JP2023533781A - 核の脅威を特定するためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、放射線源を検出するための方法及びデバイスに関する。本発明の放射線源を同定するためのデバイスは、タイプＩＩ検出器と、前記タイプＩＩ検出器に関連する第一の光電子増倍管又はＳｉＰｍ読み出し器と、前記第一の光電子増倍管に関連し、光パルスをデジタル信号に変換するのに適合した第一のデジタイザ回路と、前記第一の光電子増倍管に関連する第一の電源回路と、タイプＩ検出器と、前記タイプＩ検出器に関連する第二の光電子増倍管又はＳｉＰｍ読み出し器と、前記第二の光電子増倍管に関連し、光パルスをデジタル信号に変換するのに適合した第二のデジタイザ回路と、前記第二の光電子増倍管に関連する第二の電源回路と、前記第一及び第二の光電子増倍管に関連するプログラマブルデジタルプロセッサと、ユーザインターフェース、ＧＵＩと、ユーザと情報及びデータを交換するためのコントロールパネルと、を備える。【選択図】図１８

Description

本発明は、放射能及び放射線源を検出及び測定するための方法及びデバイスの技術分野に関する。

１９９３年から２００６年の間に、世界中で核物質及び放射性物質に関わる不正取引や無許可の活動が１０８０件確認された（出典：ＩＡＥＡ）。このうち１８件は、爆弾の製造に使用できる物質、すなわち、プルトニウムと高濃縮ウラン（ＨＥＵ）に関わるものである。ＩＡＥＡは、また、いわゆる「汚い爆弾（ｄｉｒｔｙ ｂｏｍｂ）」、すなわち、通常の爆発物を爆発させて放射性物質を拡散させる爆弾の製造に使用される可能性のある物質を含む１２４件の事例を報告している。ＩＡＥＡは、これらの物質が国際社会の安全保障に潜在的な継続的脅威をもたらすと結論づけている。

そのため、特に米国及び欧州共同体等、あらゆる国で陸上、航空、海上での物資輸送の監視にかなりの努力が注がれている。その際，監視に使用する計器が誤警報を起こさないようにすることに特に注意が払われている。実際、最初の段階では、自動計器が通常使用されている。典型的な例として、放射線ポータルがあり、これは、１つ以上の検出ユニットで構成され、分析対象物が通過しなければならないゲートを構成している。アラームが発生した場合、その物質の性質を正確に特定するために、携帯機器を用いて疑わしい物質を検査する必要がある。放射線源が特定されない場合、疑わしい物質を物理的に検査する必要があるが、これにはかなりの時間とコストを要する。

そのため、検査した物質の性質を確実に特定することができる信頼性の高いツールが必要とされている。

特性がＩＥＣ６２３２７規格で定義された放射線源を同定するための携帯デバイスが知られており、商業的に入手可能である。これらのデバイスでは、ＮａＩ（Ｔｌ）又はＬａＢｒ_３等の有機又は無機シンチレータのようなガンマ線用の分光検出器を使用している。このタイプの検出器は、検出されたスペクトル範囲に存在する様々な放射性同位元素の特性遷移によって生じるフォトピークを認識することによって、放射性物質の同定を得る。無機シンチレータの中性子に対する応答は統計的に無関係であるため、これらのシステムは中性子の存在の可能性を検出するために使用されることはない。実際、中性子と無機結晶格子の相互作用は、基本的にシンチレータを構成する原子核の励起準位からの非弾性拡散によるものである。この非弾性拡散の断面積は非常に小さいため、統計的に数が少なく、エネルギー的にも直接のガンマ線と区別がつかない特徴的なガンマ線が発生する。このような全ての理由から、中性子の寄与を周囲のバックグラウンドによるガンマ線と分離することは不可能である。このため、放射線モニターデバイスは、中性子線源の存在を検出するために、中性子線検出器（一般的には^３Ｈｅ比例計数管）を追加することが、ときどきある。

中性子線源の同定は、
工業用途の放射性同位元素（例えば，^２５２Ｃｆ又はＡｍ／Ｂｅの線源）と、
ある種の核廃棄物（中性子が（α，ｎ）型反応によって放出される）と、
いわゆる特殊核物質、特にプルトニウムと、
の特徴であるため、実際には基本的なことである。

上記のシステムの主な欠点は、関連する明確なガンマ信号がない場合、中性子線源を特定するのに適した情報を一切提供しないことである。その理由は、このようなデバイスでは、中性子線検出器とガンマ線検出器が完全に切り離されており、提供する情報も切り離されているからである。携帯システムでこれまで使用されてきた中性子線検出器は、存在する中性子の数の表示のみを提供し、ガンマ線に関する情報は無機シンチレータから得なければならない。つまり、この種のシステムの特異な特徴の一つは、中性子線検出器はガンマ線に対する感度が非常に低く、逆にガンマ線検出器は中性子に対する感度が弱いことである。このことは、特に特殊核物質を同定する上で非常に重要である。ＩＥＣ６２３２７規格によると、特殊核物質の同定は、５ｍｍの鉄で遮蔽された線源の場合、ガンマ線分光法によってのみ提供される。しかしながら、より大きな遮蔽体又はより重い金属（例えば、鉛又はタングステン）の場合、ガンマ線放出があまりにも弱く、直接同定につながらない可能性がある。これら全ての場合において、現在利用可能な技術は過剰な中性子を検出するだけであり、中性子線源のタイプを区別して正確な同定を実行するために使用することはできない。

現在までのところ、現場測定に使用される全ての携帯型又は可搬型、あるいは固定設置型のポータルモニター測定機器及びシステムは、ガンマ線源と中性子線源に対して、唯一かつ排他的に別々の分析を使用している。それらの測定器及びシステムは、ガンマ同位体を同定し、中性子を別々に、通常は^３Ｈｅ検出器を用いてカウントするが、この２つの間に相関関係はない。ＡＮＳＩ及びＩＥＣ等の同じ規格は、ガンマ線源と中性子線源の存在を測定する能力に言及しているが、中性子線放出体の確実な決定（すなわち、反応（α－ｎ）の同定）のような複雑なシナリオは考慮されていない。さらに、中性子測定に関しても、同じＩＥＣ規格及びＡＮＳＩ規格では、中性子線放出体の有無を検出するための計数性能にのみ条件を課しており、それらの起源の種類を規定する（すなわち、同定を行う）条件を課していない。

したがって、本発明の目的は、携帯型、搬送型、及び固定設置されたポータルモニター／システムでこれまで行われてきたように、放射線源の検出を、単にその一般性を同定するだけでなく、その種類を正確に同定することによって可能にする計算アルゴリズムに基づく方法を提供することである。ガンマ及び中性子の混合検出及び同定に基づくこれらのアルゴリズムによって、明確に同定できるガンマ線放出がない場合でも、放射性物質を正確に同定することが可能になる。

本発明の別の目的は、携帯型機器（１０ｋｇ未満）、可搬型機器（２０ｋｇ未満）又は放射線ポータルモニターに、このような方法を実装することに関する。

本発明の別の目的は、同じ線源のガンマ線放出と中性子線放出を同時に検出するための単一の検出器によって実装することができる、放射線源の検出のための新しい方法を提供することである。

本発明の別の目的は、明確に同定可能なガンマ線放出がない場合でも、異なるタイプの中性子線源を区別できるようにすることである。

本発明は、異なるタイプの２つ以上の放射線検出器の同時使用に基づき、特にタイプＩ、ＩＩ、及び／又はＩＩＩ（以下の検出器の定義を参照）の検出器の可能な構成からなる、放射線源を検出する方法及びデバイスに関する。このように異なるタイプの検出器が単一のデバイスに統合されているため、放射性拡散デバイス（ＲＤＤ）や簡易核兵器（ＩＮＤ）のようなテロリストが使用する可能性のあるデバイスに含まれる特殊核物質（ＳＮＭ）を単一の同時測定で同定することができる。この単一の測定は、デバイス内に設置された全ての検出器によって同時に実行され、ガンマ線と中性子線の両方を含み、潜在的に遮蔽体及び／又はマスキングある状態でも、数秒以内にアラームを発生させるほぼ瞬時の測定となる。さらに、ガンマ線と中性子線の線源を完全に同定し、ガンマ線と中性子線の両方からの総線量又は独立した等価環境線量Ｈ^＊（１０）を瞬時に評価することも可能である。

中性子線源の特定は、燃料サイクルの処理から生じる特殊核物質又は生成物を特定するために不可欠である。このような生成物は、原子炉内で照射された核燃料の再処理、又は炉心から取り出された寿命が尽きた照射済み核燃料である、いわゆる「使用済燃料」によって生成される。これらの生成物の他の線源としては、
^２５２Ｃｆ等の工業用途の放射性同位元素、
中性子が（α、ｎ）型反応によって放出される線源、すなわち、ＡｍＬｉ、ＡｍＢｅ、
プルトニウム２３９やウラン２３５等、特殊核物質（ＳＮＭ）の代表的な同位体
がある。

本発明の特殊性と独自性は、並列的かつ連続的な方法で同時に、中性子計数及び多重度を処理し、選択された同位体ライブラリの助けを借りて関連するガンマ線スペクトルを分析することにより、ガンマ及び中性子計数データを分析するアルゴリズムの実装にある。これらの分析に、ガンマ線と中性子線の両方の性質において線源を同定する確率を最大化し、特定の信頼度ＣＬ（ＣＬ＝核種を正確に同定する確率）を関連付ける選択基準が適用される。

本発明の根底にある考えは、放出範囲の中性子と同位体の両方の同定を得ることに加えて、特定の臨界検出条件、すなわち、中性子線放出線源に自然、医療、工業的性質の強いガンマ線源が加えられる、いわゆるマスキング条件下での同定を確実にすることができるということである。この条件では、中性子／ガンマ線多重度が大きく変化するため、中性子線源の認識に問題が生じる。そこで、測定系に第二の検出器を導入するという考えは、例えば、８％以上の分解能を有するシンチレータ（すなわち、Ｃｓ－１３７での典型的なＦＷＨＭが７％のＮａＩ（Ｔｌ）、Ｃｓ－１３７での典型的なＦＷＨＭが３％のＣｅＢｒ、あるいはＣｓ－１３７（６６１ＫｅＶ）での典型的なＦＷＨＭが２，５～３％のＣｓＩ、ＳｒＩ、又はＬａＢｒ等）として、選択することができ、ガンマ線源のピークを同定し、中性子／ガンマ線の多重度の補正を得るために、ｎ－ガンマ線の測定部からそれらを減算できる。

例えば、準安定なプロアクチニウムＰａ－２３１ｍの１．００１ＭｅＶのフォトピークを同定することにより、アルゴリズムは、ＨＥＵ（高濃縮ウラン）（１グラムのＵ－２３８に対して１ＭｅＶで１００ガンマ／秒放出）が有効か無効かを判定する。

熱中性子線検出器（タイプＩＩＩ）をタイプＩ検出器と並列に実装することにより、熱中性子線と高速流中性子線の比を求めることができ、中性子線放出体がＳＮＭである場合、特別な方法で同定することが容易になる。

各ＳＮＭは、その固有の放射性シグネチャー、すなわち、特徴的な中性子やγ線の放出スペクトルを有し、これによって同定することができる。中性子の放出は、自発核分裂とα粒子による誘導の両方で、ＷＧＵ（ウラン兵器級）１２ｋｇで約２×１０^５ｎ／ｓ、ＷＧＰｕ（プルトニウム兵器級）４ｋｇで約２×１０^５ｎ／ｓとなる。ＩＥＣ６２３２７規格では、２５ｃｍの距離で２０．０００ｎ／ｓの放出線源に対して２秒以内に中性子線アラームを作動させることが要求されていることを想起されたい。対象となるほとんどの同位体について、放出される中性子は、核分裂によって平均６．５光子、１ＭｅＶのエネルギーを有するγ線を伴う。タングステンを遮蔽材として用いると、ＷＧＵとＷＧＰｕの場合、放出は、それぞれ３０γ／ｓと１００γ／ｓになる。

γ放出は、周囲のバックグラウンドと混同されるような方法で、より簡単に遮蔽できるため、ＷＧＵとＷＧＰｕの同定は、γ線よりも３桁程度バックグラウンドが小さい中性子の検出によって行う必要がある。最大の困難は、特にタングステンを遮蔽材／タンパー材として使用した場合、放出される中性子の数が少ないので、ＷＧＵの同定にある。この場合、近距離でしかＳＮＭ物質を同定することができない。この必要性のために、携帯型の調査システムが必要である。その理由は、γ線と中性子線を検出し、同時に区別して正確に同定し、特殊核物質（ＳＮＭ）の種類を正確に関連付けることができるからである。

本発明は、２つ以上のガンマ線検出器とガンマ線／中性子線検出器から得られるカウントと分光分析の両方を並行分析及び逐次分析の両方を提供し、比較検証を行い、さらに測定と自動校正機器の独自の実験較正プロセスにより、同定（ガンマと中性子の両方）における信頼度を評価することも可能にする。

本発明の更なる特徴及び利点は、非限定的な例として、図面の支援を受けて提供される以下の詳細な説明を読むことにより明らかになるであろう。

図１は、本発明によるガンマ線及び中性子線を同定するための方法のフローチャートの一部を示す。 図１は、本発明によるガンマ線及び中性子線を同定するための方法のフローチャートの一部を示す。 図１は、本発明によるガンマ線及び中性子線を同定するための方法のフローチャートの一部を示す。 図２は、本発明によるガンマ線及び中性子線を同定するための方法のフローチャートの一部を示す。 図２は、本発明によるガンマ線及び中性子線を同定するための方法のフローチャートの一部を示す。 図２は、本発明によるガンマ線及び中性子線を同定するための方法のフローチャートの一部を示す。 図３は、本発明によるガンマ線及び中性子線を同定するための方法のフローチャートの一部を示す。 図３は、本発明によるガンマ線及び中性子線を同定するための方法のフローチャートの一部を示す。 図３は、本発明によるガンマ線及び中性子線を同定するための方法のフローチャートの一部を示す。 図４は、本発明によるガンマ線及び中性子線を同定するための方法のフローチャートの一部を示す。 図４は、本発明によるガンマ線及び中性子線を同定するための方法のフローチャートの一部を示す。 図４は、本発明によるガンマ線及び中性子線を同定するための方法のフローチャートの一部を示す。 図５は、マスキングも遮蔽体もなしでのＳＮＭ同定実験結果のチャートを示し、各ポイントは１分間の測定を表す。測定値のクラスタは、それぞれが特定のＳＮＭに対応する長方形の領域の中央に位置する。 図６は、鉛遮蔽体はあるが、マスキングなしでのＣｆ－２５２同定実験結果を示す。 図７は、ポリエチレン（ＰＥ）遮蔽体はあるが、マスキングなしでのＣｆ－２５２の同定実験結果を示す。 図８は、異なる強度のガンマ線源で実施されたマスキングシナリオを有するＣｆ－２５２の同定実験結果を示す。 図９は、異なる測定条件下での全てのＳＮＭの同定の合計結果のチャートを示す。青、オレンジ、緑、赤、及び紫の点は、それぞれＣｆ－２５２、Ｐｕ、Ｕ、ＡｍＢｅ、ＡｍＬｉの線源を用いた測定結果を示す。 図１０は、図９と同じチャートで、毎分８つを超える中性子を用いた場合を示す。 図１１は、図９と同じチャートで、遮蔽体なしで、毎分８つを超える中性子を用いた場合を示す。 図１２は、６０％と７０％の異なる濃縮度を有する２つのＰＵの線源でｎ回繰り返された測定のチャートを示す。 図１３は、遮蔽体もマスキングもなしでの異なる濃縮度を有するＰｕを示すチャートを示す。 図１４は、図９のチャートから選択したチャートを示し、鉛で遮蔽された線源の同定を示す。 図１５は、図９のチャートから選択したチャートを示し、ＰＥで遮蔽された線源の同定を示す。 図１６は、図９のチャートから選択したチャートを示し、Ｐｂ＋ＰＥで遮蔽された線源の同定を示す。 図１７は、ガンマ線源によるマスキング状態でのＳＮＭ同定のチャートを示す。 図１８は、本発明によるガンマ線及び中性子線の同定のためのデバイスのブロック図を示す。

以下の例示的な実施形態の説明は、添付の図面を参照する。異なる図面における同じ参照数字は、同様又は類似の要素を同定する。以下の詳細な説明は、本発明を限定するものではない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。

以下の説明において、図１～図４のフローチャートで使用される参照番号１．ａ）～１６．ａ）、１．ｂ）～５．ｂ）、及び１．ｃ）～８．ｃ）は、本文中で角括弧内に挿入されている。

本発明は、異なるタイプの２つ以上の放射線検出器を同時に使用することに基づいて、特にタイプＩ、ＩＩ又はＩＩＩの検出器の可能な構成からなることで、放射線源を検出するための方法及びデバイスに関する。さらに詳細には、本発明の一実施形態に従って同時に使用される検出器は、以下の通りである。

タイプＩ検出器は、本発明のシステムで使用することができるガンマ線スペクトルを生成することができる。これらの検出器は、発光材料に基づく有機又は無機シンチレータであり、信号読み出しシステム（例えば、ＰＭＴ又はＳｉＰＭに限定されない）タイプのデバイスと結合される。ルミネセンス材料は、ＮａＩ（Ｔｌ）、ＮａＩＬ、ＣｓＩ、ＬａＢｒ_３、ＣＬＬＢ、ＢａＦ_２、ＣｄＷＯ_４、ＣａＦ_２（Ｅｕ）、ＣａＷＯ_４、ＣｄＷＯ_４、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ、ＬａＣｌ_３（Ｃｅ）、ＰｂＷＯ_４、ＬｕＩ_３、ＬＳＯ、ＬＹＳＯ、ＹＡＧ（Ｃｅ）、ＺｎＳ（Ａｇ）、ＺｎＷＯ_４、ＢＧＯ、ＣｅＢｒ_３等から選択することができる。タイプＩ検出器は、超高純度ゲルマニウム、特にＨｐＧｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＴｌＢｒ等の高分解能半導体検出器もあり得る。

タイプＩＩ検出器は、有機又は無機の液体シンチレータ又はプラスチックシンチレータ検出器のような、それらの信号の適切で正確に設計された処理電子（典型的にはデジタイザであるがこれに限定されない）で、ガンマ線及び中性子線の両方をカウントすることができる。例としては、私たちが検証に使用した有機液体シンチレータ検出器ＥＪ３０９があるが、これに限定されるものではない。実際、他の類似のシンチレーション検出器も、ＰＳＤパルス形状弁別を使用して適切に設計されたデジタイザを組み合わせれば、同じ検出器からガンマ線と中性子線のパルスを分離し、１０ナノ秒までの非常に正確なタイミングでこれらのパルスを相関させることができるようなシンチレーション特性を有するものを使用することができる。

タイプＩＩＩ検出器は、熱中性子線検出機能を有するか、あるいは熱中性子線の検出のために効率が高いガス、固体又はプラスチックシンチレータ検出器を含むガス検出器である。

２つの検出器の組み合わせ、例えば、タイプＩのうちの１つとタイプＩＩのうちの１つから任意に選択された検出器の組み合わせによって、以下が可能になる。
タイプＩの場合、０ＫｅＶから１０ＭｅＶのエネルギー範囲でガンマ線スペクトルを取得すること。
タイプＩＩの場合、低解像度でガンマ線スペクトルを取得するが、放射線のコンプトンエッジを見るのに十分であり、同時に十分な効率で中性子を検出できること。

本発明による方法は、放射線源を検出することを、単にその一般性ではなく、そのタイプを正確に同定することによって可能にする計算アルゴリズムに基づいている。

本発明による放射線源を特定するための方法の好ましい一実施形態は、前記タイプＩ検出器及びタイプＩＩ検出器から収集された以下のデータを利用するものである。
以下を生成するタイプＩ検出器（ガンマ線分光検出器）からのデータ：
Ｓｐｅｃ１：ガンマ線アラームの場合にタイプＩ検出器で取得される同定スペクトル。
Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ（Ｔｙｐｅ Ｉ）：アラームがなくても、アラーム不在下での基準スペクトルを有するために、タイプＩ検出器で連続的に取得されるもの。
Ｓｐｅｃ２＝Ｓｐｅｃ１－Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ（Ｔｙｐｅ Ｉ）：取得時間で正規化されたもの。
以下を生成するタイプＩＩ検出器（ガンマ線／中性子線検出器）からのデータ：
Ｓｐｅｃ３：中性子線のみのアラーム、又はガンマ線と中性子線のアラームの場合に、タイプＩＩ検出器で取得されるガンマ線同定スペクトル。
Ｓｐｅｃ４：中性子線のみのアラーム、又はガンマ線と中性子線のアラームの場合に、タイプＩＩ検出器で取得される中性子線同定スペクトル。
Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ（Ｔｙｐｅ ＩＩ）：アラームがなくても、基準スペクトルを有するために、タイプＩＩ検出器で連続的に取得されるもの。

さらに、本発明による放射線源を同定するための方法の好ましい一実施形態は、以下のステップを含む。
タイプＩ検出器でガンマ線放出源を検出するステップと、
前記放射線源からのそれぞれの中性子線放出及びガンマ線放出に関連するタイプＩＩ検出器から生じる複数のインパルスを検出するステップと、
それぞれの中性子線放出に関連する前記複数のインパルスの第一の部分と、それぞれのガンマ線放出に関連する前記複数のインパルスの第二の部分とを同定するステップであって、インパルスの前記第一の部分及び前記第二の部分を同定する前記ステップは、インパルスごとに、インパルスのそれぞれの総積分値Ｌｔｏｔを計算することを含む、ステップと、
前記第一の部分に属するインパルスの第一の数ｎ_ｎ（Ｓｐｅｃ４のイベントの総数）及び前記第二の部分に属するインパルスの第二の数ｎ_γ（Ｓｐｅｃ３のイベントの総数）を決定するステップと、
総積分値Ｌ_ｔｏｔの第一の平均値Ｅ_ｎ及び第二の平均値Ｅ_γを計算するステップであって、

及び

である、ステップと、
次に、データｐａｒ_ｘ＝ｎ_γ／ｎ_ｎと、
データ

と、を計算するステップと、
前記データｐａｒ_ｘ，ｐａｒ_ｙの関数として、放射線源が第一群の中性子線源に属するか、第二群のガンマ線源に属するかを同定するステップと、前記放射線源が前記第一群の中性子線源に属する場合、以下のステップにより、その放射線源を同定するステップと、
タイプＩの検出器で検出されたガンマ線源を、分光法を通じて同定するステップと、
タイプＩ検出器とタイプＩＩ検出器から来るデータをマージするステップであって、以下のステップを経るステップと、
を含み、
ステップ１：ガンマ線と中性子線の両方が検出された場合、特殊核物質（ＳＮＭ）の同定を二重に確認するステップ。一実施形態では、タイプＩ検出器は、線源によって放出される特徴的なガンマ線を同定することからなるガンマ線スペクトル測定を通して、ＳＮＭ線源を同定することができる。さらに、検出されたガンマ線とそれぞれのバックグラウンドの比を測定することにより、ＳＮＭの濃縮度推定が実行される。第二の確認は、ガンマ線と中性子線のカウントとエネルギー比（ｐａｒ_ｘとｐａｒ_ｙ）を重み付けしてＳＮＭ線源を特定するタイプＩＩ検出器の同定によって提供される。
ステップ２：タイプＩ検出器の同定の結果とタイプＩＩ検出器の同定の結果をマージすることによって実行される、ガンマ線の存在下での中性子のマスキング条件を検出するステップ。実際、タイプＩ検出器はガンマ線にのみ感度があり、タイプＩＩ検出器はガンマ線と中性子線の両方を検出することができる。同定手順の最後に、結果がマージされ、検出されたＳＮＭに加えて、さらにガンマ線が検出された場合、マスキング条件が確認される。
ステップ３：減速材及び／又は遮蔽材が存在する場合に、タイプＩＩ検出器によってガンマ線源と中性子線源を検出して、同定するステップ。

タイプＩＩ検出器の同定アルゴリズムは、ｐａｒ_ｘとｐａｒ_ｙの値で定義される各ＳＮＭの同定領域を提供する。各ＳＮＭの各領域について、ガンマ線又は中性子線の測定率の変動に応じて、ｐａｒ_ｘ、ｐａｒ_ｙ又はその両方の変動から得られるサブ領域を定義することが可能である。ガンマ線と中性子線の測定レートの変動は、ｐａｒ_ｘとｐａｒ_ｙの値のシフトを引き起こす重い物質である遮蔽材又は減速材の存在と厳密に相関している。

（マスキングガンマ線源の寄与からのガンマ線スペクトル補正）
タイプＩのＣｅＢｒ_３等の無機シンチレータ検出器を使用することにより、中性子放射体の同定方法の結果を、高範囲の端又はマスキング線源が存在する場合に補正することができる。

ガンマ線スペクトルは、ある条件下では、中性子線放出源からの放射線と、任意のマスキング線源からの放射線との両方を含むことができる。したがって、マスキング線源は、中性子線源の同定結果を修正することができる。

タイプＩ検出器を使用することにより、ガンマ線源をそのエネルギースペクトルとガンマ線放出を通して同定することができる。さらに、同定されたマスキング線源のガンマ線のエネルギーと各ガンマ線のクライン・ニシナ分布の知識から出発して、タイプＩＩ検出器のスペクトル分布の正規化テンプレート

を得ることが可能で、ｉはスペクトルチャネルインデックスであり、Ｉｓｏｔは同定した同位体を同定、ｊは同位体のガンマ線放射を同定する。

各フォトピークのカウント、タイプＩ検出器のフォトピーク効率測定（ｃｐｓ／ｐｈｉ）、タイプＩＩ検出器の計数効率測定から、マスキング線源によるタイプＩＩのガンマ線スペクトルの汚染を推定する乗算係数

を得ることが可能である。

係数

と

は、例えば、モンテカルロ法を用いて決定し、いくつかの認定された線源を用いた実験的測定によって検証又は計量することができる。

の項に、対応する正規化クライン・ニシナ分布を乗じることによって得られる分布の合計は、タイプＩＩ検出器によって測定されるマスキング線源の期待ガンマ線分布

を与える。

汚染が推定されると、測定されたタイプＩＩのガンマ線スペクトルにおけるその寄与を差し引き、既に実施されたような同定を実行することが可能になる。

現状技術の検出方法及び検出器と本発明方法との相違点を以下のチャートにまとめる。

添付の図１～図４のフローチャートは、中性子線源の検出であるアラームイベントから始まる本発明による方法の一実施形態のフローチャートを示す。

本明細書による方法は、任意のタイプＩ検出器で正しく機能するように適合される。テストは、多くの検出器で実行され、本明細書で報告される測定結果及びパラメータ化は、平均分解能のシンチレータＣｅＢｒ_３に関連している。

一実施形態において、本明細書による方法は、２つのガンマ線エネルギースペクトルを利用する［１．ａ）］。第一のスペクトルｓｐｅｃ_１は、同定期間（例えば、１分間のデータ取得の間だが、他の期間を選択することもできる）中に得られ、第二のスペクトルｓｐｅｃ_２は、最後の環境バックグラウンドを減じて（例えば、データ取得の３分後であるが、他の期間を選択することもできる）、適切に再スケーリングしてｓｐｅｃ_１に等しくなる。さらに、バックグラウンドを計算して、バックグラウンドを減じて、ｓｐｅｃ_２になる［２．ａ）］。アルゴリズムのステップの一例を以下に説明するが、ここで採用されるパラメータ及び式の値は、ＣｅＢｒ_３タイプＩ検出器の特定の選択に関連する。一般に、これらの式及びパラメータは、タイプＩ検出器の選択に応じて変更することができる。例えば、ピークフィットは、ガウシアンフィット又はポアソンフィットで実行することができ、バックグラウンドは、次数０から次数３までの多項式形式又はステップ関数で計算することができる。

１）Ｓｐｅｃ２上のガンマ線ピークの検索
これは、サーチ関数を使って行うことができる［３．ａ）］。この関数は、２つのパラメータσとｔｈｒによって、可能なピークの数を制限する。第一のパラメータは、幅に基づいて、ピークを選択する（σが小さいほどピークの幅が小さくなる）。第二のパラメータは、振幅がｔｈｒ・ｈ未満のピークを破棄し、ここで、ｈは最高のピークの高さに等しい。σは、エネルギー区間［０，３３０［、［３３０，１１００［、及び［１１００，５１００［ｋｅＶに対して、それぞれ２、５、７スペクトルチャネル（１チャネル＝３ｋｅＶ）に設定され、ｔｈｒは、０．０００２に設定される。

２）ｓｐｅｃ_２ピークの１回目の検証
ステップ１）で求めた各ピーク位置ｐ_１，ｉに対して実行される。フィッティング、例えば、ガウシアンフィット［４．ａ）］は、エネルギー区間［ａ_ｉ；ｂ_ｉ］内で実行され、ａ_ｉ＝ｐ_１，ｉ－５／３σ_ｔ（ｐ_１，ｉ），ｂ_ｉ＝ｐ_１，ｉ＋５／２σ_ｔ（ｐ_１，ｉ）で，σ_ｔ（ｐ_１，ｉ）はエネルギーｐ_１，ｉにおける標準偏差で表される理論分解能値（（ｂ_ｉ－ａ_ｉ）＜４０ｋｅＶの場合、ａｉ＝ｐ_１，ｉ－１１ｋｅＶ， ｂ_ｉ＝ｐ_１，ｉ＋１０ｋｅＶ）である。標準偏差σ_ｉ、重心位置Ｅ_ｉ、ガウス積分値Ｉｎｔｉは、非物理的な値（Ｅ_ｉ又はＩｎｔ_ｉが負、Ｅ_ｉ＜ａ_ｉ、Ｅ_ｉ＞ｂ_ｉ、Ｅ_ｉ＞５１００ｋｅＶ）又はＩｎｔ_ｉ＜３０カウントのピークを直ちに破棄し、フィットから取得する［５．ａ）］。

次に、ピークエネルギー分解能

をチェックする。以下の場合、エネルギーＥ_ｉのピークは破棄される。それは、
ＦＷＨＭ_ｉ＞ＦＷＨＭｍ_ａｘ（Ｅ_ｉ） 又はＦＷＨＭ_ｉ＜ＦＷＨＭ_ｍｉｎ（Ｅ_ｉ）
で、
ＦＷＨＭ_ｍａｘ（Ｅ_ｉ）＝１．６５・ＦＷＨＭ_ｔ（Ｅ_ｉ）
ＦＷＨＭ_ｍｉｎ（Ｅ_ｉ）＝０．５６・ＦＷＨＭ_ｔ（Ｅ_ｉ）
の場合である。
Ｅ_ｉ＜７０ｋｅＶの場合、ＦＷＨＭ_ｍａｘ（Ｅ_ｉ）に０．０３・Ｅ_ｉのオフセットが加算される。ＦＷＨＭ_ｔ（Ｅ）は、エネルギーＥにおける理論分解能（ＦＷＨＭ［ｋｅＶ］で表現）で、

に等しい。
σ_ｔ（Ｅ）が

に等しいことは明らかである。

３）ｓｐｅｃ_１ピークの２回目の検証
ガンマ線スペクトルがｓｐｅｃ_２からｓｐｅｃ_１に切り替えられ、ガンマ線エネルギースペクトルｓｐｅｃ_１で２回目の検証を実行する。例えば、以下のように定義される関数でフィッティング手順が実行される［６．ａ）］。
ｆ（Ｅ）＝Ｇａｕｓｓ（Ｅ；Ｅ_ｉ，ｆ，σ_ｉ，ｆ，Ｉｎｔ_ｉ，ｆ）＋ｍ・Ｅ＋ｑ
エネルギー区間［Ｅ_１，ｉ，Ｅ_２，ｉ］内で、Ｅ_１，ｉ＝Ｅ_ｉ－３．５σ_ｔ（Ｅ_ｉ）， Ｅ_２＝Ｅ_ｉ＋３．５σ_ｔ（Ｅ_ｉ）とする。フィットした関数ｆ（Ｅ）において、ガウシアンはフォトピークを表し、最後の項ｍ・Ｅ＋ｑは局所的なバックグラウンドを推定するための一次関数である。フィッティングパラメータｍ，ｑ，σ_ｉ，ｆ，Ｅ_ｉ，ｆは、以下のように初期化される。
・ｍ＝（ｃ_２，ｉ－ｃ_１，ｉ）／（Ｅ_２，ｉ－Ｅ_１，ｉ）で、ｃ_２，ｉとｃ_１，ｉはそれぞれエネルギーＥ_２，ｉとＥ_１，ｉにおけるスペクトルカウントであり、
・ｑ＝ｃ_１，ｉ－（ｍ・Ｅ_１，ｉ）、
・σ_ｉ，ｆ、Ｅ_ｉ，ｆは前のフィットから得たパラメータσ_ｉとＥ_ｉである。

さらに、ｙ_１＝ｍ・Ｅ_１＋ｑ、ｙ_２＝ｍ・Ｅ_２＋ｑとし、ｙ_１又はｙ_２が負の場合、フィッティング手順を最大５回まで繰り返し、これらの制約にフィッティングパラメータを強制的に合わせる。
１． ｙ_１＜０ かつ ｙ_２＜０の場合 → ｍ＝０， ｑ＝０、
２． ｙ_１＜０ かつ ｙ_２≧０の場合 → ｍａｘ（ｍ）＝１．０１・ｙ_２／（Ｅ_２－Ｅ_１）カウント／ｋｅＶ， ｍとｑは両方とも０に初期化、
３． ｙ_１≧０ かつ ｙ_２＜０の場合 → ｍｉｎ（ｍ）＝－１．０１・ｙ_１／（Ｅ_２－Ｅ_１）カウント／ｋｅＶ， ｍとｑは両方とも０に初期化。

Ｉｎｔ_ｉ，ｆが負の値であるピーク、又はＥ_ｉ，ｆが［Ｅ_１，ｉ，Ｅ_２，ｉ］の外にあるピークは、直ちに破棄される。この時点［７．ａ）］で、ガウシアンガウス（Ｅ；Ｅ_ｉ，ｆ，σ_ｉ，ｆ，Ｉｎｔ_ｉ，ｆ）の積分値Ｓ_ｉと線形バックグラウンドｍ・Ｅ＋ｑの積分値Ｂ_ｉが、エネルギー区間［Ｅ_{ｍｉｎ，ｉ}，Ｅ_{ｍａｘ，ｉ}］内で、Ｅ_{ｍｉｎ，ｉ}＝Ｅ_ｉ，ｆ－３．５σ_ｉ，ｆと、Ｅ_{ｍａｘ，ｉ}＝Ｅ_ｉ，ｆ＋３．５σ_ｉ，ｆとして計算される。この２つの値は、統計的な揺らぎによって検出される誤ったピークを拒絶するために使用される。「有意性」と呼ばれるもう一つのパラメータＳｉｇ_ｉが計算される。このパラメータは、Ｓ_ｉ／√（Ｓ_ｉ＋Ｂ_ｉ）に等しく、信号積分値Ｓ_ｉと［Ｅ_{ｍｉｎ，ｉ}，Ｅ_{ｍａｘ，ｉ}］内の総カウントの統計的不確かさとの間の比率である：Ｓｉｇ_ｉ＜６のピークは拒絶される［８．ａ）］。また、同じエネルギー範囲［Ｅ_{ｍｉｎ，ｉ}，Ｅ_{ｍａｘ，ｉ}］に含まれるスペクトルチャネル数とＳｉｇの比であるパラメータＳｉｇ／ｃｈ（後で使用、ポイント５参照）も計算される。

最後に、ピークエネルギー分解能のチェック

では、ＦＷＨＭ_ｉ，ｆ＞ＦＷＨＭ_ｍａｘ（Ｅ_ｉ，ｆ）、又はＦＷＨＭ_ｉ，ｆ＜ＦＷＨＭ_ｍｉｎ（Ｅ_ｉ，ｆ）のピークを拒絶する。（ここで、
ＦＷＨＭ_ｍａｘ（Ｅ_ｉ，ｆ）＝１．２５・ＦＷＨＭ_ｔ（Ｅ_ｉ，ｆ）
ＦＷＨＭ_ｍｉｎ（Ｅ_ｉ，ｆ）＝０．６０・ＦＷＨＭ_ｔ（Ｅ_ｉ，ｆ）である。）
Ｅ_ｉ，ｆ＜７０ｋｅＶの場合、ＦＷＨＭ_ｍａｘ（Ｅ_ｉ，ｆ）に０．０７・Ｅ_ｉ，ｆのオフセット値が加算される。

４）更なるピークの検索（ステップ２と３の２サイクル目）
まず、以前に拒絶されなかった全てのガンマピークに関連する全てのガウス関数（ポイント２で得たエネルギーＥ_ｉのもの）をｓｐｅｃ_１とｓｐｅｃ_２の両方から減じる（エネルギー区間［０．５－Ｅ_{ｍｉｎ，ｉ}，１．５－Ｅ_{ｍａｘ，ｉ}］内で減算）［９．ａ）］。次に、更新されたスペクトルｓｐｅｃ_１及びｓｐｅｃ_２と、サーチ関数の異なるパラメータのセットとを使用して、１）、２）、３）の各ポイントを繰り返す。ここで、σはエネルギー区間［０，１１００［と、［１１００，５１００［ｋｅＶに対して、それぞれ１０と１２のスペクトルチャネルに設定され、ｔｈｒは０．００６に設定される。

この操作を行った理由は、アルゴリズムの同定能力を向上させるためである。ピークの減算を行うことで、分離が不十分なピークも認識できるようになる（例えば、^２２Ｎａ １２７５ｋｅＶと^６０Ｃｏ １３３２ｋｅＶ、図１参照）。

５）関心領域（ＲＯＩ）１８０～２４３ｋｅＶの積分値。
^２３９Ｐｕ濃縮度［４．ｃ）］（Ｐ_２０８／Ｂ_２０８の値が大きいほど、^２４１Ｐｕ同位体の寄与がより大きいこと示すはずである）を評価するために、エネルギー区間［１８０ｋｅＶ，２４３ｋｅＶ］内で、２つの積分値Ｐ_２０８とＢ_２０８を計算している。）Ｐ_２０８とＢ_２０８は、それぞれｓｐｅｃ_２とＢａｃｋｇｒｏｕｎｄ（ｓｐｅｃ_２を最初に減算したものと同じ）を使用して、ＲＯＩ内の総カウント数として計算される［１０．ａ）］。

６）マルチプレットの検索。
４）で検出されたエネルギーＥ_ｉ，ｆの各ピークについて、アルゴリズムは、エネルギーＥ_ｊ，ｆ（Ｅ_ｉ，ｆ＞Ｅ_ｊ，ｆ）で、Ｅ_ｉ，ｆ－Ｅ_ｊ，ｆ＜６．５σ_ｉ，ｆとなるようなピークを検索する。この場合［１１．ａ）］、Ｅ_ｉ，ｆとＥ_ｊ，ｆの２つのピークを破棄して、ポイント３）を同様に繰り返す。唯一の違いはフィッティング関数で、以下のように定義される。
ｆ（Ｅ）＝Ｇａｕｓｓ_ｉ（Ｅ；Ｅ_ｉ，ｆ，σ_ｉ，ｆ，Ｉｎｔ_ｉ，ｆ）＋Ｇａｕｓｓ_ｊ（Ｅ；Ｅ_ｊ，ｆ，σ_ｊ，ｆ，Ｉｎｔ_ｊ，ｆ）＋ｍ・Ｅ＋ｑ
Ｇａｕｓｓ_ｉとＧａｕｓｓ_ｊの関数パラメータは、ポイント２）で述べたフィッティング手順の最後に得られたそれぞれのパラメータで初期化し、ｍとｑは、３）で述べたように初期化し、フィッティングのエネルギー間隔は、［Ｅ_１，ｉ，Ｅ_２，ｊ］に等しい。また、検証手順は、Ｅ_ｉ，ｆとＥ_ｊ，ｆとの両ピークについて、３）で述べたものと同じである。

７）重複する可能性のあるピークの拒絶。
Ｅ_ｉ，ｆとＥ_ｊ，ｆのエネルギーが１．０・σ_ｉ，ｆ未満しか違わない２つのピークは、それぞれ破棄される。これらの２つのピークは、破棄された２つのピークのそれぞれのパラメータの平均値として計算されたパラメータ（Ｅ_ｉ，ｆ，σ_ｉ，ｆ，Ｉｎｔ_ｉ，ｆ，Ｓｉｇ，Ｓｉｇ／ｃｈ）を有する新しいピークに置き換えられる［１２．ａ）］。

８）コンプトンエッジと後方散乱ピークの同定。
エネルギーＥ_ｉ，ｆ＞２００ｋｅＶの同定された各ピークについて、理論的なコンプトンエッジＥ_Ｃ、及び後方散乱ピークＥ_ＢＳが計算される。次いで、エネルギーＥ_ｊ，ｆ（Ｅ_ｊ，ｆ＜Ｅ_ｉ，ｆ）の各ピークについて、σ_ｔ（Ｅ_ｊ，ｆ）を理論分解能値（σ_ｔ（Ｅ）＝ＦＷＨＭ_ｔ（Ｅ）／２．３５４８２００４５）として、Ｅ_Ｃ及びＥ_ＢＳからの距離をそれぞれ以下のように評価する。
ｄ_Ｃ＝｜（Ｅ_ｊ，ｆ＋σ_ｔ（Ｅ_ｊ，ｆ））－Ｅ_Ｃ｜
ｄ_ＢＳ＝｜Ｅ_ｊ，ｆ－Ｅ_ＢＳ｜
ここで、ｄ_Ｃにσ_ｔ（Ｅ_ｊ，ｆ）を加えたのは、検出器の有限な分解能によるエネルギーシフトを考慮したものである。したがって、ピークＥ_ｊ，ｆはフォトピークＥ_ｉ，ｆに関連したコンプトンエッジとみなされ、以下の関係が真の場合、破棄される。
ｄ_Ｃ＜１．０・σ_ｔ（Ｅ_ｊ，ｆ）

ここで、Ｈ_ｒはピーク高さの比（ｊ番目のピークとｉ番目のピーク）であり、Ｒ_ｒは比σ_ｊ，ｆ／σ_ｔ（Ｅ_ｊ，ｆ）である。一方、ピークＥ_ｊ，ｆは、以下の場合、フォトピークＥ_ｉ，ｆに関連する後方散乱ピークとみなされる。
ｄ_ＢＳ＜１．５・σ_ｔ（Ｅ_ｊ，ｆ）及び

この場合、後方散乱ピークＥ_ｊ，ｆは拒絶されず、そのインデックスｊがその後の解析のためにメモリに格納される［１３．ａ）］。

９）線源同定
この時点で、ピーク位置のセットＥ_ｉ（すなわち、８）の終わりに検出された全てのＥ_ｉ，ｆ）（ｉ＝１，…，Ｎで、Ｎ＝以前に検出されたピークの数）が利用可能である。アルゴリズムは、これらの値をライブラリに保存されているガンマ線源の既知のピークｐ_ｊ，ｈ（ｊ＝１，…，Ｍで、Ｍ＝既知の線源の数、ｈ＝１，…，Ｈで、Ｈ＝ｊ番目の既知のガンマ線源ｓ_ｊに属するピークの数）と比較する。

各ｓ_ｊについて、ｐ_ｊ，ｈは、後者がｐ_ｊ，ｈに全てのＥ_ｉの中で最も近く、｜Ｅ_ｉ－ｐ_ｊ，ｈ｜＜１．５－σ_ｉであればＥ_ｉと同定され、σ_ｉ＝ｉ番目のピークのσ_ｉ，ｆである。ｎ個のピークが同定された場合（ｎ＞０）、２つのパラメータＳｉｇとＳｉｇ／ｃｈが、ＳｉｇとＳｉｇ／ｃｈのｎ個の平均として計算される（３で説明）。次いで、ｓ_ｊの同定品質を考慮するために、別のパラメータχが導入される。これは、以下のように計算される。

ここで、Ｅ_ｉｄ，ｉは、同定された既知のピークｐ_ｊ，ｈに関連するＥ_ｉである。

［１４．ａ）］最後に、以下の条件が真であれば、ｓ_ｊガンマ線源は同定される。
・ χ＜０．００２
・ Ｓｉｇ／ｃｈ≧０．１７
・ ｎ／Ｌ≧０．５９

さらに、経験的な「信頼値」ＣＬは、同定された線源と関連付けられる。これは、ＣＬ＝ｍｉｎ（ＣＬ_１，ＣＬ_２）と定義される。ここで、

である。

最後［１５．ａ）］に、８）で検出され、ｓ_ｊに属する後方散乱ピークの数をｎ_ＢＳとし、（ｎ－ｎ_ＢＳ）／Ｌ＜０．５９の場合、同定した線源ｓ_ｊの名前Ｓ_ｊは、文字列「Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ （ｐｏｓｓｉｂｌｅ Ｓ_ｊ ｍａｓｋｅｄ）」に置換される。

１０）マイナー線源の同定。
ステップ９を、降順又は優先順位で合計Ｌ回（Ｌ＝ガンマ線源のライブラリの数）繰り返す。各反復のために、各同定された線源ｓ_ｊに関連する全てのピークＥ_ｉｄ，ｉは、線源同定ルーチンの次の繰り返しの前に、セットＥ_ｉから除去される［１６．ａ）］。ライブラリは、以下のように作成される（左から右に向かって、線源名、線源タイプ、角括弧の間にガンマエネルギー（単位：ｋｅＶ））。
・ライブラリ１：
Ａｍ－２４１ 工業 ［５９．５４０９］
Ｂａ－１３３ 工業 ［８０．８９６６， ３０２．８５０８， ２７６．３９８９， ３５６．０１２９， ３８３．８４８５］
Ｃｏ－５６ 工業 ［８４６．７５， ５１１．０， １２３８．２６， １７７１．４０］
Ｃｏ－５７ 医療 ［１２２．０６０６５］
Ｃｏ－６０ 工業、医療 ［１１７３．２２８， １３３２．４９２］
Ｃｓ－１３７ 工業、医療 ［６６１．６５７］
Ｅｕ－１５２ 工業、医療 ［１２１．７８， ３４４．２７， ７７８．９０４５， ９６３．３８， １１１２．０７６， １４０７．９５］
Ｋ－４０ 通常 ［１４６０．８２２］
Ｍｎ－５４ 工業 ［８３４．８４８］
Ｎａ－２２ 医療 ［５１１．０， １２７４．５３７］
Ｐｕ－２４１ ＳＮＭ ［１０３．６８， ２０８．０， ３３２．３７６］
Ｐｕ－２３９ ＳＮＭ ［５６．０， ３７５．０５， ４１３．７１］
Ｒａ－２２６ 通常 ［２９５．２１， ３５１．９２， ６０９．３１， １７６４．４９］
Ｔｈ－２３２ 通常 ［２３８．６３， ３３８．３， ５８３．０， ９１１．０７， ９６８．０， ２６１４．６６］
Ｕ－２３５ ＳＮＭ ［１４３．７６７， １８５．７２］
Ｕ劣化、天然、又はＬＥＵ ＳＮＭ ［１００１．０２６， ７６６．３６１］
Ｙ－８８ 工業、医療 ［８９８．０４２， １８３６．０７］
・ライブラリ２：
Ａｇ－１０８ｍ 工業 ［４３３．９３， ６１４．３７， ７２２．９５］
Ａｇ－１１０ｍ 工業 ［６５７．７５， ８８４．６７， ９３７．４８， １３８４．２７］
Ａｕ－１９８ 工業 ［４１１．８０］
Ｂａ－１３３ 工業 ［８０．８９６６， ３０２．８５０８， ３５６．０１２９］
Ｂａ－１４０ 工業 ［５３７．３８］
Ｂｅ－７ 通常 ［４７７．６１］
Ｂｉ－２０７ 工業 ［５６９．７０， １０６３．６６］
Ｃｏ－５６ 工業 ［８４６．７５， １２３８．２６， １７７１．４０］
Ｃｏ－６０ 工業、医療 ［１１７３．２２８］
Ｃｓ－１３４ 工業 ［５６９．３２， ６０４．７０， ７９５．８５］
Ｅｕ－１５２ 工業、医療 ［１２１．７８， ３４４．２７， ９６３．３８， １４０７．９５］
Ｇａ－６７ 医療 ［９３．３１， １８４．５８， ３００．２３］
Ｈｇ－２０３ 工業 ［２７９．２０］
Ｉｒ－１９２ 工業、医療 ［２９５．９６， ３０８．４６， ３１６．５１， ４６８．０７］
Ｌａ－１３８ 工業、医療 ［７８８．７４， １４３５．８０］
Ｌａ－１４０ 工業 ［４８７．０３， ８１５．８３， １５９６．４９］
Ｌｕ－１７７ 医療 ［１１２．９４９８， ２０８．３６６２］
Ｍｏ－９９ 医療 ［７３９．５０， １４０．５１］
Ｎａ－２２ 医療 ［５１１．０］
Ｎｄ－１４７ 工業 ［９１．１１， ５３１．０３］
Ｐｂ－２０３ 医療 ［２７９．２０］
Ｒｕ－１０３ 工業 ［４９７．０８］
Ｒｕ－１０６ 工業、医療 ［５１１．８５， ６２１．８４］
Ｓｂ－１２４ 工業 ［６０２．７２， ７２２．７８， １６９１．０２］
Ｓｂ－１２５ 工業 ［４２７．８９， ６００．５６， ６３５．９０］
Ｓｃ－４６ 工業 ［８８９．２８， １１２０．５５］
Ｓｎ－１１３ 工業、医療 ［３９１．６９］
Ｔａ－１８２ 工業 ［１１２１．２８， １１８９．０４， １２２１．４２］
Ｕ－２３５ ＳＮＭ ［１８５．７２］
Ｙｂ－１６９ 工業、医療 ［１３０．５２， １７７．２１， １９７．９５］
Ｚｒ－９５ 工業 ［７２４．２０， ７５６．７３］
・ライブラリ３：
Ｉ－１３１ 医療 ［３６４．４８］
Ｕ劣化、天然、又はＬＥＵ ＳＮＭ ［１００１．０２６］
Ｚｎ－６５ 工業 ［１１１５．５５］

（ガンマ線源（タイプＩ検出器データ）と中性子線源（タイプＩＩ検出器データ）の同定のマージ）
ユーザに対して最終的な同定結果を出す前に、ガンマ線源と中性子線源の同定結果ａ）とｂ）を比較する［１．ｃ）］。前者はガンマ線及び／又は中性子線のアラームが発生した場合に実行され［１．ａ）］、後者は中性子線アラームが発生するたびに実行される［１．ｂ）］。

ａ）の終わりには、同定された線源のセットＳ^γ _ｍ（ｍ＝１，…，ｋ，ここでｋ＝同定された線源の数）が利用可能である。上記の９）と１０）で説明したように、このセットの各線源は、タイプ、ＣＬ値、Ｓｉｇパラメータ、及びライブラリ番号ｌによって記述される。一方、ｂ）は、中性子線源Ｓ^ｎを、自身のＣＬ値ともに結果として返す。Ｓ^ｎは以下の線源のいずれか１つだけに等しいことができる。Ｓ^ｎは、以下の線源（「Ｃｆ－２５２」、「Ｐｕ」、「Ｕ」、「ＡｍＢｅ」、「ＡｍＬｉ」）のうちの１つだけに等しい（あるいは、アルゴリズムが線源を同定できなかった場合は、「不明」に等しい）。このアルゴリズムは、遮蔽された線源を同定することもできる［７．ｂ）］が、より具体的には、以下の場合である。
中性子減速材で遮蔽されたＣｆ－２５２。
Ｐｂで遮蔽されたＣｆ－２５２、Ｐｕ、及びＡｍＢｅ。

ガンマ線源と中性子線源の同定のマージは、以下の操作で構成される。
１．ＡｍＬｉ線源の検証。このガンマ線源と中性子線源は、Ｓ^ｎ＝「ＡｍＬｉ」で、「Ｕ－２３５」、「Ｂｅ－７」、及び「Ｃｓ－１３７」のうちの少なくとも２つの線源がＳ^γ _ｍに属してさえいれば、正しく同定される。この場合［２．ｃ）］、「Ｕ－２３５」、「Ｂｅ－７」、「Ｃｓ－１３７」は集合Ｓ^γ _ｍから除去され、Ｓ^ｎは「ＡｍＬｉ」のままであり、それ以外の場合、Ｓ^ｎは「不明」とされる［３．ｃ）］。
２．中性子線源のマスキング条件決定とガンマ線源でマスクされたＳｎの警告。Ｓ^ｎが「不明」でなく、Ｓ^γ _ｋにＳ^ｎと異なるガンマ線源が少なくとも１つ存在する場合、Ｓ^ｎ名に「マスクされた」を付加する［４．ｃ）］。
３．Ｃｏ－６０／Ｎａ－２２のカウントレートが高いＮａ－２２／Ｃｏ－６０の同定。Ｎａ－２２／Ｃｏ－６０の２つのピークは、検出器の分解能が有限であるため、一方のガンマ線源が他方より強いと、１つしか検出されない可能性がある。そのため、Ｎａ－２２とＣｏ－６０も１つのピーク（Ｎａ－２２は５１１ｋｅＶ、Ｃｏ－６０は１１７３ｋｅＶ）だけを第二のライブラリに追加する。このようにして、第二のライブラリからＮａ－２２／Ｃｏ－６０を、第一のライブラリからＣｏ－６０／Ｎａ－２２を同定することで、２つの線源を同定する［７．ｃ），８．ｃ）］。Ｓ^γ _ｍに存在するＲｕ－１０３の可能性は、Ｎａ－２２が第二のライブラリから、Ｃｏ－６０が第一のライブラリからそれぞれ同定されたときに、同定された線源から除去される。
４．Ｐｕ－２３９濃縮度の推定。このステップは、少なくとも１つのＰｕの同位体Ｐｕ－ｎがａ）によって同定され、かつ１８０～２４３ｋｅＶの間にガンマピークを有する他のガンマ線源がＳ^γ _ｍに属さない場合に実行される（現在のライブラリによれば：Ｇａ－６７，Ｌｕ－１７７，Ｔｈ－２３２，Ｕ－２３５，Ｙｂ－１６９）。この場合［５．ｃ）］、Ｐｕ－２３９の濃縮度は、ガンマ線源同定アルゴリズム（上記５）により計算された比Ｐ_２０８／Ｂ_２０８に基づいて、以下の５つのクラスで定義される。
ｉ．兵器級Ｐｕ（ＷＧＰｕ）Ｓ^ｎ＝Ｐｕで、「Ｐｕ－２３９」がＳ^γ _ｍに属し、Ｐ_２０８／Ｂ_２０８＜０．１１である場合。Ｓ^ｎの線源名に、「ＷＧＰｕ」という単語が付加される。
ｉｉ．８０～９０％濃縮「Ｐｕ－２３９」がＳ^γ _ｍに属し、０．１１≦Ｐ_２０８／Ｂ_２０８＜０．１８である場合。Ｓ^ｎの線源名に、「８０～９０％ Ｐｕ－２３９」の文字列が付加される。
ｉｉｉ．６５～８０％濃縮 ０．１８≦Ｐ_２０８／Ｂ_２０８＜０．３１の場合。Ｓ^ｎの線源名に、「６５～８０％ Ｐｕ－２３９」の文字列が付加される。
ｉｖ．５５～７０％濃縮 ０．３１≦Ｐ_２０８／Ｂ_２０８＜０．４５．ｓ．の場合。Ｓ^ｎの線源名に、「５５～７０％ Ｐｕ－２３９」の文字列が付加される。
ｖ．＜６０％濃縮 Ｐ_２０８／Ｂ_２０８≧０．４５の場合。Ｓ^ｎの線源名に、「＜６０％ Ｐｕ－２３９」の文字列が付加される。

最終濃縮度は、以下の２つの場合に１０％減少する［６．ｃ）］：Ｓ^ｎが遮蔽された線源として同定される場合、又はＳｉｇ_γをＳ^γ _ｍ中の全てのガンマ線源（Ａｍ－２４１及びＰｕ－ｎを除く）のうちのＳｉｇパラメータの最大値として、Ｓｉｇ_ＰｕをＳ^γ _ｍ中のＰｕ線源の対応値として、比率Ｓｉｇ_γ／Ｓｉｇ_Ｐｕが１．０よりも小さい場合。

本発明は、遮蔽及びマスキングが存在するシナリオの条件、すなわち、典型的には、潜在的なテロ行為又は核の「密輸」状況の存在で考えられるシナリオにおけるＳＮＭの同定も含む。

このシステムは、チャートのようにリアルタイムで分析し、そこで、ガンマ線と中性子線のカウント数の比Ｒ_ｃをＸ軸に、ガンマ線と中性子線の平均エネルギーの比Ｒ_ＥをＹ軸に示す。

このようにして、添付の図５の場合のように、観察中の線源の位置を、かなりよく閉じられた空間で正確に決定することが可能であり、したがってその特定の状況に関連付けることができ、Ｃｆ２５２の測定値に関連する点のグループ化又はクラスタ化は、遮蔽体及びマスキングの存在がなくても、取得されたよく定義された領域で見ることができる。図６は、鉛遮蔽体の存在下での点の位置決めを示し、図７は、ポリエチレン（ＰＥ）中性子減速材遮蔽体の存在を示し、図８は、中性子線源のマスキングシナリオを作成するための異なる線源の存在を示しており、この場合、同時分光評価による本発明の方法及びシステムによって解決される。

添付の図９～図１７は、本発明によるＳＮＭ同定のためのアルゴリズムを用いた実験的観測を要約する。

図９は、全ての同定（データ：ＥＮＥＡ、Ｌｅｇｎａｒｏ、Ｓｅｉｂｅｒｓｄｏｒｆ、及びＡｍＬｉ、Ｏａｋ Ｒｉｄｇｅとの測定）の平面分布を示す。各チャートにおいて、Ｘ軸にガンマ線カウントと中性子線カウントの比Ｒ_ｃを示し、Ｙ軸にガンマ線と中性子線の平均エネルギーの比Ｒ_Ｅを示す。これらの値は、同定測定中に液体シンチレータ（ＥＪ－３０９）で得られたデータ（この特定の場合では１分間）を用いて得られた。特に、ガンマ線エネルギースペクトルから、適切に再スケーリングされた周囲のバックグラウンドの最後に保存されたスペクトル（この特定の場合では３分間の取得）が差し引かれる。

チャートに示されたボックスは、異なるタイプの線源を同定するための平面Ｒ_Ｃ，Ｒ_Ｅにおける領域を示している。ＡｍＢｅの同定には、相対的なボックスがＣｆ－２５２とＰｕのそれと重なるので、平均中性子エネルギーが第三のパラメータとして使用される（Ｅ_ｎ＞６５０ｋｅＶ_ｅｅの場合、ＡｍＢｅ）。

図１０のチャートでは、実際には、中性子数＞８ｃｐｍの測定値が選択されている。この場合、設定された閾値は中性子ｃｐｓのアラームによるもの（一般に中性子が～０．２ｃｐｓ＝１２ｃｐｍを超えると、アラームが鳴る）より緩やかであるが、対応する領域で様々な線源がよく分離されている。したがって，このアルゴリズムは低い中性子数に対しても有効であり、バックグラウンドと互換性があり、現時点では、中性子線アラームは線源を正しく認識するための十分すぎる条件を構成していると言える。例えば，Ｕ線源の場合、ＨＥＵ（９０％Ｕ－２３５）を含むＳｅｉｂｅｒｓｄｏｒｆで作られたものも含め、線源をアルゴリズムがいかに正しく同定したかが分かる。

Ｃｆ－２５２のボックスとＵのボックスとの間に配置されたＡｍＬｉで、２つの測定値の位置を観察することもできる。

異なる線源を用いたアルゴリズムの挙動をより明確にするために、図１１は遮蔽材を用いず、中性子数＞８ｃｐｍの線源のみで得られた結果を示している。

このチャートから、異なる線源によって占められた平面の領域が明らかである。これらのデータに基づいて、信頼度（ＣＬ）＝１００％で領域が定義されている。

以下のチャートでは、同じ条件で、図１２はＣＢＮＭのサイドＡとサイドＢに分けられたＰｕ線源（ＥＮＥＡ－線源の筐体の遮蔽体が薄い側のためサイドＡとＢではガンマ線放出量が異なる）を示し、図１３はＰｕ－２３９の濃縮度（Ｓｅｉｂｅｒｓｄｏｒｆ）が異なるＰｕ線源を示す。

図１３のチャートから、遮蔽体及び外部マスキング線源がないことも考慮すると、濃縮度の異なるＰｕの位置が明確に定義されていることが分かる。

図１４、図１５、及び図１６は、それぞれＰｂ（５ｃｍ）のみ、ＰＥのみ（２ｃｍ～１０ｃｍ）のみ、及びＰｂ＋ＰＥ（Ｐｂ：５ｃｍ、ＰＥ：２ｃｍ～１０ｃｍ）の遮蔽体を用いて、常に中性子数＞８ｃｐｍ（０．１３３ｃｐｓ）を維持しながらの様々な測定を示す。

これらのチャートから、予想される挙動を検証する。すなわち、Ｐｂの存在は、ポリエチレンとは異なり、Ｒ_Ｃの少ない領域に向かって測定をシフトさせる。

最後に、図１７は、中性子線源に加えてガンマ線源がある場合を示す（青がＣｆ－２５２、オレンジがＰｕ）。Ｃｆ－２５２の場合、マスキングとして使用されるガンマ線源のエネルギーに応じて（相対線量に加えて）、点が平面内でどのように移動するのかが分かる。マスキングガンマ線源による線量が増加すると、点は代わりにＲ_Ｃの大きい領域へ移動する（範囲の多重度が大きくなる）。このようにして、マスキングの存在を同定するための領域が定義された。

添付の図１８を参照すると、放射線源を認識するための携帯デバイスが一般に１で示されている。ｎ個の中性子とガンマγ線の両方を放出する放射線源Ｒａｄが概略的に示されている。

携帯デバイス１は、好ましい実施形態では、有機液体シンチレータの円筒形セルからなるタイプＩＩ検出器３を備えている。別の実施形態では、検出器３は、有機溶媒としてキシレンを使用するタイプ、すなわち、低燃焼性及び低毒性等の革新的な特性を有し、商業規模での使用に適しているＥｌｊｅｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社のＥＪ ３０９モデルである。

センサは、光電子増倍管又はＳｉＰｍ読み出し器４、例えば、浜松ホトニクスのモデルＨ１２７００に結合され、光電子増倍管４にその正しい動作に必要な高電圧を供給する小型化電源回路６に接続されている。

検出器３は、中性子との相互作用（「ｎ－ｐ散乱」として知られる相互作用）と、ガンマ線との相互作用（「コンプトン散乱」として知られる相互作用）によって生じる光パルスとの両方を検出することができる。

高速タイプのデジタイザ回路５は、光パルスをデジタル信号に変換し、プログラマブル集積デジタルプロセッサ９、例えば、ＦＰＧＡ（「フィールドプログラマブルゲートアレイ」）を介して、ラインで解析して処理するように適合されている。

また、携帯デバイス１は、有機結晶シンチレータの円筒形セルからなるタイプＩ検出器３－ｂｉｓも備えている。好ましい実施形態の変形例では、センサ３－ｂｉｓは、臭化セリウム（ＣｅＢｒ_３）結晶格子を使用するタイプ、すなわち、エネルギーが近いガンマγ放射を区別する能力が高い（この特性は検出器分解能と呼ばれ、分解能が良いほど、エネルギーが近い２つのガンマγを区別する能力が高い）Ｓｃｉｏｎｉｘ－ＨｏｌｌａｎｄによるＣｅＢｒ_３モデルである。

センサ３－ｂｉｓは、光電子増倍管又はＳｉＰｍ読み出し器４－ｂｉｓに結合され、光電子増倍管４－ｂｉｓにその正しい動作に必要な高電圧を供給する小型電源回路６－ｂｉｓに接続されている。

センサ３－ｂｉｓは、ガンマ線γとの相互作用によって生じる光パルスのみを検出することができ、その中性子ｎ線に対する感度はゼロに近い。センサ３－ｂｉｓは、（センサ３と同様に）「コンプトン散乱」として知られる相互作用だけでなく、「光電効果」として知られる相互作用によって、ガンマ線と相互作用する。この効果により、１回の相互作用でガンマγ線の全エネルギーが放出され、検出器は１回のショットでガンマの全エネルギーを記録することができる。各放射線源Ｒａｄはそれぞれ特徴的なガンマγ線（それぞれ異なるエネルギー）を有するため、それぞれのガンマ線のエネルギーを全て収集することで、センサ３－ｂｉｓで行った１回の測定で放射線源Ｒａｄを（指紋のように）正確に認識することができる。

センサ３－ｂｉｓによって収集された光パルス（指紋）は、高速タイプのデジタイザ回路５－ｂｉｓによって、デジタル信号に変換され、プログラマブル集積デジタル回路９、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ」）を介して、ラインで解析され、処理される。

デバイス１は、また、デバイス１とそのユーザとの間で情報及びデータを交換するために、グラフィックユーザインターフェース（ＧＵＩ）７及びコントロールパネル８を埋め込んでいる。

デバイス１の全ての構成要素は、一人のユーザの運搬及び操作に適合する寸法及び重量を有する。

プログラマブル集積回路９は、デバイス１の内部メモリとしても機能してもよく、そこには、本発明による方法を実行するための複数の命令を含むデータ処理プログラムがロードされている。前記方法によって、プログラムが携帯デバイス１から実行されるとき、放射線源Ｒａｄを認識することができる。

Claims (13)

1. 放射線源を同定する方法であって、
   ・前記放射線源から、ガンマ線分光タイプＩ検出器で、ガンマ線放出源を検出するステップと、
   ・前記放射線源から、ガンマ線／中性子線タイプＩＩ検出器で、それぞれの中性子線放出及びガンマ線放出に関連する複数のインパルスを検出するステップと、
   ・それぞれの中性子線放出に関連する前記複数のインパルスの第一の部分と、それぞれのガンマ線放出に関連する前記複数のインパルスの第二の部分とを同定するステップであって、インパルスの前記第一の部分及び前記第二の部分を同定する前記ステップは、インパルスごとに、インパルスのそれぞれの総積分値Ｌｔｏｔを計算することを含む、ステップと、
   を含み、
   ・前記第一の部分に属するインパルスの第一の数ｎ_ｎ及び前記第二の部分に属するインパルスの第二の数ｎ_γを決定するステップと、
   ・総積分値Ｌｔｏｔの第一の平均値Ｅ_ｎ及び第二の平均値Ｅ_γを計算するステップであって、Ｅ_ｎ＝Σ_Ｎｎ（Ｌｔｏｔ／ｎ_ｎ）、及びＥ_γ＝Σ_Ｎｇ（Ｌｔｏｔ／ｎ_γ）である、ステップと、
   ・ｐａｒ_ｘ＝ｎ_γ／ｎ_ｎ及びｐａｒ_ｙ＝Ｅ_γ／Ｅ_ｎを計算するステップと、
   ・データｐａｒ_ｘ，ｐａｒ_ｙにより、前記放射線源が第一群の中性子線源に属するか、第二群のガンマ線源に属するかを同定するステップと、
   ・前記放射線源が前記第一群の中性子線源に属する場合、分光法により、タイプＩ検出器で検出された前記ガンマ線源の同定を実行するステップと、
   ・ガンマ線と中性子線の両方が検出された場合、前記同定を二重に確認するステップと、
   ・前記タイプＩ検出器の前記同定の前記結果と前記タイプＩＩ検出器の前記同定の前記結果とをマージすることによって実行される、ガンマ線の存在下での中性子のマスキング状態を検出するステップと、
   ・前記タイプＩＩ検出器によって、減速材及び／又は遮蔽材が存在する場合のガンマ線源と中性子線源を検出して、同定するステップと、
   をさらに含む、方法。
2. 前記放射線源から、ガンマ線分光タイプＩ検出器で、ガンマ線放出源を検出するステップは、
   第一の同定スペクトルＳｐｅｃ１と、
   基準スペクトルとしてのバックグラウンドと、
   第二の同定スペクトルＳｐｅｃ２＝Ｓｐｅｃ１－Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄと、
   を取得することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記放射線源から、ガンマ線／中性子線タイプＩＩ検出器で、ガンマ線放出源を検出するステップは、
   第三の同定スペクトルＳｐｅｃ３と、
   第四の同定スペクトルＳｐｅｃ４と、
   基準スペクトルとしてのバックグラウンドと、
   を取得することを含む、請求項１～２のいずれかに記載の方法。
4. 前記放射線源から、ガンマ線分光タイプＩ検出器で、ガンマ線放出源を検出するステップは、
   前記第二の同定スペクトルｓｐｅｃ２上のガンマ線ピークの検索、
   ｓｐｅｃ２ピークの検証、
   ｓｐｅｃ１ピークの検証、
   更なるピークの検索、
   関心領域内の積分値の計算、
   マルチプレットの検索、
   重複する可能性のあるピークの排除、
   コンプトンエッジと後方散乱ピークの同定、
   ガンマ線源の同定、
   マイナー線源の同定、
   を含む、請求項２～３のいずれかに記載の方法。
5. 前記タイプＩ検出器の前記同定の前記結果を前記タイプＩＩ検出器の前記同定の前記結果とマージすることは、
   ＡｍＬｉ線源の検証、
   中性子線源のマスキング条件決定、
   濃縮度の推定
   を含む、請求項１～４のいずれかに記載の方法。
6. 前記タイプＩＩ検出器を熱中性子線タイプＩＩＩ検出器に置き換える、請求項１～５のいずれかに記載の方法。
7. 前記タイプＩ検出器をタイプＩＩ検出器に置き換える、請求項６に記載の方法。
8. 前記タイプＩ検出器が臭化セリウム（ＣｅＢｒ_３）結晶格子を使用する、請求項１～７のいずれかに記載の方法。
9. 前記タイプＩＩ検出器が有機溶媒としてキシレンを使用する、請求項１～８のいずれかに記載の方法。
10. 放射線源を同定するためのデバイスであって、
    タイプＩＩ検出器（３）と、
    前記タイプＩＩ検出器（３）に関連する第一の光電子増倍管又はＳｉＰｍ読み出し器（４）と、
    前記第一の光電子増倍管（４）に関連し、光パルスをデジタル信号に変換するのに適合した第一のデジタイザ回路（５）と、
    前記第一の光電子増倍管（４）に関連する第一の電源回路（６）と、
    タイプＩ検出器（３－ｂｉｓ）と、
    前記タイプＩ検出器（３－ｂｉｓ）に関連する第二の光電子増倍管又はＳｉＰｍ読み出し器（４－ｂｉｓ）と、
    前記第二の光電子増倍管（４－ｂｉｓ）に関連し、光パルスをデジタル信号に変換するのに適合した第二のデジタイザ回路（５－ｂｉｓ）と、
    前記第二の光電子増倍管（４－ｂｉｓ）に関連する第二の電源回路（６－ｂｉｓ）と、
    前記第一及び第二の光電子増倍管（４、４－ｂｉｓ）に関連するプログラマブルデジタルプロセッサ（９）と、
    ユーザインターフェース、ＧＵＩ（７）と、
    ユーザと情報及びデータを交換するためのコントロールパネル（８）と、
    を備える、デバイス。
11. 前記プログラマブル集積回路は、請求項１～９のいずれかに記載の方法を実行するための複数の命令がロードされて、プログラムされている、請求項１０に記載のデバイス。
12. 前記タイプＩ検出器が臭化セリウム（ＣｅＢｒ_３）結晶格子を使用する、請求項１０～１１のいずれかに記載のデバイス。
13. 前記タイプＩＩ検出器が有機溶媒としてキシレンを使用する、請求項１０～１２のいずれかに記載のデバイス。