JP7281816B2 - 核物質検知装置、核物質検知方法、試料分析方法 - Google Patents

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、核物質検知方法に関する。また、本発明は、一次信号を試料に照射して発生した二次信号を検出することによって試料の分析を行うための試料分析方法に関する。

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８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。

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（一次信号）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（二次信号）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。

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（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｄｉｅ－Ａｗａｙ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）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９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）の中性子線の照射終了時から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９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９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９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。

実際には図９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。

また、特許文献１には、炉雑音解析処理として知られる手法によって核物質の分析を行う手法が記載されている。ここでは、パルス状の中性子の照射からの一定時間（例えば５０ｍｓｅｃ）経過後において、時間幅（ゲート幅）を特定して中性子の計数を行い、この計数値の平均値、分散から雑音成分（Ｙ値）が算出され、このＹ値のゲート幅依存性より、核物質を検知することができる。また、測定時間を長く設定して測定の統計的誤差を減少させることによって、試料における核物質の定量分析も行うことができる。

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

国際公開２０１４／０３４７３４号

上記のどちらの方法によっても、核物質の検知能力は充分ではないため、例えばその核物質の存在量を高精度で検知することは困難であった。また、例えば特許文献１に記載の技術では核物質の存在を検知することは可能であるが、ここで検出される二次中性子はパルス状の中性子（一次中性子）照射後の一定時間経過後であるため、強度の高い即発核分裂中性子は検出されず、遅発核分裂中性子のみとなる。このため、検出される中性子の数が少なくなるためにその検知能力は高くなく、十分な精度で核物質の存在を検知するためには、長時間の測定を要した。

このため、一次中性子成分（一次信号）と、これによって試料から発生する二次中性子成分（二次信号）が共に検出される場合に、適切に二次中性子成分を認識して試料の分析を行えることが望まれた。

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。

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、核物質が一次放射線の照射に起因した核反応によって発した二次放射線を検出することによって、試料における前記核物質を検知する核物質検知装置であって、強度が時間的に変化する放射線を前記一次放射線として前記試料に照射する放射線源と、前記試料の側から発せられた前記放射線を入射の度に検出する放射線検出器と、一定の測定期間の中において、前記放射線検出器が前記放射線を検出した際に、当該放射線の検出タイミングと、当該放射線よりも前に検出された前記放射線の検出タイミングの時間差を算出する時間差算出部と、前記時間差のヒストグラムを作成し、当該ヒストグラムにおける前記二次放射線の寄与を推定して前記核物質の検知をする解析部と、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、前記解析部は、前記試料における前記核物質の存在を検知、または定量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。
本発明の核物質検知装置において、前記放射線源は、前記放射線を定常的に発する中性子線源と、前記中性子線源が固定された回転体と、を具備し、前記中性子線源と前記試料との間の距離が変化するように前記回転体が回転駆動されることを特徴とする。
本発明の核物質検知装置において、前記放射線源は、パルス状の前記放射線を周期的に発することを特徴とする。
本発明の核物質検知方法は、核物質が一次放射線の照射に起因した核反応によって発し、かつ前記一次放射線と同種の二次放射線を認識することによって、試料における前記核物質を検知する核物質検知方法であって、強度が時間的に変化する放射線を前記一次放射線として前記試料に対して照射し、前記試料の側から発せられた前記放射線を入射の度に検出する放射線検出器を用い、一定の測定期間の中において、前記放射線が検出された際に、当該放射線の検出タイミングと、当該放射線よりも前に検出された前記放射線の検出タイミングの時間差を算出する時間差測定工程と、前記時間差のヒストグラムを作成し、当該ヒストグラムにおける前記二次放射線の寄与を推定して前記核物質の検知をする分析工程と、を具備することを特徴とする。
本発明の核物質検知方法において、前記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。
本発明の試料分析方法は、計数可能な一次信号を試料に照射することによって発生し計数可能な二次信号を検出器で測定する際に、前記二次信号と共に前記一次信号も検出される場合における、前記二次信号によって前記試料の分析を行う試料分析方法であって、強度が時間的に変化する前記一次信号を前記試料に対して照射し、前記試料の側から発せられた前記一次信号及び前記二次信号を入射の度に検出する検出する検出器を用い、一定の測定期間の中において、前記一次信号又は前記二次信号が検出された際の検出タイミングと、当該検出タイミングよりも前に認識された検出タイミングとの時間差を算出する時間差測定工程と、前記時間差のヒストグラムを作成し、当該ヒストグラムにおける二次放射線の寄与を推定し、前記試料の分析を行う分析工程と、を具備する。

本発明は以上のように構成されているので、一次中性子成分（一次信号）と、これによって試料から発生する二次中性子成分（二次信号）が共に検出される場合に、適切に二次中性子成分を認識して試料の分析を行うことができる。

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である。 本発明の実施の形態に係る核物質検知装置におけるΔｔを測定する動作を説明する図である。 本発明の実施の形態に係る核物質検知装置における、中性子検出器におけるパルス出力の時系列の例である。 本発明の実施の形態に係る核物質検知装置において得られるΔｔのヒストグラムを模式的に示す図である。 本発明の実施の形態に係る核物質検知装置の実施例によって得られたΔｔのヒストグラムの例である。 従来の核物質検知装置によって得られたＤＤＴ法によるヒストグラムの例である。 本発明の実施の形態に係る核物質検知方法あるいは試料分析方法のフローチャートを示す。 従来の核物質検知方法を説明する図である。 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。

本発明の実施の形態に係る核物質検知装置１の構成を図１に示す。ここでは、ＤＤＴ法の場合と同様に周期的なパルス状の中性子を発する中性子源（放射線源）１０が用いられ、ここから発せられた中性子線２００が、容器１００の中に収容された試料Ｓに対して照射される。また、試料Ｓ側から発せられる中性子を検出する中性子検出器（放射線検出器：検出器）２０が用いられる。中性子検出器２０は、中性子１個を吸収する度にパルス出力をするため、これにより中性子１個１個を計数することができ、中性子の入射タイミング（検出タイミング）も認識することができる。

中性子検出器２０で検出される中性子は、図８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試料Ｓ内での核反応で発生した二次中性子成分２２０のいずれかであり、これらは区別なく中性子検出器２０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。

図１において、中性子検出器２０には、解析装置３０が接続されている。解析装置３０は、中性子源１０における中性子線２００のパルス状の発生の状況に応じて、中性子検出器２０の出力に応じた信号処理を行い、これによって試料Ｓにおける核物質の有無、あるいは核物質の存在量を認識する。以下にこの動作について説明する。解析装置３０は、中性子検出器２０における中性子の検出タイミングの時間差を算出する時間差算出部３１と、この時間差のデータから上記の認識を行う解析部３２を具備する。

図２は、中性子検出器２０における中性子の検出の状況と、これに応じた解析装置３０の動作を説明する図である。図２は、中性子検出器２０が４回中性子を検出した場合を示し、その検出時刻はｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４とされる。ここで、時間差算出部３１は、中性子検出器２０が中性子を検出した度に、この検出タイミングよりも前に中性子を検出した検出タイミングとの時間差Δｔを算出し、解析部３２はこの値を認識する。

図２においては、時刻ｔ１の出力が最も先行したため、この出力に対しては差分をとるべき対象となる出力が存在せず、Δｔは算出されない。その後、時刻ｔ２の出力に対しては、Δｔ＝ｔ２－ｔ１の一つが得られ、時刻ｔ３の出力に対してはΔｔ＝ｔ３－ｔ１と、Δｔ＝ｔ３－ｔ２の二つが得られ、時刻ｔ４の出力に対してはΔｔ＝ｔ４－ｔ１、Δｔ＝ｔ４－ｔ２、Δｔ＝ｔ４－ｔ１の三つが得られる。このように、後の出力に対しては多くのΔｔを算出することが必要となるが、時間差算出部３１あるいは解析部３２がこのようにｔ１～ｔ４を記憶すれば、時間差検出部３１はこの算出をすることができる。

図２においては中性子の検出が４回あったものとされたが、このようなデータ収集が行われる期間（測定期間）は、中性子線２００のパルス周期よりも通常は十分に長いものとする。このため、この測定期間内において実際にはより多くの中性子が検出される。図３は、このような中性子検出器２０におけるパルス出力の時系列の例を示し、ここでは、パルスにおける中性子がオンとなった期間の終了直後からの出力を示す。ここで、前記のＤＤＴ法の場合と同様に、一次中性子成分２１０が周期的なパルス状である場合には、中性子の照射直後からの中性子検出器２０が検出する中性子のカウント数の経時変化は、図９に示された通りとなる。すなわち、中性子検出器２０で検出される中性子には、一次中性子と二次中性子が混在するという点は同様である。ここで、一次中性子としては、試料Ｓで散乱されたために遅延して中性子検出器２０に達したものも含まれる。

解析部３２は、測定期間内における上記のように認識されたΔｔの全てを記憶し、測定の終了後にそのヒストグラム（度数分布）を生成する。試料Ｓ、中性子源１０の動作が安定していれば、サイクル毎に状況は変動しないために理想的には同様の結果が得られるが、実際には１回の検出時間帯内においては、中性子の検出回数は少なく、統計的ばらつきが大きくなる。しかしながら、上記の測定を行いΔｔを算出し、全てのΔｔのヒストグラムを得る場合には統計的ばらつきを低減し、高精度の結果を得ることができる。

このようにして得られるヒストグラムの結果及びその物理的意味について説明する。図４の特性は、このようにして得られたΔｔのヒストグラムを模式的に示す図である。図９、図３の結果より、図４の特性も、Δｔの増大に従って減少し、前記の図９の特性と類似するが、横軸がΔｔとされた点が異なる。
ここで検出される中性子には、前記のように一次中性子と二次中性子が含まれるために、上記のようにΔｔの算出に用いられた２つの出力の組み合わせ（後の出力と先の出力）には、先の出力を一次中性子とした場合において、二次中性子を後の出力としたものが含まれる。図９の特性より、Δｔが大きくなるほど、Δｔの算出に際して用いられた出力の組み合わせが二次中性子と一次中性子によるものである確率は高くなる。逆に、Δｔが小さければ、このΔｔに対応した組み合わせが二次中性子と一次中性子によるものである確率は低くなり、この組み合わせは一次中性子同士のものである可能性が高くなる。

このため、図４において、Δｔが小さな領域Ａにおいては一次中性子の寄与が大きく、Δｔが大きな領域Ｂにおいては二次中性子の寄与が大きくなり、結局図４の特性は図９の特性を反映する。また、図４の特性における横軸（Δｔ）方向の広がりが、一次中性子が核物質で吸収されてから二次中性子が発せられる時間に対応することも同様である。すなわち、図４の特性と図９の特性は類似し、各特性に対する一次中性子と二次中性子の寄与の状況は同様である。このため、図４において、核物質含有量が少ない場合（実線）と比べて、核物質含有量が多い場合（破線）は、Δｔが大きな領域で値が大きくなり、Δｔのヒストグラムから試料Ｓにおける核物質の検知、その含有量を推定することができる。

ただし、図９の特性における縦軸は中性子が検出されたカウント数であったのに対し、図４における縦軸は、Δｔが算出された数であるため、図２の単純な例からも明らかなように、その数は中性子が検出されたカウント数よりも多い。このため、図４のヒストグラムにおいては、中性子源１０、中性子検出器２０を同一とした場合でも、図９のヒストグラムを作成する場合と比べて、ヒストグラムに用いられるサンプル数を多くすることができ、その統計的精度を高めることができる。

図５は、実際にプルトニウム（Ｐｕ）が含まれる試料Ｓと含まれない試料Ｓに対して図１の構成で測定を行った結果得られたヒストグラム（実施例）を示す。ここでは、試料ＳにおけるＰｕの量が０ｇ（なし）、１００ｍｇ、３００ｍｇとされ、前記の中性子線のパルス周期は１０ｍｓｅｃとされ、測定期間は１０ｓｅｃとされた。この結果より、これらの３つの測定結果における、特にΔｔの大きな領域での差分が明確となっている。このため、例えばこのように予めＰｕの存在量が既知の標準試料に対する測定結果を解析部３２が記憶しておけば、解析部３２は、測定によって得られたヒストグラムからＰｕの存在量を認識することができる。

一方、前記のＤＤＴ法による図９の特性は、パルス状に発された中性子線における、中性子線がオンからオフとなった時点からオフの期間においてのみ各周期内で得られた結果の総計として得られる。このため、図５の結果を得た場合の中性子検出器２０の測定結果と同一の測定結果から、比較例として図９の特性を得ることもできる。図６（ａ）は、この結果を示す。この場合においては、Ｐｕが０ｇの場合と１００ｍｇとの差異が明確ではない。また、縦軸（カウント数）の絶対値が図５の場合とは大きく異なるため、統計的誤差が図５と比べると大きくなっている。

このため、同様の条件で総測定時間を１２０ｓｅｃと長くとり検出された総カウント数を十分に多くして図６（ａ）と同様の特性を調べた結果を図６（ｂ）に示す。この結果においては、Ｐｕが０ｇの場合と１００ｍｇとの差異が表れている。

これに対して、図５の結果では、総測定時間が１０ｓｅｃの場合においても、Ｐｕが０ｇと１００ｍｇの場合の特性の差異が明確になっている。すなわち、上記の方法によって、同一の測定時間であれば、ＤＤＴ法よりも高精度で試料ＳにおけるＰｕの存在量を認識することができる。

また、特許文献１に記載の技術においては、中性子検出器で検出される一次中性子成分を減らすために、パルス状の中性子の照射が終了してから一定時間経過後の測定結果が用いられた。このため、この測定結果に寄与する二次中性子は遅発核分裂中性子だけであり、より数の多い即発核分裂中性子は測定結果には寄与しなかった。これに対し、上記の方法においては、パルス状の中性子の照射の終了直後から測定が行われるため、即発核分裂中性子も測定結果に寄与する。このため、上記の方法によれば、より少ない測定時間で高精度で核物質の検知を行うことができる。

図７は、この解析装置３０の動作（核物質検知方法）を示すフローチャートである。ここで、この測定を行う時間である測定期間は通常は十分に長く、この総測定時間には周期的に変化する中性子線２００の多数サイクルが含まれるものとする。なお、以下ではこの動作は中性子検出器２０が中性子を１回検出する度に行われるものとするが、例えば図３のように中性子検出の時系列データが記憶されていれば、測定後にこの時系列データを読み出して解析装置３０が同様の動作を行うこともできる。

この動作は、測定期間内において、中性子検出器２０が中性子を検出する度（Ｓ１）に行われる。中性子検出器２０からの出力が得られた場合（Ｓ１）には、解析部３２は、この検出タイミング（図２におけるｔ１～ｔ４）を記憶する（Ｓ２）。次に、解析部３２は、このように記憶された検出タイミングのデータから、測定期間内においてこれよりも前に中性子検出器２０からの出力があったか否かを判定する（Ｓ３）。これよりも前に出力が認められなかった場合（Ｓ３：Ｎｏ）は、図２における時刻ｔ１の場合に対応し、次の出力の認識（Ｓ１）、検出タイミングの記憶（Ｓ２）が行われる。

これよりも前に出力が認められた場合（Ｓ３：Ｙｅｓ）は、図２におけるｔ２～ｔ４の場合に対応し、解析部３２は、時間差算出部３１に対応するΔｔを全て算出させ（Ｓ４）、その結果を全て記憶する（Ｓ５）。その後、中性子の検出（Ｓ１）から始まる動作が、測定期間が終了する（Ｓ６：Ｙｅｓ）まで繰り返される。これによって、測定期間内において、Δｔのデータが解析部３２に蓄積される。上記のＳ１～Ｓ５の処理は、測定期間内においてΔｔのデータを蓄積する時間差測定工程となる。

その後、測定期間が終了したら（Ｓ６：Ｙｅｓ）、解析部３２は、記憶された全てのΔｔのヒストグラムを作成する（Ｓ７）。その後、解析部３２は、このヒストグラムにおける図４に示されたような二次中性子の寄与より、試料Ｓにおける核物質の存在量を推定する（Ｓ８）。すなわち、Ｓ７、Ｓ８の処理は、Δｔのデータから核物質の分析を行う分析工程となる。前記のように、これによって核物質の存在の検知、あるいはその定量分析ができる。

上記の核物質検知方法においては、図４の特性において二次中性子成分と一次中性子成分とが区別できるようにするために、中性子線２００において中性子が発せられる期間が制限された周期的なパルス状とされた。しかしながら、上記の中性子検出（Ｓ１）は、このような周期的な状態とは無関係に、またその周期の開始タイミングを認識しないで、一定の測定期間内で行うことができる。このため、ＤＤＴ法の場合と比べて、中性子検出の際にパルス中性子の発生タイミングを認識することは不要であり、測定も容易となる。ただし、周期毎に上記の測定を行い、ＤＤＴ法と同様にサイクル内における特定の期間（例えば中性子がオフの期間のみ）においてのみ測定を行ってもよい。また、測定期間については、一般的にはパルス周期より長い方がサンプル数が多くなるため好ましいが、検出される中性子の強度が強いために測定期間が短くとも図４の特性が十分に認識できる場合には、測定期間はパルス周期より短くともよい。

また、中性子線２００はパルス状である必要はなく、図４の特性において上記のように一次中性子と二次中性子の区別ができる限りにおいて、中性子線の時間的変化があればよい。例えば、中性子線の強度が急峻なパルス状ではなく緩やかな変化をした場合においては、図４の特性における一次中性子の寄与に対する二次中性子の寄与の度合いは、この周期的な変化における中性子線の強度の変動率やコントラスト等に応じて変化するものの、同様の原理は成立する。特に、上記の方法によれば、図５に示されたように統計的精度の高い結果が得られるため、こうした場合においても、ヒストグラム中における二次中性子の寄与と一次中性子の寄与の区別は、従来の手法と比べて容易となる。

このため、中性子線がパルス状である必要はなく、その強度が周期的に変化すればよい。このため、例えば、中性子源として、「Ｃｏｎｃｅｐｔｕａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ａ Ｎｏｖｅｌ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｎｅｕｔｒｏｎ Ｓｏｕｒｃｅ」、Ｍａｓａｏ Ｋｏｍｅｄａ ａｎｄ Ｙｏｓｕｋｅ Ｔｏｈ、Ａｎｎａｌｓ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｅｎｅｒｇｙ、Ｖｉｌ．１３５（２０２０）、１０６９９３（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ。ｓｃｉｅｎｃｅｄｉｒｅｃｔ．ｃｏｍ／ｓｃｉｅｎｃｅ／ａｒｔｉｃｌｅ／ｐｉｉ／Ｓ３０６４５４９１９３０４９５５）、に記載されたような、定常的に中性子を発する中性子線源（放射性同位体）を回転する円板（回転体）に固定して、円板の回転に伴って中性子線源と試料との間の距離が周期的に変化するように構成された中性子源を用いることもできる。一般的に、中性子を正確にパルス状に発する中性子源を得ることは容易でないが、このように中性子線源を用いれば、周期的に強度が変動する中性子源を容易に得ることができる。あるいは、上記のように一次中性子と二次中性子の区別ができる限りにおいて、中性子の時間的な強度変化が周期的である必要はない。以上より、上記の構成においては解析装置３０と中性子源１０の間で少なくとも精密な同期をとることは不要となる。

また、上記の手法においては、中性子（一次中性子、二次中性子）を中性子検出器（放射線検出器）で検出することによって核物質を検知したが、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。

更に、上記のように、検出の時間差Δｔのヒストグラムを用いた解析は、計数可能な一次信号を試料に照射し、これによって発生した二次信号を元にして試料の解析を行う場合において、一般的に適用が可能である。このような場合においては、単一の検出器で二次信号を検出（計数）する際に、基となった一次信号も同様に検出され、両者を区別して計数することが困難である場合がある。例えば、ソナーにおいて、このような一次信号として音波を用い、試料からこの音波が反響して発せられた音波を二次信号とする場合が考えられる。この場合において、検出器が二次信号を検出する際に、一次信号も同時に検出される。

こうした場合において、一次信号、二次信号が共に計数可能であり個々の検出寺の検出タイミングが認識できる場合には、同様の手法が適用可能である。この場合において、前記の場合と同様に一次信号がパルス状であれば好ましいが、一次信号がパルス状でなくとも解析が可能である点については上記の場合と同様である。この場合、検出器は一次信号、二次信号の種類に応じて適宜設定される。また、一次信号と二次信号が共に同一の検出器で検出できる限りにおいて、前記の放射線の場合と同様に、一次信号と二次信号の種類が異なっていてもよい。

あるいは、例えば一次信号を検出する検出器、二次信号を検出する検出器を配置を変えて個別に設けることができる場合においても、上記の構成によれば、両者を検出する単一の検出器を用いて、二次信号を用いた試料の分析を行うことが可能となる。すなわち、上記と同様の時間差測定工程、分析工程を具備する試料分析方法は、核物質の検知以外においても有効である。

１ 核物質検知装置
１０、１１０ 中性子源（放射線源）
２０、１５０ 中性子検出器（放射線検出器：検出器）
３０ 解析装置
３１ 時間差算出部
３２ 解析部
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
Ｓ 試料

Claims (8)

1. 核物質が一次放射線の照射に起因した核反応によって発した二次放射線を検出することによって、試料における前記核物質を検知する核物質検知装置であって、
   強度が時間的に変化する放射線を前記一次放射線として前記試料に照射する放射線源と、
   前記試料の側から発せられた前記放射線を入射の度に検出する放射線検出器と、
   一定の測定期間の中において、前記放射線検出器が前記放射線を検出した際に、当該放射線の検出タイミングと、当該放射線よりも前に検出された前記放射線の検出タイミングの時間差を算出する時間差算出部と、
   前記時間差のヒストグラムを作成し、当該ヒストグラムにおける前記二次放射線の寄与を推定して前記核物質の検知をする解析部と、
   を具備することを特徴とする核物質検知装置。
2. 前記解析部は、前記試料における前記核物質の存在を検知、または定量することを特徴とする請求項１に記載の核物質検知装置。
3. 前記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請求項１又は２に記載の核物質検知装置。
4. 前記放射線源は、
   前記放射線を定常的に発する中性子線源と、
   前記中性子線源が固定された回転体と、を具備し、
   前記中性子線源と前記試料との間の距離が変化するように前記回転体が回転駆動されることを特徴とする請求項３に記載の核物質検知装置。
5. 前記放射線源は、パルス状の前記放射線を周期的に発することを特徴とする請求項３に記載の核物質検知装置。
6. 核物質が一次放射線の照射に起因した核反応によって発し、かつ前記一次放射線と同種の二次放射線を認識することによって、試料における前記核物質を検知する核物質検知方法であって、
   強度が時間的に変化する放射線を前記一次放射線として前記試料に対して照射し、
   前記試料の側から発せられた前記放射線を入射の度に検出する放射線検出器を用い、一定の測定期間の中において、前記放射線が検出された際に、当該放射線の検出タイミングと、当該放射線よりも前に検出された前記放射線の検出タイミングの時間差を算出する時間差測定工程と、
   前記時間差のヒストグラムを作成し、当該ヒストグラムにおける前記二次放射線の寄与を推定して前記核物質の検知をする分析工程と、
   を具備することを特徴とする核物質検知方法。
7. 前記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請求項６に記載の核物質検知方法。
8. 計数可能な一次信号を試料に照射することによって発生し計数可能な二次信号を検出器で測定する際に、前記二次信号と共に前記一次信号も検出される場合における、前記二次信号によって前記試料の分析を行う試料分析方法であって、
   強度が時間的に変化する前記一次信号を前記試料に対して照射し、
   前記試料の側から発せられた前記一次信号及び前記二次信号を入射の度に検出する検出する検出器を用い、
   一定の測定期間の中において、前記一次信号又は前記二次信号が検出された際の検出タイミングと、当該検出タイミングよりも前に認識された検出タイミングとの時間差を算出する時間差測定工程と、
   前記時間差のヒストグラムを作成し、当該ヒストグラムにおける二次放射線の寄与を推定し、前記試料の分析を行う分析工程と、
   を具備することを特徴とする試料分析方法。

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