JP2021131308A - 放射線計測装置および放射線計測方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】被検査体の内部の状態を内部方向に対して高い分解能で取得することができ、高度な分析や監視を実現可能にする放射線計測装置および放射線計測方法を提供する。【解決手段】放射線計測装置１００は、単色光子または準単色光子の照射方向を制御する単色光子源１０１と、単色光子源１０１との相対座標が既知であり、被検査体１０６から散乱したコンプトン散乱光子を検出する放射線検出器１０２と、検出したコンプトン散乱光子のエネルギーと強度を計測するエネルギー計測装置１０３と、相対座標とコンプトン散乱光子のエネルギーと強度をもとに、被検査体１０６の深さ方向のコンプトン散乱光子強度分布を演算する深さ演算装置１０４と、演算結果を表示する表示装置１０５と、を備える。【選択図】図１
Description
本発明は、放射線計測装置および放射線計測方法に関する。
道路や橋梁、トンネル、水道、電力網などの社会インフラの老朽化が加速度的に進んでいる。公衆が安心してこれらの社会インフラを使うためには、適切な検査と補修、修繕を継続的に実施することで、機能を維持していくことが必要である。これらの社会インフラを検査する技術には、カメラで被検査体を撮像して画像処理技術によって表面状態を評価する手法や、レーザを被検査体に照射してその反射光を撮像して画像処理技術によって表面状態を評価する手法、レーダを被検査体に照射してその反射波を計測して内部状態を評価する手法、Ｘ線やγ線源を利用した被検査体の内部の密度情報を取得する手法などがある。これらの手法のうち、カメラやレーザを利用した手法は、被検査体の表面状態を検査することは可能であるが、内部の状態を把握することは困難である。レーダを利用した手法では、内部の状態を把握することは可能であるが、内部方向を高い分解能で計測することは困難である。
Ｘ線やγ線源を利用した方式において被検査体を線源と検出器で挟み込む方式では、適用箇所が制限されてしまうことが実用範囲を狭める要因となっている。また、被検査体との相互作用で線源側にコンプトン散乱したＸ線やγ線を計測する方式では、いわゆるレントゲン画像を撮像することができる。しかし、内部方向の情報が重畳するために、内部方向を高い分解能で計測することは困難である。このため、被検査体の内部方向の情報を高い分解能で取得するための放射線計測装置および放射線計測方法が望まれている。
特許文献１には、被検査体にＸ線ビームを照射し、被検査体から発生するコンプトン散乱Ｘ線の深さ方向のエネルギー強度情報を複数のＣｄＴｅ半導体センサで取得し、更に２組のディスクリミネータおよびカウンタでコンプトン散乱Ｘ線のエネルギーを高低２つのエネルギー帯に分離して検出し、画像処理部を用いて被検査体の構造および材料に関する情報を得る放射線三次元画像撮影装置が記載されている。
特許文献２には、指向性と単色性が高く、光子エネルギーが可変であるレーザ逆コンプトン光子を被検査体に照射し、透過した光子を計測することで、γ線源使用時の被ばくを低減し、数ｃｍを超える厚さの金属やコンクリートなどの検査を実現する非破壊検査装置および方法が記載されている。
特許文献１の技術は、スリットがいわゆるピンホールコリメータの役割を担っており、ピンホールコリメータとセンサの位置関係によって、内部方向の分解能が決まる。スリットの幅を狭くし、センサピッチを小さくすることで内部方向の分解能を向上できる。しかし、センサピッチを小さくするためには加工上の制約があることから、内部方向の高分解能化は困難である。また、使用する光源はＸ線源であることから、一般的には広いエネルギー帯のＸ線を被検査体に照射することになる。このため、放射線検出器でエネルギーを測定したとしても、コンプトン散乱した光子のエネルギーの情報から内部方向の情報に換算することは困難である。
特許文献２の技術は、指向性と単色性が高く光子エネルギーが可変であるレーザ逆コンプトン光子を用いて、被検査体を挟んで透過像を測定する。被検査体へ照射した透過光を検出しているため、内部方向を高い分解能で計測することは困難である。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、被検査体の内部の状態を内部方向に対して高い分解能で取得することができ、高度な分析や監視を実現可能にする放射線計測装置および放射線計測方法を提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明の放射線計測装置は、光子を検知する放射線計測装置であって、単色光子または準単色光子の照射方向を制御する単色光子源と、前記単色光子源との相対座標が既知であり、被検査体から散乱したコンプトン散乱光子を検出する放射線検出器と、検出した前記コンプトン散乱光子のエネルギーと強度を計測するエネルギー計測装置と、前記相対座標と前記コンプトン散乱光子のエネルギーと強度をもとに、前記被検査体の深さ方向のコンプトン散乱光子強度分布を演算する深さ演算装置と、前記深さ演算装置の演算結果を出力する出力装置と、を備えることを特徴とする。
本発明のその他の態様については、後記する実施形態において説明する。
本発明のその他の態様については、後記する実施形態において説明する。
本発明によれば、被検査体の内部の状態を内部方向に対して高い分解能で取得することができ、その結果に基づく高度な分析や監視を実現可能にする放射線計測装置および放射線計測方法を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。本実施形態の放射線計測装置および放射線計測方法は、被検査体の内部の状態を内部方向に対して、高い分解能で把握する非破壊検査装置および放射線計測方法に適用した例である。
［放射線計測装置１００］
放射線計測装置１００は、単色光子源１０１と、放射線検出器１０２と、エネルギー計測装置１０３と、深さ演算装置１０４と、表示装置１０５（出力装置）と、を備える。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。本実施形態の放射線計測装置および放射線計測方法は、被検査体の内部の状態を内部方向に対して、高い分解能で把握する非破壊検査装置および放射線計測方法に適用した例である。
［放射線計測装置１００］
放射線計測装置１００は、単色光子源１０１と、放射線検出器１０２と、エネルギー計測装置１０３と、深さ演算装置１０４と、表示装置１０５（出力装置）と、を備える。
<単色光子源１０１>
単色光子源１０１は、単色もしくは準単色のエネルギーの単色光子１０７を、任意の照射方向に対して照射する。
単色光子源１０１は、単色光子（monochromatic photon）または準単色光子（quasi-monochromatic photon）の照射方向を制御する。単色光子は、例えば放射性同位体を用いて得られる（後記）。また、準単色光子は、加速陽電子を使って得られる（後記）。
なお、以下の説明において、説明の便宜上、単色光子または準単色光子を総称して単色光子と表記する。
単色光子源１０１は、単色もしくは準単色のエネルギーの単色光子１０７を、任意の照射方向に対して照射する。
単色光子源１０１は、単色光子（monochromatic photon）または準単色光子（quasi-monochromatic photon）の照射方向を制御する。単色光子は、例えば放射性同位体を用いて得られる（後記）。また、準単色光子は、加速陽電子を使って得られる（後記）。
なお、以下の説明において、説明の便宜上、単色光子または準単色光子を総称して単色光子と表記する。
単色光子源１０１は、任意の照射方向に対して光子を照射する照射方向の制御機能を備える。図１では、単色光子源１０１は、被検査体１０６に対して単色光子１０７を照射する。
<放射線検出器１０２>
放射線検出器１０２は、被検査体１０６でコンプトン散乱した散乱光子１０８を検出する。
放射線検出器１０２は、光子有感材として、Ｇｅ半導体、ＣｄＴｅ半導体、ＣｄＺｎＴｅ半導体、Ｓｉ半導体、Ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ構造を有するＣｓＰｂＣｌ３，ＣｓＰｂＢｒ３，ＬｉＴａＯ３等の半導体検出器を備える。または、放射線検出器１０２は、ＬａＢｒ３シンチレータ（scintillator）、ＣｓＢｒ３シンチレータ、ＬＹＳＯシンチレータ、ＬＳＯシンチレータ、ＧＡＧＧシンチレータ、ＣｓＩシンチレータ、ＮａＩシンチレータ、ＢＧＯシンチレータ、ＧＳＯシンチレータ、ＧＰＳシンチレータ、Ｌａ−ＧＰＳシンチレータ、ＬｕＡＧシンチレータ、ＳｒＩシンチレータ等のシンチレーション検出器を備える。
なお、ここでは光子エネルギーを分析可能な一般的な放射線検出器を挙げたが、エネルギー分析可能な光子有感材を備える放射線検出器であれば、上記半導体検出器またはシンチレーション検出器のうちいずれにも適用可能である。
放射線検出器１０２は、被検査体１０６でコンプトン散乱した散乱光子１０８を検出する。
放射線検出器１０２は、光子有感材として、Ｇｅ半導体、ＣｄＴｅ半導体、ＣｄＺｎＴｅ半導体、Ｓｉ半導体、Ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ構造を有するＣｓＰｂＣｌ３，ＣｓＰｂＢｒ３，ＬｉＴａＯ３等の半導体検出器を備える。または、放射線検出器１０２は、ＬａＢｒ３シンチレータ（scintillator）、ＣｓＢｒ３シンチレータ、ＬＹＳＯシンチレータ、ＬＳＯシンチレータ、ＧＡＧＧシンチレータ、ＣｓＩシンチレータ、ＮａＩシンチレータ、ＢＧＯシンチレータ、ＧＳＯシンチレータ、ＧＰＳシンチレータ、Ｌａ−ＧＰＳシンチレータ、ＬｕＡＧシンチレータ、ＳｒＩシンチレータ等のシンチレーション検出器を備える。
なお、ここでは光子エネルギーを分析可能な一般的な放射線検出器を挙げたが、エネルギー分析可能な光子有感材を備える放射線検出器であれば、上記半導体検出器またはシンチレーション検出器のうちいずれにも適用可能である。
<エネルギー計測装置１０３>
エネルギー計測装置１０３は、放射線検出器１０２から出力した信号を分析し、放射線検出器１０２における散乱光子１０８による付与エネルギースペクトルを波高値スペクトルとして算出する。
エネルギー計測装置１０３は、放射線検出器１０２から出力した信号を分析し、放射線検出器１０２における散乱光子１０８による付与エネルギースペクトルを波高値スペクトルとして算出する。
<深さ演算装置１０４>
深さ演算装置１０４は、単色光子源１０１と放射線検出器１０２の相対位置、単色光子源１０１から放出される光子の照射ベクトル、波高値スペクトルを入力し、相対座標とコンプトン散乱光子のエネルギーと強度から被検査体１０６の深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布を演算する。
深さ演算装置１０４は、単色光子源１０１と放射線検出器１０２の相対位置、単色光子源１０１から放出される光子の照射ベクトル、波高値スペクトルを入力し、相対座標とコンプトン散乱光子のエネルギーと強度から被検査体１０６の深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布を演算する。
<表示装置１０５>
表示装置１０５は、深さ演算装置１０４から出力された深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布を表示する。
なお、表示装置１０５は、出力装置の一例であり、出力は表示には限定されない。すなわち、深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布を出力するものであればよい。例えば、深さ演算装置１０４の演算結果を出力するプリンタ、無線または有線の通信路を介して演算結果を送信する通信装置、さらには演算結果を蓄積する記憶装置も含まれる。
表示装置１０５は、深さ演算装置１０４から出力された深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布を表示する。
なお、表示装置１０５は、出力装置の一例であり、出力は表示には限定されない。すなわち、深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布を出力するものであればよい。例えば、深さ演算装置１０４の演算結果を出力するプリンタ、無線または有線の通信路を介して演算結果を送信する通信装置、さらには演算結果を蓄積する記憶装置も含まれる。
このように、放射線計測装置１００は、単色光子または準単色光子の照射方向を制御する単色光子源１０１と、単色光子源１０１との相対座標が既知であり、被検査体１０６から散乱したコンプトン散乱光子を検出する放射線検出器１０２と、検出したコンプトン散乱光子のエネルギーと強度を計測するエネルギー計測装置１０３と、相対座標とコンプトン散乱光子のエネルギーと強度をもとに、被検査体１０６の深さ方向のコンプトン散乱光子強度分布を演算する深さ演算装置１０４と、演算結果を表示する表示装置１０５（出力部）と、を備える。
図２は、単色光子源１０１の構成を示す図である。
図２に示すように、単色光子源１０１は、放射性同位元素１０９（放射性同位体）と、コリメータ１１０と、光子シャッタ１１１と、を備える。
単色光子源１０１は、レーザ逆コンプトン光子を発するレーザ逆コンプトン散乱光子発生装置である。
図２に示すように、単色光子源１０１は、放射性同位元素１０９（放射性同位体）と、コリメータ１１０と、光子シャッタ１１１と、を備える。
単色光子源１０１は、レーザ逆コンプトン光子を発するレーザ逆コンプトン散乱光子発生装置である。
放射性同位元素１０９は、非常に高い単色性を有している。単色性を有する放射性同位元素１０９には、Ｃｓ−１３７、Ｚｎ−６５、Ｂｅ−７、Ｃｒ−５１、Ｃｏ−５８、Ｍｎ−５４、Ｈｇ−２０３、Ｓｒ−８５、Ｆ−１８、Ｇａ−６８、Ａｌ−２８、およびＫ−４２からなる群より選択される少なくとも一つが挙げられる。
なお、本明細書においては、放出エネルギー２０ｋｅＶ未満のＸ線もしくはγ線は、被検査体１０６の内部の深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布を計測する上で無視できると設定する。
なお、本明細書においては、放出エネルギー２０ｋｅＶ未満のＸ線もしくはγ線は、被検査体１０６の内部の深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布を計測する上で無視できると設定する。
放射性同位元素１０９は、等方的に光子を放出することから、上記放射性同位元素１０９を利用する場合には、放射性同位元素１０９から放出する光子の照射方向を制御するためのコリメータ１１０を備える。
コリメータ１１０の材質は、光子の遮蔽効率や外寸、重量等に基づいて選定される。例えば、鉛や鉄、ステンレス、タングステン、アルミなどの比較的入手が容易な金属を利用する。図２に示すように、コリメータ１１０の構造には、被検査体１０６に対してペンシルビームで照射するためのピンホール型構造や、ファンビーム型構造（図１８参照）がある。
コリメータ１１０の材質は、光子の遮蔽効率や外寸、重量等に基づいて選定される。例えば、鉛や鉄、ステンレス、タングステン、アルミなどの比較的入手が容易な金属を利用する。図２に示すように、コリメータ１１０の構造には、被検査体１０６に対してペンシルビームで照射するためのピンホール型構造や、ファンビーム型構造（図１８参照）がある。
また、一般的に、放射性同位元素１０９は、連続的に光子を放出することから、照射および非照射を制御するための光子シャッタ１１１を備える。光子シャッタ１１１の材質は、コリメータ１１０と同様に、鉛や鉄、ステンレス、タングステン、アルミなどの比較的入手が容易な金属を利用する。
光子シャッタ１１１は、コリメータ１１０と被検査体１０６の間、もしくはコリメータ１１０と単色光子源１０１に配置する。図２では、一例として、光子シャッタ１１１を、コリメータ１１０と被検査体１０６の間に配置する構成を示した。図２の矢印に示すように、光子シャッタ１１１を手動もしくは自動で移動させることで、比較的容易に光子の照射／非照射を制御することが可能となる。
以下、上述のように構成された放射線計測装置１００の動作について説明する。
<エネルギー計測装置１０３の出力>
図３は、エネルギー計測装置１３０の出力を示す図である。横軸に放射線検出器１０２の出力信号の波高値（付与エネルギー）をとり、縦軸に放射線検出器１０２の出力信号の計数値（強度）をとる。
まず、エネルギー計測装置１０３は、放射線検出器１０２の出力信号の波高値を処理し、波高値スペクトル１１２として出力する。エネルギー計測装置１０３は、任意の時間の間、波高値データを蓄積し、波高値スペクトル１１２を形成する。
<エネルギー計測装置１０３の出力>
図３は、エネルギー計測装置１３０の出力を示す図である。横軸に放射線検出器１０２の出力信号の波高値（付与エネルギー）をとり、縦軸に放射線検出器１０２の出力信号の計数値（強度）をとる。
まず、エネルギー計測装置１０３は、放射線検出器１０２の出力信号の波高値を処理し、波高値スペクトル１１２として出力する。エネルギー計測装置１０３は、任意の時間の間、波高値データを蓄積し、波高値スペクトル１１２を形成する。
深さ演算装置１０４は、単色光子源１０１の放出エネルギーＥinとエネルギー計測装置１０３が取得した波高値スペクトル１１２の各エネルギーＥsとに基づいて、次式（１）に従って、被検査体１０６の内部で生じたコンプトン散乱の散乱角θsを算出する。
式（１）は、コンプトン効果によって生じた散乱光子１０８の散乱角θsを示した式である。式（１）は、コンプトン散乱が発生する前後の光子エネルギーがわかれば、一義的に散乱角θsを算出できることを示している。
次に、深さ演算装置１０４は、放射線検出器１０２の位置座標（xdet，ydet，zdet）、単色光子源１０１の位置座標（0，0，-zsource）、式（１）で算出した散乱角θsに基づいて、次式（２）に従って、各エネルギーＥsに対応する散乱位置、すなわち深さｚ（Ｅs）を算出する。
ここでは、ｚ軸上にペンシルビームで単色光子１０７を照射したものと設定する。また、ペンシルビームの広がり幅を考慮しない。
このように、深さ演算装置１０４は、深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布を演算する。
このように、深さ演算装置１０４は、深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布を演算する。
<深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布>
図４は、深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布を示す図である。横軸にコンプトン散乱光子の深さをとり、縦軸にコンプトン散乱光子の計数値（強度）をとる。
図４に示すように、内部状態が既知である被検査体で取得したコンプトン散乱光子の強度分布１１３（図４の実線参照）に対して、内部状態が未知である被検査体で取得したコンプトン散乱光子の強度分布１１４（図４の破線参照）が表わされている。
これらの強度分布の相対値を取得することで、深さ方向における計数値の変化を強調して確認することができる。
図４に示すように、内部状態が既知である被検査体で取得したコンプトン散乱光子の強度分布１１３（図４の実線参照）に対して、内部状態が未知である被検査体で取得したコンプトン散乱光子の強度分布１１４（図４の破線参照）が表わされている。
これらの強度分布の相対値を取得することで、深さ方向における計数値の変化を強調して確認することができる。
このように、深さ演算装置１０４は、内部状態が既知である被検査体と、内部状態が未知であり既知の被検査体と同等の仕様を有する被検査体で得られた深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布を比較することで、内部状態の変化を観測する。
図５は、深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布の相対値（正方向ピーク発生時）を示す図である。横軸にコンプトン散乱光子の深さをとり、縦軸にコンプトン散乱光子の計数値（相対値）をとる。
図５に示すように、深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布の相対値１１５において、ある深さで正方向（図５破線に示す参照値Ｒｅｆより正方向）の計数値相対値ピーク１１６を確認することができる。これは被検査体の内部にコンプトン散乱が発生しやすい要因を備えていることを示唆するものである。コンプトン散乱の断面積（コンプトン断面積）は一般的に原子番号や密度に比例して高くなることが知られている。
このことから、正方向の計数値相対値ピーク１１６が生じた深さには、内部状態が既知である被検査体に対して原子番号もしくは密度が大きい物質を含むことを示唆することになる。
図５に示すように、深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布の相対値１１５において、ある深さで正方向（図５破線に示す参照値Ｒｅｆより正方向）の計数値相対値ピーク１１６を確認することができる。これは被検査体の内部にコンプトン散乱が発生しやすい要因を備えていることを示唆するものである。コンプトン散乱の断面積（コンプトン断面積）は一般的に原子番号や密度に比例して高くなることが知られている。
このことから、正方向の計数値相対値ピーク１１６が生じた深さには、内部状態が既知である被検査体に対して原子番号もしくは密度が大きい物質を含むことを示唆することになる。
図６は、深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布の相対値（負方向ピーク発生時）を示す図である。横軸にコンプトン散乱光子の深さをとり、縦軸にコンプトン散乱光子の計数値（相対値）をとる。
図６に示すように、深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布の相対値１１５において、ある深さで負方向（図６破線に示す参照値Ｒｅｆより負方向）の計数値相対値ピーク１１７を確認することができる。これはある深さにおいて、内部状態が既知である被検査体に対して原子番号もしくは密度が小さい物質を含むことを示唆することになる。
図６に示すように、深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布の相対値１１５において、ある深さで負方向（図６破線に示す参照値Ｒｅｆより負方向）の計数値相対値ピーク１１７を確認することができる。これはある深さにおいて、内部状態が既知である被検査体に対して原子番号もしくは密度が小さい物質を含むことを示唆することになる。
<放射線計測装置１００の出力>
表示装置１０５は、波高値スペクトル１１２やコンプトン散乱の散乱角θs、放射線検出器１０２や単色光子源１０１の位置座標などの深さ演算装置１０４の入力条件、深さ演算装置１０４で実行した演算結果である深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布やその相対値を表示する。
表示装置１０５は、波高値スペクトル１１２やコンプトン散乱の散乱角θs、放射線検出器１０２や単色光子源１０１の位置座標などの深さ演算装置１０４の入力条件、深さ演算装置１０４で実行した演算結果である深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布やその相対値を表示する。
以上説明したように、本実施形態に係る放射線計測装置１００は、単色光子または準単色光子の照射方向を制御する単色光子源１０１と、単色光子源１０１との相対座標が既知であり、被検査体１０６から散乱したコンプトン散乱光子を検出する放射線検出器１０２と、検出したコンプトン散乱光子のエネルギーと強度を計測するエネルギー計測装置１０３と、相対座標とコンプトン散乱光子のエネルギーと強度をもとに、被検査体１０６の深さ方向のコンプトン散乱光子強度分布を演算する深さ演算装置１０４と、演算結果を表示する表示装置１０５と、を備える。
深さ演算装置１０４は、まず、単色光子源１０１の放出エネルギーＥinとエネルギー計測装置１０３が取得した波高値スペクトル１１２の各エネルギーＥsとに基づいて、式（１）に従って、被検査体１０６の内部で生じたコンプトン散乱の散乱角θsを算出し、次に、放射線検出器１０２の位置座標（xdet，ydet，zdet）、単色光子源１０１の位置座標（0，0，-zsource）、算出した散乱角θsに基づいて、式（２）に従って、各エネルギーＥsに対応する散乱位置である深さｚ（Ｅs）を算出する。
この構成により、光子源から照射される光子を被検査体１０６に照射し、コンプトン散乱した光子を計測することで被検査体１０６の深さ方向の散乱光子の強度分布を取得する。これにより、被検査体の内部の状態を内部方向に対して高い分解能で把握することができる。その結果、高度な分析や監視を実現することが可能となる。
被検査体の内部の状態を内部方向に対して高い分解能で把握できるので、カメラで被検査体を撮像して画像処理技術によって表面状態を評価する手法や、レーザを被検査体に照射してその反射光を撮像して画像処理技術によって表面状態を評価する手法、レーダを被検査体に照射してその反射波を計測して内部状態を評価する手法、Ｘ線やγ線源を利用した被検査体の内部の密度情報を取得する手法などの従来の手法に代えて、あるいは併用して、本放射線計測装置１００を非破壊検査装置および放射線計測方法に適用することができる。例えば、道路や橋梁、トンネル、水道、電力網などの社会インフラの検査において、被検査体の安全性と機能を維持して公衆が安心して社会インフラを使用することが可能になる。
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、レーザ逆コンプトン光子を利用する放射線計測装置および放射線計測方法の例である。
図７は、本発明の第２の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図７に示すように、放射線計測装置２００は、図１の放射線計測装置１００の放射線検出器１０２、深さ演算装置１０４および表示装置１０５に加えて、レーザ逆コンプトン散乱光子発生装置１１８、レーザ逆コンプトン散乱光子発生制御装置１１９、発生タイミング対応エネルギー計測装置１２０と、を備えて構成される。
第２の実施形態は、レーザ逆コンプトン光子を利用する放射線計測装置および放射線計測方法の例である。
図７は、本発明の第２の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図７に示すように、放射線計測装置２００は、図１の放射線計測装置１００の放射線検出器１０２、深さ演算装置１０４および表示装置１０５に加えて、レーザ逆コンプトン散乱光子発生装置１１８、レーザ逆コンプトン散乱光子発生制御装置１１９、発生タイミング対応エネルギー計測装置１２０と、を備えて構成される。
レーザ逆コンプトン散乱光子発生装置１１８は、電子発生源とレーザ発生源を利用することで、高い指向性と高い単色性を有する光子を発生させる。
レーザ逆コンプトン散乱光子発生制御装置１１９は、レーザ逆コンプトン散乱光子発生装置１１８における光子発生やその発生量、エネルギー、照射方向を制御し、光子発生タイミングを発生タイミング対応エネルギー計測装置１２０に伝送する。
以上の構成において、発生タイミング対応エネルギー計測装置１２０は、レーザ逆コンプトン散乱光子発生制御装置１１９の光子発生タイミングを高精度で制御する。発生タイミング対応エネルギー計測装置１２０は、放射線検出器１０２から出力した信号を分析し、放射線検出器１０２における散乱光子１０８による付与エネルギースペクトルを波高値スペクトルとして算出する。
本実施形態に係る放射線計測装置２００は、光子発生量やエネルギー、照射方向を任意に制御できることから、様々な仕様の被検査体１０６の深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布を取得することができる。内部状態を高精度に把握することができることから、その結果に基づく高度な分析や監視を実現することが可能となる。
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、中性子もしくは荷電粒子とターゲット物質との核反応を利用する放射線計測装置および放射線計測方法の例である。
図８は、本発明の第３の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図８に示す放射線計測装置３００は、図１の放射線計測装置１００の放射線検出器１０２、深さ演算装置１０４および表示装置１０５に加えて、光子発生用ターゲット１２１と、粒子発生源１２２と、粒子発生制御装置１２３と、発生タイミング対応エネルギー計測装置１２４と、を備えて構成される。
粒子発生源１２２は、中性子もしくは荷電粒子とターゲット物質との核反応を利用した光子発生装置である。
第３の実施形態は、中性子もしくは荷電粒子とターゲット物質との核反応を利用する放射線計測装置および放射線計測方法の例である。
図８は、本発明の第３の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図８に示す放射線計測装置３００は、図１の放射線計測装置１００の放射線検出器１０２、深さ演算装置１０４および表示装置１０５に加えて、光子発生用ターゲット１２１と、粒子発生源１２２と、粒子発生制御装置１２３と、発生タイミング対応エネルギー計測装置１２４と、を備えて構成される。
粒子発生源１２２は、中性子もしくは荷電粒子とターゲット物質との核反応を利用した光子発生装置である。
以上の構成において、粒子発生源１２２は、中性子や荷電粒子、電子発生源を利用する。粒子発生源１２２で生成した粒子を光子発生用ターゲット１２１に照射することで核反応を発生させ、そこで生じた光子を利用する。組合せの一例として、光子発生用ターゲット１２１をＣ−１２とし、陽子を照射することで４．４ＭｅＶの光子を発生させることができる。
本実施形態に係る放射線計測装置３００は、光子発生量やエネルギー、照射方向を任意に制御できることから、様々な仕様の被検査体１０６の深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布を取得することができる。被検査体１０６の内部状態を高精度に把握することができることから、その結果に基づく高度な分析や監視を実現することが可能となる。
（第４の実施形態）
第４の実施形態は、複数の放射線検出器を線形に備える放射線計測装置および放射線計測方法の例である。
図９は、本発明の第４の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図９に示す放射線計測装置４００は、図１の放射線計測装置１００の単色光子源１０１、表示装置１０５に加えて、線形配置型放射線検出器１２５と、線形配置対応エネルギー計測装置１２６と、線形配置対応深さ演算装置１２７と、を備えて構成される。
第４の実施形態は、複数の放射線検出器を線形に備える放射線計測装置および放射線計測方法の例である。
図９は、本発明の第４の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図９に示す放射線計測装置４００は、図１の放射線計測装置１００の単色光子源１０１、表示装置１０５に加えて、線形配置型放射線検出器１２５と、線形配置対応エネルギー計測装置１２６と、線形配置対応深さ演算装置１２７と、を備えて構成される。
図１０は、線形配置型放射線検出器１２５および線形配置対応エネルギー計測装置１２６の詳細構成を示す図である。
線形配置型放射線検出器１２５は、線形配置された複数の放射線検出器１０２から構成される。複数の放射線検出器１０２は、被検査体１０６の表面１０６ａに対して一方向に線形に配置する。
複数の放射線検出器１０２は、それぞれの出力信号に対応した線形配置対応エネルギー計測装置１２６に接続される。線形配置対応エネルギー計測装置１２６は、各放射線検出器１０２に対応して線形配置された複数のエネルギー計測装置１０３から構成される。
線形配置型放射線検出器１２５は、線形配置された複数の放射線検出器１０２から構成される。複数の放射線検出器１０２は、被検査体１０６の表面１０６ａに対して一方向に線形に配置する。
複数の放射線検出器１０２は、それぞれの出力信号に対応した線形配置対応エネルギー計測装置１２６に接続される。線形配置対応エネルギー計測装置１２６は、各放射線検出器１０２に対応して線形配置された複数のエネルギー計測装置１０３から構成される。
以上の構成において、線形配置対応エネルギー計測装置１２６で得られた複数の放射線検出器１０２の波高値スペクトルは、線形配置対応深さ演算装置１２７の入力値として取り扱われる。
本実施形態に係る放射線計測装置４００は、複数の放射線検出器１０２で散乱光子を捉えることができることから、被検査体１０６の深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布を高感度に取得することができる。強度分布が高感度に取得できるので、被検査体１０６の内部状態を高精度に把握することができ、その結果に基づく高度な分析や監視を実現することが可能となる。
（第５の実施形態）
第５の実施形態は、複数の放射線検出器を二次元に配置する放射線計測装置および放射線計測方法の例である。
図１１は、本発明の第５の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図１１に示す放射線計測装置５００は、図１の放射線計測装置１００の単色光子源１０１、表示装置１０５に加えて、二次元配置型放射線検出器１２８と、二次元配置対応エネルギー計測装置１２９と、二次元配置対応深さ演算装置１３０と、を備えて構成される。
第５の実施形態は、複数の放射線検出器を二次元に配置する放射線計測装置および放射線計測方法の例である。
図１１は、本発明の第５の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図１１に示す放射線計測装置５００は、図１の放射線計測装置１００の単色光子源１０１、表示装置１０５に加えて、二次元配置型放射線検出器１２８と、二次元配置対応エネルギー計測装置１２９と、二次元配置対応深さ演算装置１３０と、を備えて構成される。
図１２は、二次元配置型放射線検出器１２８および二次元配置対応エネルギー計測装置１２９の詳細構成を示す図である。
図１２に示すように、二次元配置型放射線検出器１２８は、複数の放射線検出器１０２から構成される。複数の放射線検出器１０２は、被検査体１０６の表面に対して二次元に配置（アレイ配置）する。なお、図１２に示す放射線検出器１０２のアレイ配置は、一例であり、二次元配置であれはどのような配置でもよい。また、被検査体１０６の表面が曲面であれば、放射線検出器１０２の二次元配置も当該被検査体１０６の表面の曲面に合わせた湾曲配置としてもよい。
図１２に示すように、二次元配置型放射線検出器１２８は、複数の放射線検出器１０２から構成される。複数の放射線検出器１０２は、被検査体１０６の表面に対して二次元に配置（アレイ配置）する。なお、図１２に示す放射線検出器１０２のアレイ配置は、一例であり、二次元配置であれはどのような配置でもよい。また、被検査体１０６の表面が曲面であれば、放射線検出器１０２の二次元配置も当該被検査体１０６の表面の曲面に合わせた湾曲配置としてもよい。
複数の放射線検出器１０２は、それぞれの出力信号に対応した二次元配置対応エネルギー計測装置１２９に接続される。二次元配置対応エネルギー計測装置１２９は、各放射線検出器１０２に対応して二次元配置された複数のエネルギー計測装置１０３から構成される。
以上の構成において、二次元配置対応エネルギー計測装置１２９で得られた複数の放射線検出器１０２の波高値スペクトルは、二次元配置対応深さ演算装置１３０の入力値として取り扱われる。
本実施形態に係る放射線計測装置５００は、二次元配置対応エネルギー計測装置１２９で得られた複数の放射線検出器１０２で散乱光子を捉えることができることから、被検査体１０６の深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布を、より一層高感度に取得することができる。強度分布がより一層高感度に取得できるので、被検査体１０６の内部状態をより一層高精度に把握することができ、その結果に基づく高度な分析や監視を実現することが可能となる。
（第６の実施形態）
第６の実施形態は、複数の放射線検出器を円環状に配置する放射線計測装置および放射線計測方法の例である。
図１３は、本発明の第６の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図１３に示す放射線計測装置６００は、図１の放射線計測装置１００の単色光子源１０１、表示装置１０５に加えて、円環配置型放射線検出器１３１と、円環配置対応エネルギー計測装置１３２と、円環配置対応深さ演算装置１３３と、を備えて構成される。
第６の実施形態は、複数の放射線検出器を円環状に配置する放射線計測装置および放射線計測方法の例である。
図１３は、本発明の第６の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図１３に示す放射線計測装置６００は、図１の放射線計測装置１００の単色光子源１０１、表示装置１０５に加えて、円環配置型放射線検出器１３１と、円環配置対応エネルギー計測装置１３２と、円環配置対応深さ演算装置１３３と、を備えて構成される。
図１４は、円環配置型放射線検出器１３１の詳細構成を示す図である。
図１４に示すように、円環配置型放射線検出器１３１は、同心状に円環に配置された複数の放射線検出器１０２を備える。複数の放射線検出器１０２は、被検査体１０６の表面に対して円環に配置する。
一例として、照射ポイント１３４を中心に、３０°ピッチで、且つ同心状の複数の円環で複数の放射線検出器１０２を配置する。複数の放射線検出器１０２を配置する角度ピッチや円環の直径は、使用する放射線検出器１０２のサイズや、コンプトン散乱光子の強度分布の検出効率等によって調整する。
図１４に示すように、円環配置型放射線検出器１３１は、同心状に円環に配置された複数の放射線検出器１０２を備える。複数の放射線検出器１０２は、被検査体１０６の表面に対して円環に配置する。
一例として、照射ポイント１３４を中心に、３０°ピッチで、且つ同心状の複数の円環で複数の放射線検出器１０２を配置する。複数の放射線検出器１０２を配置する角度ピッチや円環の直径は、使用する放射線検出器１０２のサイズや、コンプトン散乱光子の強度分布の検出効率等によって調整する。
以上の構成において、複数の放射線検出器１０２は、それぞれの出力信号に対応した円環配置対応エネルギー計測装置１３２に接続される（図１４には図示無し）。円環配置対応エネルギー計測装置１３２で得られた複数の放射線検出器１０２の波高値スペクトルは、円環配置対応深さ演算装置１３３の入力値として取り扱われる（図１４には図示無し）。
本実施形態に係る放射線計測装置６００は、複数の円環で複数の放射線検出器１０２で散乱光子を捉えることができることから、被検査体１０６の深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布を、より一層高感度に取得することができ、被検査体１０６の内部状態をより一層高精度に把握することができることから、その結果に基づく高度な分析や監視を実現することが可能となる。
また、放射線計測装置６００は、同一円環上の放射線検出器１０２であれば、単色光子源１０１と放射線検出器１０２との相対座標は変わらないことから、同一測定とみなすことができる。このため、円環配置対応深さ演算装置１３３においては、演算の短縮化が可能である。
（第７の実施形態）
第７の実施形態は、放射線検出器と被検査体の間にスリットコリメータを備える放射線計測装置および放射線計測方法の例である。
図１５は、本発明の第７の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図１５に示す放射線計測装置７００は、図１の放射線計測装置１００の単色光子源１０１、放射線検出器１０２、深さ演算装置１０４、表示装置１０５に加えて、スリットコリメータ１３５を備えて構成される。
第７の実施形態は、放射線検出器と被検査体の間にスリットコリメータを備える放射線計測装置および放射線計測方法の例である。
図１５は、本発明の第７の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図１５に示す放射線計測装置７００は、図１の放射線計測装置１００の単色光子源１０１、放射線検出器１０２、深さ演算装置１０４、表示装置１０５に加えて、スリットコリメータ１３５を備えて構成される。
図１６は、スリットコリメータ１３５の詳細構成を示す図である。
図１６に示すように、放射線計測装置７００は、スリットコリメータ１３５を放射線検出器１０２と被検査体１０６の間に設ける。これにより、単色光子１０７の被検査体１０６への入射で生じる多重コンプトン散乱による多重散乱光子１３７が放射線検出器１０２に入射することを低減する。視野範囲１３６におけるコンプトン散乱による散乱光子１０８を放射線検出器１０２で測定する。
図１６に示すように、放射線計測装置７００は、スリットコリメータ１３５を放射線検出器１０２と被検査体１０６の間に設ける。これにより、単色光子１０７の被検査体１０６への入射で生じる多重コンプトン散乱による多重散乱光子１３７が放射線検出器１０２に入射することを低減する。視野範囲１３６におけるコンプトン散乱による散乱光子１０８を放射線検出器１０２で測定する。
本実施形態に係る放射線計測装置７００は、スリットコリメータ１３５を放射線検出器１０２と被検査体１０６の間に設けることで、多重散乱光子１３７の影響を低減できることから、被検査体１０６の深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布を高精度に取得することができる。これにより、被検査体１０６の内部状態を高精度に把握することができ、その結果に基づく高度な分析や監視を実現することが可能となる。
（第８の実施形態）
第８の実施形態は、ファンビーム型単色光子源を備える放射線計測装置および放射線計測方法の例である。
図１７は、本発明の第８の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図１７に示す放射線計測装置８００は、図１の放射線計測装置１００の表示装置１０５に加えて、ファンビーム型単色光子源１３８、ファンビーム対応放射線検出器１３９、多チャンネル対応エネルギー計測装置１４０、多チャンネル対応深さ演算装置１４１と、を備えて構成される。
第８の実施形態は、ファンビーム型単色光子源を備える放射線計測装置および放射線計測方法の例である。
図１７は、本発明の第８の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図１７に示す放射線計測装置８００は、図１の放射線計測装置１００の表示装置１０５に加えて、ファンビーム型単色光子源１３８、ファンビーム対応放射線検出器１３９、多チャンネル対応エネルギー計測装置１４０、多チャンネル対応深さ演算装置１４１と、を備えて構成される。
図１８は、ファンビーム型単色光子源１３８の詳細構成を示す図である。
図１８に示すファンビーム型コリメータ１４２は、内部に放射性同位元素１０９を備え、一次元方向に単色光子１０７を照射可能な構造である。
なお、本実施形態では、ファンビーム型コリメータ１４２の内部に放射性同位元素１０９を備える構成を示したが、図２で示すレーザ逆コンプトン散乱光子発生装置１１８や図３で示す光子発生用ターゲット１２１を備える構成でもよい。
図１８に示すファンビーム型コリメータ１４２は、内部に放射性同位元素１０９を備え、一次元方向に単色光子１０７を照射可能な構造である。
なお、本実施形態では、ファンビーム型コリメータ１４２の内部に放射性同位元素１０９を備える構成を示したが、図２で示すレーザ逆コンプトン散乱光子発生装置１１８や図３で示す光子発生用ターゲット１２１を備える構成でもよい。
図１９および図２０は、ファンビーム対応放射線検出器１３９の配置を説明する図であり、図１９はその側面から見た配置図を示し、図２０は上部から見た配置図を示す。
図１９に示すように、スリットコリメータ１３５と放射線検出器１０２から構成される検出部ユニット１４３を被検査体１０６の表面近傍に配置する。検出部ユニット１４３は、視野範囲１３６が単色光子１０７の照射方向と重畳するように設定する。
図１９に示すように、スリットコリメータ１３５と放射線検出器１０２から構成される検出部ユニット１４３を被検査体１０６の表面近傍に配置する。検出部ユニット１４３は、視野範囲１３６が単色光子１０７の照射方向と重畳するように設定する。
図２０に示すように、複数の検出部ユニット１４３から構成されるファンビーム対応放射線検出器１３９を照射ライン１４４のライン方向に対して水平に配置する。ファンビーム対応放射線検出器１３９は、ファンビーム型単色光子源１３８（図１７参照）により照射される単色光子１０７の照射ライン１４４を測定する。
各検出器ユニット１４３の視野範囲１３６（図１９参照）は、照射ライン１４４（図２０参照）を含むように配置する。
本実施形態に係る放射線計測装置８００は、広い範囲で一度に被検査体１０６の深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布を高速に取得することができる。これにより、被検査体１０６の内部状態をより一層高速に把握することができ、その結果に基づく高度な分析や監視を実現することが可能となる。
（第９の実施形態）
第９の実施形態は、移動機構を備える放射線計測装置および放射線計測方法の例である。
図２１は、本発明の第９の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図２１に示す放射線計測装置９００は、図１の放射線計測装置１００の単色光子源１０１、放射線検出器１０２、エネルギー計測装置１０３、表示装置１０５に加えて、移動機構１４５と、移動位置特定機構１４６と、移動制御機構１４７と、走査対応深さ演算装置１４８と、を備えて構成される。
第９の実施形態は、移動機構を備える放射線計測装置および放射線計測方法の例である。
図２１は、本発明の第９の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図２１に示す放射線計測装置９００は、図１の放射線計測装置１００の単色光子源１０１、放射線検出器１０２、エネルギー計測装置１０３、表示装置１０５に加えて、移動機構１４５と、移動位置特定機構１４６と、移動制御機構１４７と、走査対応深さ演算装置１４８と、を備えて構成される。
移動機構１４５は、単色光子源１０１と放射線検出器１０２を搭載し、被検査体１０６の表面１０６ａ近傍を走査する。
移動位置特定機構１４６は、移動機構１４５と被検査体１０６の相対座標を演算する。
移動制御機構１４７は、移動機構１４５の走査範囲を制御する。具体的には、移動制御機構１４７は、移動位置特定機構１４６が演算した相対座標をもとに、移動機構１４５の位置を特定し、単色光子源１０１と放射線検出器１０２の相対座標を制御する。
移動位置特定機構１４６は、移動機構１４５と被検査体１０６の相対座標を演算する。
移動制御機構１４７は、移動機構１４５の走査範囲を制御する。具体的には、移動制御機構１４７は、移動位置特定機構１４６が演算した相対座標をもとに、移動機構１４５の位置を特定し、単色光子源１０１と放射線検出器１０２の相対座標を制御する。
走査対応深さ演算装置１４８は、複数の照射ポイントで取得した波高値スペクトルと相対座標に加えて、移動機構の座標、つまり被検査体の表面座標を入力値として、走査範囲における深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布を演算する。
図２２は、放射線計測装置９００の放射線計測処理を示すフローチャートである。図中、Ｓは測定フローの各ステップを示す。
まず、放射線計測装置９００をセットアップして測定を開始する。
ステップＳ１１で移動制御機構１４７は、単色光子源１０１と放射線検出器１０２と移動機構１４７とを初期の測定ポイントに配置する。
ステップＳ１２でエネルギー計測装置１０３は、単色光子源１０１と放射線検出器１０２の位置を記録する。
まず、放射線計測装置９００をセットアップして測定を開始する。
ステップＳ１１で移動制御機構１４７は、単色光子源１０１と放射線検出器１０２と移動機構１４７とを初期の測定ポイントに配置する。
ステップＳ１２でエネルギー計測装置１０３は、単色光子源１０１と放射線検出器１０２の位置を記録する。
ステップＳ１３で単色光子源１０１は、光子を照射し、エネルギー計測装置１０３は波高値スペクトルを記録する。
ステップＳ１４でエネルギー計測装置１０３は、測定ポイントでの測定完了か否かを判定し、測定未完了の場合（Ｓ１４：Ｎｏ）、ステップＳ１３に戻る。
ステップＳ１４でエネルギー計測装置１０３は、測定ポイントでの測定完了か否かを判定し、測定未完了の場合（Ｓ１４：Ｎｏ）、ステップＳ１３に戻る。
測定ポイントで測定完了の場合（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、ステップＳ１５で走査対応深さ演算装置１４８は、断面測定完了か否かを判定する。
断面測定が未完了の場合（Ｓ１５：Ｎｏ）、ステップＳ１６で移動制御機構１４７は、単色光子源１０１と放射線検出器１０２と移動機構１４５を被検査体１０６の測定ポイントに配置してステップＳ１２に戻る。
断面測定が未完了の場合（Ｓ１５：Ｎｏ）、ステップＳ１６で移動制御機構１４７は、単色光子源１０１と放射線検出器１０２と移動機構１４５を被検査体１０６の測定ポイントに配置してステップＳ１２に戻る。
断面測定が完了の場合（Ｓ１５：Ｙｅｓ）、ステップＳ１７で走査対応深さ演算装置１４８は、被検査体１０６の内部の断面図を演算する。
ステップＳ１８で表示装置１０５は、演算結果を表示する。
ステップＳ１９で走査対応深さ演算装置１４８は、断面演算完了か否かを判定する。
断面演算が未完了の場合（Ｓ１９：Ｎｏ）、ステップＳ２０で走査対応深さ演算装置１４８は、未完了の測定ポイントを算出し、ステップＳ１６に戻る。
ステップＳ１８で表示装置１０５は、演算結果を表示する。
ステップＳ１９で走査対応深さ演算装置１４８は、断面演算完了か否かを判定する。
断面演算が未完了の場合（Ｓ１９：Ｎｏ）、ステップＳ２０で走査対応深さ演算装置１４８は、未完了の測定ポイントを算出し、ステップＳ１６に戻る。
断面演算が完了の場合（Ｓ１９：Ｙｅｓ）、ステップＳ２１で走査対応深さ演算装置１４８は、全測定および演算完了か否かを判定する。
全測定および演算が未完了の場合（Ｓ１９：Ｎｏ）、ステップＳ２２で移動制御機構１４７は、次断面測定位置に移動して、ステップＳ１２に戻る。
全測定および演算が未完了の場合（Ｓ１９：Ｎｏ）、ステップＳ２２で移動制御機構１４７は、次断面測定位置に移動して、ステップＳ１２に戻る。
全測定および演算が完了の場合（Ｓ２１：Ｙｅｓ）、ステップＳ２３で表示装置１０５は、波高値スペクトルやコンプトン散乱の散乱角θs、放射線検出器１０２や単色光子源１０１の位置座標などの走査対応深さ演算装置１４８の入力条件、走査対応深さ演算装置１４８で実行した演算結果である深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布やその相対値を出力して本フローの処理を完了する。
図２３は、コンプトン散乱光子強度分布の演算処理を示すフローチャートである。図２３は、図２２のステップＳ１４のサブルーチンである。
図２２のステップＳ１４のサブルーチンコールにより開始する。
ステップＳ１０１で単色光子源１０１は、単色光子源１０１の単色光子の照射方向を制御する。
ステップＳ１０２で放射線検出器１０２は、単色光子源１０１との相対座標が既知であり、被検査体から散乱したコンプトン散乱光子を検出する。
ステップＳ１０３でエネルギー計測装置１０３は、検出したコンプトン散乱光子のエネルギーと強度を計測する。
図２２のステップＳ１４のサブルーチンコールにより開始する。
ステップＳ１０１で単色光子源１０１は、単色光子源１０１の単色光子の照射方向を制御する。
ステップＳ１０２で放射線検出器１０２は、単色光子源１０１との相対座標が既知であり、被検査体から散乱したコンプトン散乱光子を検出する。
ステップＳ１０３でエネルギー計測装置１０３は、検出したコンプトン散乱光子のエネルギーと強度を計測する。
ステップＳ１０４で走査対応深さ演算装置１４８は、単色光子源の放出エネルギーＥinと取得した波高値スペクトルの各エネルギーＥsとに基づいて、被検査体の内部で生じたコンプトン散乱の散乱角θsを算出する。
ステップＳ１０５で走査対応深さ演算装置１４８は、放射線検出器１０２の位置座標、単色光子源１０１の位置座標、算出した散乱角θsに基づいて、各エネルギーＥsに対応する散乱位置、すなわち深さｚ（Ｅs）を算出して図２２のステップＳ１４に戻る。
ステップＳ１０５で走査対応深さ演算装置１４８は、放射線検出器１０２の位置座標、単色光子源１０１の位置座標、算出した散乱角θsに基づいて、各エネルギーＥsに対応する散乱位置、すなわち深さｚ（Ｅs）を算出して図２２のステップＳ１４に戻る。
本実施形態に係る放射線計測装置９００は、移動機構１４５が、単色光子源１０１と放射線検出器１０２を搭載し、被検査体１０６の表面１０６ａ近傍を走査し、移動制御機構１４７が、移動位置特定機構１４６によって移動機構１４５の位置を特定し、単色光子源１０１と放射線検出器１０２の相対座標を制御する。走査対応深さ演算装置１４８は、被検査体１０６の表面座標を入力値として、走査範囲における深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布を演算する。
この構成により、広範囲の深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布を取得することができる。二次元もしくは三次元の座標情報に基づいて内部状態を可視化することが可能となるので、その結果に基づく高度な分析や監視を実現することが可能となる。
（第１０の実施形態）
第１０の実施形態は、光学カメラと演算を用いて表面状態を評価する機能を備える放射線計測装置および放射線計測方法の例である。
図２４は、本発明の第１０の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図２４に示す放射線計測装置１０００は、図１の放射線計測装置１００の単色光子源１０１、放射線検出器１０２、エネルギー計測装置１０３、表示装置１０５に加えて、光学カメラ１４９と、画像分析装置１５０と、画像判定データベース１５１と、画像重畳装置１５２と、を備えて構成される。
第１０の実施形態は、光学カメラと演算を用いて表面状態を評価する機能を備える放射線計測装置および放射線計測方法の例である。
図２４は、本発明の第１０の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図２４に示す放射線計測装置１０００は、図１の放射線計測装置１００の単色光子源１０１、放射線検出器１０２、エネルギー計測装置１０３、表示装置１０５に加えて、光学カメラ１４９と、画像分析装置１５０と、画像判定データベース１５１と、画像重畳装置１５２と、を備えて構成される。
光学カメラ１４９は、被検査体１０６の表面を撮像する。
画像分析装置１５０は、画像判定データベース１５１を利用して、被検査体１０６の表面の特異点の有無や健全性などの状態を評価する。状態評価には、過去の実績や実験的に得られたデータ、解析で形成されたデータで構成された機械学習を利用することができる。
画像分析装置１５０は、画像判定データベース１５１を利用して、被検査体１０６の表面の特異点の有無や健全性などの状態を評価する。状態評価には、過去の実績や実験的に得られたデータ、解析で形成されたデータで構成された機械学習を利用することができる。
画像重畳装置１５２は、光学カメラ１４９で撮像した被検査体１０６の表面状態と、深さ演算装置１０４で得られた深さ方向のコンプトン散乱光子強度分布とを重畳する。
ここで、図２１で示した手法で二次元もしくは三次元データを取得した場合には、多次元で画像を重畳する。表示装置１０５は、画像重畳装置で演算された演算結果を表示する。
ここで、図２１で示した手法で二次元もしくは三次元データを取得した場合には、多次元で画像を重畳する。表示装置１０５は、画像重畳装置で演算された演算結果を表示する。
本実施形態に係る放射線計測装置１０００は、例えば作業員らが目視で確認した被検査体の状態と、本発明による深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布とを視覚的に合わせて表現することができる。これにより、作業全体の高効率化や被検査体の判定の高精度化に寄与することができる。その結果に基づく高度な分析や監視を実現することが可能となる。
（第１１の実施形態）
第１１の実施形態は、単色光子源と放射線検出器と被検査体との相対位置座標の測定機能を備える放射線計測装置および放射線計測方法の例である。
図２５は、本発明の第１１の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図２５に示す放射線計測装置１１００は、図１の放射線計測装置１００の単色光子源１０１、放射線検出器１０２、エネルギー計測装置１０３、表示装置１０５に加えて、位置算出装置１５３と、位置座標対応深さ演算装置１５４と、を備えて構成される。
第１１の実施形態は、単色光子源と放射線検出器と被検査体との相対位置座標の測定機能を備える放射線計測装置および放射線計測方法の例である。
図２５は、本発明の第１１の実施形態に係る放射線計測装置の構成を示す図である。図１と同一構成部分には同一符号を付して重複箇所の説明を省略する。
図２５に示す放射線計測装置１１００は、図１の放射線計測装置１００の単色光子源１０１、放射線検出器１０２、エネルギー計測装置１０３、表示装置１０５に加えて、位置算出装置１５３と、位置座標対応深さ演算装置１５４と、を備えて構成される。
位置算出装置１５３は、単色光子源１０１と放射線検出器１０２、被検査体１０６の位置座標を測定する。位置算出装置１５３は、位置座標を測定するための手段として、例えば、ある初期値を定めた上で、光学カメラやレーザ、超音波、レーダなどを利用した距離計測装置を備える。
放射線計測装置１１００は、単色光子源１０１と放射線検出器１０２を固定冶具に載置して、単色光子源１０１と放射線検出器１０２の相対位置座標を固定することで、被検査体１０６との相対座標を比較的容易に演算することができる。
位置算出装置１５３で得られた相対位置座標は、この座標を入力値とする位置座標対応深さ演算装置１５４に入力される。
放射線計測装置１１００は、単色光子源１０１と放射線検出器１０２を固定冶具に載置して、単色光子源１０１と放射線検出器１０２の相対位置座標を固定することで、被検査体１０６との相対座標を比較的容易に演算することができる。
位置算出装置１５３で得られた相対位置座標は、この座標を入力値とする位置座標対応深さ演算装置１５４に入力される。
本実施形態に係る放射線計測装置１１００は、相対位置座標を高精度に把握することができることから、被検査体１０６の深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布を高精度に取得することができる。被検査体１０６の内部状態を高精度に把握して、その結果に基づく高度な分析や監視を実現することが可能となる。
［変形例］
（１）第１の実施形態〜第１１の実施形態の放射線計測装置および放射線計測方法を組み合わせて統合する。
上記各実施形態に係る放射線計測装置および放射線計測方法を統合することで、様々な実行環境に応じて被検査体１０６（例えば、図１参照）の深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布を最適に実行することができる。被検査体１０６の内部状態を高精度・高速・高感度に把握して、その結果に基づく高度な分析や監視を実現することが可能となる。
（１）第１の実施形態〜第１１の実施形態の放射線計測装置および放射線計測方法を組み合わせて統合する。
上記各実施形態に係る放射線計測装置および放射線計測方法を統合することで、様々な実行環境に応じて被検査体１０６（例えば、図１参照）の深さ方向のコンプトン散乱光子の強度分布を最適に実行することができる。被検査体１０６の内部状態を高精度・高速・高感度に把握して、その結果に基づく高度な分析や監視を実現することが可能となる。
（２）第１の実施形態〜第１１の実施形態の放射線計測装置は、単色光子源１０６および放射線検出器１０２（例えば、図１参照）の位置座標を測定する位置座標測定機（位置算出装置）を備え、深さ演算装置は、位置算出装置で得られた単色光子源１０１および放射線検出器１０２の位置座標を入力値とする。
（３）第１の実施形態〜第１１の実施形態の放射線計測装置は、コンプトン散乱光子強度分布における特異点を蓄積する特異点データベース、ＡＩ（Artificial Intelligence）を含む機械学習（Machine learning）を実行する特異点抽出装置を備える。特異点抽出装置は、特異点データベース、機械学習を用いて前記深さ方向のコンプトン散乱光子強度分布における特異点を抽出する。
なお、本発明は、上記各実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、適宜その構成を変更することができる。
上記した各実施形態例は本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態例の構成の一部を他の実施形態例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態例の構成に他の実施形態例の構成を加えることも可能である。また、各実施形態例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００ 放射線計測装置
１０１ 単色光子源
１０２ 放射線検出器
１０３ エネルギー計測装置
１０４ 深さ演算装置
１０５ 表示装置（出力装置）
１０６ 被検査体
１０７ 単色光子
１０８ 散乱光子
１０９ 放射性同位元素（放射性同位体）
１１０ コリメータ
１１１ 光子シャッタ
１１２ 波高値スペクトル
１１８ レーザ逆コンプトン散乱光子発生装置
１１９ レーザ逆コンプトン散乱光子発生制御装置
１２０ 発生タイミング対応エネルギー計測装置
１２１ 光子発生用ターゲット
１２２ 粒子発生源
１２３ 粒子発生制御装置
１２４ 発生タイミング対応エネルギー計測装置
１２５ 線形配置型放射線検出器
１２６ 線形配置対応エネルギー計測装置
１２７ 線形配置対応深さ演算装置
１２８ 二次元配置型放射線検出器
１２９ 二次元配置対応エネルギー計測装置
１３０ 二次元配置対応深さ演算装置
１３１ 円環配置型放射線検出器
１３２ 円環配置対応エネルギー計測装置
１３３ 円環配置対応深さ演算装置
１３４ 照射ポイント
１３５ スリットコリメータ
１３８ ファンビーム型単色光子源
１３９ ファンビーム対応放射線検出器
１４０ 多チャンネル対応エネルギー計測装置
１４１ 多チャンネル対応深さ演算装置
１４２ ファンビーム型コリメータ
１４３ 検出部ユニット
１４４ 照射ライン
１４５ 移動機構
１４６ 移動位置特定機構
１４７ 移動制御機構
１４８ 走査対応深さ演算装置
１４９ 光学カメラ
１５０ 画像分析装置
１５１ 画像判定データベース
１５２ 画像重畳装置
１５３ 位置算出装置
１５４ 位置座標対応深さ演算装置
Ｓ１０１ 単色光子源の単色光子または準単色光子の照射方向を制御するステップ
Ｓ１０２ 被検査体から散乱したコンプトン散乱光子を検出するステップ
Ｓ１０３ 検出したコンプトン散乱光子のエネルギーと強度を計測するステップ
Ｓ１３、Ｓ１０４、Ｓ１０５ 被検査体の深さ方向のコンプトン散乱光子強度分布を演算する演算ステップ
Ｓ２３ 演算結果を出力するステップ
１０１ 単色光子源
１０２ 放射線検出器
１０３ エネルギー計測装置
１０４ 深さ演算装置
１０５ 表示装置（出力装置）
１０６ 被検査体
１０７ 単色光子
１０８ 散乱光子
１０９ 放射性同位元素（放射性同位体）
１１０ コリメータ
１１１ 光子シャッタ
１１２ 波高値スペクトル
１１８ レーザ逆コンプトン散乱光子発生装置
１１９ レーザ逆コンプトン散乱光子発生制御装置
１２０ 発生タイミング対応エネルギー計測装置
１２１ 光子発生用ターゲット
１２２ 粒子発生源
１２３ 粒子発生制御装置
１２４ 発生タイミング対応エネルギー計測装置
１２５ 線形配置型放射線検出器
１２６ 線形配置対応エネルギー計測装置
１２７ 線形配置対応深さ演算装置
１２８ 二次元配置型放射線検出器
１２９ 二次元配置対応エネルギー計測装置
１３０ 二次元配置対応深さ演算装置
１３１ 円環配置型放射線検出器
１３２ 円環配置対応エネルギー計測装置
１３３ 円環配置対応深さ演算装置
１３４ 照射ポイント
１３５ スリットコリメータ
１３８ ファンビーム型単色光子源
１３９ ファンビーム対応放射線検出器
１４０ 多チャンネル対応エネルギー計測装置
１４１ 多チャンネル対応深さ演算装置
１４２ ファンビーム型コリメータ
１４３ 検出部ユニット
１４４ 照射ライン
１４５ 移動機構
１４６ 移動位置特定機構
１４７ 移動制御機構
１４８ 走査対応深さ演算装置
１４９ 光学カメラ
１５０ 画像分析装置
１５１ 画像判定データベース
１５２ 画像重畳装置
１５３ 位置算出装置
１５４ 位置座標対応深さ演算装置
Ｓ１０１ 単色光子源の単色光子または準単色光子の照射方向を制御するステップ
Ｓ１０２ 被検査体から散乱したコンプトン散乱光子を検出するステップ
Ｓ１０３ 検出したコンプトン散乱光子のエネルギーと強度を計測するステップ
Ｓ１３、Ｓ１０４、Ｓ１０５ 被検査体の深さ方向のコンプトン散乱光子強度分布を演算する演算ステップ
Ｓ２３ 演算結果を出力するステップ
Claims (15)
- 光子を検知する放射線計測装置であって、
単色光子または準単色光子の照射方向を制御する単色光子源と、
前記単色光子源との相対座標が既知であり、被検査体から散乱したコンプトン散乱光子を検出する放射線検出器と、
検出した前記コンプトン散乱光子のエネルギーと強度を計測するエネルギー計測装置と、
前記相対座標と前記コンプトン散乱光子のエネルギーと強度をもとに、前記被検査体の深さ方向のコンプトン散乱光子強度分布を演算する深さ演算装置と、
前記深さ演算装置の演算結果を出力する出力装置と、を備える
ことを特徴とする放射線計測装置。 - 前記単色光子源は、放射性同位体を有し、
前記放射性同位体は、Ｃｓ−１３７、Ｚｎ−６５、Ｂｅ−７、Ｃｒ−５１、Ｃｏ−５８、Ｍｎ−５４、Ｈｇ−２０３、Ｓｒ−８５、Ｆ−１８、Ｇａ−６８、Ａｌ−２８、およびＫ−４２からなる群より選択される少なくとも一つを用いる
ことを特徴とする請求項１に記載の放射線計測装置。 - 前記単色光子源は、レーザ逆コンプトン光子を発するレーザ逆コンプトン散乱光子発生装置である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放射線計測装置。 - 前記単色光子源は、中性子または荷電粒子とターゲット物質との核反応を利用した光子発生装置である
ことを特徴とする請求項１に記載の放射線計測装置。 - 前記単色光子源は、前記放射性同位体から放出する光子の照射方向を制御するコリメータを備える
ことを特徴とする請求項２に記載の放射線計測装置。 - 前記コリメータと前記被検査体の間、または前記コリメータと前記単色光子源の間に光子シャッタを備える
ことを特徴とする請求項５に記載の放射線計測装置。 - 前記放射線検出器は、Ｇｅ半導体、ＣｄＴｅ半導体、ＣｄＺｎＴｅ半導体、Ｓｉ半導体、Ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ構造半導体、ＬａＢｒ３シンチレータ、ＣｓＢｒ３シンチレータ、ＬＹＳＯシンチレータ、ＬＳＯシンチレータ、ＧＡＧＧシンチレータ、ＣｓＩシンチレータ、ＮａＩシンチレータ、ＢＧＯシンチレータ、ＧＳＯシンチレータ、ＧＰＳシンチレータ、Ｌａ−ＧＰＳシンチレータ、ＬｕＡＧシンチレータ、およびＳｒＩシンチレータからなる群より選択される少なくとも一つを用いる放射線有感材を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の放射線計測装置。 - 前記放射線検出器は、前記被検査体の表面に対して一方向に線形に配置する線形配置、前記被検査体の表面に対して二次元に配置するアレイ配置、または前記単色光子源の前記被検査体の表面における照射ポイントを中心に円環状に配置する円環配置のいずれか一つで配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の放射線計測装置。 - 前記放射線検出器と前記被検査体の間にスリット状のコリメータを備える
ことを特徴とする請求項１に記載の放射線計測装置。 - 前記深さ演算装置における演算の入力値を、前記単色光子源の放出エネルギーと、前記エネルギー計測装置で取得した波高値スペクトルと、前記単色光子源の照射方向ベクトルを含む二次元平面において前記単色光子源と前記放射線検出器の相対座標とするとともに、
前記深さ演算装置における演算の出力値を、前記単色光子源から照射した単色光子の散乱角と、前記散乱角と前記相対座標から前記単色光子が散乱した深さ位置とする
ことを特徴とする請求項１に記載の放射線計測装置。 - 前記深さ演算装置は、前記単色光子源の放出エネルギーＥinと前記エネルギー計測装置が取得した波高値スペクトルの各エネルギーＥsとに基づいて、式（１）に従って、前記被検査体の内部で生じたコンプトン散乱の散乱角θsを算出するとともに、
- 前記単色光子源および前記放射線検出器を搭載して前記被検査体の表面を走査する移動機構と、
前記移動機構と前記被検査体の相対座標を演算する移動位置特定機構と、
前記移動位置特定機構が演算した前記相対座標をもとに、前記移動機構を制御する移動制御機構と、を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の放射線計測装置。 - 前記出力装置は、光学カメラで撮像した前記被検査体の表面状態と前記深さ演算装置で得られた前記深さ方向のコンプトン散乱光子強度分布とを重畳して表示するとともに、前記被検査体の状態を三次元表示する
ことを特徴とする請求項１に記載の放射線計測装置。 - 光子を検知する放射線計測装置の放射線計測方法であって、
単色光子源の単色光子または準単色光子の照射方向を制御するステップと、
前記単色光子源との相対座標が既知であり、被検査体から散乱したコンプトン散乱光子を検出するステップと、
検出した前記コンプトン散乱光子のエネルギーと強度を計測するステップと、
前記相対座標と前記コンプトン散乱光子のエネルギーと強度をもとに、前記被検査体の深さ方向のコンプトン散乱光子強度分布を演算する演算ステップと、
演算結果を出力するステップと、を実行する
ことを特徴とする放射線計測方法。 - 前記演算ステップでは、
まず、前記単色光子源の放出エネルギーＥinと取得した波高値スペクトルの各エネルギーＥsとに基づいて、式（１）に従って、前記被検査体の内部で生じたコンプトン散乱の散乱角θsを算出し、
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