JP6678602B2 - 散乱スペクトルおよび透過スペクトルを使用して回折法によって物体を解析するための方法およびシステム - Google Patents
散乱スペクトルおよび透過スペクトルを使用して回折法によって物体を解析するための方法およびシステム Download PDFInfo
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Description
dhkl:照射される結晶の結晶面の間の面間間隔、
{hkl}:ミラー指数(Miller indices)、
θ:散乱角度、すなわち解析された、散乱された光線と照射された結晶上に入射したビームの間で形成される角度、
h:プランク定数、
c:光速、
n:干渉の次数である。
イオン化放射の源によって放出される、好ましくは一次コリメータによって平行にされた投射ビームを使用して物体を照射するステップと、
検出装置を使用して回折された放射を検出するステップであって、その検出装置は、
ここでは分光検出器と称される、所与の散乱角度で散乱された放射のエネルギースペクトル(またはエネルギーのスペクトル)を見出すように構成された検出器であって、すなわち検出器は
物体によって散乱された放射と相互作用することが可能であって、物体に対して近い側で検出面といわれるものを有する検出器材料、および
光子の検出器材料との各相互作用によって解放されたエネルギーを計測し、かつ少なくとも1つのエネルギースペクトルを見出すように構成された分光分析計測手段を含む、検出器、および
検出コリメータといわれ、検出器と関連するコリメータであって、検出器および検出コリメータは、検出軸Dが投射ビームの中心軸Zと散乱角度θを形成するように配列される、コリメータを含む、検出するステップと、
探し求める物質のエネルギースペクトルと比較することによって計測されたスペクトルまたは複数のスペクトルを解析するステップとが、このように知られている。
− 電磁放射の源を使用して、入射する光子放射によって物体を照射するステップと、
− 計測された散乱スペクトルといわれる、1°と15°の間に含まれる所与の角度θで物体によって散乱されたエネルギースペクトルを、散乱のために配置された分光検出器を使用して取得するステップとを含む。
− 計測された透過スペクトルといわれる、物体によって透過されたエネルギーのスペクトルを、透過のために配置された分光検出器を使用して取得し、透過のために配置された分光検出器は、計測された散乱スペクトルを取得するために使用される分光検出器とすることができ、そして手動で、または機械的に情報技術によって構成された手段を使用して自動的に、のいずれかでその2つの取得動作の間を移動され、変形としては、追加の分光検出器を含む検出システムが使用され、よって、その分光検出器は、透過のために恒久的に配置され、計測された透過スペクトルの取得に専用である、取得するステップと、
− 計測された散乱スペクトルおよび計測された透過スペクトルの両方に基づき、シグネチャといわれ、物体を表す関数を再構築するステップと、
− 物体を構成する材料を識別する目的で、そのように再構築されたシグネチャを、データベース中に格納された検定材料のシグネチャと比較するステップとをさらに含むことを特徴とする。
− 透過スペクトルといわれる、透過のために配置された分光検出器によって計測されたスペクトルであって、このスペクトルは、源によって調べる物体中に放出された放射を表す、計測されたスペクトルと、
− 所与の散乱角度に対して散乱された放射のエネルギーと物体の放射の弾性散乱に特徴的なパラメータ、具体的に運動量移行の間に関係を確立する角度応答関数とが考慮されて、生成される。
物体を照射して計測された透過スペクトルを取得するステップと、
計測された透過スペクトルから物体の第1の特性を決定するステップであって、物体のこの第1の特性は、形態、寸法、減衰コントラスト、物体を構成する材料の実効原子番号Zeffとすることができる、決定するステップと、
物体の第1の特性に関する、物体が考えられる用途に対して不審である可能性がある材料を含むということを表現する、少なくとも1つの疑惑基準を満たしていることを検証するステップであって、それゆえ、たとえば、手荷物中で爆発物を探し求めることなど、安全保障の分野に関する用途の場合、疑惑基準は、物体が、その第1の特性が爆発性の材料の特性と同様である材料を含むことを表現し、乳房中の腫瘍を探し求めることなど、医療用途の場合、疑惑基準は、物体が、その第1の特性が、がん組織の特性に近い材料を含むということを表現する、表現するステップとを含む。疑惑基準は、好ましくは、物体が、その中では、考えられる用途に関して不審である可能性があり、かつ物体が、その外側では不審でないと考えられる、第1の特性に関する値の範囲を定義するものである。よって、疑惑基準を満たしていることを検証するステップは、物体について決定された第1の特性と、考えられる用途に関する値の事前に定義された範囲とを比較するステップを含む。
物体を照射して計測された散乱スペクトルを取得するステップと、
以前に述べたように、計測された散乱スペクトル(この第2の部分の間に取得される)に、および計測された透過スペクトル(第1の部分の間に取得される)に基づき、物体のシグネチャを再構築するステップと、
物体を構成する材料を識別する目的で、物体の第1の特性およびそのシグネチャを、データベース中に格納された検定材料の特性およびシグネチャと比較するステップとを含む。
− 光子放射の源と、
− 解析する物体のための受け入れゾーンと、
− 計測された散乱スペクトルといわれる、1°と15°の間に含まれる散乱角度θで物体によって散乱されたエネルギースペクトルを取得するために、この物体の受け入れゾーンの下流に散乱のために配置された分光検出器とを含む。
− 計測された透過スペクトルといわれる、物体によって透過されたエネルギーのスペクトルであって、そのスペクトルは、物体受け入れゾーンの下流に透過のために配置された追加の分光検出器によって、または前のパラグラフで言及した(計測された散乱スペクトルを取得するように働き)、かつ前もって透過のために配置された検出器によって、のいずれかで取得することができる、スペクトルと、
− 計測された散乱スペクトルから、および計測された透過スペクトルから、シグネチャといわれ、物体を表す関数を再構築するための手段、および物体を構成する材料を識別する目的で再構築されたシグネチャをデータベース中に格納された検定材料のシグネチャと比較するための手段を含むコンピュータ処理手段とを含むことを特徴とする。
それは、前に述べたように、透過のために配置された追加の分光検出器を含む。
コンピュータ処理手段は、逆問題タイプのアプローチに基づく方法を実施するように構成される。
コンピュータ処理手段は、検出システムの全体的な応答行列を推定するように構成される。
コンピュータ処理手段は、推定された減衰した入射スペクトルから、さらにまた検出システムの較正された角度応答行列から、場合によっては、散乱のために配置された分光検出器の較正された応答行列から、および透過のために配置された分光検出器の較正された応答行列から検出システムの全体的な応答行列(A)を推定するように構成される。
コンピュータ処理手段は、透過について計測されたスペクトルを使用して、物体によって減衰された入射スペクトルを推定するように構成される。
放射源は多色である。
放射源は、X線の源である。
散乱のために配置された分光検出器は、入射する放射の中心軸から、1°と10°の間に、好ましくは1°と5°の間に含まれる散乱角度θによって形成される検出軸をもたらすように構成される。
検出システムは、中心軸Zに沿って源によって放出された放射を平行にするために、源コリメータといわれ、光子放射源と物体受け入れゾーンの間に配置された第1のコリメータを含む。
検出システムは、散乱コリメータといわれ、物体受け入れゾーンと散乱のために配置された分光検出器の間に第2のコリメータを含み、その散乱コリメータは、入射中心軸Zから散乱角度θに中心視準軸Dを有し、その散乱角度θは、好ましくは1°と5°の間に含まれる。
使用される分光検出器は、直接変換センサであり、すなわちセンサ上に入射するX光子が半導体(たとえばCdTe)によって吸収され、電子電荷の雲(通常60keVの1つのX光子について10000電子)を生成する。次いで、これらの電荷は、電極によって収集され、パルスと呼ばれる過渡的な電気信号を形成する。収集が完全な場合、各検出された粒子について計測されたパルスの積分は、半導体中に蓄積されたそのエネルギーに比例する。電子回路によって、この積分を計測することが可能になる。デジタル化の後、同じエネルギーの光子の異なる計測値が合計され、それによって、照射された物体と相互作用したX線のスペクトルを再構築することが可能になる。
コンピュータ処理手段は、
計測された透過スペクトルに基づき、物体の第1の特性を決定するための手段と、
物体について前に決定された第1の特性に関して、物体が考えられる用途に対して不審である可能性がある材料を含んでいるということを表現する疑惑基準を、たとえば考えられる用途に関する値の事前に定義された範囲と第1の特性を比較することによって、検証するための手段とを含む。
X線管など、イオン化放射の多色源1と、
源1からの放射を中心軸Zの投射ビームに導くことを可能にする源コリメータ2と、
解析する物体のための受け入れゾーン4と、
視準軸Dを有する散乱コリメータ5と、
散乱のために配置された分光検出器6であって、検出器6は、たとえば2.5に等しい(縮尺が合っていないが図3に示す)散乱角度θ(入射軸Zと視準および検出の軸Dの間の角度)で回折された放射を検出するように、散乱コリメータ5と関連付けられ、散乱のために配置された分光検出器6は、散乱のために計測されるスペクトル(エネルギーの)を、すなわち方向Dで物体によって回折された放射のエネルギースペクトルを見出すように構成され、好ましくは、散乱のために配置された分光検出器6は、CdTeまたはCdZnTeを用いた検出器など、半導体材料ベースの検出器である、分光検出器6と、
透過のために配置された分光検出器7であって、それは、計測された透過スペクトル(エネルギーの)を、すなわち方向Zで物体によって透過された放射のエネルギースペクトルを見出すように構成され、好ましくは、透過のために配置された分光検出器7は、CdTeまたはCdZnTeを用いた検出器など、半導体材料の検出器である、分光検出器7と、
分光検出器6および7によって供給された計測されたスペクトルを処理するためのコンピュータ処理手段8とを含む。
g=(REd×Sinc×Att)・Rθ・f=A・f
ただし:
h=REt・(Sinc×Att)
ただし:
h=REt・(Sinc×Att)
と書くことができる。
A=(REd×h)・Rθ=(REd×(REt・(Sinc×Att)))・Rθ
である。
Claims (10)
- 検出システムを使用して物体を解析する方法であって、
− 物体を入射する光子放射によって照射するステップと、
− 計測された散乱スペクトルといわれる、1°と15°の間に含まれる散乱角度(θ)で物体によって散乱されたエネルギースペクトルを、散乱のために配置された分光検出器(6)を使用して取得するステップと、
− 計測された透過スペクトルといわれる、物体によって透過されたエネルギーのスペクトルを、透過のために配置された分光検出器(7)を使用して取得するステップと、
− 減衰した入射スペクトル(Sinc×Att)を、計測された透過スペクトルから推定するステップと、
− 検出システムの全体的な応答行列(A)を構築するステップであって、全体的な応答行列(A)が、散乱のために配置された分光検出器によって検出されたエネルギーと運動量移行の間に関係を確立し、全体的な応答行列(A)が、2つの次式の1つに基づいて構築され、
A=(R Ed ×S inc ×Att)・R θ
A=(R Ed ×(R Et ・(S inc ×Att)))・R θ
ここで、R θ は、検出システムの角度応答行列であり、R Ed は、散乱のために配置された分光検出器(6)の応答行列であり、R Et は、透過のために配置された分光検出器(7)の応答行列であり、S inc ×Attは、減衰した入射スペクトルである、ステップと、
− 散乱シグネチャといわれ、物体を表す関数(f)を、全体的な応答行列(A)を用いて再構築するステップと、
− 物体を構成する材料を識別する目的でそのように再構築されたシグネチャをデータベース中に格納された検定材料のシグネチャと比較するステップとを含む、解析方法。 - 逆問題タイプのアプローチに基づく方法を使用して、検出システムの全体的な応答行列(A)から散乱シグネチャを再構築することを特徴とする、請求項1に記載の解析方法。
- 散乱のために配置された分光検出器(6)が、1°と5°の間に含まれる散乱角度(θ)を形成するように構成されることを特徴とする、請求項1または2に記載の解析方法。
- 散乱のために配置された分光検出器(6)の応答行列(REd)を較正する第1の事前ステップと、透過のために配置された分光検出器(7)の応答行列(REt)を較正する第2の事前ステップと、検出システムの角度応答行列(Rθ)を較正する第3の事前ステップとを含み、
これら第1、第2および第3の事前の較正するステップが、「オフライン」で実施されることを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の解析方法。 - 較正する第1および第2の事前ステップが、モンテカルロタイプのシミュレーションソフトウェアアプリケーションを使用するシミュレーションによって実施されることを特徴とする、請求項4に記載の解析方法。
- シミュレーションによって得られた、透過のために配置された分光検出器(7)の応答行列が、ガンマ線の源によって照射された検定材料によって透過されたスペクトルの少なくとも1つの計測を使用して改良されるのと同じ方法で、シミュレーションによって得られた、散乱のために配置された分光検出器(6)の応答行列が、ガンマ線の源によって照射された検定材料によって散乱されたスペクトルの少なくとも1つの計測を使用して改良されることを特徴とする、請求項5に記載の解析方法。
- 物体を解析するための検出システムであって、
− 光子放射の源(1)と、
− 解析する物体の受け入れのためのゾーン(4)と、
− 計測された散乱スペクトルといわれる、1°と15°の間に含まれる散乱角度(θ)で物体によって散乱されたエネルギースペクトルを取得するために、光子放射源(1)から見て物体受け入れゾーン(4)の下流に、散乱のために配置された分光検出器(6)とを含む検出システムにおいて、
− 計測された透過スペクトルといわれる、物体によって透過されたエネルギーのスペクトルを取得するために配置された検出手段(7)と、
− コンピュータ処理手段(8)であって、
− 減衰した入射スペクトル(Sinc×Att)を、計測された透過スペクトルから推定し、
− 検出システムの全体的な応答行列(A)を構築し、全体的な応答行列(A)が、散乱のために配置された分光検出器によって検出されたエネルギーと運動量移行の間に関係を確立し、全体的な応答行列(A)が、2つの次式の1つに基づいて構築され、
A=(R Ed ×S inc ×Att)・R θ
A=(R Ed ×(R Et ・(S inc ×Att)))・R θ
ここで、R θ は、検出システムの角度応答行列であり、R Ed は、散乱のために配置された分光検出器(6)の応答行列であり、R Et は、透過のために配置された分光検出器(7)の応答行列であり、S inc ×Attは、減衰した入射スペクトルであり、
− 散乱シグネチャといわれ、物体を表す関数(f)を、全体的な応答行列(A)を用いて再構築し、
− 物体を構成する材料を識別する目的で再構築されたシグネチャ(f)をデータベース中に格納された検定材料のシグネチャと比較するためのコンピュータ処理手段(8)とを含む、検出システム。 - 計測された透過スペクトルを取得するために追加の分光検出器を含むことを特徴とする、請求項7に記載の検出システム。
- コンピュータ処理手段(8)が、逆問題タイプのアプローチに基づく方法を実施して、検出システムの全体的な応答行列(A)からシグネチャ(f)を再構築するように構成されることを特徴とする、請求項7または8に記載の検出システム。
- 散乱のために配置された分光検出器(6)が、1°と5°の間に含まれる散乱角度(θ)を形成するように構成されることを特徴とする、請求項7から9のいずれか一項に記載の検出システム。
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