JP5586131B2 - Method and system for analyzing the presence of a radioisotope, medium storing instructions for analysis - Google Patents
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Description
本発明は、容器の内側にあり得るか、または遮蔽され得る放射性物質を検出することに関する。 The present invention relates to detecting radioactive material that can be inside or shielded from a container.
物質を目的地に輸送する目的の容器の内側に配置され得る物質の存在を検出することが可能な技術を開発する取り組みが進行中である。識別することが最も重要であり得る有害な物質の例は、放射性因子、爆発性因子、生体因子、および/または化学因子である。 Efforts are underway to develop technologies that can detect the presence of a substance that can be placed inside a container of interest to transport the substance to a destination. Examples of harmful substances that may be most important to identify are radioactive factors, explosive factors, biological factors, and / or chemical factors.
現在の放射性同位体の識別は、ピーク発見アルゴリズムとパターン適合アルゴリズムとに基づいている。これらの手法は、実験室と、一部の産業的用途(例えば、商業用原子炉)とにおいては充分であり得るが、これらの手法は、運送において、遮蔽された放射性同位体を検出する試みにおいては不充分である。なぜならば、主には、現在のアルゴリズムが、射出された放射線と周囲の物体との間の相互作用を説明するには充分ではないからである。同位体の識別ソフトウェアを開発する主な問題点は、2つの要素から成る。 Current radioisotope identification is based on peak finding and pattern matching algorithms. While these techniques may be sufficient in laboratories and in some industrial applications (eg, commercial reactors), these techniques attempt to detect shielded radioisotopes in transit. Is insufficient. This is mainly because current algorithms are not sufficient to account for the interaction between the emitted radiation and surrounding objects. The main problem in developing isotope identification software consists of two elements.
第1に、概して、遮蔽された放射性同位体の検出されるスペクトルは弱く、例えば、自然バックグランド放射線、および近隣の自然に放射性がある合法的な供給源(例えば、バナナ、猫のトイレ、医療用アイソトープ)から放射する放射線からのノイズの中に覆い隠される可能性がある。これらの弱いスペクトルは、分析することが困難である。なぜならば、この分野における研究の主な制限条件のうちの1つは、通商の流れが、検出プロセスによって必要以上には遅らせられないということである。従って、より強い信号を獲得するために使用されるより長い検出器の集積時間は、現実世界の用途においては実用的ではない。しかしながら、より強い信号を用いた場合でさえ、一部は危険であると考えられるものを含む遮蔽された放射性同位体が突き止められ得るということは、明らかではない。 First, the detected spectrum of shielded radioisotopes is generally weak, such as natural background radiation and nearby naturally radioactive legitimate sources (eg, bananas, cat toilets, medical May be obscured by noise from radiation emanating from the isotope. These weak spectra are difficult to analyze. This is because one of the main limitations of research in this area is that the trade flow is not delayed more than necessary by the detection process. Therefore, the longer detector integration time used to acquire a stronger signal is not practical in real-world applications. However, even with stronger signals, it is not clear that shielded radioisotopes, including some that are considered dangerous, can be located.
第2に、特定の放射性同位体の検出および識別は、周囲と放射線の相互作用に依存する。この環境相互作用は、概して、未知であり、結果として、放射性同位体の検出および識別のシナリオの最も困難な局面の1つとなる。現在使用されている分析手法は、容器または遮蔽された環境における脅威の放射性同位体物質を検出および識別する試みにおいて、周囲の物質の影響を無視している。 Secondly, the detection and identification of specific radioisotopes depends on the interaction of ambient and radiation. This environmental interaction is generally unknown and results in one of the most difficult aspects of the radioisotope detection and identification scenario. Currently used analytical techniques ignore the effects of surrounding materials in an attempt to detect and identify threat radioisotope material in a container or shielded environment.
必要とされているものは、空間内の脅威物質の存在を迅速かつ正確に決定するために、あらゆる利用可能な検出器デバイスから(スペクトルの形態で)放射線のサイン(signature)データを分析する手法である。 What is needed is a technique to analyze radiation signature data (in the form of a spectrum) from any available detector device to quickly and accurately determine the presence of a threat substance in space. It is.
要するに、検出器によってモニタリングされる空間において、関心のある1つ以上の脅威物質の存在を決定するために、検出器デバイスによって生成されるスペクトルデータを分析するための、システムと方法とが提供される。関心のある脅威物質と非脅威物質とを含む、検出器の検出経路にあると予想される物質は、断面積の類似性に基づいて、複数の物質群のうちの1つに分類される。各物質群に対する、代表的なエネルギー対断面積の曲線を記述するデータは、それぞれの物質群における個々の物質の断面積から選択される。物質群(遮蔽する物質群)のうちの1つ以上と各関心のある物質(供給源)の相互作用が、それぞれの物質群に対する、代表的なエネルギー対断面積の曲線を使用して計算されることにより、関心のある物質に対するスペクトルデータの計算を生成する。このようにして、スペクトルデータのライブラリが、各供給源/遮蔽物質の組み合わせに対して計算された個々のスペクトルデータから構築される。検出器によって生成されたスペクトルデータが、スペクトルデータの計算のライブラリと比較して分析されることにより、空間内の脅威物質の存在を決定する。 In summary, systems and methods are provided for analyzing spectral data generated by a detector device to determine the presence of one or more threat agents of interest in the space monitored by the detector. The Substances expected to be in the detection path of the detector, including threat substances of interest and non-threat substances, are classified into one of a plurality of substance groups based on the cross-sectional area similarity. Data describing a typical energy versus cross-sectional curve for each substance group is selected from the cross-sectional areas of the individual substances in the respective substance group. The interaction of one or more of the substance groups (shielding substance groups) with each substance of interest (source) is calculated using a typical energy versus cross-section curve for each substance group. To generate spectral data calculations for the material of interest. In this way, a library of spectral data is constructed from the individual spectral data calculated for each source / shielding material combination. Spectral data generated by the detector is analyzed against a library of spectral data calculations to determine the presence of threat substances in space.
本発明はさらに以下の手段を提供する。 The present invention further provides the following means.
(項目1)
関心のある1つ以上の物質の存在に関して、実質的に囲まれた空間を調べる検出器によって生成されるスペクトルデータを分析する方法であって、
a.該物質の断面積の類似性に基づいて、該検出器の検出経路内にあると予想される物質を複数の物質群のうちの1つに分類することと、
b.それぞれの物質群内の個々の物質の断面積から、各物質群に対する、代表的なエネルギー対断面積の曲線を記述するデータを選択することと、
c.該関心のある物質に対するスペクトルデータを生成するために、該それぞれの物質群に対する、該代表的なエネルギー対断面積の曲線を使用して、該物質群のうちの1つ以上と各関心のある物質の相互作用を計算することと、
d.各関心のある物質に対して計算された該スペクトルデータを含むスペクトルデータのライブラリを生成することと、
e.該空間内の脅威物質の存在を決定するために、該検出器によって生成された該スペクトルデータを該スペクトルデータのライブラリと比較して分析することと
を包含する、方法。
(Item 1)
A method of analyzing spectral data generated by a detector that examines a substantially enclosed space for the presence of one or more substances of interest comprising:
a. Classifying a substance expected to be in the detection path of the detector into one of a plurality of substance groups based on the cross-sectional area similarity of the substance;
b. Selecting data describing a typical energy versus cross-section curve for each substance group from the cross-sectional areas of the individual substances within each substance group;
c. To generate spectral data for the material of interest, the representative energy versus cross-section curve for the respective material group is used to create one or more of the material groups and each interested material. Calculating the interaction of matter,
d. Generating a library of spectral data including the spectral data calculated for each substance of interest;
e. Analyzing the spectral data generated by the detector against a library of spectral data to determine the presence of a threat substance in the space.
(項目2)
上記(c)計算することは、様々な組み合わせおよび順列の上記物質群と上記各関心のある物質の相互作用を計算することを包含する、項目1に記載の方法。
(Item 2)
The method of item 1, wherein (c) calculating comprises calculating the interaction of each substance of interest with the substance group in various combinations and permutations.
(項目3)
上記(c)計算することは、上記物質群のうちの1つ以上と上記各関心のある物質の相互作用における電子伝達の効果を計算することをさらに包含する、項目1に記載の方法。
(Item 3)
2. The method of item 1, wherein (c) calculating further comprises calculating the effect of electron transfer on the interaction of one or more of the group of substances with each of the substances of interest.
(項目4)
上記分析することに基づいて、上記空間内に存在することを決定された関心のある物質を識別することをさらに包含する、項目1に記載の方法。
(Item 4)
2. The method of item 1, further comprising identifying a substance of interest determined to be present in the space based on the analyzing.
(項目5)
上記(a)分類することは、光子の断面積と中性子の断面積とのうちの1つ、または両方に基づいて、多数の物質群のうちの1つに物質を分類することを包含し、物質群の数は、実質的に、組み合わせられる該物質群の全てにおける物質の数よりも少ない、項目1に記載の方法。
(Item 5)
(A) classifying includes classifying a substance into one of a number of substance groups based on one or both of a photon cross section and a neutron cross section; The method according to item 1, wherein the number of substance groups is substantially less than the number of substances in all of the substance groups to be combined.
(項目6)
上記物質群の数は、10以下である、項目5に記載の方法。
(Item 6)
Item 6. The method according to Item 5, wherein the number of the substance groups is 10 or less.
(項目7)
空間を調べる検出器によって生成されたスペクトルデータから、関心のある脅威物質が該空間内に存在するか否かを決定する方法であって、1つ以上の物質群と関心のある物質の相互作用を表すスペクトルデータのライブラリと比較して、該検出器からの該スペクトルデータを分析することを包含し、各物質の群は、該検出器の検出経路に存在することを予想される物質を含み、該物質は、類似する断面積を有する、方法。
(Item 7)
A method for determining from a spectral data generated by a detector that examines a space whether a threat substance of interest exists in the space, the interaction of one or more substance groups with the substance of interest Analyzing the spectral data from the detector as compared to a library of spectral data representing each group of substances comprising a substance expected to be present in the detection path of the detector. The material has a similar cross-sectional area.
(項目8)
上記それぞれの物質群内の個々の物質の断面積から、該各物質群に対する、代表的なエネルギー対断面積の曲線を記述するデータを選択することと、上記スペクトルデータのライブラリを生成するために、該それぞれの物質群に対する該代表的なエネルギー対断面積の曲線を使用して、該物質群のうちの1つ以上と各関心のある物質との相互作用を計算することとをさらに包含する、項目7に記載の方法。
(Item 8)
To select data describing a typical energy versus cross-section curve for each substance group from the cross-sectional areas of the individual substances in each of the substance groups, and to generate a library of the spectral data Using the representative energy versus cross-sectional area curve for the respective group of substances to calculate the interaction of one or more of the group of substances with each substance of interest. The method according to item 7.
(項目9)
上記各関心のある物質の上記相互作用を計算することは、様々な組み合わせおよび順列の上記物質群と該各関心のある物質の相互作用を計算することを包含する、項目8に記載の方法。
(Item 9)
9. The method of item 8, wherein calculating the interaction of each substance of interest comprises calculating the interaction of each substance of interest with various combinations and permutations of the substance group.
(項目10)
上記各関心のある物質の上記相互作用を計算することは、上記物質群のうちの1つ以上と該各関心のある物質の相互作用における電子伝達の効果を計算することをさらに包含する、項目9に記載の方法。
(Item 10)
Calculating the interaction of each of the substances of interest further comprises calculating the effect of electron transfer on the interaction of each of the substances of interest with one or more of the groups of substances. 9. The method according to 9.
(項目11)
上記分析することに基づいて、上記空間内に存在することを決定された関心のある物質を識別することをさらに包含する、項目7に記載の方法。
(Item 11)
8. The method of item 7, further comprising identifying a substance of interest determined to be present in the space based on the analyzing.
(項目12)
物質群の数は、実質的に、組み合わせられる該物質群の全てにおける物質の数よりも少ない、項目7に記載の方法。
(Item 12)
8. A method according to item 7, wherein the number of substance groups is substantially less than the number of substances in all of the substance groups to be combined.
(項目13)
上記物質群の数は、10以下である、項目7に記載の方法。
(Item 13)
Item 8. The method according to Item 7, wherein the number of the substance groups is 10 or less.
(項目14)
空間を調べる検出器によって生成されるスペクトルデータに基づいて、該空間における関心のある脅威物質の存在を決定するシステムであって、
a.1つ以上の物質群と関心のある放射性物質との相互作用を表すスペクトルデータのライブラリを格納するデータストレージであって、各物質群は、該検出器の検出経路に存在することを予想される物質を含み、該物質は、類似する断面積を有する、データストレージと、
b.該データストレージに結合された計算リソースであって、該計算リソースは、該スペクトルデータが該空間において関心のある物質の存在を示すか否かを決定するために、該スペクトルデータのライブラリと比較して該スペクトルデータを分析する、計算リソースと
を備えている、システム。
(Item 14)
A system for determining the presence of a threat substance of interest in a space based on spectral data generated by a detector that examines the space,
a. A data storage that stores a library of spectral data representing the interaction of one or more substance groups with a radioactive substance of interest, each substance group being expected to be in the detection path of the detector Data storage comprising a substance having a similar cross-sectional area;
b. A computational resource coupled to the data storage, wherein the computational resource is compared with the library of spectral data to determine whether the spectral data indicates the presence of a substance of interest in the space. And a computational resource for analyzing the spectral data.
(項目15)
上記データストレージ内の上記スペクトルデータのライブラリは、上記各物質群に対する代表的なエネルギー対断面積の曲線を記述するデータを使用して、該物質群のうちの1つ以上と各関心のある物質との相互作用を計算することから導き出される、項目14に記載のシステム。
(Item 15)
The library of spectral data in the data storage uses data describing a typical energy versus cross-sectional curve for each group of substances, and uses one or more of the group of substances and each substance of interest. 15. A system according to
(項目16)
上記計算リソースが、さらに、上記空間内に存在することを決定された関心のある物質を識別する、項目14に記載のシステム。
(Item 16)
15. The system of
(項目17)
コンピュータ読み取り可能な媒体であって、該コンピュータ読み取り可能な媒体は、コンピュータによって実行されたときに、1つ以上の物質群と関心のある物質との相互作用を表すスペクトルデータのライブラリと比較して、スペクトルデータを分析することによって、コンピュータに、空間を調べる検出器によって生成された該スペクトルデータから、関心のある脅威物質が該空間内に存在するか否かを決定させる命令を格納し、各物質群は、該検出器の検出経路に存在することを予想される物質を含み、該物質は、類似する断面積を有する、コンピュータ読み取り可能な媒体。
(Item 17)
A computer readable medium, which, when executed by a computer, is compared to a library of spectral data representing the interaction of one or more substance groups with a substance of interest. Storing instructions by analyzing the spectral data to cause the computer to determine from the spectral data generated by a detector that examines the space whether or not the threat substance of interest is present in the space; A group of materials includes a material that is expected to be present in the detection path of the detector, the material having a similar cross-sectional area.
(項目18)
コンピュータによって実行されたときに、該コンピュータに、それぞれの物質群内の個々の物質の断面積から、該各物質群に対する、代表的なエネルギー対断面積の曲線に関するデータを選択することと、上記スペクトルデータのライブラリを生成するために、該それぞれの物質群に対する、該代表的なエネルギー対断面積の曲線を使用して、該物質群のうちの1つ以上と各関心のある物質との相互作用を計算することとを行なわせる命令をさらに含む、項目17に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
(Item 18)
When executed by a computer, the computer selects from the cross-sectional areas of individual substances within each substance group data relating to a representative energy versus cross-sectional area curve for each substance group; To generate a library of spectral data, the representative energy versus cross-section curve for the respective substance group is used to correlate one or more of the substance groups with each substance of interest. Item 18. The computer readable medium of item 17, further comprising instructions for performing an action.
(項目19)
上記相互作用を上記コンピュータに計算させる上記命令は、該コンピュータに、様々な組み合わせおよび順列の上記物質群と上記各関心のある物質との相互作用を計算させる命令を含む、項目18に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
(Item 19)
Item 19. The computer of item 18, wherein the instructions that cause the computer to calculate the interaction include instructions that cause the computer to calculate interactions between the substance groups of various combinations and permutations and the substances of interest. A readable medium.
(項目20)
上記相互作用を上記コンピュータに計算させる上記命令は、該コンピュータに、上記物質群のうちの1つ以上と上記各関心のある物質との上記相互作用における電子伝達の効果をさらに計算させる命令を含む、項目19に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
(Item 20)
The instructions that cause the computer to calculate the interaction include instructions that cause the computer to further calculate the effect of electron transfer on the interaction between one or more of the substance groups and the substance of interest.
(項目21)
上記コンピュータに、上記空間内に存在することを決定された関心のある物質を識別させる命令をさらに含む、項目17に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
(摘要)
わずかな数の物質群のそれぞれに対して、代表的な断面積を有する既知の放射性同位体のスペクトルの計算された相互作用を表す格納されたデータに対して、検出器デバイスによって生成された、放射線のサインデータ(すなわち、スペクトルデータ)を分析するための、システムと方法とが提供される。各物質群は、検出器の検出経路にあると予想される物質を含み、かつ、各物質群は、類似する断面積を示す。比較分析が、脅威物質に関して検出器から受信されたスペクトルデータから行なわれることにより、スペクトルデータが、取り調べられた空間において脅威物質の存在を示すか否かを決定する。システムと方法とは、どのような特定の検出器のタイプにも限定されず、そして、スペクトルデータを生成するあらゆる検出器と共に使用され得る。
(Item 21)
Item 18. The computer readable medium of item 17, further comprising instructions that cause the computer to identify a substance of interest determined to be present in the space.
(Summary)
For each of a small number of substance groups, generated by the detector device against stored data representing the calculated interaction of the spectra of known radioisotopes with a representative cross section, Systems and methods are provided for analyzing radiation signature data (ie, spectral data). Each substance group includes substances expected to be in the detection path of the detector, and each substance group exhibits a similar cross-sectional area. A comparative analysis is performed from the spectral data received from the detector for the threat substance to determine whether the spectral data indicates the presence of the threat substance in the interrogated space. The system and method are not limited to any particular detector type and can be used with any detector that produces spectral data.
放射線は、周知の方法で物体と相互作用する。任意の所与の経路に沿った単色光子の供給源からの放射強度Iは、元々の強度I0の分数として、次の関係: Radiation interacts with objects in a well-known manner. The emission intensity I from a source of monochromatic photons along any given path is a fraction of the original intensity I 0 and has the relationship:
これらの様々な相互作用は、概して、理解されており、そして、(例えば、「MCNP」または「PENELOPE」として、当該分野において知られているMonte Carloコンピュータソフトウェアを使用して、)モデリングされ、充分に予想され得るが、これらの様々な相互作用は、(物質の特性を含む)幾何形状全体が特定されることを必要とする。幾何形状が定義されると、これらのソフトウェアのアルゴリズムは、Monte Carlo法と、広範囲の断面積ライブラリ(例えば、National Nuclear Data Center、the Radiation Safety Information Computational Center、およびNuclear Reaction Data Centersによって配信される「ENDF−VI」ライブラリ;該ライブラリは多量のコンピュータ格納空間を必要とし得る)とを使用することにより、特定の問題をシュミレーションする。物質と、物質の物理特性(例えば、密度)および特定の化学的組成と、問題における物質のそれぞれの位置および幾何形状の構成との全てが、充分に定義されない場合には、これらのソフトウェアアルゴリズムは、最適を下回る。 These various interactions are generally understood and are well modeled (eg, using Monte Carlo computer software known in the art as “MCNP” or “PENELOPE”) However, these various interactions require that the entire geometry (including material properties) be specified. Once the geometry is defined, these software algorithms are distributed by the Monte Carlo method and an extensive cross-section library (for example, distributed by National Nuclear Data Center, the Radiation Safety Information Computational Center, and Nuclear Reaction Data Centers. The "ENDF-VI" library; which may require a large amount of computer storage space) simulates a particular problem. If the material, physical properties (eg density) and specific chemical composition of the material, and the location and geometry of each of the materials in question are not fully defined, these software algorithms are Less than optimal.
本発明に従って、同位体識別アルゴリズムが提供され、該同位体識別アルゴリズムは、ユーザが(これまでに知られているか、または今後開発される任意の検出器から提供された)スペクトルデータを取り調べ、かつ、結果に基づいて確かな動作決定を行うことを可能にする。このアルゴリズムは、放射線と周囲の物体との間の相互作用を考慮に入れる。物理学において、断面積の概念は、粒子間の相互作用の可能性を表すために使用される。 In accordance with the present invention, an isotope identification algorithm is provided, which allows a user to interrogate spectral data (provided from any previously known or later developed detector), and This makes it possible to make a reliable operation decision based on the result. This algorithm takes into account the interaction between radiation and surrounding objects. In physics, the concept of cross-sectional area is used to represent the possibility of interactions between particles.
最初に、図1を参照すると、1つの動作環境の可能性が、本発明に従った同位体識別アルゴリズムに対して示されている。参照番号100によって示されたアルゴリズムは、1つ以上の計算リソース200によって実行されるコンピュータソフトウェアによって体現され得る。アルゴリズム100の実行は、以下で「全物質(gross material)」断面積データベース300と呼ばれるデータベースに格納された、アプリオリに決定された断面積データの使用を含む。計算リソース200は、実質的に囲まれた空間を調べる(interrogate)検出器210によって生成されるデータ上で動作する。アルゴリズム100は、任意の特定のタイプの検出器210との使用に限定されないが、それでもやはり、かかる検出器210の例は、珪素、ヨウ化ナトリウム、高純度ゲルマニウム、テルル化亜鉛カドミウム、四臭化トリウム(thorium tetrabromide)、ランタノイド、もしくはハロゲン化アクチノイド(actinide halides)、またはそれらの誘導体に基づいた検出器、または物理的「ゲーティング」もしくは飛行時間に基づいた検出器である。概して、検出器210は、スペクトルを生成する任意の検出器または検出器システムであり得る。計算リソース200は、上で述べられたように、ソフトウェア上で動作するコンピュータであり得るか、または特定用途向け集積回路、プログラマブル論理回路、適切なファームウェアを用いてプログラムされたデジタル信号プロセッサなどを備え得る。
First, referring to FIG. 1, one possible operating environment is shown for an isotope identification algorithm according to the present invention. The algorithm indicated by
検出器210は、関心のある放射性の供給源物質、すなわち、脅威物質を含むか否かを決定するためにスキャニングまたは検査される容器10(1)、10(2)…、または他の本体と関連付けられる放射線を検出するように配置される。用語「容器」は、限定することなく、輸送容器、トラック、鉄道車両、木箱、およびハンドヘルドの容器などのより小さいサイズの容器を含むことを意味されている。検出器210が動作中に通常配置されるように、検出器210は、容器10(1)、10(2)などに対して配置される。検出器の特別な配置または構成は、本明細書に記述された手法を行うためには必要とされない。計算リソース200は、検出器210によって生成されたスペクトルデータを捕捉し、データベース300から導出されたスペクトルデータのライブラリと比較して、スペクトルデータ上でアルゴリズム100を実行することにより、各容器10(1)、10(2)などに放射性の脅威物質が存在するか否かを決定する。さらに、アルゴリズム100は、特定の脅威物質を識別し得る。このようにして、計算リソース200は、脅威物質が容器内に存在するか否かの示度を出力し、そして、特定の脅威物質を識別する情報とを出力する(可能性がある)。(ライブラリスペクトルとも呼ばれる)スペクトルデータのライブラリアは、図3に関して以下で記述される手法に従って計算される。
The
ここで、図2を参照すると、アルゴリズム100が扱う問題の性質が、さらに詳細に記述される。検出器210が通常の動作中に名目上配置されるように、検出器210は、容器10(1)、10(2)などの壁12からある程度離れた距離に配置され得る。壁12はまた、検出器210と(有限でありかつ境界のある)空間14との間の一部の遮蔽デバイスまたはバリアを表し得、該空間14は、有害な放射性物質の存在および識別のためにスキャニングされる。検出器210と空間14との間に、互いから間隔を空けられたいくつかの壁、または互いに間隔を空けられていないいくつかの壁が存在し得るということが理解されるべきである。壁のない一部の用途が存在し得、その場合、壁を考慮に入れる必要はない。本明細書において記述された手法は、壁12のある用途と壁12のない用途との両方において働く。図2に示された例において、脅威物質を含まないか、または取り込んでいない対象20、対象22、および対象24が、空間14に存在するが、対象30は、検出および識別される有害な放射性同位体の脅威物質を含むか、または取り込む。対象20、22、24、および30は、空間14内に任意の構成で緊密に、またはゆるやかに詰め込まれている。検出器と壁14との間の媒体は、空気、水、水蒸気、またはこれらの物質もしくは別の物質の任意の組み合わせであり得る。
Now referring to FIG. 2, the nature of the problem handled by the
本発明に従って、「全物質」の断面積データが、検出器の検出経路に存在することが予想される物質に対して使用される。これは、空間14に存在し、壁12に存在し、および壁12と検出器210との間の媒体に存在する可能性のある物質を含む。一実施形態において、光子の断面積データが単独で使用される。別の実施形態において、中性子の断面積が使用される。さらに別の実施形態において、予想される物質に対する光子の断面積データと中性子の断面積データとの両方が使用される。
In accordance with the present invention, "total material" cross-sectional data is used for materials that are expected to be in the detector's detection path. This includes materials present in the
ここで、図3に参照が行われ、図3は、プロセス80の流れ図を示し、該プロセス80は、スペクトルデータのライブラリを生成するために、アルゴリズム100の実行に先立って、オフラインで実行されるものであり、該スペクトルデータのライブラリと比較して、検出器210によって出力されるスペクトルデータが分析される。82において、プロセス80は、物質の断面積データの類似性に基づいて、検出器の検出経路に存在することが予想される全ての物質を、物質の断面積データの類似性に基づいて少数(10個以下)の所謂「全物質群」に分類することによって開始する。概して、物質群の数は、組み合わせられる群の全てにおける物質の数よりも実質的に少ない。記述の手法の利点が達成されない非常に多くの物質群を有することと、アルゴリズム100が信頼できるほど正確ではないような物質群がほとんど存在しないこととの間のトレードオフが存在する。検出器の検出経路における物質群はまた、本明細書において「遮蔽物質群」と呼ばれる。例えば、第1の物質群は金属であり得、第2の物質群はセラミックであり得、第3の物質群は有機物質であり得るなどである。アルゴリズム100の目的のために考慮される全ての物質が、これらの物質群のうちの1つに類別され、該物質群は、関心のある脅威の供給源物質ではない物質と、関心のある脅威の供給源物質とを含む。次に、84において、全断面積が、その物質群における各物質に対して既知の断面積データまたは利用可能な断面積データを使用して、各物質群に対して選択されることによりその物質群に対する代表的なエネルギー対断面積の曲線を生成する。例えば、図4は、(エネルギーの関数として)5種類の金属物質に対する全光子の断面積データのプロット図の部分を示す。これらの金属物質に対する光子の断面積のプロット図の形状の類似性が、図4から極めて明らかである。このように、これらの金属物質は、同じ物質群(例えば、指定された金属)に分類される。繰り返すために、82において、物質の収集のために断面積データが評価され、物質が断面積の類似性に基づいて分類される。84において、群が確立されると、郡内の物質のうちの1つが「代表的な」物質として選択され、その物質に対する断面積対エネルギーの曲線が、その物質群に対する「代表的な」断面積対エネルギーの曲線として使用される。物質群に対する代表的な物質が、本明細書において「全物質」としても呼ばれる。図4は、5種類だけの金属物質に対する断面積データのプロット図を示す。しかしながら、多数の金属物質が、光子の断面積データの同様なプロット図を有し得るということが理解されるべきである。同様に、物質は、(エネルギーの関数として)物質の中性子の断面積データによって類別され得る。従って、一実施形態において、物質が、光子固有の物質群と中性子固有の物質群とのうちの1つまたは両方に分類され得る。
Reference is now made to FIG. 3, which shows a flow diagram of a process 80 that is performed offline prior to the execution of the
次に、86において、各関心のある供給源物質(すなわち、各放射性同位体)に対して、計算が行われ、該計算は、物質群に対する代表的なエネルギー対断面積の曲線に対するデータを使用して、様々な組み合わせおよび順列(順序)で、物質群の1つ以上と各供給源との相互作用を計算する。例えば、ウランが関心のある供給源物質である場合には、代表的な物質群に対する代表的なエネルギー対断面積の曲線を使用して、(様々な組み合わせおよび順列で)物質群のうちの所望の1つ以上とウランとの相互作用をモデリングする計算が行われることにより、様々な組み合わせおよび順列で物質群のうちの1つ以上の存在に関して検出器によって検出されるように、ウランに対するスペクトルデータの計算を生成する。これらの計算において、電子伝達の効果は、電子伝達モデルに対する公知の計算手法のうちの任意のもの、例えば、MCNPおよびPENELOPEを使用して、(光子の断面積または中性子の断面積のいずれかを)考慮に入れられる。これらの計算は、各関心のある供給源に対して行われ、結果として生じるスペクトルデータは、関心のある供給源に対するスペクトルデータのライブラリを生成するために格納される。 Next, at 86, a calculation is performed for each source material of interest (ie, each radioisotope), which uses data for a representative energy versus cross section curve for the group of materials. Then, the interaction between one or more of the substance groups and each source is calculated in various combinations and permutations. For example, if uranium is the source material of interest, a typical energy versus cross-section curve for a representative group of materials can be used (in various combinations and permutations) Spectral data for uranium as detected by the detector for the presence of one or more of the group of substances in various combinations and permutations by performing calculations that model the interaction of uranium with one or more of Generate a computation of In these calculations, the effect of electron transfer can be determined using any of the known calculation techniques for electron transfer models, such as MCNP and PENELOPE (either photon cross section or neutron cross section). ) Take into account. These calculations are performed for each source of interest, and the resulting spectral data is stored to generate a library of spectral data for the source of interest.
図5は、86における計算がモデリングしていることを図形で描く。特に、(存在が空間14において検出される)各関心のある供給源物質に対して、86における相互作用の計算は、検出器210が、関心のある供給源物質と検出器210との間の様々な組み合わせおよび順列で、関心のある供給源物質が物質群のうちの1つ以上と共に空間に存在するかどうかを生成するスペクトルデータをモデリングする。この計算は、各関心のある物質の供給源に対して行われる。図5は、この概念を例示するために単純化され、検出経路に存在し得る様々な物質のそれぞれに対する概略的な幾何形状と組み合わせとを示す。この方法で、環境に対する供給源スペクトル応答の様々な供給源スペクトル依存度が、データベース300に組み込まれ得る。
FIG. 5 graphically depicts the calculation at 86 being modeled. In particular, for each source material of interest (the presence of which is detected in space 14), the calculation of the interaction at 86 indicates that the
図6に示された流れ図に目を向けると、ここで、アルゴリズム100が詳細に記述される。図6は、流れ図内の機能が、「オンライン」で行われるということを示しており、これは、これらの機能が、データベース300がライブラリの計算スペクトルデータを用いて構成された後と、検出イベントが行われた後とに行われる機能であるということを示すことを意図している。110において、検出イベントの間に検出器によって生成されたデータが捕捉される。次に、120において、一般的に遭遇される物質の断面積パターンを、脅威物質と関連付けられる断面積パターンから選別し、それにより検出器によって出力されたスペクトルデータが脅威物質の存在を示すか否かを決定するために、かつ、その脅威物質を識別するために、スペクトルデータが、図3に関して上に記述されたように生成されたスペクトルデータのライブラリと比較して分析される。この分析は、検出器によって出力されるスペクトルデータに基づいて脅威物質の存在を決定し、かつ、脅威物質を識別するために、現在公知のあらゆるスペクトルパターン適合アルゴリズム、または今後開発されるあらゆるスペクトルパターン適合アルゴリズムを使用することを含み得る。
Turning to the flowchart shown in FIG. 6, the
130において、サインがサインデータ内に存在するか否かが決定され、該サインデータは、120において行われた分析に基づいて、空間14内の脅威物質の存在を示す。存在する場合には、プロセスは、134へ続き、存在しない場合には、プロセスは、132へ続く。132において、非脅威の信号または非脅威の示度が、(可能である場合には)検出された非脅威の放射線物質を識別する情報と共に生成されるか、または信号または警告は生成されない。134において、脅威の警告信号が、(可能である場合には)検出された脅威物質を識別する情報と共に生成される。次に、ユーザは、脅威物質を特定し、かつ、隔離させるためにスキャニングされている容器、または他の本体をより徹底的に調べることを選び得る。140において、次の検出イベントに対する準備が行われる。すなわち、別の容器、または関心のある本体の別の部分に対する準備が行われる。
At 130, it is determined whether a signature is present in the signature data, the signature data indicating the presence of a threat substance in the
132および134における結果は、計算リソース200(図1)における実行アプリケーションの中で表示され得るか、または警告を提供するために、他のハードウェアに送信され得る。さらなる出力は、誤差の測定値と、他の補助的な情報、例えば、相互作用的なプロット図、イメージ、表面、または他のカスタマイズされた視覚化とを含み得る。 The results at 132 and 134 can be displayed in the running application at the computational resource 200 (FIG. 1) or sent to other hardware to provide an alert. Additional outputs may include error measurements and other auxiliary information, such as interactive plots, images, surfaces, or other customized visualizations.
アルゴリズム100を実装するソフトウェアは、任意の適切なコンピュータ言語で書き込まれ得る。一例において、アルゴリズム100は、Interactive Data Language(IDL)と、ENVIとして知られるソフトウェア環境とを使用して書き込まれ、Interactive Data Language(IDL)と、ENVIとの両方が、ITT Corporationによって市販されている。ENVIは、IDLで書き込まれており、マルチスペクトルデータセットおよびハイパースペクトルデータセットの処理、活用、および分析に対する事実上の標準規格となっている。アルゴリズム100に対するソフトウェアは、ENVIソフトウェアパッケージに「プラグイン」として実装され得るが、(例えば、検出器システムの一部分として)大規模なシステムへの組み込みを可能にする他の手法を使用して実装され得る。
Software that implements the
本明細書において記述されたシステムおよび方法は、本発明の精神または本質的な特性を逸脱することなく、他の形式において体現され得る。従って、上記の実施形態は、あらゆる点において、例示と考えられるべきであり、限定することを意味するとして考えられるべきではない。 The systems and methods described herein may be embodied in other forms without departing from the spirit or essential characteristics of the invention. Accordingly, the above embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not as restrictive.
10(1)、10(2) 容器
12 壁
14 空間
20、22、24および30 対象
100 同位体識別アルゴリズム
200 計算リソース
210 検出器
300 「全物質」断面積データベース
10 (1), 10 (2) Container 12
Claims (21)
a.該物質の反応断面積の類似性に基づいて、該検出器の検出経路内にあると予想される物質を複数の物質群のうちの1つに分類することと、
b.それぞれの物質群内の個々の物質の反応断面積から、その物質群におけるエネルギー対反応断面積の曲線を記述する複数のデータのうちのひとつをその物質群の代表的な物質のデータとして選択することと、
c.該関心のある物質に対するスペクトルデータを生成するために、該それぞれの物質群に対する、該エネルギー対反応断面積の曲線を使用して、該物質群のうちの1つ以上と各関心のある物質の光子または中性子との相互作用を計算することと、
d.各関心のある物質に対して計算された該スペクトルデータを含むスペクトルデータのライブラリを生成することと、
e.該空間内の脅威物質の存在を決定するために、該検出器によって生成された該スペクトルデータを該スペクトルデータのライブラリと比較して分析することと
を包含する、方法。 A method of analyzing spectral data generated by a detector that examines a substantially enclosed space for the presence of one or more substances of interest comprising:
a. Classifying a substance expected to be in the detection path of the detector into one of a plurality of substance groups based on the similarity of the reaction cross-sections of the substance;
b. From the reaction cross-sectional area of each material in each material group, select one of a plurality of data describing the curve of energy versus reaction cross section which definitive in that substance group as a representative of materials of the material group To do
c. To generate spectral data for the material of interest, the energy versus reaction cross section curve for the respective material group is used to determine one or more of the material groups and each material of interest. Calculating the interaction with photons or neutrons;
d. Generating a library of spectral data including the spectral data calculated for each substance of interest;
e. Analyzing the spectral data generated by the detector against a library of spectral data to determine the presence of a threat substance in the space.
a.1つ以上の物質群と関心のある放射性物質の光子または中性子との相互作用を表すスペクトルデータのライブラリを格納するデータストレージであって、各物質群は、該検出器の検出経路に存在することを予想される物質を含み、該物質は、同じ物質群内の他の物質と類似する反応断面積を有する、データストレージと、
b.該データストレージに結合された計算リソースであって、該計算リソースは、該スペクトルデータが該空間において関心のある物質の存在を示すか否かを決定するために、該スペクトルデータのライブラリと比較して該スペクトルデータを分析する、計算リソースと
を備えている、システム。 A system for determining the presence of a threat substance of interest in a space based on spectral data generated by a detector that examines the space,
a. A data storage for storing a library of spectral data representing the interaction of one or more substance groups with photons or neutrons of a radioactive substance of interest, each substance group being present in the detection path of the detector A data storage, wherein the substance has a reaction cross-section similar to other substances in the same substance group ;
b. A computational resource coupled to the data storage, wherein the computational resource is compared with the library of spectral data to determine whether the spectral data indicates the presence of a substance of interest in the space. And a computational resource for analyzing the spectral data.
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