JP7219442B2

JP7219442B2 - Nuclear material detector

Info

Publication number: JP7219442B2
Application number: JP2018181563A
Authority: JP
Inventors: 政夫米田; 暢輔藤
Original assignee: Japan Atomic Energy Agency
Current assignee: Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 2018-09-27
Filing date: 2018-09-27
Publication date: 2023-02-08
Anticipated expiration: 2038-09-27
Also published as: JP2020051895A

Description

本発明は、核物質が発する放射線を検出することによって試料中の核物質を検知する核物質検知装置に関する。 The present invention relates to a nuclear material detection apparatus that detects nuclear material in a sample by detecting radiation emitted by the nuclear material.

核物質（核分裂物質）が発する中性子を認識することによって、核物質を検知する技術が知られている。中性子は物質透過性が高いため、これによって手荷物、コンテナ、車両等の内部に存在する核物質を検知することもできる。図１１は、このような核物質検知方法の原理を模式的に説明する図である。 A technique for detecting nuclear material by recognizing neutrons emitted from the nuclear material (fission material) is known. Because neutrons are highly permeable to matter, they can also be used to detect nuclear matter inside baggage, containers, vehicles, and the like. FIG. 11 is a diagram schematically explaining the principle of such a nuclear material detection method.

ここでは、容器１００の内部に、核物質の存在の有無が検知される対象となる試料Ｓが収容されている。中性子源１１０から発せられた中性子線１２０（一次中性子）は、容器１００を透過して試料Ｓに照射される。これによって、試料Ｓ側から発せられる中性子として、一次中性子が試料Ｓによって散乱された成分である一次中性子成分１３０と、試料Ｓ中に核物質が存在する場合に一次中性子によって核物質が核反応を起こしたために発生した中性子（二次中性子）による二次中性子成分１４０とが存在する。容器１００の外部の中性子検出器１５０は、一次中性子成分１３０、二次中性子成分１４０を共に検出し、特に二次中性子成分１４０を有意に認識した場合には、試料Ｓに核物質が存在すると判定することができる。一方、一次中性子成分１３０は、試料Ｓにおける核物質の有無に関わらず存在する。なお、図１１においては便宜上一次中性子成分１３０と二次中性子成分１４０の向きは異なって示されているが、これらが発せられる向きは特に変わらず、実際にはこれらは混在している。 Here, the container 100 accommodates a sample S whose presence or absence of nuclear material is to be detected. A neutron beam 120 (primary neutrons) emitted from the neutron source 110 is transmitted through the container 100 and irradiated to the sample S. As a result, the neutrons emitted from the sample S side are the primary neutron component 130, which is a component in which the primary neutrons are scattered by the sample S, and the nuclear material caused by the primary neutrons to cause a nuclear reaction when the nuclear material is present in the sample S. There is a secondary neutron component 140 due to neutrons (secondary neutrons) generated due to the occurrence. The neutron detector 150 outside the container 100 detects both the primary neutron component 130 and the secondary neutron component 140. In particular, when the secondary neutron component 140 is significantly recognized, it is determined that the sample S contains nuclear material. can do. On the other hand, the primary neutron component 130 exists regardless of the presence or absence of nuclear material in the sample S. In FIG. 11, the directions of the primary neutron component 130 and the secondary neutron component 140 are shown to be different for the sake of convenience.

中性子検出器１５０は、これに入射した中性子を検出することができるが、検出した中性子が一次中性子成分１３０、二次中性子成分１４０のどちらであるかを判定することは容易ではない。上記のような二次中性子成分１４０を認識することにより核物質を検知するための手法として、例えばＤＤＴ（ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＤｉｅ－ＡｗａｙＴｅｃｈｎｉｑｕｅ）法が知られている。ＤＤＴ法においては、上記の中性子線１２０として、持続時間の短いパルス（短パルス）状に発せられた中性子線が用いられる。図１２は、こうした場合における中性子検出器１５０のカウント数（対数表示）の時間経過を模式的に示す。この場合においては、中性子線１２０が制御された短パルス状に発せられれば、一次中性子成分１３０は、図１２においては短い時定数で減衰する破線（１）の成分として観測される。一方、一次中性子による核反応は一次中性子の入射後の一定の時間にわたり発生するため、二次中性子成分１４０は一次中性子成分１３０から遅延して検出され、図１２においては長い時定数で減衰する点線（２）の成分として観測される。実際にはこの（１）の成分と（２）の成分とは中性子検出器１５０で区別されずに検出されるため、こうした成分が混在する場合には、実際の検出結果は、図１２において（１）と（２）が共に含まれる実線で示されるような特性となる。 The neutron detector 150 can detect neutrons incident on it, but it is not easy to determine whether the detected neutrons are the primary neutron component 130 or the secondary neutron component 140. As a technique for detecting nuclear material by recognizing the secondary neutron component 140 as described above, for example, the DDT (Differential Die-Away Technique) method is known. In the DDT method, neutron beams emitted in the form of pulses with a short duration (short pulses) are used as the neutron beams 120 described above. FIG. 12 schematically shows the passage of counts (logarithmically) of the neutron detector 150 in such a case. In this case, if the neutron beam 120 is emitted in a controlled short pulse, the primary neutron component 130 is observed as the dashed line (1) component in FIG. 12 that decays with a short time constant. On the other hand, since the nuclear reaction by primary neutrons occurs over a certain period of time after the primary neutrons are incident, the secondary neutron component 140 is detected with a delay from the primary neutron component 130, and in FIG. It is observed as a component of (2). Actually, the components (1) and (2) are detected without being distinguished by the neutron detector 150. Therefore, when such components are mixed, the actual detection result is shown in FIG. The characteristics are as indicated by the solid line that includes both 1) and (2).

実際には図１２における（１）の成分の最大強度は（２）の成分の最大強度よりも桁違いに大きいため、特に（２）の成分のみを認識することは一般的には容易ではない。ＤＤＴ法においては、中性子線１２０（一次中性子）を短パルス状とし、（１）と（２）における時定数の違いを考慮し、中性子線１２０がオフとなった後で（１）の成分が十分に減衰した後で支配的となった（２）の成分を検出する。これによって二次中性子成分１４０を認識することができる。こうした技術は、例えば非特許文献１に記載されている。 In fact, the maximum intensity of the component (1) in FIG. 12 is much larger than the maximum intensity of the component (2), so it is generally not easy to recognize only the component (2). . In the DDT method, the neutron beam 120 (primary neutrons) is short-pulsed, and considering the difference in time constant between (1) and (2), after the neutron beam 120 is turned off, the component of (1) is Detect the component (2) that becomes dominant after sufficiently attenuating. Thereby, the secondary neutron component 140 can be recognized. Such a technique is described in Non-Patent Document 1, for example.

ただし、（２）の成分も時間経過と共に指数関数的に減衰するという点は（１）の成分と同様であるため、中性子線１２０がオフとなってからの時間経過が長くなった場合には、（１）に対する相対的な（２）の成分の検出強度(カウント数）は大きくなるものの、（２）の成分の絶対的な検出強度は大きく減少する。このため、（２）の成分を十分な検出強度で検出するためには、中性子線１２０（一次中性子）のパルス幅を十分に短く制御することにより（１）の成分が十分早く減衰するようにした上で、比較的短い時間経過の後に検出を行う必要がある。 However, the point that the component of (2) also decays exponentially over time is the same as the component of (1), so if the time elapsed after the neutron beam 120 is turned off , the relative detection intensity (count number) of the component (2) with respect to (1) increases, but the absolute detection intensity of the component (2) greatly decreases. Therefore, in order to detect the component (2) with sufficient detection intensity, the pulse width of the neutron beam 120 (primary neutrons) is controlled to be sufficiently short so that the component (1) attenuates sufficiently quickly. After that, the detection should be performed after a relatively short period of time.

ただし、電子線やＸ線等と比べて、中性子を短時間のパルス状に制御して発することは容易ではない。一般的にはこのようにパルス状に制御された中性子線１２０を発する中性子源としては加速器を用いて中性子を発するものや、より小型の中性子発生管が知られている。しかしながら、加速器は大型かつ非常に高価な設備となるため、この場合には核物質検知装置全体が非常に大型かつ高価となる。中性子発生管は、加速器を用いた場合よりも小型となるが、非常に高価であり、かつパルス形状の中性子線を安定して発生させることは困難である。一方、上記のように手荷物等の内部の核物質の検知を行うための核物質検知装置としては、小型で移動可能であり、かつ安定した測定が可能なものが望ましく、このような中性子源を用いたものは適さない。 However, compared to electron beams, X-rays, etc., it is not easy to control and emit neutrons in short-time pulses. Generally, as a neutron source that emits pulse-controlled neutron beams 120 in this way, one that emits neutrons using an accelerator and a smaller neutron generator tube are known. However, since the accelerator is a large-sized and very expensive facility, in this case, the whole nuclear material detection device becomes very large-sized and expensive. A neutron generator tube is smaller than an accelerator, but it is very expensive and it is difficult to stably generate pulsed neutron beams. On the other hand, as a nuclear material detection device for detecting nuclear material inside baggage etc. as described above, it is desirable to have a small, portable, and stable measurement. The one used is not suitable.

このため、特許文献１には、加速器や中性子発生管を利用せずに同様の分析を行う核物質検知装置が記載されている。この装置においては、測定対象となる試料及び中性子検出器は中性子減速材で囲まれる。一方、放射性同位体（Ｃｆ－２５２等）で構成された安価かつ小型の中性子線源が回転する円板に装着され、回転に応じて中性子減速材内部の試料に近接する。この中性子線源は中性子を連続的に発するが、上記の構成により、回転の際に中性子が中性子減速材の内部に留まる時間を例えば１ｍｓ程度に制限することができ、前記のパルス状の一次中性子を疑似的に実現することができる。このため、この時間の経過後に中性子検出器で検出された成分は、前記の二次中性子成分１４０（図１２における（２）の成分）となり、この試料における核物質の検知をすることができる。この技術においては、試料を囲む中性子減速材と、回転により移動する中性子線源を用いて上記のような疑似的なパルス状の一次中性子を実現するため、前記のような大型、高価な中性子源を用いた場合と比べて、これによって小型、安価な核物質検知装置を得ることができる。 For this reason, Patent Literature 1 describes a nuclear material detection device that performs similar analysis without using an accelerator or a neutron generator tube. In this device, the sample to be measured and the neutron detector are surrounded by a neutron moderator. On the other hand, an inexpensive and compact neutron source composed of a radioactive isotope (Cf-252, etc.) is mounted on a rotating disk, and approaches the sample inside the neutron moderator as it rotates. This neutron beam source continuously emits neutrons, but with the above configuration, the time during which neutrons stay inside the neutron moderator during rotation can be limited to, for example, about 1 ms, and the pulsed primary neutrons can be simulated. Therefore, the component detected by the neutron detector after this time has passed becomes the secondary neutron component 140 (component (2) in FIG. 12), and the nuclear material in this sample can be detected. In this technique, a neutron moderator surrounding the sample and a neutron beam source that moves by rotation are used to realize the pseudo pulsed primary neutrons as described above. This makes it possible to obtain a small and inexpensive nuclear material detection device as compared with the case of using .

「Ｎｅｗｔｒｏｎｄｉｅａｗａｙｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｃｒｉｔｉｃａｌｌｙｓａｆｅｔｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｏｆｆｉｓｓｉｌｅｗａｓｔｅ」、Ｃｏｏｐ．Ｋ．Ｌ、ＬｏｓＡｌａｍｏｓＮａｔｉｏｎａｌＬａｂｏｒａｔｏｒｙ、ＬＡ－ＵＲ－８９－２１２４（１９８９年）"Newtron dieaway methods for critically safety measurements of fissile waste", Coop. K. L. Los Alamos National Laboratory, LA-UR-89-2124 (1989)

特開平２－１５７６９６号公報JP-A-2-157696

特許文献１に記載の核物質検知装置においては、中性子減速材で囲まれた内部における中性子の滞在時間（例えば１ｍｓ後）は、加速器を用いた中性子源や中性子発生管におけるパルス長よりも桁違いに長い。このため、前記のように、図１２における（１）の成分が十分に減衰してから検出を行った場合には、（２）の成分も大きく減衰した。このため、この核物質検知装置は小型となるものの、この装置における二次中性子の検出強度（カウント数）は非常に低くなり、核物質を高精度で検知することは困難であった。 In the nuclear material detection device described in Patent Document 1, the residence time of neutrons in the interior surrounded by the neutron moderator (for example, after 1 ms) is an order of magnitude greater than the pulse length in a neutron source using an accelerator or a neutron generator tube. to long. Therefore, as described above, when detection was performed after the component (1) in FIG. 12 was sufficiently attenuated, the component (2) was also greatly attenuated. For this reason, although this nuclear material detection apparatus is small, the secondary neutron detection intensity (count number) in this apparatus is extremely low, making it difficult to detect nuclear material with high accuracy.

このため、小型の装置を用いて核物質を高精度で検知できることが望まれた。 Therefore, it has been desired to be able to detect nuclear material with high accuracy using a small-sized device.

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an invention that solves the above problems.

本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の核物質検知装置は、試料における核物質を検知する核物質検知装置であって、前記核物質に核反応を発生させる一次放射線を連続的に発する放射線源と、前記一次放射線が照射された前記試料から発せられた放射線を検出する放射線検出器と、前記放射線源と前記試料との間の距離を前記距離が極小となる極小点が含まれるように時間経過に応じて変化させた際の前記放射線検出器の検出強度の時間経過を測定結果として取得させ、前記極小点の前後における前記距離の時間変化が前記極小点を挟んで対称となるように、前記放射線源、前記試料の少なくともいずれかを移動させることによって、前記距離を時間的に変化させる移動手段と、前記測定結果における、前記極小点の後の一定期間内の前記検出強度の積分値であるピーク後積分値と、前記極小点の前の他の一定期間内の前記検出強度の積分値であるピーク前積分値と、に基づいて、前記核物質の有無を検知する判定手段と、を具備することを特徴とする。
本発明の核物質検知装置は、試料における核物質を検知する核物質検知装置であって、前記核物質に核反応を発生させる一次放射線を連続的に発する放射線源と、前記一次放射線が照射された前記試料から発せられた放射線を検出する放射線検出器と、前記放射線源と前記試料との間の距離を前記距離が極小となる極小点が含まれるように時間経過に応じて変化させた際の前記放射線検出器の検出強度の時間経過を測定結果として取得させ、前記極小点の前後における前記距離の時間変化が前記極小点を挟んで対称となるように、前記放射線源、前記試料の少なくともいずれかを移動させることによって、前記距離を時間的に変化させる移動手段と、前記移動手段によって前記距離の時間変化率である移動速度を高速度、低速度に変化させた際の前記測定結果において、前記極小点の後の一定期間内の前記検出強度の積分値であるピーク後積分値をそれぞれ算出し、前記高速度における前記ピーク後積分値と前記低速度における前記ピーク後積分値と、に基づいて前記核物質の有無を検知する判定手段と、を具備することを特徴とする。
本発明の核物質検知装置において、前記移動手段は前記距離の時間変化率である移動速度を高速度、低速度に変化させ、前記判定手段は、前記ピーク後積分値の、前記ピーク前積分値に対する比率が、前記高速度の場合において前記低速度の場合よりも高い場合に、前記核物質が存在すると認識することを特徴とする。
本発明の核物質検知装置は、前記移動手段において、前記放射線源が回転体に固定されたことを特徴とする。
本発明の核物質検知装置において、前記核物質の種類は予め設定され、前記判定手段は、当該核物質で構成された標準試料に対する前記測定結果をリファレンスとして予め記憶し、当該リファレンスと、前記試料に対する前記測定結果とを比較することによって、前記試料における前記核物質の量を検知することを特徴とする。
本発明の核物質検知装置において、前記一次放射線は中性子線であり、前記放射線検出器は中性子を検出することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention has the following configurations.
A nuclear material detection apparatus according to the present invention is a nuclear material detection apparatus for detecting a nuclear material in a sample, comprising: a radiation source continuously emitting primary radiation that causes a nuclear reaction in the nuclear material; a radiation detector for detecting radiation emitted from the sample, and a distance between the radiation source and the sample is changed over time so as to include a minimum point at which the distance is minimum. is obtained as a measurement result of the detected intensity of the radiation detector, and at least a moving means for changing the distance over time by moving either; a post-peak integral value that is an integral value of the detected intensity within a certain period after the minimum point in the measurement result; and determination means for detecting the presence or absence of the nuclear material based on a pre-peak integral value that is an integral value of the detected intensity within another fixed period before the minimum point.
A nuclear material detection apparatus according to the present invention is a nuclear material detection apparatus for detecting a nuclear material in a sample, comprising: a radiation source continuously emitting primary radiation that causes a nuclear reaction in the nuclear material; a radiation detector for detecting radiation emitted from the sample, and a distance between the radiation source and the sample is changed over time so as to include a minimum point at which the distance is minimum. is obtained as a measurement result of the detected intensity of the radiation detector, and at least In the measurement results obtained when the moving means changes the distance over time by moving any one of the , a post-peak integral value that is an integral value of the detected intensity within a certain period after the minimum point is calculated, and the post-peak integral value at the high speed and the post-peak integral value at the low speed are divided into and determination means for detecting the presence or absence of the nuclear material based on the above.
In the nuclear material detection apparatus of the present invention, the movement means changes the movement speed, which is the time rate of change of the distance, between a high speed and a low speed, and the determination means changes the post-peak integral value to the pre-peak integral value. is higher in the case of the high velocity than in the case of the low velocity , it is recognized that the nuclear material is present.
The nuclear material detection apparatus of the present invention is characterized in that, in the moving means, the radiation source is fixed to a rotating body.
In the nuclear material detection apparatus of the present invention, the type of the nuclear material is set in advance, and the determining means stores in advance the measurement result of the standard sample made of the nuclear material as a reference, and the reference and the sample are stored in advance. and detecting the amount of the nuclear material in the sample by comparing the measurement result with respect to the sample.
In the nuclear material detection apparatus of the present invention, the primary radiation is neutron beams, and the radiation detector detects neutrons.

本発明は以上のように構成されているので、小型の装置を用いて核物質を高精度で検知することができる。 Since the present invention is configured as described above, it is possible to detect nuclear material with high accuracy using a small device.

本発明の実施の形態に係る核物質検知装置の構成を示す図（その１）である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure (1) which shows the structure of the nuclear material detection apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る核物質検知装置の構成を示す図（その２）である。It is a figure (2) which shows the structure of the nuclear material detection apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る核物質検知装置における、中性子線源と試料の間の４種類の位置関係を示す図である。It is a figure which shows four types of positional relationships between a neutron beam source and a sample in the nuclear material detection apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る核物質検知装置において、中性子線源の４種類の位置における一次中性子成分、二次中性子成分の検出強度の変遷を模式的に示す図である。FIG. 4 is a diagram schematically showing changes in detection intensity of primary neutron components and secondary neutron components at four different positions of the neutron beam source in the nuclear material detection device according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係る核物質検知装置における、試料の中心に核物質が存在する場合における、円板の回転に伴う中性子検出器のカウント数の変遷を、回転速度毎にシミュレーションによって算出した結果である。In the nuclear material detection apparatus according to the embodiment of the present invention, when the nuclear material is present in the center of the sample, the change in the count number of the neutron detector accompanying the rotation of the disk was calculated by simulation for each rotation speed. This is the result. 本発明の実施の形態に係る核物質検知装置において、水平方向に非対称な構成を具備する大きな試料がある場合の水平方向の構成（ａ）、試料の垂直方向の断面図の例（ｂ）を示す。In the nuclear material detection device according to the embodiment of the present invention, the horizontal configuration (a) when there is a large sample having a horizontally asymmetric configuration, and an example (b) of a vertical cross-sectional view of the sample are shown in FIG. show. 本発明の実施の形態に係る核物質検知装置における、試料が非対称な構造を具備する場合（その１）における、低回転速度の円板の回転に伴う中性子検出器のカウント数の変遷をシミュレーションによって算出した結果である。In the nuclear material detection device according to the embodiment of the present invention, when the sample has an asymmetric structure (Part 1), the change in the count number of the neutron detector accompanying the rotation of the disk at a low rotation speed is simulated. This is the calculated result. 本発明の実施の形態に係る核物質検知装置における、試料が非対称な構造を具備する場合（その１）における、高回転速度の円板の回転に伴う中性子検出器のカウント数の変遷をシミュレーションによって算出した結果である。By simulating the change in the count number of the neutron detector as the disk rotates at a high rotational speed in the nuclear material detection device according to the embodiment of the present invention, when the sample has an asymmetric structure (Part 1) This is the calculated result. 本発明の実施の形態に係る核物質検知装置における、試料が非対称な構造を具備する場合（その２）における、低回転速度の円板の回転に伴う中性子検出器のカウント数の変遷をシミュレーションによって算出した結果である。By simulating the change in the count number of the neutron detector accompanying the rotation of the disc at a low rotational speed in the nuclear material detection device according to the embodiment of the present invention, when the sample has an asymmetric structure (Part 2) This is the calculated result. 本発明の実施の形態に係る核物質検知装置における、試料が非対称な構造を具備する場合（その２）における、高回転速度の円板の回転に伴う中性子検出器のカウント数の変遷をシミュレーションによって算出した結果である。In the nuclear material detection device according to the embodiment of the present invention, when the sample has an asymmetric structure (Part 2), the change in the count number of the neutron detector accompanying the rotation of the disk at a high rotation speed is simulated. This is the calculated result. 従来の核物質検知方法を説明する図である。It is a figure explaining the conventional nuclear material detection method. 従来の核物質検知方法において検出される中性子の検出強度の時間変化を模式的に示す図である。FIG. 4 is a diagram schematically showing temporal changes in the intensity of neutrons detected in a conventional nuclear material detection method;

本発明の実施の形態に係る核物質検知装置の構成を図１、２に示す。ここで、図１においてはその機械的構成を上面から見た構成が、図２においてはその機械的構成を側面から見た図が示されている。ここでは、中性子線源（放射線源）１０が、鉛直方向に沿った回転軸２０Ａを具備する円板（回転体）２０の外周近くに固定されている。中性子線源１０としては、特許文献１に記載のものと同様に、放射性同位体（Ｃｆ－２５２等）が用いられる。このため、中性子線源１０からは連続的に中性子線２００（一次中性子）が発せられる。試料Ｓは、円板２０（中性子線源１０）と中性子検出器３０の間に設置されるため、図１１の構成と同様に、中性子線２００が試料Ｓで散乱された一次中性子成分２１０と、試料Ｓにおける一次中性子による核反応で発生した二次中性子成分２２０は、区別なく中性子検出器３０で検出される。なお、ここでは試料Ｓは容器１００の内部に収容されているが、容器１００は用いられなくともよい。 1 and 2 show the configuration of a nuclear material detection device according to an embodiment of the present invention. Here, FIG. 1 shows a top view of the mechanical structure, and FIG. 2 shows a side view of the mechanical structure. Here, a neutron beam source (radiation source) 10 is fixed near the outer periphery of a disc (rotating body) 20 having a rotating shaft 20A along the vertical direction. As the neutron beam source 10, a radioactive isotope (Cf-252, etc.) is used, like the one described in Patent Document 1. Therefore, neutron beams 200 (primary neutrons) are continuously emitted from the neutron beam source 10 . Since the sample S is installed between the disk 20 (neutron beam source 10) and the neutron detector 30, as in the configuration of FIG. A secondary neutron component 220 generated by a nuclear reaction caused by primary neutrons in the sample S is detected by the neutron detector 30 without discrimination. Although the sample S is housed inside the container 100 here, the container 100 may not be used.

中性子線源１０と試料Ｓの位置関係は、円板２０の回転の位相（角度）で定まり、これらの間の距離はこの位相に応じて変動する。図１、２においては、中性子線源１０と試料Ｓとの間の距離が最も近接した場合が示されている。円板２０の回転軸２０Ａは、モーター２１で駆動され、この回転はコンピューター４０で制御される。このため、円板２０とモーター２１は、中性子線源２０を試料Ｓに対して相対的に移動させる移動手段として機能する。また、コンピューター４０は、モーター２１の回転角度、あるいは円板２０に固定されたマーカーの位置等を検知すること等によって、この回転の位相を認識することができる。これにより、コンピューター４０は、中性子線源１０と試料Ｓの位置関係を認識することができる。 The positional relationship between the neutron beam source 10 and the sample S is determined by the phase (angle) of rotation of the disk 20, and the distance between them varies according to this phase. 1 and 2 show the case where the distance between the neutron beam source 10 and the sample S is the closest. A rotating shaft 20A of the disk 20 is driven by a motor 21 and its rotation is controlled by a computer 40. FIG. Therefore, the disk 20 and the motor 21 function as moving means for moving the neutron beam source 20 relative to the sample S. Further, the computer 40 can recognize the rotation phase by detecting the rotation angle of the motor 21, the position of a marker fixed to the disk 20, or the like. Thereby, the computer 40 can recognize the positional relationship between the neutron beam source 10 and the sample S.

コンピューター４０には、中性子検出器３０の出力も入力する。この出力は、円板２０の回転周期よりも十分に短い一定時間内における中性子のカウント数である。試料Ｓに照射される中性子線２００の強度は、中性子線源１０と試料Ｓの距離に応じて変動するため、円板２０の回転（回転時の位相）に応じて一次中性子成分２１０及び二次中性子成分２２０の強度は変化し、中性子検出器３０のカウント数は、円板２０の回転に伴って変化する。コンピューター４０は、円板２０の回転に伴うこのようなカウント数の変遷を認識することができる。 The computer 40 also receives the output of the neutron detector 30 . This output is the number of neutrons counted within a certain period of time sufficiently shorter than the rotation period of the disk 20 . Since the intensity of the neutron beam 200 irradiated to the sample S varies according to the distance between the neutron beam source 10 and the sample S, the primary neutron component 210 and the secondary The intensity of the neutron component 220 changes, and the count number of the neutron detector 30 changes as the disk 20 rotates. The computer 40 can recognize such changes in the count number accompanying the rotation of the disc 20 .

上記の構成により、コンピューター４０は、特に試料Ｓから発せられた二次中性子（二次中性子成分２２０）の強度を一次中性子（一次中性子成分２１０）の強度と分離して認識することができる。以下に、この動作について説明する。図３（ａ）～（ｄ）は、図１における円板２０の回転に伴う中性子線源１０と試料Ｓの４種類の位置関係を示す。ここで、円板２０の回転の向きは図中時計回りであるため、図３では時間の経過に伴い（ａ）から（ｄ）の状態に向かうものとし、図３（ａ）～（ｄ）における中性子線源１０の位置をそれぞれＰ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３とする。また、単純化のために核物質を含む試料Ｓは充分に小さくその大きさは無視できるものとする。この状態は、小さな核物質が試料Ｓの中心にある場合とも等価である。図３（ｃ）は中性子線源１０と試料Ｓとが最も近接した状態となり、図３（ａ）は図３の中では中性子線源１０と試料Ｓとが最も離間した状態となる。図３（ｂ）の状態と図３（ｄ）の状態は、図３（ｃ）の状態から見て左右対称であるものとする。このため、図３（ｂ）の状態と図３（ｄ）の状態では中性子線源１０と試料Ｓとの間の距離は等しく、この距離は図３（ａ）と図３（ｃ）の場合の間となる。 With the above configuration, the computer 40 can recognize the intensity of the secondary neutrons (secondary neutron component 220) particularly emitted from the sample S separately from the intensity of the primary neutrons (primary neutron component 210). This operation will be described below. FIGS. 3(a) to 3(d) show four types of positional relationships between the neutron beam source 10 and the sample S as the disc 20 in FIG. 1 rotates. Here, since the direction of rotation of the disc 20 is clockwise in the drawing, it is assumed that the state of FIG. are P0, P1, P2, and P3, respectively. Also, for the sake of simplification, the sample S containing the nuclear material is assumed to be sufficiently small that its size can be ignored. This situation is equivalent to the case where a small nuclear material is in the center of the sample S. 3(c) is the state where the neutron beam source 10 and the sample S are closest to each other, and FIG. 3(a) is the state where the neutron beam source 10 and the sample S are the furthest apart in FIG. It is assumed that the state of FIG. 3(b) and the state of FIG. 3(d) are bilaterally symmetrical when viewed from the state of FIG. 3(c). Therefore, the distance between the neutron beam source 10 and the sample S is equal between the state of FIG. 3(b) and the state of FIG. 3(d), and this distance is between

図４は、図３（ａ）～（ｄ）（中性子線源１０の位置がＰ０～Ｐ３）の場合における、中性子検出器３０で検出される中性子における一次中性子成分２１０の検出強度（Ｎ１０～Ｎ１３）、二次中性子成分２２０の検出強度（Ｎ２０～Ｎ２３）の概要を示す。ここでは、これらの絶対値は模式的に示されている。図４における横軸は、円板２０の回転時の位相、あるいは時間経過に対応し、試料Ｓから中性子検出器３０までの中性子の到達時間はここに示された範囲内の時間に対して無視できるものとする。前記のとおり、中性子検出器３０では実際にこれらの各成分を分離して認識することはできず、各位置における両成分の検出強度の和が実際のカウント数として認識される。 4 shows the detection intensity of the primary neutron component 210 (N10 to N13 ), showing an outline of the detection intensity (N20 to N23) of the secondary neutron component 220. Here, these absolute values are shown schematically. The horizontal axis in FIG. 4 corresponds to the phase during rotation of the disk 20 or the passage of time, and the arrival time of neutrons from the sample S to the neutron detector 30 is ignored for the time within the range shown here. It shall be possible. As described above, the neutron detector 30 cannot actually separate and recognize these components, and the sum of the detected intensities of both components at each position is recognized as the actual count number.

図４において、中性子線源１０の位置がＰ０（図３（ａ））である場合には、中性子線源１０と試料Ｓの間の距離が最も大きいため、この際の一次中性子成分２１０の検出強度Ｎ１０は最も小さく、これに伴ってこの際の二次中性子成分２２０の検出強度Ｎ２０も小さい。その後、中性子線源１０の位置がＰ１（図３（ｂ））、Ｐ２（図３（ｃ））となるに従い中性子線源１０と試料Ｓの間の距離が小さくなるため、一次中性子成分２１０の検出強度Ｎ１１、Ｎ１２は徐々に大きくなり、これに伴って二次中性子成分２２０の検出強度Ｎ２１、Ｎ２２も徐々に大きくなる。特に、中性子線源１０の位置がＰ２（図３（ｃ））である場合には、中性子線源１０と試料Ｓの間の距離は最も小さくなるため、一次中性子成分２１０の検出強度Ｎ１２は最大となる。また、前記の通り、二次中性子成分２２０の検出強度Ｎ２０、Ｎ２１、Ｎ２２は、それぞれ対応する一次中性子成分２１０による検出強度Ｎ１０、Ｎ１１、Ｎ１２よりも小さい。 In FIG. 4, when the position of the neutron beam source 10 is P0 (FIG. 3(a)), the distance between the neutron beam source 10 and the sample S is the largest. The intensity N10 is the smallest, and the detected intensity N20 of the secondary neutron component 220 at this time is also small. After that, as the position of the neutron beam source 10 becomes P1 (FIG. 3(b)) and P2 (FIG. 3(c)), the distance between the neutron beam source 10 and the sample S becomes smaller. The detected intensities N11 and N12 gradually increase, and along with this, the detected intensities N21 and N22 of the secondary neutron component 220 also gradually increase. In particular, when the position of the neutron beam source 10 is P2 (FIG. 3(c)), the distance between the neutron beam source 10 and the sample S is the smallest, so the detection intensity N12 of the primary neutron component 210 is the maximum. becomes. Further, as described above, the detected intensities N20, N21, and N22 of the secondary neutron components 220 are smaller than the corresponding detected intensities N10, N11, and N12 of the primary neutron components 210, respectively.

その後、中性子線源１０の位置がＰ３（図３（ｄ））となると、中性子線源１０と試料Ｓの距離はＰ２(図３（ｃ））の場合よりも大きくなるため、一次中性子成分２１０の検出強度Ｎ１３はＮ１２よりも減少する。また、位置Ｐ３（図３（ｄ））における場合と位置Ｐ１（図３（ｂ））における場合では、中性子線源１０と試料Ｓとの間の距離は等しいため、図示されるように、原理的にはＮ１３はＮ１１と等しい。 After that, when the position of the neutron beam source 10 becomes P3 (FIG. 3(d)), the distance between the neutron beam source 10 and the sample S becomes larger than in the case of P2 (FIG. 3(c)), so the primary neutron component 210 The detection intensity N13 of is decreased more than N12. In addition, since the distance between the neutron beam source 10 and the sample S is the same between the position P3 (FIG. 3(d)) and the position P1 (FIG. 3(b)), the principle Technically, N13 is equal to N11.

一方、二次中性子成分２２０は、一次中性子成分２１０から遅延して発生するため、位置Ｐ３において検出される二次中性子成分２２０には、それよりも前、例えば位置Ｐ２における最も強度が高い一次中性子成分２１０（Ｎ１２）に対応して発生したものが含まれる。このため、位置Ｐ３においては、一次中性子成分２１０の検出強度Ｎ１３は位置Ｐ１における検出強度Ｎ１１と等しいものの、二次中性子成分２２０の検出強度Ｎ２３は位置Ｐ１における検出強度Ｎ２１と比べて、Ｎ２３＞Ｎ２１となる。このため、図４に示されるように、一次中性子成分２１０の検出強度分布（破線）は位置Ｐ２の前後で対称となるのに対して、二次中性子成分２２０の検出強度分布（一点鎖線）のピークは、位置Ｐ２より後（右側）となる。すなわち、二次中性子成分２２０による強度分布は、試料Ｓと中性子線源１０の間の距離が最小となる位置Ｐ２の前後で非対称となる。 On the other hand, since the secondary neutron component 220 is generated with a delay from the primary neutron component 210, the secondary neutron component 220 detected at the position P3 includes, for example, the primary neutron having the highest intensity at the position P2. Those generated corresponding to component 210 (N12) are included. Therefore, at the position P3, the detection intensity N13 of the primary neutron component 210 is equal to the detection intensity N11 at the position P1, but compared with the detection intensity N21 at the position P1, the detection intensity N23 of the secondary neutron component 220 is such that N23>N21. becomes. Therefore, as shown in FIG. 4, the detection intensity distribution (dashed line) of the primary neutron component 210 is symmetrical before and after the position P2, whereas the detection intensity distribution (chain line) of the secondary neutron component 220 is symmetrical. The peak is after position P2 (to the right). That is, the intensity distribution due to the secondary neutron component 220 becomes asymmetrical before and after the position P2 where the distance between the sample S and the neutron beam source 10 is the smallest.

前記の通り、実際に各位置Ｐ０～Ｐ３において中性子検出器３０で検出されるカウント数は、それぞれＮ１０＋Ｎ２０、Ｎ１１＋Ｎ２１、Ｎ１２＋Ｎ２２、Ｎ１３＋Ｎ２３に対応する。ここで、Ｎ１１＝Ｎ１３であれば、位置Ｐ３における中性子検出器３０のカウント数と位置Ｐ１における中性子検出器３０のカウント数の差はＮ２３－Ｎ２１＝ＮＮ＞０となる。ＮＮは試料Ｓから発生した二次中性子のみに起因した成分であり、二次中性子の発生量に比例する。 As described above, the count numbers actually detected by the neutron detector 30 at each of the positions P0 to P3 correspond to N10+N20, N11+N21, N12+N22, and N13+N23, respectively. Here, if N11=N13, the difference between the count number of the neutron detector 30 at the position P3 and the count number of the neutron detector 30 at the position P1 is N23-N21=NN>0. NN is a component caused only by secondary neutrons generated from the sample S, and is proportional to the amount of secondary neutrons generated.

このため、コンピューター４０がＮＮを算出し、例えばＮＮがある閾値を超えた場合には、試料Ｓが核物質を含むと認識することができる。上記の通り、ＮＮは、位置Ｐ１、Ｐ３における中性子検出器３０のカウント数の差分であるため、この算出は容易である。このため、試料Ｓにおける核物質の有無を容易に認識することができる。また、前記の通り、実際の中性子検出器３０のカウント数においては一次中性子の寄与が二次中性子の寄与よりも大きい（Ｎ１１＞＞Ｎ２１、Ｎ１３＞＞Ｎ２３）にも関わらず、位置Ｐ３と位置Ｐ１におけるカウント数の差分を算出することによって、カウント数における一次中性子の寄与を相殺し、カウント数における二次中性子のみによる寄与を算出することができる。 Therefore, when the computer 40 calculates NN and, for example, NN exceeds a certain threshold, it can be recognized that the sample S contains nuclear material. As described above, NN is the difference between the counts of the neutron detectors 30 at the positions P1 and P3, so this calculation is easy. Therefore, the presence or absence of nuclear material in the sample S can be easily recognized. Further, as described above, in the actual count number of the neutron detector 30, the contribution of primary neutrons is larger than the contribution of secondary neutrons (N11>>N21, N13>>N23). By calculating the difference in counts at P1, the contribution of primary neutrons in the counts can be canceled and the contribution of only secondary neutrons in the counts can be calculated.

実際に円板２０の回転に伴う中性子検出器３０の検出強度の変遷をシミュレーションによって算出した結果について説明する。ここでは、核物質を含む試料Ｓにおいて核物質はその中心に存在するものとし、この特性の、円板２０の回転速度依存性について調べた。図５（ａ）～（ｃ）は、図１、２の構成において、回転速度以外のパラメータは同様としており、回転速度は２５００ｒｐｍ（ａ）、５０００ｒｐｍ（ｂ）、１００００ｒｐｍ（ｃ）である。ここで、横軸の範囲は、横軸の左右両端における中性子線源１０の位置が（ａ）～（ｃ）で等しくなるように調整されている。 The result of calculation by simulation of the change in the detection intensity of the neutron detector 30 that accompanies the rotation of the disk 20 will be described. Here, it is assumed that the nuclear material is present at the center of the sample S containing the nuclear material, and the dependency of this characteristic on the rotational speed of the disc 20 was investigated. 5(a) to (c) are the same as those in FIGS. 1 and 2 except for the rotational speed, and the rotational speeds are 2500 rpm (a), 5000 rpm (b) and 10000 rpm (c). Here, the range of the horizontal axis is adjusted so that the positions of the neutron beam source 10 at both the left and right ends of the horizontal axis are the same in (a) to (c).

図５（ａ）～（ｃ）においては、ピークの位置は、図３の位置Ｐ２（図３（ｃ））に対応し、これらの特性におけるこのピークを中心とした前後（図中左右）の非対称性が、前記のように二次中性子によって発生する。上記のように検出されるＮＮを十分に大きくする、あるいは上記のような検出強度の非対称性を十分に大きくするためには、例えば位置Ｐ２における一次中性子によって発生した二次中性子が位置Ｐ３において十分な強度で検出されることが必要である。このためには、図１２における（２）の成分が減衰しないうちに中性子検出器３０で中性子を検出することが必要であり、回転速度（中性子線源１０の移動速度）が十分に高いことが要求される。このため、回転速度が最も遅い図５（ａ）の場合には、二次中性子の影響が見えにくく、ピークの前後はほぼ対称の形状となる。一方、回転速度を高めるに従って、特にピークの後（右側）におけるカウント数が前側（左側）よりも高くなったためにピークの前後の非対称性が強くなることが確認できる。このようなピーク前後の検出強度の差は、前記の通り、二次中性子のみによって発生する。 5(a) to (c), the position of the peak corresponds to the position P2 (FIG. 3(c)) in FIG. Asymmetry is generated by secondary neutrons as described above. In order to sufficiently increase the detected NN as described above or sufficiently increase the asymmetry of the detected intensity as described above, for example, the secondary neutrons generated by the primary neutrons at the position P2 are sufficiently generated at the position P3. should be detected with sufficient intensity. For this purpose, it is necessary to detect neutrons with the neutron detector 30 before the component (2) in FIG. requested. Therefore, in the case of FIG. 5(a) where the rotational speed is the slowest, the influence of secondary neutrons is difficult to see, and the shape before and after the peak is almost symmetrical. On the other hand, it can be confirmed that as the rotation speed increases, the number of counts after the peak (on the right side) becomes higher than that on the front side (on the left side), so that the asymmetry before and after the peak becomes stronger. Such a difference in detected intensity before and after the peak is caused only by secondary neutrons, as described above.

図５（ｃ）より、少なくとも円板２０の回転速度を１００００ｒｐｍとすれば、上記のように試料Ｓにおける核物質の有無の判定をすることができる。また、上記の例では、位置Ｐ３における検出強度と位置Ｐ１における検出強度の差分を算出したが、図５の特性におけるピーク前後の非対称性を評価するために、他の手法を用いることもできる。例えば、図５の特性におけるピークを境界とした前後の検出強度の積分値（ピーク前：Ｉ^－、ピーク後：Ｉ^＋）を算出し、Ｉ^＋／Ｉ^－＞１（あるいはＩ^＋／Ｉ^－＞ａ、ここでａはａ＞１であり予め定められた定数）の場合に、試料Ｓに核物質が存在するとすることができる。この場合には、積分値が用いられるため、中性子計測の際の統計的誤差の影響を低減することができる。また、図５の結果は、円板２０の回転の１周期内における測定結果に対応しているが、回転に同期して測定を行い、同一位相の測定結果を積分することによって、統計的誤差を低減し、更に精密な測定を行わせることもできる。 From FIG. 5(c), if the rotational speed of the disk 20 is at least 10000 rpm, the presence or absence of nuclear material in the sample S can be determined as described above. In the above example, the difference between the detected intensity at position P3 and the detected intensity at position P1 was calculated, but other methods can be used to evaluate the asymmetry before and after the peak in the characteristics of FIG. ^For example, ^the integrated values of the ^detected intensities ^before and after the peak in the ^{characteristics} of FIG ^. >a, where a is a predetermined constant, where a>1, then it can be said that the sample S contains nuclear material. In this case, since the integrated value is used, the influence of statistical errors in measuring neutrons can be reduced. The results in FIG. 5 correspond to the measurement results within one cycle of the rotation of the disk 20. However, by performing the measurement in synchronization with the rotation and integrating the measurement results in the same phase, the statistical error can be reduced to allow more precise measurements to be made.

すなわち、上記の核物質検知装置において実行される核物質検知方法においては、円板２０を回転させることにより、中性子線源１０と試料Ｓとの間の距離が変化し、かつこの動きがこの距離が最小となる状態の前後で対称となるように中性子線源１０を移動させ、この際に試料Ｓ側から発せられる中性子の中性子検出器３０によるカウント数の変遷を検出する検出工程が、まず行われる。その後、この結果における、距離が最小となる状態の前のカウント数と、距離が最小となる状態の後のカウント数との違いに基づいて、二次中性子の発生があったか否か（試料Ｓにおける核物質の存在の有無）を認識する判定工程が、コンピューター（判定手段）４０により行われる。 That is, in the nuclear material detection method executed in the nuclear material detection apparatus described above, by rotating the disk 20, the distance between the neutron beam source 10 and the sample S changes, and this movement changes the distance. The neutron source 10 is moved so as to be symmetrical before and after the state in which the is minimized, and at this time, the detection step of detecting the change in the count number of neutrons emitted from the sample S side by the neutron detector 30 is performed first. will be After that, based on the difference between the number of counts before the state where the distance is the minimum and the number of counts after the state where the distance is the minimum in this result, whether or not secondary neutrons were generated (in the sample S A computer (determining means) 40 performs a determination step of recognizing the presence or absence of nuclear material.

また、核物質の種類や量（濃度）等が既知の標準試料を用いて同様の測定を行った結果をリファレンスとして予めコンピューター４０が記憶し、実測結果とリファレンスとを比較することにより、核物質の定量評価を行うことも可能である。 In addition, the computer 40 stores in advance the results of similar measurements using a standard sample of known nuclear material type and amount (concentration) as a reference, and by comparing the actual measurement results with the reference, the nuclear material It is also possible to perform a quantitative evaluation of

図３においては、核物質が試料Ｓの中心に存在するものとしたため、図４に示されるように、一次中性子成分２１０の強度Ｎ１０～Ｎ１３は、図４において、ピークとなる位置Ｐ２の前後で対称となった。しかしながら、実際には有限の大きさの試料Ｓ中における核物質が存在する位置は様々であり、かつ円板２０の回転に際しての中性子線源１０と試料Ｓとの間の位置関係も、図３に示されたものとは異なる場合がある。また、このように試料Ｓが有限の大きさをもつ場合において、その中で局所的に核物質が存在する場合もある。こうした場合には、一次中性子成分２１０の検出強度も一般的にはピークの前後で対称とならず、二次中性子成分２２０の有無に関わらず、カウント数の分布はピークの前後で対称とはならない。ただし、このように、二次中性子成分２２０以外の要因によって発生する検出強度の非対称性は、二次中性子成分２２０によって発生する非対称性とは異なり、図５（ａ）におけるような遅い回転速度においても発生する。 In FIG. 3, it is assumed that the nuclear material exists in the center of the sample S. Therefore, as shown in FIG. 4, the intensities N10 to N13 of the primary neutron component 210 are became symmetrical. However, in reality, there are various positions where the nuclear material exists in the finite size of the sample S, and the positional relationship between the neutron beam source 10 and the sample S when the disk 20 rotates is also shown in FIG. may differ from that shown. In addition, when the sample S has a finite size in this way, nuclear material may exist locally in it. In such a case, the detected intensity of the primary neutron component 210 is generally not symmetrical before and after the peak, and regardless of the presence or absence of the secondary neutron component 220, the distribution of the number of counts is not symmetrical before and after the peak. . However, in this way, the asymmetry of the detected intensity caused by factors other than the secondary neutron component 220 is different from the asymmetry caused by the secondary neutron component 220, and at a slow rotation speed as shown in FIG. also occurs.

図６は、このような非対称な構成をもつ試料の例である試料Ｓ１がある場合の水平方向の構成（ａ）、試料Ｓ１のＡ－Ａ方向（垂直方向）の断面図（ｂ）の例である。この試料Ｓ１においては、ポリエチレン３００の中に局所的に核物質Ｒが存在し、核物質Ｒの上下には空洞Ｖ（空気層）が存在している。ここでは、核物質Ｒ、空洞Ｖは左側に存在しているため、二次中性子成分２２０、一次中性子成分２１０の検出強度は、共にピークの前後で非対称となる。 FIG. 6 shows an example of a horizontal configuration (a) when there is a sample S1, which is an example of a sample having such an asymmetric configuration, and an example of a cross-sectional view (b) of the sample S1 in the AA direction (vertical direction). is. In this sample S1, the nuclear material R exists locally in the polyethylene 300, and the void V (air layer) exists above and below the nuclear material R. As shown in FIG. Here, since the nuclear material R and the cavity V are present on the left side, the detected intensities of both the secondary neutron component 220 and the primary neutron component 210 are asymmetrical before and after the peak.

図７は、このような試料Ｓ１に対する、回転速度が２５００ｒｐｍの場合の検出強度の変遷のシミュレーション結果であり、図７（ａ）は、一次中性子成分２１０と二次中性子成分２２０の検出強度を個別に算出した結果を示す。図７（ｂ）はこれらを合算した結果を同様に示し、実際に中性子検出器３０で測定されるカウント数に対応する。前記の通り、二次中性子成分２２０の検出強度は一次中性子成分２１０の検出強度と比べて大幅に低いため、図７（ａ）においては、各々に対する縦軸のスケールは異なっている。図８（ａ）（ｂ）は、回転速度が１００００ｒｐｍの場合のシミュレーション結果を図７（ａ）（ｂ）と同様に示す。 FIG. 7 is a simulation result of the transition of the detected intensity for such a sample S1 when the rotation speed is 2500 rpm, and FIG. shows the calculated results. FIG. 7(b) similarly shows the result of summing these, which corresponds to the number of counts actually measured by the neutron detector 30. FIG. As described above, the detected intensity of the secondary neutron component 220 is significantly lower than the detected intensity of the primary neutron component 210, so the scale of the vertical axis for each is different in FIG. 7(a). FIGS. 8(a) and 8(b) show the simulation results when the rotation speed is 10000 rpm, similarly to FIGS. 7(a) and 7(b).

また、図９（ａ）（ｂ）は、試料Ｓ１の構造が図６と左右方向で反転した場合、すなわち核物質Ｒ及び空洞Ｖが右側にある場合に、回転速度が２５００ｒｐｍの場合の検出強度の変遷のシミュレーション結果を図７（ａ）（ｂ）と同様に、図１０（ａ）（ｂ）は、これと同様の試料に対する１００００ｒｐｍの場合の結果を同様に示す。前記の通り、実際に中性子検出器３０で検出されるカウント数は、一次中性子成分２１０と二次中性子成分２２０の検出強度の和に対応するため、実際の測定結果に対応するのは、図７（ｂ）、図８（ｂ）、図９（ｂ）、図１０（ｂ）となり、この場合には、実際に検出される成分の大部分は一次中性子成分２１０となる。 9(a) and 9(b) show the detected intensity when the structure of the sample S1 is horizontally reversed from that in FIG. Similar to FIGS. 7(a) and 7(b), FIGS. 10(a) and 10(b) show the results of the simulation of the transition of 10000 rpm for the same sample. As described above, the number of counts actually detected by the neutron detector 30 corresponds to the sum of the detected intensities of the primary neutron component 210 and the secondary neutron component 220. Therefore, the actual measurement result corresponds to FIG. (b), FIG. 8(b), FIG. 9(b), and FIG. 10(b).

図７（ａ）、図８（ａ）、図９（ａ）、図１０（ａ）のどの結果においても、試料Ｓ１の構造を反映し、一次中性子成分２１０の検出強度と二次中性子成分２２０の検出強度は共に中心の前後で非対称な形状となっている。また、核物質Ｒの位置を反映し、図７（ａ）、図８（ａ）では二次中性子成分２２０の検出強度は前側（左側）で高く、図９（ａ）、図１０（ａ）においては後側（右側）で高くなっている。また、核物質Ｒの位置以外の試料Ｓ１自身の非対称性に起因して、図７（ａ）、図８（ａ）、図９（ａ）、図１０（ａ）における一次中性子成分２１０の検出強度も中心の前後で非対称となっており、図７（ａ）、図８（ａ）と図９（ａ）、図１０（ａ）では、前後がほぼ逆転した形状となっている。また、前記の通り、一次中性子成分２１０の検出強度が二次中性子成分２２０の検出強度よりも大幅に高いため、実際に検出される結果に対応した図７（ｂ）、図８（ｂ）、図９（ｂ）、図１０（ｂ）の形状は、それぞれ図７（ａ）、図８（ａ）、図９（ａ）、図１０（ａ）における一次中性子成分２１０の検出強度の形状とほぼ対応する。このため、この場合には、例えば図８（ｂ）、図１０（ｂ）におけるピークを挟んだ横軸上のある２点間のカウント数の差から、核物質の有無を判定することは困難である。 7(a), 8(a), 9(a), and 10(a) reflect the structure of the sample S1, and the detected intensity of the primary neutron component 210 and the secondary neutron component 220 The detected intensities of both are asymmetrical before and after the center. In addition, reflecting the position of the nuclear material R, the detection intensity of the secondary neutron component 220 is higher on the front side (left side) in FIGS. , the rear side (right side) is higher. Also, due to the asymmetry of the sample S1 itself other than the position of the nuclear material R, the detection of the primary neutron component 210 in FIGS. The strength is also asymmetrical in front and back of the center, and in FIGS. 7(a), 8(a), 9(a), and 10(a), the front and rear are almost reversed. Further, as described above, since the detection intensity of the primary neutron component 210 is significantly higher than the detection intensity of the secondary neutron component 220, FIG. 7B, FIG. 8B, and FIG. The shapes of FIGS. 9(b) and 10(b) correspond to the shapes of the detected intensity of the primary neutron component 210 in FIGS. 7(a), 8(a), 9(a), and 10(a), respectively. Almost correspond. Therefore, in this case, it is difficult to determine the presence or absence of nuclear material from the difference in the number of counts between two points on the horizontal axis across the peaks in FIGS. 8(b) and 10(b). is.

ここで、図７（ａ）と図８（ａ）を比較すると、一次中性子成分２１０の検出強度と二次中性子成分２２０の検出強度については、回転速度の上昇に伴う形状の変化の程度が異なる。図７（ａ）と図８（ａ）において、一次中性子成分２１０の検出強度は、その絶対値は変わっても、その形状は大きくは変わらない。一方、図７（ａ）と図８（ａ）を比較すると、二次中性子成分２２０の検出強度の分布（ピーク）は、回転速度が高い図８（ａ）の場合には、後側（右側：遅延側）に移動する。実際の測定結果に対応する図７(ｂ）、図８（ｂ）において、前記のＩ^＋／Ｉ^－の比を算出した場合には、元の前後非対称な形状を反映して共にＩ^＋／Ｉ^－は１よりも小さくなり、図７（ｂ）の場合に０．９８０、図８（ｂ）の場合に０．９８８となる。すなわち、回転速度が高い場合に、二次中性子によってＩ^＋／Ｉ^－が大きくなることが確認できる。 Here, when comparing FIG. 7( a ) and FIG. 8( a ), the detected intensity of the primary neutron component 210 and the detected intensity of the secondary neutron component 220 differ in degree of change in shape as the rotational speed increases. . In FIGS. 7(a) and 8(a), the detected intensity of the primary neutron component 210 does not change its shape significantly even if its absolute value changes. On the other hand, comparing FIG. 7(a) and FIG. 8(a), the distribution (peak) of the detected intensity of the secondary neutron component 220 is on the rear side (right side) in the case of FIG. 8(a) where the rotation speed is high. : delay side). In FIGS. 7(b) and 8(b) corresponding to the actual measurement results, when the ratio of I ⁺ /I ⁻ is calculated, both I ⁺ / I ⁻ becomes smaller than 1, 0.980 in the case of FIG. 7(b) and 0.988 in the case of FIG. 8(b). That is, it can be confirmed that I ⁺ /I ⁻ increases due to secondary neutrons when the rotational speed is high.

図９（ａ）、図１０（ａ）においては、核物質Ｒの位置に起因して二次中性子成分２２０の検出強度のピークは後側にあるが、回転速度が高い図１０（ａ）の場合には、更にピークが後側に移動している。一方、一次中性子成分２１０の検出強度の形状については、図９（ａ）と大差がない。このため、実際の測定結果に対応する図９(ｂ）、図１０（ｂ）において、元の左右非対称な形状を反映して共にＩ^＋／Ｉ^－は１よりも大きくなり、図９（ｂ）の場合に１．０２８、図１０（ｂ）の場合に１．０３６となる。すなわち、この場合においても、回転速度が高い場合に、二次中性子によってＩ^＋／Ｉ^－が大きくなることが確認できる。 9(a) and 10(a), the peak of the detection intensity of the secondary neutron component 220 is on the rear side due to the position of the nuclear material R. In this case, the peak has moved further to the rear. On the other hand, the shape of the detected intensity of the primary neutron component 210 is not much different from that in FIG. 9(a). Therefore, in FIGS. 9(b) and 10(b) corresponding to the actual measurement results, both I ⁺ /I ⁻ are greater than 1 reflecting the original left-right asymmetric shape, and FIG. 9(b) ) is 1.028, and FIG. 10(b) is 1.036. That is, even in this case, it can be confirmed that I ⁺ /I ⁻ increases due to secondary neutrons when the rotational speed is high.

すなわち、試料Ｓ１の非対称な構造に起因して中性子検出器３０のカウント数に非対称性が存在する場合においても、回転速度を高めた場合には、時間経過が後となる側（右側）において二次中性子によってカウント数が高まるという傾向は、試料Ｓの大きさが無視できる場合と同様に見ることができる。この場合には、図７～図１０におけるピークを挟んだ横軸上のある２点間のカウント数の差から核物質の有無を判定することは困難であるが、ピークを挟んだ前後の領域におけるカウント数の積分値を用いたＩ^＋／Ｉ^－が回転速度の上昇に伴って大きくなる場合に、核物質Ｒが存在すると判定することができる。 That is, even if there is asymmetry in the count number of the neutron detector 30 due to the asymmetric structure of the sample S1, when the rotation speed is increased, two The tendency that the number of counts increases due to the next neutron can be seen in the same way as when the size of the sample S is negligible. In this case, it is difficult to determine the presence or absence of nuclear material from the difference in the number of counts between two points on the horizontal axis across the peak in FIGS. It can be determined that the nuclear material R is present when I ⁺ /I ⁻ using the integrated value of the number of counts in increases as the rotational speed increases.

このため、図１の構成において、コンピューター４０が円板２０（モーター２１）の回転速度を制御可能であることが好ましく、回転に伴う中性子検出器３０のカウント数の変遷を回転速度毎に検出して、記憶し、これによってＩ^＋／Ｉ^－の回転速度依存性を認識できることが好ましい。 Therefore, in the configuration of FIG. 1, it is preferable that the computer 40 can control the rotation speed of the disk 20 (motor 21), and the change in the count number of the neutron detector 30 accompanying rotation is detected for each rotation speed. is preferably stored so that the rotational speed dependence of I ⁺ /I ⁻ can be recognized.

具体的には、回転速度が低い場合のＩ^＋／Ｉ^－の値をＩＲＬ、回転速度が高い場合のＩ^＋／Ｉ^－の値をＩＲＨとし、ＩＲＨ＞ＩＲＬ、（あるいはＩＲＨ－ＩＲＬ＞ｂ、ここで、ｂはｂ＞０であり予め定められた定数）の場合に、試料Ｓに核物質が存在すると認識することができる。あるいは、上記のような距離が最小となる点の前後の非対称性を数値的に評価する他の手法を用いてもよい。この場合においても、回転速度の上昇と共にこの非対称性が増大した場合に、核物質が存在すると認識することができる。 Specifically, IRL is the value of I ⁺ /I ⁻ when the rotation speed is low, and IRH is the value of I ⁺ /I ⁻ when the rotation speed is high, where IRH>IRL, (or IRH-IRL>b, Here, when b is a predetermined constant (b>0), it can be recognized that the sample S contains a nuclear material. Alternatively, another method of numerically evaluating the asymmetry before and after the point with the minimum distance as described above may be used. In this case too, the presence of nuclear material can be recognized when this asymmetry increases with increasing rotational speed.

なお、上記の例では、中性子線源１０を移動させて中性子線源１０と試料Ｓとの間の距離を変化させるために回転する円板２０が用いられたが、中性子線源１０の移動方法として、各種の方法を用いることができる。例えば、中性子源１０を直線上あるいは平面上で往復運動（振動）させることによって、上記と同様に中性子線源１０と試料Ｓとの間の距離を変化させてもよい。この際、上記の円板２０を用いた場合と同様に、距離が最小となる点の前後での動きがこの点に対して対称となるようにすれば、上記と同様の測定を行い、同様の判定をすることができる。また、こうした場合においても、この運動を周期的な振動として行わせれば、その振動の位相毎に検出結果を積分することができる。 In the above example, the rotating disk 20 was used to move the neutron beam source 10 to change the distance between the neutron beam source 10 and the sample S. As, various methods can be used. For example, the distance between the neutron source 10 and the sample S may be changed in the same manner as described above by reciprocating (oscillating) the neutron source 10 on a straight line or on a plane. At this time, as in the case of using the disk 20, if the movement before and after the point where the distance is the smallest is symmetrical with respect to this point, the same measurement as above is performed. judgment can be made. Even in such a case, if this motion is performed as periodic vibration, the detection result can be integrated for each phase of the vibration.

あるいは、上記のような中性子線源１０と試料Ｓの位置関係が実現できる限りにおいて、中性子線源１０を固定し、試料Ｓを移動させてもよい。あるいは、両者を共に移動させてもよい。 Alternatively, as long as the positional relationship between the neutron beam source 10 and the sample S as described above can be realized, the neutron beam source 10 may be fixed and the sample S may be moved. Alternatively, both may be moved together.

なお、上記の例では、中性子検出器３０の検出強度（カウント数）は図３（ｃ）の状態、すなわち、試料Ｓと中性子源１０の距離が円板２０の回転に伴って最小となる状態で最大になるものとした。しかしながら、中性子源を移動させる移動手段の構成や核物質の試料中の存在位置等により、この距離が最小となる状態で検出強度が最大になるとは限らない。また、場合によっては検出強度のピークが複数存在する場合もありうる。こうした場合においては、本願発明においては、距離が極小となった状態の前後の非対称性を評価するのではなく、距離の変動に際して検出強度が極大となった状態の前後の非対称性を前記と同様に評価すればよい。 In the above example, the detected intensity (number of counts) of the neutron detector 30 is in the state shown in FIG. was assumed to be the maximum at . However, depending on the configuration of the moving means for moving the neutron source, the position of the nuclear material in the sample, and the like, the minimum distance does not always maximize the detection intensity. In some cases, there may be multiple peaks of detected intensity. In such a case, in the present invention, instead of evaluating the asymmetry before and after the state in which the distance is minimal, the asymmetry before and after the state in which the detected intensity is maximized when the distance fluctuates is evaluated in the same manner as described above. should be evaluated to

なお、上記の例においては、中性子（一次中性子）を吸収した核物質が核反応（核分裂）によって新たに中性子（二次中性子）を発するものとした。しかしながら、放射線（一次放射線）を吸収することによる反応で他の放射線（二次放射線）を発する放射性物質（核物質）の有無を放射線検出器を用いて検知する際に、二次放射線と一次放射線とが放射線検出器で区別なく同様に検出される場合には、上記の構成を同様に用いることができる。すなわち、上記の一次中性子、二次中性子の代わりに、他の放射線（γ線等）を検出して放射線を発する核物質を検知する場合においても、上記の構成は有効である。この際、一次放射線と二次放射線とが同様に放射線検出器で検出される限りにおいて、一次放射線と二次放射線の種類が異なっていてもよい。この場合において、一次放射線と二次放射線が放射線検出器で弁別可能な場合であっても、上記の構成によれば、この弁別を行う必要はないため、信号処理が容易となる。この際に、一次放射線を発する放射線源として、パルス状の放射線を発するものを用いることが不要であり、安価な放射線源（例えば放射性同位元素）を用いることができるため、装置を安価とすることができる。 In the above example, the nuclear material that has absorbed neutrons (primary neutrons) newly emits neutrons (secondary neutrons) due to a nuclear reaction (nuclear fission). However, when detecting the presence or absence of radioactive material (nuclear material) that emits other radiation (secondary radiation) in a reaction by absorbing radiation (primary radiation) using a radiation detector, secondary radiation and primary radiation are detected in the same way by the radiation detector, the above configuration can be used as well. That is, the above configuration is also effective when detecting other radiation (γ-rays, etc.) instead of the above-described primary neutrons and secondary neutrons to detect radiation-emitting nuclear substances. At this time, the primary radiation and the secondary radiation may be of different types as long as the radiation detector detects the primary radiation and the secondary radiation in the same manner. In this case, even if the radiation detector can discriminate between the primary radiation and the secondary radiation, the above configuration eliminates the need for this discrimination, thereby facilitating signal processing. At this time, it is not necessary to use a radiation source that emits pulsed radiation as a radiation source that emits primary radiation, and an inexpensive radiation source (for example, a radioactive isotope) can be used, so that the apparatus can be made inexpensive. can be done.

１０、１１０中性子線源（放射線源）
２０円板（回転体：移動手段）
２０Ａ回転軸
２１モーター（移動手段）
３０、１５０中性子検出器（放射線検出器）
４０コンピューター（判定手段）
１００容器
１２０、２００中性子線（放射線)
１３０、２１０一次中性子成分
１４０、２２０二次中性子成分
３００ポリエチレン
Ｒ核物質
Ｓ、Ｓ１試料
Ｖ空洞 10, 110 Neutron source (radiation source)
20 disk (rotating body: moving means)
20A Rotating shaft 21 Motor (moving means)
30, 150 Neutron detector (radiation detector)
40 computer (judgment means)
100 container 120, 200 neutron beam (radiation)
130, 210 Primary neutron components 140, 220 Secondary neutron components 300 Polyethylene R Nuclear material S, S1 Sample V Cavity

Claims

A nuclear material detection device for detecting nuclear material in a sample,
a radiation source that continuously emits primary radiation that causes a nuclear reaction in the nuclear material;
a radiation detector that detects radiation emitted from the sample irradiated with the primary radiation;
Acquire as a measurement result the time course of the detected intensity of the radiation detector when the distance between the radiation source and the sample is changed over time so as to include the minimum point at which the distance is minimum. and changing the distance temporally by moving at least one of the radiation source and the sample so that the temporal change of the distance before and after the local minimum point is symmetrical with respect to the local minimum point. means of transportation;
In the measurement result, a post-peak integral value that is an integral value of the detection intensity within a certain period after the local minimum point, and a peak that is an integral value of the detection intensity within another certain period before the local minimum point a determination means for detecting the presence or absence of the nuclear material based on the pre-integrated value;
A nuclear material detection device comprising:

A nuclear material detection device for detecting nuclear material in a sample,
a radiation source that continuously emits primary radiation that causes a nuclear reaction in the nuclear material;
a radiation detector that detects radiation emitted from the sample irradiated with the primary radiation;
Acquire as a measurement result the time course of the detected intensity of the radiation detector when the distance between the radiation source and the sample is changed over time so as to include the minimum point at which the distance is minimum. and changing the distance temporally by moving at least one of the radiation source and the sample so that the temporal change of the distance before and after the local minimum point is symmetrical with respect to the local minimum point. means of transportation;
A peak, which is an integrated value of the detected intensity within a certain period after the minimum point, in the measurement results obtained when the moving speed, which is the rate of change of the distance over time, is changed between high and low speeds by the moving means. determining means for calculating respective post-integration values and detecting the presence or absence of the nuclear material based on the post-peak integration value at the high speed and the post-peak integration value at the low speed;
A nuclear material detection device comprising:

The moving means changes the moving speed, which is the time rate of change of the distance, between high speed and low speed,
The determination means recognizes that the nuclear material is present when a ratio of the post-peak integral value to the pre-peak integral value is higher in the case of the high speed than in the case of the low speed. The nuclear material detection device according to claim 1.

4. A nuclear material detection apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein in said moving means, said radiation source is fixed to a rotating body.

the type of the nuclear material is set in advance,
The determining means pre-stores the measurement result of the standard sample composed of the nuclear material as a reference, and compares the reference with the measurement result of the sample to determine the amount of the nuclear material in the sample. 5. The nuclear material detection device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it detects

6. A nuclear material detection apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein said primary radiation is a neutron beam, and said radiation detector detects neutrons.