JP6357479B2 - 材料の識別方法 - Google Patents

Description

本発明はＸ線またはγ線などの高エネルギー放射線を用いて材料を識別する方法に関し、特に、１つ以上の全原子技術とともにＸ線全原子技術を用いる。

本発明は、とりわけ、内部内容物および／または含有材料の組成についての情報を得ることが望ましい場合に、Ｘ線またはγ線などの高エネルギー放射線を利用して物体をスキャンする装置および方法に関する。

従来のデュアル・エネルギー技術は、液体の密度を識別に用いる。密度を計算するためには、調査するサンプルのサイズの情報が必要である。鞄中の多数のボトルなど、複雑な３次元構造体についてこれを計算するのは非常に困難となり得る。

本発明によれば、第１の態様において、物体の組成を識別および検出するための、物体の放射線検査方法は、
試験対象の物体にＸ線またはγ線などの高エネルギー放射線を照射するとともに、該物体から放出される放射線を適切な検出システムで収集し、この際、該放出される放射線の強度データを試験対象の物体の全体積について収集する工程と、
放射線強度データを数値的に処理して、サンプル内の電子の合計数と相関する第１のデータ項目を取得する工程と、
別の方法を適用して、サンプルの別の特性と相関する第２のデータ項目を取得する工程と、
第１および第２のデータ項目を用いて、サンプルの材料内容物の指標を導出する工程とを備える。

本発明は、放射線測定とともに他の直交技術を用いることによってサンプルを測定する必要をなくすことができる。放射線技術を用いることによって、サンプル内の電子の合計数と相関する第１のデータ項目を導出する。何らかの別の形で同サンプルの特性と相関する、特に好ましくは同サンプルの全ての原子の特性と何らかの別の形で相関する、第２の直交データ項目を、直交技術を用いて生成する。その後、第１および第２のデータ項目を用いて、例えば数値的に共処理して、体積の測定を必要とすることなく、サンプルの材料内容物の指標を導出し得る。

本発明の要点は、電子の合計数の測定と共処理することができる、サンプルの何らかの別の特性のさらなる測定結果とともに、放射線測定を用いて、物体内の電子の合計数と相関するデータ項目を取得して、体積の測定を必要とすることなく材料内容物について推断することにある。この条件を満たす、サンプルの任意の第２の特性を想定し得る。

例えばサンプルの第２の特性を、物体内の電子の合計数と相関する第１のデータ項目とともに数値的に処理し得るものとし、これによりそれぞれの体積のデータ項目への寄与を打ち消し得るようにすると好都合である。両データ項目を、調査する体積で積分した合計数として導出し、サンプルの体積を把握する必要がなくなるようにすると好都合である。例えば、サンプルの第２の特性はサンプルの全ての原子の特性と何らかの形で相関すると好都合である。ある特定の場合、サンプルの第２の特性は物体内の核子の合計数と相関すると好都合である。

安定同位体の標準グラフである。

好都合な実施形態では、第１のデータ項目および第２のデータ項目を数値的に共処理して比を生成し、この比を用いてサンプルの材料内容物について推断する。

放射線は、電離放射線などの高エネルギー放射線、例えばＸ線および／またはγ線などの高エネルギー電磁放射線からなることが好ましく、そのスペクトルの放射線の検出に対応するよう検出システムを構成する。放射線は、例えば、広範なエネルギーにわたる広帯域スペクトル放射を生じることが可能な広帯域Ｘ線源またはγ線源などの広帯域線源から発生するものである。

本発明の方法によれば、放射線技術を用いて、サンプル内の電子の合計数と相関する第１のデータ項目を導出する。これは、特に、透過強度情報を収集し、物体による減衰の測定結果を導出して、サンプル内の電子の合計数の測定値を導出することにより行い得る。

Ｘ線が媒体を通過する際、Ｘ線が減衰し得る様式として主に以下の２つの様式がある。
・低エネルギーでは、光子エネルギーを原子の軌道に乗る電子に伝達する光電効果の影響が大きくなる。
・より高いエネルギーでは、光子が原子の周囲の電子を散乱させるコンプトン散乱が起こる。

いずれのプロセスも、同じ割合ではないが、Ｘ線の経路内の電子数に依存する。例えば、低エネルギーでは、原子番号が約１０を超える材料の場合、電子殻効果が働く。そのため、ビーム中の電子数への吸収の依存は、エネルギーにも依存する。

本発明は、この現象を利用して（このＸ線陰影技術を用いて）サンプル内の電子の合計数の測定値を取得し、その後この情報を直交技術とともに用いて材料識別情報を収集する方法に関する。

Ｘ線陰影技術の一実施形態では、物体全体に広帯域Ｘ線ビームを照射し、アレイ検出器で強度情報を収集する。

体積全体の情報を集める別の実施形態は、ベルト上にサンプルを載せた状態で、物品全体をスキャンする単一の移動式検出器、すなわち多数のピクセルのリニアアレイ、を用いる大型の単一検出器から、サンプル全体を同時に捉える二次元アレイ検出器まで様々である。

何らかの実施形態によって照合された、サンプル全体にわたるＸ線情報を用いて、全ての検出器にわたる吸収を積分することにより電子計測数を計算し得る。

第１の近似値として、任意のエネルギーにおけるある材料の線減衰係数（μ）は、
である。
βを電子密度ρ_ｅに対する比例定数とすると、
である。
入射強度Ｉ_０を有する厚さｔの媒体から生じる任意のエネルギーのビームの出力強度Ｉのランベルト・ベールの式では、透過率Ｔは
で表される。
両辺の対数をとって先の式を線減衰係数に代入すると、
となる。
面積ＡにわたるＸ線を収集すると、その面積にわたって積分することができる。
ただし、
であり、
である。
ここで、Ｖは調査するサンプルの体積であり、Ｎ_ｅはサンプル内の電子数である。したがって、
となる。
そのため、βを取得するようシステムを較正した場合、サンプル内の電子数を一連の透過率測定によって計算することができる。

その後、本発明の方法は、直交法を用いてサンプルの別の特性と相関する第２のデータ項目を取得し、これを測定した電子数とともに用いてサンプルの材料内容物の指標を導出する。例えば、サンプルの第２の特性がサンプルの全ての原子の特性と何らかの形で相関すると好都合である。この第２の方法の最も単純な事例は、単一測定であり得、または同様に、物体の全体的な特性の測定値をもたらす、多数のサブ測定値の積分であり得る。これらのサブ測定値は、個々のＸ線経路の測定値に対応して用いられる場合、物体内の不均一性の確認に有用となり得る。

ある特定の場合、サンプルの第２の直交特性の一例は、物体サンプル内の核子の合計数である。直交法の一例は、サンプルの重量を測定することである。これにより、サンプル内の核子（陽子および中性子）の合計数を効果的に得ることができる。電子の数は原子中の陽子の数と一致するため、核子数と電子数の差は、中性子の数の指標をもたらす。図１の安定同位体の標準グラフに示されるように、陽子と中性子の比により元素を判別する方法がもたらされる。

サブ測定直交法の一例は、質量サブ測定システムを用いて物体にわたる質量プロファイルをマッピングすることである。

Claims (10)

1. 物体の組成を識別および検出するための、物体の放射線検査方法であって、
   試験対象の物体にＸ線またはγ線などの高エネルギー放射線を照射するとともに、該物体から放出される放射線を適切な検出システムで収集し、この際、該放出される放射線の強度データを試験対象の物体の全体積について収集する工程と、
   全体の検出面積にわたり積分した放射線の吸収から導かれる計算を実行することにより、前記放射線の強度データを数値的に処理して、前記試験対象の物体の全体積内の電子の合計数Ｎｅと相関する第１のデータ項目を取得する工程であり、
   該計算が、
   一連の透過率測定を実行し、次式の関係
   ここで、Ｉは、媒体から生じる、入射強度Ｉ０のビームにおける出力強度である、
   に従って、放射線の透過率Ｔを求める工程と、
   次式の関係
   ここで、βは、比例定数としてセットされたものである、
   に従って、全体の検出面積Ａにわたり積分を行い、それによって、試験対象の物体の全体積内の電子の合計数Ｎｅと相関する積を求める工程とを備える、工程と、
   別の方法を適用して、前記試験対象の物体の全体積の別の特性と相関する第２のデータ項目を取得する工程と、
   前記第１および前記第２のデータ項目を用いて、前記試験対象の物体の全体積の材料内容物の指標を導出する工程とを備える方法。
2. 前記放射線の強度データを数値的に処理して、全体の検出面積にわたり積分した放射線の吸収から導かれる計算を実行することにより前記試験対象の物体の全体積内の電子の合計数と相関する第１のデータ項目を取得する工程を備え、
   該計算が、
   一連の透過率測定を実行し、次式の関係
   ここで、Ｉは、厚さｔ、線減衰係数μの媒体から生じる任意のエネルギーにおける、入射強度Ｉ０のビームにおける出力強度である、
   に従って、放射線の透過率Ｔを求める工程と、
   次式の関係
   ここで、βは、電子密度ρｅに対する比例定数としてセットされたものである、
   に従って、全体の検出面積Ａにわたり積分を行う工程と、
   これらから、次式の関係
   に従って、試験対象の物体の全体積内の電子の合計数Ｎｅを求める工程とを備える、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２のデータ項目を、前記試験対象の物体の全体積の全ての原子の特性と相関するよう選択する、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記第２のデータ項目を、電子の合計数の測定値と共処理し得るものとして選択して、体積の測定を必要とすることなく、前記材料内容物について推断する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記第２のデータ項目を、前記物体内の電子の合計数と相関する前記第１のデータ項目とともに数値的に処理し得るものとして選択し、それぞれの体積の前記データ項目への寄与を打ち消し得るようにする、請求項４に記載の方法。
6. 両データ項目を、調査する体積で積分した合計数として導出し、前記試験対象の物体の全体積の体積を把握する必要がなくなるようにする、請求項５に記載の方法。
7. 前記第２のデータ項目が前記物体内の核子の合計数と相関する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記第１のデータ項目および前記第２のデータ項目を数値的に共処理して比を生成し、この比を用いて前記試験対象の物体の全体積の材料内容物について推断する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記放射線が高エネルギー電離放射線からなる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記放射線が広帯域Ｘ線源またはγ線源から発生する、請求項９に記載の方法。