JP3425600B2

JP3425600B2 - 窒素測定装置と測定方法

Info

Publication number: JP3425600B2
Application number: JP51462994A
Authority: JP
Inventors: シュモー、ポール・ウェズリー; ブッチマン、ロター・レイナー; ロジャース、ジョエル・ギルド
Priority date: 1992-12-22
Filing date: 1993-12-15
Publication date: 2003-07-14
Anticipated expiration: 2018-07-14
Also published as: WO1994015199A1; KR100306502B1; ES2111284T3; JPH09504091A; AU5690494A; AU669418B2; KR950704681A; EP0676048B1; DE69315089D1; EP0676048A1; CA2086054C; CA2086054A1; DE69315089T2

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、試料中の窒素量の測定装置とその方法に関
するものである。さらに詳しく述べれば、本発明は、窒
素化合物と非窒素化合物とを含有する試料中の窒素の存
在を調べること、もしくは、窒素の量の測定に関するも
のである。

発明の背景窒素化合物もしくは、非窒素化合物を含有する試料中
にある窒素の量を知ることは、しばしば重要な意味があ
る。窒素は多くの重要な化合物によく含まれている元素
である。例えば、窒素は、タンパク質やある種のプラス
チックや肥料や爆薬やある種の薬、そして覚醒剤などの
主要な構成元素である。

今までにも、化合物中の窒素によるガンマ線の散乱や
吸収によって、窒素化合物の検出のための特許出願はあ
った。それらの方法では、ガンマ線の散乱や吸収を測定
解析し、試料中の窒素の量を測定しようとしていた。こ
の方法によると、まず窒素化合物を含有すると思われる
試料をガンマ線ビームの中に置く。特殊な条件を充たす
ガンマ線ビームは、測定物質中の窒素により共鳴散乱ま
たは吸収される。そして、それらのガンマ線は通常使わ
れている検出器で検出し、試料中の窒素の量に比例した
信号が得られる。このような測定装置の原理の詳細は、
以前から知られており、総括的な理論の説明が米国特許
第4941162号と同第5040200号になされている。本出願に
も参考文献としてそれらの特許を載せてある。窒素化合
物のガンマ線による検出の原理は、これらに従ってい
る。

しかし、今までの方法には共通の問題がある。という
のは、ガンマ線の散乱や吸収の測定には、ガンマ線ビー
ムのあて方や、透過したガンマ線にふさわしい測定器に
固有な制限があった。

これらの困難さを示す代表的な例が、米国特許第4941
162号に示されている。この特許は、爆発性窒素化合
物、例えば旅行鞄や手荷物に隠された爆発物の検出を主
な目的にしている。この特許の方法によると、ガンマ線
源は、適量でしかも知られている線量を放出し、ガンマ
線はコリメーターで方向を定められた後、コリメーター
のそばでコンベヤ上を動いている荷物を照射する。爆発
物（通常窒素化合物を含有する）は、ガンマ線量の減少
をもたらすため、荷物の中に窒素化合物が存在すること
が分かる。

しかし、この装置には二つの不都合な点がある。

まず、原子核共鳴による減少は同時に非共鳴による減
少をも伴うため、窒素化合物の量や存在を知るのに、こ
の装置全体で、二種類の測定装置が必要になる。一つ
は、共鳴吸収による減少を決めるための測定装置であ
り、もう一つは非共鳴吸収による減少を測定するための
測定装置である。そして、これらの測定装置は、共鳴に
よる減少と非共鳴による減少の値を解析するシステムに
統合され、窒素化合物の存在を判断する。これらは、窒
素化合物の検出を非常に複雑なものにし、結果として測
定精度を極度におとすことになる。というのは、今まで
の発明では窒素を多く含んだガンマ線検出器が要求され
てきた。これは、原子核共鳴散乱の検出には、透過して
きたガンマ線のうちで共鳴吸収の情報を持っている特別
なエネルギーの部分を取り出すための検出器が必要と考
えられていたからである。そして、そのためには、窒素
を多量に含む検出器が必要と思われたからである。

さらに、多少は古い結果を使っていたせいもあるが、
窒素化合物の測定の精度が要求されている程度に至らな
いので、以前の発明では、荷物に爆発性窒素化合物がな
いことを確認するためには、荷物がガンマ線ビームを横
切る際に、いくつかのビームとの角度をとるよう荷物の
方向を変える必要があった。これは、荷物検査を非常に
複雑にし、また時間のかかる作業にする。例えば、窒素
化合物が薄いシート状で、それがビームに直角になるよ
うに荷物が置かれていると、容易にそれを見逃してしま
う。そのため、以前の発明では荷物を何回も異なる角度
で調べる必要が生じた。

この測定感度の悪さは、危険な荷物が飛行機に載せら
れてしまう可能性を許す一方、また、他の窒素化合物測
定への応用にも重大な欠陥になる。例えば、その程度の
感度の装置では、特別に設計した容器にいれた麻薬を検
出することはできない。同様に、流れている状態での乳
製品中のタンパク質の量を調べる際にも、精度の悪い結
果しか得られない。また穀物やその加工品のタンパク質
の測定のときも同様である。

それ故、以上の例でも分かるように、非窒素化合物も
混入した試料中の窒素化合物の量を、ガンマ線で測定す
る時には、測定精度の著しく向上した装置を製作するこ
とが重要である。同様に、共鳴による減少と非共鳴によ
る減少を別の種類の測定器で測定する必要のない、より
単純な装置や方法の開発は非常に有用である。

発明の簡単な説明約1.75MeVの陽子が適切なターゲット（例えば炭素1
3）に当たると、高い確率で、共鳴状態を通じて9.2MeV
のガンマ線を放出する。ガンマ線はターゲットから一様
ではないが、どの角度にも放出される。陽子ビームに対
して80.66±0.5度の方向に放出されたガンマ線は、高い
確率で窒素14に共鳴吸収されることが知られている。こ
の特別な角度領域は、原子核反応の運動方程式で導け
る。ガンマ線の正確なエネルギーは、陽子ビームに対し
て放出される角度に依存している（ドップラー効果）。
正しいエネルギー（共鳴吸収角の80.66±0.5度付近の方
向）で放出されたガンマ線のみが共鳴吸収される。しか
し、非共鳴吸収は、どの角度のガンマ線でも起こる。

本発明の中心となる上記の原理に基づいて、もし試料
を透過したガンマ線を、共鳴吸収を起こす角度と、それ
から少しはずれた角度で測定すれば、それらの二つの値
の差が、共鳴吸収による量に対応する（実際には共鳴ガ
ンマ線と非共鳴ガンマ線は、少し違った角度で試料を横
切るので、非常に小さな補正が必要になる）。

このように今までの発明と異なり、本発明では、透過
してきたガンマ線を測り、測定器に到達した共鳴角のガ
ンマ線を、共鳴吸収に影響されていない非共鳴ガンマ線
の強度と比較することにより、減少量を求める。

要求されている測定を行うために、共鳴吸収角をはず
れた角度にも測定器を並べる。また、共鳴吸収と非共鳴
吸収を分けるのに必要な角度の分解能を得るために、多
くの検出器を配置して、充分な位置分解能を出すように
してある。透過したガンマ線の共鳴各部分と非共鳴各部
分の測定値の差が、試料による共鳴吸収に対応する。こ
こで、共鳴吸収角80.66±0.5度の外にある測定器は、共
鳴吸収によらない（もしくは、殆ど影響されていない）
透過量を与える。この測定があるので、約80.66度付近
の透過量は、共鳴吸収（減少）と非共鳴吸収（減少）の
両方に影響されているが、非共鳴吸収の影響は透過量か
ら除くことができ、二つの値の差（共鳴吸収のみによ
る）が試料中の窒素の量に対応することになる。

上記から分かるように、この方法は、測定装置の位置
（角度）分解能が充分に優れているときに有効になる。
前述のように、共鳴吸収角は、陽子ビームの方向が基準
になっている。もし陽子ビームが角度に拡がりをもって
いる場合、それが直接ガンマ線ビームの角度の拡がりに
つながり、結果的には測定器の位置（角度）分解能に影
響する。同様に、ターゲット上で陽子ビームに幅がある
場合もガンマ線ビームが拡がることになり、その拡がり
が角度分解能に影響する。陽子ビームの角度と位置の拡
がりを小さくするには、陽子加速器の設計が非常に重要
になる。

このように、本発明では、窒素化合物を含んだ試料中
の窒素の量を調べる装置を提案している。この装置は、
試料の支持をする支持台をも含んでいる。窒素14による
共鳴吸収を測定するのに充分な強度で9.2MeVのガンマ線
を発生させることのできる少なくとも一本のガンマ線ビ
ームが、支持台の片側にある。ガンマ線源と支持台の間
には、ガンマ線を定められた方向（共鳴吸収角付近）の
みに限定するコリメーターがあり、ガンマ線ビームが支
持台に置かれた試料を照射するようになっている。

支持台の反対側には、試料を透過してきた約9.2MeV
を、共鳴及び非共鳴角で検出する為の検出器が並べてあ
る。

共鳴及び非共鳴角度位置に置かれた検出器で検出され
た透過（してきた）ガンマ線の量の差は、コンピュータ
ーを用いて求める。

このように、試料に含まれる窒素化合物の量を調べる
方法は、試料を支持台にのせ、窒素化合物中の窒素14に
よる共鳴吸収を測定するのに必要な、約9.2MeVのガンマ
線ビームを発生させ、支持台上の試料に当たるように定
めた方向にガンマ線ビームを導き、ガンマ線ビームの反
対側には、9.2MeVのガンマ線を検出するための多くの検
出器を並べ、共鳴と非共鳴角で測った透過ガンマ線の量
の差を計算し、その差を試料中の窒素化合物の量に換算
する。

図面の簡単な説明図１発明した装置全体と測定過程の図解。

図２発明の好ましい実施例図３他の実施例を示す概要図発明の詳細な実施例図１は、本発明の装置全体及び方法を図示すものであ
る。ここでは、試料１は窒素化合物と非窒素化合物を共
に含有している可能性がある。非窒素化合物の構成元素
とは、9.2MeVのガンマ線で共鳴吸収を起こすことのない
物質であり、酸素、炭素、硫黄、水素等である。含有さ
れている物質の例としては、窒素化合物と非窒素化合物
を含む任意のもので、肥料、爆薬、薬品、食品等であ
る。試料１は支持台２の上にあり、支持台２は試料１に
合わせて作ってある。例えば、容器（旅行鞄や手荷物）
に入った爆発物を検査する場合、支持台２は、ベルトコ
ンベアやもう少し複雑な回転式の移動装置になる。また
牛乳中のタンパク質の割合を調べるためには、支持台２
は牛乳を流している管になる。また穀類のタンパク質の
割合を調べる場合には、支持台２は、穀類をすべり落と
す斜面のような構造物である。このように、支持台２は
試料１をガンマ線ビーム３の中をうまく通過させるよう
に製作しておく。ガンマ線ビーム３は、ガンマ線発生装
置４で発生させる。ガンマ線発生装置４は少なくとも一
台あり、それに対応してガンマ線ビーム３の数が決定さ
れる。ガンマ線発生装置４は支持台２の一方にある。ガ
ンマ線発生装置は、試料１に含まれる窒素化合物中の窒
素14による共鳴吸収を測定可能にするのに充分な強度を
持った9.2MeVのガンマ線を発生させる必要がある。

コリメーター５は、ガンマ線発生装置４と支持台２の
間に置かれる。後で図２と共に更に詳しく説明するが、
コリメーター５は、発生したガンマ線３を、予め定めた
角度方向に制限し、支持台３の上にある試料１の少なく
とも一部に当たるようにする。そういう意味では、試料
が管の中を流れている牛乳や斜面を滑り落ちている穀類
であるとき、また爆発物の検査における荷物であるとき
でさえ、ガンマ線ビーム３が試料全体を照射する必要は
ない。しかし、場合によっては試料全体にガンマ線ビー
ム３を照射し、試料全体の測定を行うこともある。コリ
メーター５は、ガンマ線ビーム３を絞るのに通常使われ
るコリメーターでよい。

爆発物や麻薬のための検査では、多くの角度で吸収量
を測定し、測定器で分解できる限りの大きさまで試料を
区分した小部分について両方の成分を計算した後、非共
鳴吸収による影響を差し引くのが適当である。非共鳴吸
収は、一部分の質量密度を与える。共鳴吸収は同じ一部
分の窒素密度を与える。一部分の質量密度と窒素密度を
知ることにより、爆発物や麻薬を検知する確率を高めら
れる。というのは、それらの物質は、質量密度と窒素密
度において他の窒素化合物（例えば、メラミン樹脂やポ
リウレタン等のプラスチック）と異なるからである。一
部分の質量密度が1.2から2.5g/cc、そして窒素密度が、
0.05から0.9の時には、一部分の物質は爆発物である可
能性が非常に高い。

上記のように、測定装置は、試料を透過したガンマ線
の量を測り、計算した後、ガンマ線源と測定器の間にあ
る物質の窒素の割合と質量に関係する値を共に与える。
充分に多くの角度でこのような測定をすることにより、
よく知られているコンピュータートモグラフィーの方法
で、小さく区分された部分の質量と窒素量を計算するこ
とは容易である。質量密度（非共鳴吸収から）と窒素密
度（共鳴吸収から）は、爆発物や麻薬を間違って識別し
てしまう確率を減少するのに、極めて有効である。これ
は、窒素だけを検知しようとする今までの発明と著しく
異なる点である。また、今までの発明の出す結果から
は、よく使われているポリウレタン等のプラスチックが
爆発物と同じような窒素密度なので、判断がつけられな
かった。荷物の中にあるかも知れない爆発物と普通のプ
ラスチック等の物質とを間違いなく区別する（確実な検
出と少ない誤報）ためには、一部分の質量と窒素量を測
定する必要があるからである。

効率よく多種の形や物を検査するには、上記のよう
に、ガンマ線ビームが試料をいくつかの角度で照射しな
ければならない。これは、複数のビームを使うか、試料
をビームの中で回転させれば達成できる。もしくは、ガ
ンマ線ビーム自身を回転させてもよい。後述の方法は、
陽子ビームかターゲットを動かせばできるが、両方を組
み合わせてもよい。透過量の測定角度の数は、試料での
位置分解能によって決定される。多くの角度でのガンマ
線の減少を測定し、既に確立しているコンピューターを
使った逆変換を用いて、それぞれの一部分における減少
量が計算できる。こうして、細かく区分された試料のそ
れぞれの部分におけるガンマ線減少量が、三次元の表と
して、計算の結果でてくる。

窒素化合物が試料の中にあるとき、ガンマ線は窒素化
合物に含まれる窒素により、特定の角度で共鳴吸収され
る。充分に位置分解能のよい検出器を、共鳴吸収角とそ
の付近の角度領域に並べることで、共鳴と非共鳴吸収と
による減少が測定できる。コンピューター８は、並べて
あるガンマ線検出器（測定装置７）からの出力を受け取
り、共鳴と非共鳴角にある測定装置７で測定したガンマ
線６の量の差を計算する。これらの特別な角度でのガン
マ線量の差は、試料中の窒素化合物の量に換算される。

一式のガンマ線測定装置を構成する検出器の数や測定
装置の数は、調べようとする試料によって異なる。例え
ば、平面もしくはそれに近い曲面上に並べた10から100
個の検出器からなる装置が、荷物を検査する際に使われ
ると思われるが、流れている牛乳中のタンパク質の検査
には、３から15個程度の検出器からなる曲面状の装置が
使われる。

上記のように、本発明の重要な点の一つは、透過した
ガンマ線の測定装置に、位置分解能のよいものを使って
いるところにある。位置分解能は、共鳴吸収が起こる角
度と、そうでない角度を区別できるほどでなければなら
ない。重要な点は、今までの発明で共鳴吸収成分を取り
出すため必要とされた窒素を含有する検出器を使用しな
くともよいという点である。窒素を含有する検出器は、
非常に検出効率が悪く、今までの装置ではそれが大きな
問題となっていたが、本発明によって、種々の検出器の
利用が可能となった。今回の発明では、複数の検出器が
充分な位置（角度）分解能を出せるように位置して、共
鳴角と非共鳴角を分離し、また薄いシート状の爆発物が
占める小さな角度の拡がりを分けられるようにすればよ
い。

また、本発明では、今までのものと異なり、散乱され
たガンマ線は測定しない。散乱されたガンマ線を測定す
るのには、検出器自体が共鳴吸収による減少か非共鳴吸
収によるものかを区別できなければならず、製作費がか
かり、また、余り実用的ではない。透過してきたガンマ
線を測定する本発明では、共鳴角でのガンマ線の量（共
鳴吸収と非共鳴吸収の影響を共に受けている）と、すこ
しはずれた角度でのガンマ線量（非共鳴吸収のみの影
響）を比較することで、試料による共鳴吸収による減少
を求めている。つまり、共鳴吸収の角度依存性を利用し
ており、特別な検出器を使うことで求められるのではな
い。ただ、透過ガンマ線の減少の僅かな割合が、散乱に
起因するものであるということは述べておく必要があ
る。一方、ほとんどの共鳴吸収されたガンマ線は、ター
ゲットで起こっている全く逆の原子核反応を起こし、約
1.75MeVの陽子を放出させる。本発明では、散乱された
ガンマ線そのものの測定は試みておらず、これが今まで
の発明と異なる重要な点である。

図１は、装置全体と原理を説明しているが、図２によ
って更に本発明の理解を深めることができる。そこに
は、本発明を実際に応用する場合に使われると思われる
装置を描いてある。装置の部分には、図１に図示してい
るものに対応する番号をつけてある。

図２に示すように、図１のガンマ線発生装置４によっ
て発生したガンマ線ビーム３は、５〜10mAの陽子もしく
は負の電荷を帯びた水素原子を、水素イオン源発生させ
ることによって始まる。イオン源10は、1.75MeVの陽子
ビームを発生させるために、陽子やイオンを1.75MeVま
で加速できるような高圧電源11に結合されている。約1.
75MeVの陽子ビーム12は、高強度の9.2MeVのガンマ線ビ
ーム３を発生させるターゲット13（炭素13等の物質）を
照射する。

必要とされている9.2MeVのガンマ線を得るためには、
陽子ビーム12が、高いエネルギー安定性をもっているこ
とが大切で、高電圧源11は、0.1％の精度のエネルギー
安定性で陽子を加速する必要がある。欲を言えば、0.01
％の安定性があればさらによい。さもなければ、必要な
だけのガンマ線ビームが望みどうりには発生できず、測
定の精度が落ちてしまう。

ガンマ線ビームの方向を制限するのに、図１のような
コリメーターは使わず、スリット15を使う。共鳴角と非
共鳴角で透過した9.2MeVのガンマ線量を測るのには、二
組のコリメーターを使うか、または、共鳴角領域をおお
う位置も測れる測定器を使って、データをとることにな
る。イオン源10は、図２に図解してあるように、加速柱
17の中に入れる。そして、高電圧源は、図２に図解して
あるように、加速柱17と共に作動させる。また、電子剥
離装置18は、負電荷水素イオンを使う場合、加速柱17の
中に組み込まれる。

1.75MeVの陽子を発生させるのには多種の加速器があ
るが、タンデム型の加速器が、多くの理由で好ましい。
この装置では、イオン源10で作られた負水素イオン（陽
子に二個の電子がついた）が、正の高電圧のかかった加
速柱で、最終エネルギーの約半分まで加速される。ここ
で二個の電子は、剥離装置18で剥ぎとられ、同じ電圧で
さらに加速され、最終エネルギーに達する。ここで重要
な要素は、電子剥離装置であり、電子を剥ぎ取る過程に
おいて、クローン散乱が陽子ビームを発散させ、特別な
処置をしない限り、使えない程にビームが拡がってしま
う。本発明では、剥離過程の直前に、陽子ビームを小さ
な点に収束させ、そこから拡がっていくようにしてあ
る。このようにすると、剥離過程は、すでに大きな発散
係数を持っているビームには、ほとんど影響を与えるこ
とがない。電子を剥離した直後に、陽子ビームは、平行
で拡がりの少ないビームに収束させられる。このような
タンデム型加速器は既に知られていたが、本発明のよう
な目的のために利用することは知られていなかった。

上記のように、窒素化合物中の窒素14の共鳴吸収を起
こさせるため、ターゲット物質13は、求められている強
度で9.2MeVのガンマ線を発生させる。このようなターゲ
ット物質は数多く知られており、また、その中には、実
際にも使用可能なものもあるが、望ましいのは炭素13で
ある。というのは、上記の陽子ビームが、定められたエ
ネルギーで、拡がりも少なければ、炭素13のターゲット
は、9.2MeVの非常に正確で、必要な強度のガンマ線ビー
ムを発生することができるからである。

透過したビーム６も、もし必要なら、通常使用される
コリメーター20等で方向を制限してもよい。透過ビーム
６は、同じ構造をした複数のガンマ線検出器21（付属し
ている電子機器も含む）を、9.2MeV付近のガンマ線のみ
に反応するように調整してある。

ある種の応用には、複数のガンマ線ビーム３を使うの
が適しており、新たに加えたビーム30と31を使うか、も
しくは、一方のガンマ線ビームを複数の角度で使う。こ
の方法は、窒素化合物が薄くしてある場合、例えば、ス
ーツケースに入ったシート状の爆発物の時に、特に効果
がある。三本のビームがある時、例えば、それそれが直
交していれば、少なくとも一本のビームが斜めには薄い
シートにあたることになり、測定の断面積を増す。それ
故、三本のビームを一度の検査に使うことは、検査の正
確さを著しく高め、今までの発明の問題を避けることが
できる。それぞれのビーム、例えば、30と31は、ビーム
３を発生させるのと同じような方法で発生させ、また、
検出も同じようにする。一本、もしくは、数本のビーム
の中で、試料を回転させるのも、同様な効果がある。

このように、試料が充分な量の爆発性窒素化合物を含
有しており、試料の外形が例えば旅行カバンで、支持台
が動くコンベヤー等（平行移動もしくは回転式）の場
合、互いに角度を持った複数のガンマ線ビームは、薄い
シート状の爆発物でさえ検出できる。しかし、複数のビ
ームがある時は、互いに交わる角度の大きさが、薄いシ
ート状の爆発物を検出するのに充分であることが重要で
ある。それが適当な角度の場合、特にビーム間の角度が
90度の場合、厚さ3mm以下のシート状の爆発物でも検出
できる（さらに多くの角度があればさらによい）。

試料が穀類か乳製品の場合の支持台は、穀類や乳製品
を支えるような、例えば、穀物落下用の斜面または管の
ような構造になり、支持台が可動か、試料自体が支持台
上で可動な必要があり、穀類や乳製品は、重力やポンプ
の力で移動する。それぞれの場合に応じて、検出器は、
調べたい物の大きさや位置や厚さを測ることができるよ
うに配置されなければならない。上記の最初の例では、
測定装置は旅行カバン中の爆発性窒素化合物の大きさや
位置や厚さを測定し、二番目の例では、穀物や乳製品中
のタンパク質を測定する。

図３に示すように、試料（手荷物）１は、測定装置７
と円錐のような形をしているガンマ線ビーム26の間にあ
る。陽子ビーム12は、ターゲット27を照射する。角度α
が約80.66±0.5度の時に共鳴吸収が可能である。コリメ
ーターは、角度を80.66度付近数度以内に制限する。ガ
ンマ線ビーム26の一部のみが測定に有用なので、測定装
置７は、必要な角度部分のみを覆えばよい。

しかし、測定器の角度の拡がりは、ガンマ線が試料１
を照射し共鳴吸収されるすべての角度を含んでいなけれ
ばならない。それ故、位置も測定できる四角柱の測定装
置が適当であろう。

上記から分かるように、本発明の重要な点の一つは、
窒素化合物の検出に使われる特別な測定装置にある。今
までのものと異なるところは、本発明における検出器
は、窒素を多量に含む検出器ではないが、9.2MeV付近の
ガンマ線を直接検出できるものである。測定装置は、9.
2MeVのガンマ線に対して、共鳴角と非共鳴角とを区別で
きる程度の分解能を持っていなければならない。この目
的に適している検出器は、特別な形に製作したBGO（酸
化ビスマス・ゲルマニウム）やヨウ化ナトリウム（Na
I）やワイヤーチェンバー等である。（J.Roger,IEEE T
rans.on Nucl.Sci.NS−39 1069（1992）参照）

フロントページの続き (72)発明者シュモー、ポール・ウェズリーカナダ国、ブイ４シー３ジェイ４、ブリティッシュ・コロンビア州、デルタ、ペンバートン・クレセント 11558番 (72)発明者ブッチマン、ロター・レイナーカナダ国、ブイ７イー１ゼット４、ブリティッシュ・コロンビア州、リッチモンド、スプリングフィールド・ドライブ 3700番 (72)発明者ロジャース、ジョエル・ギルドカナダ国、ブイ６ケイ２ピー１、ブリティッシュ・コロンビア州、バンクーバー、ウエスト・12ス・アベニュー 2460 番 (56)参考文献米国特許4941162（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 23/06 G01T 1/34 G01V 5/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】窒素化合物が入っている試料中の窒素の量
を調べる装置一式であり、該構成は、（１）試料を支える支持台、（２）窒素化合物中にある窒素14による共鳴吸収を測定
可能にするに充分な強度で9.2MeVのガンマ線を発生させ
るために、少なくとも支持台の一方に配設されたガンマ
線ビーム発生装置、（３）ガンマ線ビーム発生装置と支持台の間に配設さ
れ、あらかじめ定めた角度でガンマ線ビームを支持台方
向に制御し、ガンマ線ビームが、少なくとも試料の一部
を横切るようにしたコリメーター、（４）共鳴及び非共鳴角で試料を透過したガンマ線を測
定するために、支持台の反対側に配設された複数の検出
器で構成されるガンマ線測定装置、（５）共鳴及び非共鳴角で測定した透過ガンマ線量の差
を計算し、その差を試料中の窒素の量に換算するコンピ
ューター、を備えることを特徴とする窒素測定装置。
【請求項２】約1.75MeVの陽子を発生し、陽子のビーム
は、9.2MeVで、高い強度のガンマ線を放出させることの
できるターゲット物質を照射する装置を備えたクレーム
１の装置。
【請求項３】ターゲットから放出されたガンマ線が、約
80.66±0.5度の共鳴吸収角方向のガンマ線も含んでいる
クレーム２の装置。
【請求項４】測定装置が、共鳴吸収角と非共鳴吸収角を
覆っているクレーム１の装置。
【請求項５】測定装置が、共鳴吸収と非共鳴吸収とが区
別できるように配置してあり、共鳴吸収角（80.66±0.5
度付近）の外にある検出器が測定する減衰量は、非共鳴
吸収によるもので、共鳴吸収の影響はほとんど受けてい
ないクレーム３の装置。
【請求項６】共鳴角と非共鳴角での値の差を、試料中の
窒素量に換算するクレーム５の装置。
【請求項７】約５〜20mAの陽子を発生させられるイオン
源が、陽子ビームを発生させるために、約1.75MeVに加
速できる高圧電源に結合されているクレーム２の装置。
【請求項８】高圧電源が、陽子を誤差約0.1％のエネル
ギー安定性で加速できるクレーム７の装置。
【請求項９】コリメーターが、スリットも含んでいるク
レーム１の装置。
【請求項１０】高圧電源が、陽子加速のための加速線に
接続されているクレーム７の装置。
【請求項１１】イオン源が、負イオン源であり、電子剥
離装置が、加速柱の中に置かれたクレーム10の装置。
【請求項１２】ガンマ線発生用のターゲットが、炭素13
であるクレーム２の装置。
【請求項１３】試料は、爆発を起こさせるのに充分な量
の爆発性窒素化合物と、その窒素化合物用の容器であ
り、支持台は、試料を支持できるような構造をしている
クレーム１の装置。
【請求項１４】支持台が、試料を支持したり、動かした
り、回転させたりできる可動式のコンベヤーであるクレ
ーム13の装置。
【請求項１５】複数のガンマ線ビームが、薄いシート状
の爆発性窒素化合物を測定装置で測定できるように、互
いに充分大きな角度で照射される構造であるクレーム14
の装置。
【請求項１６】ガンマ線ビーム間の相互の角度が、3mm
より薄いシートも検知できるように、充分大きくなって
いるクレーム15の装置。
【請求項１７】ただ一本のガンマ線ビームがあり、試料
がビームの中を回転するクレーム１の装置。
【請求項１８】複数の検出器を並べられ、容器の中の爆
発性窒素化合物の大きさや位置や形が決定されるクレー
ム13の装置。
【請求項１９】試料が穀類や乳製品の場合、支持台は、
穀類や乳製品を支持できるような構造であるクレーム１
の装置。
【請求項２０】窒化化合物を含有する試料中の窒素量を
測定する方法であって、（１）試料を支持するために、支持台を供給し、（２）窒化化合物中の窒素14による共鳴吸収を測定する
のに充分な強度をもつ、9.2MeVのガンマ線ビームを、少
なくとも一本発生させ、（３）ガンマ線ビームが、定められた角度で支持台に向
い、支持台上の試料の少なくとも一部を横切るように、
それぞれのガンマ線ビームの方向を制御し、（４）支持台をはさんで、ガンマ線ビーム源の反対側
に、複数の約9.2MeV用のガンマ線検出器を並べ、試料を
透過した共鳴及び非共鳴角のガンマ線ビームが、検出器
群（測定装置）を照射するようにし、（５）測定装置で測定した共鳴及び非共鳴角での透過ガ
ンマ線の量の差を計算し、その差を試料中の窒素化合物
の量に換算することを特徴とする窒素測定方法。
【請求項２１】約1.7MeVの陽子ビームは、約9.2MeVのガ
ンマ線ビームを高い強度で発生させることのできるター
ゲットを照射するクレーム20の方法。
【請求項２２】ターゲットから放出されるガンマ線は、
約80.66±0.5度の共鳴吸収角のガンマ線をも含むクレー
ム21の方法。
【請求項２３】並べられた検出器群によって、共鳴吸収
角と非共鳴吸収角を覆うクレーム20の方法。
【請求項２４】測定装置を、共鳴吸収角と非共鳴吸収角
とが区別できるように配置し、80.66±0.5度の共鳴吸収
角の外側にある検出器は、ほとんど共鳴吸収の影響を受
けず非共鳴吸収のみを測定するクレーム22の方法。
【請求項２５】共鳴角と非共鳴角での透過ガンマ線量の
差を、試料中の窒素化合物によるものとするクレーム24
の方法。
【請求項２６】陽子もしくは負の水素イオンを、イオン
源で発生させ、高電圧源で加速し、約1.75MeVの陽子ビ
ームを得るクレーム21の方法。
【請求項２７】ガンマ線ビームを、スリットを通過させ
ることにより、ビームの方向を制限するクレーム20の方
法。
【請求項２８】陽子もしくは負の水素イオンを、高電圧
で加速しながら加速柱を通過させるクレーム26の方法。
【請求項２９】イオン源として、負の水素イオンを発生
し、イオンを、加速柱の中にある電子剥離装置を通過さ
せるクレーム28の方法。
【請求項３０】ターゲット物質を、炭素13とするクレー
ム21の方法。
【請求項３１】試料を、爆発を引き起こすのに充分な爆
発性窒素化合物を含有する容器とし、ビームを、少なく
ともその容器の一部を横切るように向けるクレーム20の
方法。
【請求項３２】支持台を、コンベヤとし、試料を、ビー
ムの中をコンベヤにそって移動させられるクレーム31の
方法。
【請求項３３】数本のガンマ線ビームを、相互に角度を
もたせ、その角度を、薄いシート状の爆発性窒素化合物
を前述の測定装置で測定できるように、充分に大きくす
るクレーム32の方法。
【請求項３４】試料を、ビームの中で回転させるクレー
ム32の方法。
【請求項３５】容器中の爆発性窒素化合物の大きさや位
置や厚さが測定できるように、複数の検出器を並べるク
レーム31の方法。
【請求項３６】試料が穀物や乳製品の場合、ビームを、
穀類や乳製品の少なくとも一部を横切るように向けるク
レーム20の方法。
【請求項３７】容器を、旅行カバンとするクレーム31の
方法。
【請求項３８】ビームを、容器のまわりで回転させるク
レーム31の方法。
【請求項３９】測定装置も容器の周りを回転させるクレ
ーム38の方法。
【請求項４０】容器を、ビームの中を数回、ビームに対
して、いくつかの向きで通過させるクレーム31の方法。