子が反応する（例えば泥の中の）海底の下方の深さを決定する方法を概略的に表わす。ガイド２０８及びガイド２１０の直径とガイド２０８及びガイド２１０の長さとの比が十分に小さい（０．１４より小さい）場合には、ガンマ量子が反応する深さは、ガンマ量子検出器２１１による粒子２０４の検知から信号の検知までの経過時間Δｔを計測することによって決定される。以下の数式［数１］が成立する。
［数１］において、ｔは、ターゲット２０３から検出器２０６ｃに至るまでの発生したα粒子２０４の飛翔時間とされ、ｔ′ｎ及びｔｎはそれぞれ、ガイド２０８内のターゲットから周知の距離ｌｎに亘る中性子２０５の飛翔時間、及び、中性子ガイド２０８の端部から被験物体２０７内の反応部位２１２に至る中性子２０４の飛翔時間とされる。同様に、ｔγは、ガイド２１０の既知の一定長さｌγに亘るガンマ量子２０９の飛翔時間とされ、ｔ′γは、被験物体２０７の内部における中性子２０５の反応部位２１２からガイド２１０の入口２１３に至るまでのガンマ量子２０９の飛翔時間を示している。これら飛翔時間は、周知の粒子速度によって、［数２］のように表現可能とされる。
粒子２０４の速度と中性子２０５の速度とは一定であって、粒子２０４及び中性子２０５の既知のエネルギによって決定され、ガンマ量子２０９は、光速ｃで飛翔する。ガイド２０８の端部２１４から被験物体２０７内部の反応部位２１２に至るまでの中性子２０５の飛翔距離ｘと、中性子２０５の反応部位２１２からガイド２１０の入口２１３に至るまでのガンマ量子２０９の飛翔距離ｙは、［数３］のように関連付けられている。
［数３］のように、φは、ガイド２０８の軸線とガイド２１０の軸線２１０とが成す角度とされ、変数である。これにより、［数４］のように、ガイド２０８の入口２１４からどのくらいの距離で反応が生じたのかを決定することができる。
ガイド２０８，２１０の長さに対する直径の比が大きい場合には、中性子２０５が影響を受ける深さｘは、このような場所をガイド２０８，２１０の両方に共通する領域２１５において探索することによって、時間Δｔの計測値から決定可能とされる。ターゲット２０３から当該地点に至るまでの中性子２０５の飛翔時間と、当該場所から検出器２１１に至るまでのガンマ量子２０９の飛翔時間との合計が、計測された時間Δｔに最も近い。
ガイド２０８，２１０の相対位置を変化させることによって、及び、ガイド２０８，２１０が成す角度を変化させることによって、深さに関するさらなる情報を得ることができる。ガイド２０８とガイド２１０との間における距離ｄ１及びｄ２（図２参照）を変化させることによって、被験物体２０７の異なる部分から放射されたガンマ量子を様々な深さで検知することができる。これにより、被験物体２０７内部における危険物質の密度分布を決定することができる。
中性子ガイド及びガンマ量子ガイドは、幾つかの部品から成る、長さ５０ｃｍの伸縮式チューブから作られており、ゴム製ガスケットに接続されている（図４参照）。装置全体を水中に配置させる前に手動で、又は、モジュール１１８から制御可能とされる機械システムによって、
ガイドの長さを変更することができる。図４は、このような機械システムの一例を表わす。ガイドモジュール３０２，３０３，３０４は、ガイドモジュール３０２が部品３０１の内側に配置されているように、且つ、ガイドモジュール３０４がガイドモジュール３０３の内側に配置されているように、伸縮自在に接続されている。図５に表わすように、リング状の形態とされるゴム製シール３０５，３０６，３０７は、構成全体を密封している。ガイド３００の長さは、サポートレール３１４，３１５，３１６，３１７に取り付けられている、例えば厚さ１０ｍｍのタッピングロッド３１０，３１１，３１２から成るシステムによって調整可能とされる。タッピングロッド３１０を回転させることによって、他の要素３１１が駆動され、これによりタッピングロッド３１２が移動される。ガイド３００の長さ調整をするためのシステムは、例えば図３ｂに表わすように配置されたロッド３１８，３１９，３２０，３２１から成る、４つのセットから構成されている。当該セットそれぞれが、モータ３０９によって駆動される。ガイド３００とエンジンとが、システム全体を密閉し且つ水から保護するために、フランジ３０１を介して接続されている。制御システム３０８によって、装置２００の下面３２２に対するガイド３００の角度を変化させることができる。ガイド３００の部分それぞれが、良好な中性子反射能力を有している、例えばグラファイトのような薄肉層（約１ｍｍ）の材料によって裏当てされている。
ガイドの長さを変更することができる。図４は、このような機械システムの一例を表わす。ガイドモジュール３０２，３０３，３０４は、ガイドモジュール３０２が部品３０１の内側に配置されているように、且つ、ガイドモジュール３０４がガイドモジュール３０３の内側に配置されているように、伸縮自在に接続されている。図５に表わすように、リング状の形態とされるゴム製シール３０５，３０６，３０７は、構成全体を密封している。ガイド３００の長さは、サポートレール３１４，３１５，３１６，３１７に取り付けられている、例えば厚さ１０ｍｍのタッピングロッド３１０，３１１，３１２から成るシステムによって調整可能とされる。タッピングロッド３１０を回転させることによって、他の要素３１１が駆動され、これによりタッピングロッド３１２が移動される。ガイド３００の長さ調整をするためのシステムは、例えば図３ｂに表わすように配置されたロッド３１８，３１９，３２０，３２１から成る、４つのセットから構成されている。当該セットそれぞれが、モータ３０９によって駆動される。ガイド３００とエンジンとが、システム全体を密閉し且つ水から保護するために、フランジ３０１を介して接続されている。制御システム３０８によって、装置２００の下面３２２に対するガイド３００の角度を変化させることができる。ガイド３００の部分それぞれが、良好な中性子反射能力を有している、例えばグラファイトのような薄肉層（約１ｍｍ）の材料によって裏当てされている。
図６に表わすように、装置２００の密封性を維持するために、中性子ガイド２０８とガンマ量子ガイド２１０との相対位置を変更することができる。また、ガンマ量子ガイド２１０の位置のみを変更することができる。ガイド４００は、フランジ４０１に接続されており、フランジ４０１は、装置２００の底部４０２に密封状態で接続されている。装置２００の底部４０２は、容易に伸縮可能とされる材料から作られているので、ガイド４００をガンマ量子検出器４０３と共に移動させることができる。当該伸縮可能とされる材料は、薄肉且つ波状のシート材料、波状のプラスチック層、又は波状の革とされる。ガイド４００は、モータ４０４、角度４０５を変化させるためのシステム、及びガンマ量子検出器４０３と共に、例えばガイド４００及び検出器４０３の位置変化をもたらす直線的な横移動に基づいて、駆動システム４０６に接続されている。
図１に表わすガンマ量子検出器１１１は、従来技術に基づく、例えばシンチレーション水晶や半導体を利用することによってガンマ量子を検出するための解決手段に基づいて構成されている。装置１００の内側において、検出器の位置が変更可能とされる。粒子検出器１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃからの信号とガンマ量子検出器１１１からの信号とが、信号線１１２，１１３を介して、データ取得するための信号サンプリングモジュール１１４に伝送される。放射された中性子であって、被験物体１０７には向かわない中性子の反応から得られた背景放射線を除去するために、粒子検出器１０６ａ，１０６ｂからの信号と同時に記録されたガンマ量子検出器１１１からのすべての信号が破棄される一方、検出器１０６ｃからの信号と同時に記録された信号は検出対象物体からのガンマ量子として扱われる。次に、信号サンプリングモジュール１１４は、ケーブル又は無線信号を利用して、容器１１７に配置されている処理モジュール１２０にデータを送信するので、装置１００は、制御モジュール１１８によって当該データに基づいて制御される。信号サンプリングモジュール１１４からの信号は、通信回線１１９又は電波を介して、モジュール１０１，１０６，１１１，１１４を制御する受信モジュール１２０と装置１００を移動させるためのモータ１２１とに送信される。
モジュール１１７によって、物質１０７が識別される。当該識別は、１２Ｃ原子核（エネルギ４．４３ＭｅＶ）、１６Ｏ原子核（６．１３ＭｅＶエネルギ）、１４Ｎ原子核（エネルギ２．３１ＭｅＶ及び５．１１ＭｅＶ）、及び検体を構成する他の元素、例えば１９Ｆ原子核（エネルギ１．５ＭｅＶ及び３．９ＭｅＶ）、３２Ｓ原子核（３．８ＭｅＶエネルギ）や３５Ｃｌ（３．０ＭｅＶエネルギ）から放射された、複数の検知された特徴的なガンマ量子に基づいて行われる。中性子と様々な原子核との反応の様々な可能性、及び様々なエネルギを有するガンマ量子の検出効率を考慮して、被検物体を構築する元素それぞれの原子の数が再構成された後に、モジュール１１７のデータベースに格納された危険物質の既知の化学量と比較される。
１００ 装置
１０１ 中性子発生器
１０２ 重水素イオン
１０３ 三重水素イオン
１０４ 素粒子
１０５ 中性子
１０６ａ 検出システム
１０６ｂ 検出システム
１０６ｃ 検出システム
１０７ 検出対象物体（被験物体）
１０８ ガイド
１０９ ガンマ量子
１１０ ガイド
１１１ ガンマ量子検出器
１１４ 信号サンプリングモジュール
１１７ 容器
１１８ モジュール
１２０ 処理モジュール
１２１ モータ
２００ 装置
２０３ ターゲット
２０４ 粒子
２０６ａ 検出器
２０６ｂ 検出器
２０６ｃ 検出器
２０７ 被験物体
２０８ 中性子ガイド
２０９ ガンマ量子
２１０ ガンマ量子ガイド
２１２ 反応部位
２１３ （ガイド２１０の）入口
２１４ （ガイド２０８の）端部
３０２ ガイドモジュール
３０３ ガイドモジュール
３０４ ガイドモジュール
３０５ シール
３０６ シール
３０７ シール
３０８ 制御システム
３０９ モータ
３１０ タッピングロッド
３１１ タッピングロッド
３１２ タッピングロッド
３１５ サポートレール
３１６ サポートレール
３１７ サポートレール
３２２ 下面
４００ ガイド
４０１ フランジ
４０２ （装置２００の）底部
４０３ ガンマ量子検出器
４０４ モータ
４０５ 角度
４０６ 駆動システム
１０１ 中性子発生器
１０２ 重水素イオン
１０３ 三重水素イオン
１０４ 素粒子
１０５ 中性子
１０６ａ 検出システム
１０６ｂ 検出システム
１０６ｃ 検出システム
１０７ 検出対象物体（被験物体）
１０８ ガイド
１０９ ガンマ量子
１１０ ガイド
１１１ ガンマ量子検出器
１１４ 信号サンプリングモジュール
１１７ 容器
１１８ モジュール
１２０ 処理モジュール
１２１ モータ
２００ 装置
２０３ ターゲット
２０４ 粒子
２０６ａ 検出器
２０６ｂ 検出器
２０６ｃ 検出器
２０７ 被験物体
２０８ 中性子ガイド
２０９ ガンマ量子
２１０ ガンマ量子ガイド
２１２ 反応部位
２１３ （ガイド２１０の）入口
２１４ （ガイド２０８の）端部
３０２ ガイドモジュール
３０３ ガイドモジュール
３０４ ガイドモジュール
３０５ シール
３０６ シール
３０７ シール
３０８ 制御システム
３０９ モータ
３１０ タッピングロッド
３１１ タッピングロッド
３１２ タッピングロッド
３１５ サポートレール
３１６ サポートレール
３１７ サポートレール
３２２ 下面
４００ ガイド
４０１ フランジ
４０２ （装置２００の）底部
４０３ ガンマ量子検出器
４０４ モータ
４０５ 角度
４０６ 駆動システム
Claims (12)
- 水域環境中の有害物質を非侵襲的に検出するための装置であって、前記装置が、粒子検出器（１０６）によって囲まれている高速中性子発生器（１０１）とガンマ量子検出器（１１１）とを格納するための、密封されたハウジングを備えており、前記高速中性子発生器（１０１）が、被験物体（１０７）に向かって中性子を放射し、前記ガンマ量子検出器（１１１）が、前記被験物体（１０７）の原子核によって放射されたガンマ量子を検出する、前記装置において、
前記装置が、前記高速中性子発生器（１０１）及び前記ガンマ量子検出器（１１１）それぞれと接続されている、中性子ガイド及び／又はガンマ量子ガイド（１０８）を備えていることを特徴とする装置。 - 前記中性子ガイド及び／又は前記ガンマ量子ガイド（１０８，１１０）が、閉じた基部を有する円筒状の形態とされ、好ましくは伸縮式とされることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記中性子ガイド及び／又は前記ガンマ量子ガイド（１０８，１１０）の内側において、真空とされるか、又は、前記中性子ガイド及び／若しくは前記ガンマ量子ガイド（１０８，１１０）が、ガス、好ましくは空気、ヘリウム、若しくはアルゴンで充填されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
- 前記中性子ガイド及び／又は前記ガンマ量子ガイド（１０８，１１０）が、ステンレス鋼、アルミニウム、又は炭素繊維を含有する材料から作られていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
- 前記中性子ガイド及び／又は前記ガンマ量子ガイド（１０８，１１０）が、中性子反射材、好ましくはグラファイトから成る薄肉層によって、内側からカバーされていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
- 前記高速中性子発生器（１０１）に結合されている前記中性子ガイド及び／又は前記ガンマ量子ガイド（１０８）と、前記ガンマ量子検出器（１１１）に接続されている前記中性子ガイド及び／又は前記ガンマ量子ガイド（１１０）との間における距離が変更可能とされ、
前記中性子ガイド及び／又は前記ガンマ量子ガイド（１０８）と前記中性子ガイド及び／又は前記ガンマ量子ガイド（１１０）とが成す角度が、約０°〜約９０°の範囲内とされることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。 - 前記ガンマ量子検出器（１１１）が、半導体検出器システム又はシンチレーション検出器システムとされることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
- 前記高速中性子発生器（１１１）が、前記中性子ガイド及び／又は前記ガンマ量子ガイド（１０８）の反対側の位置に、粒子検出器（１０６ｃ）を有しており、前記中性子ガイド及び／又は前記ガンマ量子ガイド（１０８）に対して垂直とされる位置に、粒子検出器（１０６ａ，１０６ｂ）を有していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
- 水域環境中の有害物質を非侵襲的に検出するための方法であって、
ａ）中性子発生器（１０１）を利用することによって、５ＭｅＶ〜２０ＭｅＶの範囲にあるエネルギで高速中性子を発生させるステップと、
ｂ）前記ステップａ）において発生された前記高速中性子を検出対象物体（１０７）に向かって視準するステップと、
ｃ）被験物体の原子核を励起状態から基底状態に遷移させる際に放射されるガンマ量子を検出するステップと、
を備えている前記方法において、
発生された前記高速中性子と放射された前記ガンマ量子とが、中性子ガイド及び／又はガンマ量子ガイド（１０８，１１０）の内部において移送されることを特徴とする方法。 - 前記ガンマ量子が、前記中性子ガイド及び／又は前記ガンマ量子ガイド（１０８）の反対側に位置する検出器（１０６ｃ）によって検出される粒子と同時に検出されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
- 粒子検出器（１０６ａ，１０６ｂ）の信号と同時とされるガンマ量子検出器（１１１）からの信号を拒絶することを特徴とする請求項９又は１０に記載の方法。
- 前記中性子ガイド及び／又は前記ガンマ量子ガイド（１０８，１１０）の位置と、ガンマ量子検出器（１１１）の内部におけるガンマ量子が検出器（１０６ｃ）からの信号に対して反応する時間とを計測することを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項に記載の方法。
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