JPH04504310A - 高速中性子放射化を使用した禁輸品を検出する装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、核応用型の禁輸品検出システムに関するもので、特にスーツケース 、小荷物その他の容器に隠された禁輸品を検出する装置および方法に関するもの である。ここで使用する用語「禁輸品」は、爆薬、麻薬およびアルコールを包含 したものである（但し、それらに限定されるものではない）。

航空産業において、爆薬を検出するために手荷物、小荷物を手早（走査できる装 置および／または方法に対する差し迫った要求がある。明らかに、こうしたシス テムおよび／または方法の使用において、爆薬検出の確実性は安心できる程度に 高い必要がある。さらに、米国内金体において２００万に近い大量の数の手荷物 が毎日チェックされまた航空機内に持ち込まれているので、誤った警報発生は、 公衆への迷惑を避けるために十分に少ない頻度でなければならない。

同様に、税関や法律行為の実施の現場においても、国境を通過中の小荷物や手荷 物に隠された他の禁輸品（たとえば麻薬）を検出する同様のシステムおよび方法 が緊急に必要とされている。こうしたシステムおよび／または方法では、高い検 出確率と低い誤警報の確率を実現しなければならない。

こうした当然の要求に応えるために、高感度で、特殊で、高速でかつ非侵入性の 検出技法を適用する必要がある。それに適した核心用技術は、それらの要求を満 足するものである。それらは、迅速でかつ非侵入性で対象物を尋問する手段を提 供し、そして適切に設計した時には、生物学的危険を確実に無視できる程度にす ることができる。

診断用の核技術は、一般的に、隠された爆薬または他の禁輸品を検出することを 可能とする、二つの侵入性の高い放射線（中性子およびガンマ線）の使用を含ん でいる。これら放射線は、以下のように作用する。すなわち、適当に形造った一 次放射線で、ある対象物のある指定した容積内の原子核を励起させる。この励起 させた原子核は次に弛緩して、その核種に特有の電磁放射線または粒子放射線を 放出する。この放出スペクトルの分析によって、その対象物（たとえば爆薬、違 法な薬物等）の中のある特定の物質の検出が容易になる。すなわち、もしその放 出スペクトルがある所与のエネルギの放射線を含んでいる場合には、その対象物 中にある特定の元素が存在していると推測することができる。従って、特定の強 度の特徴的放射線ラインを示すある特定のスペクトルは、検査している対象物中 にある特定の化学元素が存在していることを同定する「サイン」として作用する 。この対象物内の化学元素および／または化合物を同定することは、たとえば、 ゴザニ（Ｇｏｚａｎｉ）の「核物質の活性で非破壊的な分析試験（Ａｃｔｉｖｅ 　ＮｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅＡｓｓａｙ　ｏｆ　Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｍａｔｅ ｒｉａｌｓ）Ｊ　、アメリカ合衆国原子力規制委員会（Ｕｎｉｔｅｄ　５ｔａｔ ｅｓ　Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｒｅｇｕｌａｔｏｒｙ　Ｃｏｍｍ１ｓｓｉｏｎ）、　Ｎ ＵＲＥＧ−ＣＲ−０６０２，ＳＡＩ−ＦＭ−２５８５（P９８１）に 述べられているように、その物質から放出される放射線中に在るそれに対応した サインを同定することを含んでいる。

非侵入性診断目的のため、中性子を上記の一次放射線として使用し、そしてこの 結果発生するガンマ線スペクトルを測定することが、一般的な方法である。たと えば、米国特許第３．８３２．５４５号には、主として熱エネルギの中性子を使 用する核応用型の爆薬検出システムが開示されている。また、これとは対照的に 、ヨーロッパ特許公報ＥＰ−０−２２７−４９７−Ａ１には、７〜１５ミリオン 電子ボルト（ＭｅＶ）までのエネルギの高速中性子を使用した、核応用型の爆薬 検出システムが開示されている。上記の熱中性子に基づく検出システムの欠点は 、実際上の目的で、元来、爆薬の４つの主要な成分（すなわち、水素、炭素、窒 素、酸素の元素）の内の一つのみ、すなわち、窒素（および時には水素）のみの サインしか与えないことである。一方、上記の高速中性子に基づく検出システム においては、爆薬の４つの成分全てまたは他の禁輸品のサインを与えるようにす ることができ、これによってこの高速中性子禁輸品検出システムの尋問力を強化 している。

しかしながら、単にある特定の禁輸品の成分元素のサインを得ることが、必ずし もその尋問対象物中にそのような禁輸品が存在していることを示すことにはなら ない、ということに気をつけなければならない。これは、多くの良性の物質（非 禁輸品）もそれらの元素を含んでいるためである。従って、その尋問物中の元素 密度の分布の三次元的な画像を、禁輸品と非禁輸品をさらに判別する助けとなる 画像として得ることができれば、診断上非常に好都合となることがある。このよ うな目的のための適当な三次元画像は、対象物に対しその部分毎に中性子照射を 行い、そして各部分より発生される信号のエネルギおよび強度のコンピュータ応 用分析を行うことで、都合よく得ることができる。そのような分析には、本願出 願人が１９８７年５月２６日付けで出願した米国特許出願筒０７１０５３．９５ ０号の先の特許出願において教示したように、その対象物の周囲にガンマ線検出 器を適切に配置することが必要である。この出願の開示内容は、この言及により 本開示に含めるものとする。

効果的に機能する禁輸品検出システムは、いくつかの要求事項を満足しなければ ならない。これらの要求事項は、（１）爆薬またはその他の禁輸品の検出が、そ の爆薬または禁輸品の形状とは無関係であること（すなわち、その形状とは無関 係に爆薬またはその他の禁輸品が検出できること）、（２）検査する対象の内容 物について最大のプライバシー保護を与え、しかも対象物に対するシステム処理 能力を最大にするために、対象物の検査が非侵入性であること、（３）検出シス テムが、高い検出確率、すなわち高い検出感度と低い誤警報率を有していること 、（４）その検出技法が、尋問している対象物、その操作を行う係員、およびそ の周囲に対して危険性のないものであること、（５）検出システムが、容易に操 作並びに保守することができ、種々の環境条件において機能することができるも のであること、である。

当分野においては、非核形式の爆薬検出システムも知られている。これらの幾つ かについては、上記の特許出願において触れている。しかしながら、これまで、 そのような非核形式のシステムは、それ自体では上記の要求を満足することがで きていない。

一方、核応用型の検出システムでは、効果的に機能する検出システムに必要なほ とんどの要求を満足する能力があるが、既存の核応用型システムには、依然とし て、いくつかの領域で不満足な点がある。本発明は、核心用型検出の分野におい て、従来技術のシステムのそのような欠点を克服する特定の改良に向けたもので ある。この改良については、まず爆薬の関連する特性を再吟味し、次いでこうし た爆薬の検出における従来技術の検出システムの欠点を評価することにより、よ り一層良く認識し、理解することができる。（もちろん、爆薬は、本発明を用い て検出すある特定のタイプの禁輸品の単なる一例に過ぎないことを強調しておか なければならない。） 爆薬は、一般に、６つのタイプに分けることができる。

１）ニトログリセリンを基材とするダイナマイト、２）硝酸アンモニウムを基材 とするダイナマイト、３）軍用爆薬（組成物−４、ＴＮＴ、ＰＥＴＮおよびピク リン酸）４）自家製の爆薬（たとえば、肥料、燃料油より製造された物）５）低 次の火薬（黒色火薬、および無煙火薬粉末）６）特別の目的の爆薬（アジ化鉛、 スチフニン酸鉛、雷酸水銀、プラスチングゲル） これらの爆薬の物理特性および元素組成は、表１に要約しである。それを見れば 判るように、爆薬の公称密度は、代表的には１．６ｇ’／ｃｍ３であって、１． ２５ｇ／ｃｍ３から２．０ｇ／ａｍ３あるいはそれ以上の範囲にあり、そしてそ の主な元素成分は、水素、炭素、窒素、酸素である。この表１を調べると気づ（ ように、ある爆薬が効果的となるためには、最小でもある伝播厚をもつ必要があ り、従ってそれに隣接する爆発体を最小でもあるサイズとする必要がある。

米国特許第４，７５６，８６６号（アルバレズ（Ａｌｖａｒｅｚ））には、製造 過程において爆薬中に注入される、たとえば重水素の不活性トレーサを用いる爆 薬検出システムが開示されている。爆薬のその違法な通過の検出は、２．２２３ ＭｅＶよりも大きなエネルギの光子を手荷物および小荷物に照射し、そしてその 注入されている重水素の光子分解から生ずる中性子を検出することにより、行う ようになっている。しかし、この方法の主な欠点は、（１）爆薬に十分な量の重 水素を添加することへの爆薬製造業者の世界的な合意が必要であること、（２） 黒色火薬（水素を含有していない）および自家製の爆薬などのある種の爆薬は、 検出を逃れてしまうこと、である。

他の従来技術において示唆されている爆薬の検出のための核技術は、表１より分 かるように、爆薬の主要な成分が窒素であるとの認識が関係したものであり、従 って、１４Ｎ（γ、ｎ）プロセス中に１０．６ＭｅＶよりも大きなエネルギの光 子によって誘起する放射性Ｉ３Ｎ　（ｔ、、＝ｌＱｍ、陽電子エミッタ）の発生 を利用し、引き続いて放射線の消滅（陽電子放出断層レントゲン写真撮影を容易 にする）の検出を行うことにより窒素の存在を同定するようにする。しかしなが ら、この技法の禁止の要因は、照射する対象物に不可避的に与える大量の放射線 線量（ｋｒａｄ／ｋｇのオーダー）にあり、これにより、公衆に許容できない程 の危険が生じることである。

上記の放射線問題を克服しまたは少なくともそれを最小限にするそれに関連した 核技術は、たとえば上記の米国特許第３．８３２．５４５号（バートコ（Ｂａｒ ｔｋｏ））に開示されているように、熱中性子による窒素の活性化に基づいたも のである。

この発明は、低速中性子で開始させる１４Ｎ（、γ）プロセスが、正確に１０゜ ８ＭｅＶの即発ガンマ線光子を発生させ、これによりその検出を容易にするよう にすることができる、という事に非常に大きく依存している。このバートコ特許 においては、有機シンチレータをガンマ線検出器として使用しており、この結果 、かなり緩慢なソース位置解像度（すなわち、窒素分布の不鮮明な画像）しか得 られず、このため低い検出効率しか得られていない。

さらに、爆薬検出のための核心用技法の従来技術としては、ヨーロッパ特許公報 ＥＰ　０−２２７−４９７−Ａｌを参照することができる。この刊行物には、７ 〜１４ＭｅＶ（高速）の中性子の非弾性散乱に基づく爆薬検出システムが開示さ れている。その高速中性子は、パルス性の重陽子ビームとの３Ｈ（ｄ、ｎ）’Ｈ ｅ反応において発生させ、そしてその中性子の相互作用による即発ガンマ線を固 体ダイオード［ＨＰ　Ｇ］によって検出し、そしてその出力は適当に計時するよ うにしている。その即発ガンマ線スペクトルの分析により、照射した対象物中の 諸元素の濃度指示が得られる。特に、１４Ｎ中の即発ガンマ線遷位の強度と１６ ０中の遷位の強度との比の測定によって、爆薬物質の存在に関する情報を得るよ うにする、ということが述べられている。

このヨーロッパ特許公報に開示された特定の高速中性子の発明が開示されている が、その記述からすれば、窒素と酸素の比を爆薬物質の存在についての唯一の指 示子として用いており、そして炭素の信号は無視しているように思われる。この ように思われる理由は、その炭素信号が、炭素核のかなりの反跳速度と４．４４ ＭｅＶレベルの１２Ｃの短い寿命によって生じる放射線スペクトル中の非常に広 いラインで表されており、そしてこの広いラインをその提案されているタイプの 高解像度の固体検出器を使用して測定することは困難であるからである。

このヨーロッパ特許公報中で引用されている高速中性子装置に関連する他の欠点 は、検査中の対象物に対しかなり長い照射時間を必要とし、これにより爆薬検出 システムのスループット時間を比較的遅いものとしている、ということにあると 思われる。その長い照射時間は、主に、高解像度固体ガンマ線検出器に固有の低 い検出効率によるものであり、これは、それら検出器の二つの技術的な制限、す なわち、（１）その検出器の比較的小さな活性容積（たとえば、１００ｃｍ”よ りも小さい）、および（２）その検出器の上側帯域幅（これにより、最大カウン ト率が１０５ヘルツ以下なる）、によって生じるものである。従って、高速中性 子システムに必要なのは、こうした検出制限により阻害されないことである。

上述したそれら欠点を克服する高速中性子システムが得られたとしても、いまだ に高速中性子放射化に基づく有効に機能する禁輸品検出システムを実現する以前 に解決しなければならない、高速中性子の使用に関連した他の不利な影響がある 。たとえば、真性ゲルマニウムのガンマ線検出器のエネルギ解像度は、高速中性 子のおよそ１０１°ｎ／ｃｍ２のフルエンス後劣化し、従って検出器のアニール 回復または検出器交換が必要である。上記ヨーロッパ特許公報に開示された発明 では、たとえば、タングステンおよびポリエチレンはう酸塩のシャドー・シール ドの使用してその中性子の量を減少させることについて教示している。しかしな がら、その開示されたンヤドー・バーの長さが０．５ｍと仮定すると、この量の シールドは、２．６Ｘ１０−３よりも大きな減衰係数となる。この減衰レベルに おいて、１０１２ｎ／秒の発生量のｄ＋Ｔ中性子源を使用すると仮定すると、そ の検出器ユニットの使用可能時間は、４７時間以下に制限される、ということを 示すことができる。残念ながら、これは、有効に機能する禁輸品検出システムに は許容できない程の短い時間である。

爆薬および他の物質の種々の物理特性および概略の組成ニトログリセリン（ＮＧ ）　液体　１．６　２．２　１５．９　１８．５　６３．４　０　８１．９ＥＧ ＤＮ　液体　１．４８　２．４　２２．０　１７．１　５８．５　０　７５．６ 硝酸アンモニウム　固体　１．７　５．０　０　３５．０５８．０　０　９３黒 色火薬　固体　１．７−１．９５　０　−２２　１０　３６　３（３）、Ｋ（２ ９）　−４６二トロセルロース（９−１４％Ｎ）　固体　１．５０−１．７　２ ．４　２４．３１４．１５９．２　０　７３．３ＰＥＩＮ（純粋）　固体　１． ７６　２．４　１９．０　１７．７　６０．７　．０　７８．４ＰＥＩＮ（デー タシート）　固体　１．４８　４．３　３１，４　１２．２　５２．１　０　６ ４．３ＴＮＴ（圧縮された）　固体　１．６３　２，２　３７．０　１８，５　 ４２．３　０　６０．５組成物Ｂ　固体　１．７１　２．７　２４．４　３０， ５　４２．７　０　７３．２スチフニン酸鉛　固体　３．０２　０．７　１５． ４　９．０３０．８Ｐｂ：４４．２　３９．８テトリル　固体　１．５７−１． ７１　１．８　２９．３２４．４４４．６　０　６９ダイナマイト　固体　１， ２５　４．０　１４．０　１５−２０５９．０　ｈ：１０．０　７４−７９オク トゲン（ＨＭＸ）　固体　１．９０　２．８　１６．２　３７，８　４３．２　 ０　８１組成物３　（Ｃ−３）　パテ状固体　１．５８−１．６２　２．９　２ ２，８３２．８４１．６　０　７４．４組成物４　（Ｃ−４）　パテ状固体　１ ．６４−１．６６　３．６　２１．９３４，５４０．２　０　７４．７ビクリン 酸　固体　１．７６　１．３　３１，４　１８，３　４８．９　０　６７．３ア ジ化鉛（デトネータ）　固体　４．４８　０　０　２ｇ、９０　Ｐｂ　２ｇ、４ トリアセトンドライバー 酸化物　固体　１（？）　９．７　３８．７　０　５１．５　０　５９．７へキ サメチレンドライバー 酸化物固体　固体　１．５７　５．７７　３４．６　１３．５　４６．２　０　 ５９．７非爆薬 包装された布　固体　＜０．１ ポリエステル　固体　（１，３８）　３．７　６６．７　０　２９．６　０　２ ９．６ダクロン　固体　（１，３８）　４，２　６２．５　０　３３．３　０　 ３３．３綿　固体　（１，３０）　６．０　４８．０　０　４６．０　０　４６ ．０ウール　固体　（１，３２）　４，７　３７．５　２１．９　５．１　０　 ２７．０絹　固体　（１，２５）　５．３　３９，５　２８，８　２６．３　０ 　５５．１ナイロン　固体　（１，１４）　９，７　６３．７　１２．４　１４ ．２　０　２６．６オーロン、アクリラン　固体　（１，１６）　５，７　６７ ．９　２６．４　０　０　２６．４エン・スチレン　固体　１．２０　８．９２ 　８４．５　７６．５　０　０　７６．５メラミンフオーマルデハイド　固体　 １，４８　５，５　４３，６　５０．９　０　０　５０．９ネオプレン（ウェッ トスーツ）固体　１．２５　４．４　Ｂ４．０　０　０　Ｃ１：３１．６　０ポ リウレタン　固体　１，５０　７，９　５２．２　１２，２　２７．８　０　４ ０ポリエチレン　固体　０．９２−０．９６　１４，３　８５．７　０　０　０ 　０ポリプロピレン　固体　０．８９−０．９１　１４．３　８５．７　０　０ 　０　０ルーサイト、アクリル樹脂 ガラス　固体　１．１６　９．１　５４．６　０　３６．４　０　３６．４ｐｖ ｃ　固体１．２−１．５５　４．８　３８．４　０　０　Ｃ１：５６．８　０サ ラン　固体　１−１．７　３．１　３０．０　０　０　Ｃ１：６６．９　０水　 液体　１　１１．１　０　０　８９．９　０　８９．９エチルアルコール　液体 　０゜７９　１３．１　５２．１　０　３４．０　０　３４．０砂糖　固体　１ ．５９　６．５　４２．０　０　５１．４　０　５１．４発明の要旨 本発明は、高速中性子が原子核と相互作用することにより核種に応じた独特のサ インである即発ガンマ線ラインを発生させる、という周知の原理を使用するもの である。これらのガンマ線スペクトルを適切に計測することによって、ガンマ線 源の密度、すなわち、照射する対象物を構成する元素の原子核の密度を示す０侵 入的な手段を得ることができる。

このために、本発明は、６．７ＭｅＶ以上のエネルギの高速中性子により対象物 を尋問し、そして禁輸品（たとえば爆薬など）を検出するために引き続いて発生 するガンマ線スペクトルを計測する装置および方法に向けたものである。本発明 の装置は、（１）中性子ビームを発生する手段と、（２）尋問する対象物をステ ップ形式または連続形式でその中性子ビームに対して移動させ、これによって高 い透過性の中性子が対象物の照射容積の内において核相互作用してそれに特徴的 なガンマ線を発生させる手段と、（３）その結果として得られたガンマ線のエネ ルギおよび強度を判定する測定手段と、および（４）（ａ）ガンマ線発生源の分 布の三次元画像を発生し、（ｂ）発生源の分布が指定した禁輸品の存在を示して いるか否かを判定する、処理手段と、を含んでいる。

本発明の方法は、（ａ）高速中性子ビームを発生し、（ｂ）対象物内に収容され た元素に特有のスペクトル・ラインを持つガンマ線スペクトルを発生するために 、高速中性子ビームを検査する対象物に照射し、（Ｃ）対象物に収容された元素 の原子核の密度および分布を判定するためにそのガンマ線スペクトルのスペクト ル・ラインを測定し、（ｄ）対象物内のその元素の計測した原子核の密度および 分布を、禁輸品に特有の元素の既知の原子核の密度および分布と比較し、（ｅ） その比較結果が実質的な一致を示したときに、禁輸品が存在していると判定する こと、を含んでいる。

本発明の好適な応用例は、航空機に持ち込まれようとしている小荷物または手荷 物に隠された爆薬の検出である。しかしながら、種々のその他の応用例もあり、 これは、全ての禁輸品が、高速中性子の照射を受けた時に、その検査対象物より 放射される特徴的なガンマ線スペクトルを発生するのと同じである。

動作においては、適当な高速中性子発生源からの高速中性子を、検査する対象物 （たとえば手荷物またはその他の容器）に向け、そして中性子がその対象物内の 元素の原子核と相互作用させる。公知のコンベア・ベルトまたはこれと等価のシ ステムを使って、中性子ビームの前方で対象物を移動させ、これによって、照射 する対象物の容積を制御する。一つの実施例では、高速中性子発生源は、対象物 の照射容積を規定し制限する中性子ビーム・コリメータと、望む方向以外の中性 子を減衰させるための補助中性子シールドと、を備えるようにする。有利にも、 中性子ビームの前方の対象物の（コンベアによる）定常的なまたはステップ形式 の移動と、たとえば扇形状のビームへの中性子のコリメートとを組み合わせると ともに、以下に述べるガンマ線検出器アレイを用いることにより、核の密度の三 次元マツピングを行うことができる。

本発明に関連する測定手段または測定方法は、尋問する項目の高スルーブツトを 維持できるようにするガンマ線検出器アレイを含んでいる。このガンマ線検出器 は、好ましくは、光電子増倍管に結合したシンチレーション結晶である。この組 み合わせにより、その結果生じたガンマ線スペクトルを十分な解像度で測定でき るようにし、そして、水素（Ｈ）、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、酸素（０）および 時には塩素（ＣＩ）のサインとしてのガンマ線ラインの存在および強度を正確に 確かめられるようにする。こうした検出器は、適当な処理回路に結合し、そして この回路は、光電子増倍管が出力した信号パルスをコンピュータ処理のためにデ ィジタル・パルスへ変換する。（光電子増倍管が出力するパルスは、ガンマ線の エネルギ量を示すそのパルスの高さで、ある特定のガンマ線の検出を示す。）上 記のガンマ線検出器アレイに加えて、上記の測定手段は、好ましくは少な（とも 一つの、照射している対象物の中性子発生源とは反対の側に配置した中性子検出 器も含んでいる。この中性子検出器は、対象物を通り過ぎた中性子を測定して、 在来の放射線写真技術と同様に、対象物内の原子核の密度の指示を与える。

上記の処理手段は、統計的方法（たとえば判別分析）または人工ニューラル・シ ステムまたはその他のエキスパート・システムに基づ（判定分析を包含している 。こうした処理は、容易に誤警報発生率の低下させる。たとえば窒素の単一の元 素のサインのみが得られる従来技術の熱中性子検出システムとは異なり、本発明 の処理手段では、たとえばＨ，Ｃ，Ｎ、　Ｏ，および（時として）Ｃ１の軽い元 素の複数の独特なサインの発生に焦点を当てている。それは、ある特定の禁輸品 （たとえば爆薬）の組成を特徴づけるそれら元素のある特定の組み合わせの発生 である。従って、検査中の対象物内の禁輸品の存在について、基準とする軽い元 素の組み合わせの発生を判定することによって、より確実に検出することができ るものとなる。この判定は、ガンマ線検出器アレイおよび中性子検出器より得ら れるそうした元素の密度および三次元的な分布を分析することにより、さらに優 れたものとすることができる。

上記したように、最終的な禁輸品／非禁輸品の判定は、統計的方法で行う。この 方法は、たとえば統計的判別分析に基づいたものであり、またこれの代わりとし て、種々の内容物の対象物の大量の集まりに対して訓練した人工ニューラル・ネ ットワークを使用する。いずれのタイプの処理あるいはその両方のタイプを組み 合わせた処理も、１つまたは複数のプログラム可能なコンピュータによって容易 に行うことができ、これによって、禁輸品の検出の確実度を向上させとともに、 誤警報発生の頻度を低（することができ、さらに、処理を行う方法に対する高度 な柔軟性を維持することができる。

また、本発明のある代替の実施例においては、手荷物または小荷物およびその内 容物の通常の電子密度画像を発生するために、在来のＸ線システムを、その核心 用型爆薬検出システムに付加する。このようにした場合、単純な知識ベースのア ルゴリズムは、核および電子の双方の密度分布を含んで、この検出システム全体 の性能をより向上させる。

本発明の主要な特徴は、正確カリ迅速に閉塞した対象物に隠された、たとえば爆 薬などの禁輸品の存在についての判定を行うことができる、核応用型の０侵入的 な検出システムを提供することである。

本発明の他の特徴は、検査対象物中の水素、酸素、炭素および／または窒素の存 在（そのような元素の三次元分布も含む）を正確に識別する検出システムを提供 することである。

本発明のさらにもう一つの特徴は、閉塞した対象物中の禁輸品の形状に拘わらず 、その対象物中の禁輸品を検出することができ、従ってより伝統的な円筒状の爆 薬と同様にシート状の爆薬をも検出することのできる、禁輸品検出を提供するこ とである。

さらに、本発明の他の特徴は、対象となる閉塞した対象物中の特定の禁輸品を高 い確率で検出できると同時に、誤警報の発生確率を確実に低いものとし、さらに システムを通過する対象物のスルーブツトを高く維持することのできる、禁輸品 検出システムを提供することである。

本発明のさらにもう一つの特徴は、容易かつ安全に操作することができ、検査す る対象物、操作係員およびその周囲環境に対して危険のない核応用型の禁輸品検 出システムを提供することである。

図面の簡単な説明 本発明の上記およびその他の特徴および利点については、添付図面に関連して提 示する例示的な以下の説明を参照すれば、容易に理解できるものとなろう。

第１図は、核応用型の禁輸品検出システムの簡略化した概略図。

第２図は、１４ＭｅＶ中性子の定常ビームで水素、炭素、窒素および酸素に衝撃 を加えた時に放出されるＩ　Ｍ　ｅ　Ｖ以上のエネルギの目立ったガンマ線の概 略スペクトル。

第３Ａ図ないし第３Ｃ図は、１４ＭｅＶ中性子ビ中性子応用型た時に種々の物質 より得られるエネルギ・スペクトルを示す図。

第４図は、本発明の一実施例による禁輸品検出システムが含むようにすることが できる主要なハードウェア構成要素を示す概略図。

第５Ａ図と第５Ｂ図は、本発明の核心用型検出システムの基本構成要素を概略的 に示す図であって、これらの要素は、禁輸品収容の疑いのある対象物を、高速中 性子の非弾性散乱に基づくガンマ線分光法を用いて尋問を行うのに使用するもの であり、そして第５Ａ図の実施例は狭いコリメータを含んでおらず、−力筒５Ｂ 図の実施例はそのようなコリメータを含んでいる。

第６図は、本発明の諸実施例に用いるデータおよび制御の流れの１例を示す概略 図である。

発明の詳細な説明 以下の説明は、発明を実施するために現在考えられる最良の態様に関するもので ある。この説明は、限定的に解釈されるべきものではなく、本発明の一般的な原 理を記述するという目的のみで行ったものである。本発明の範囲は、特許請求の 範囲に基づいて定められるべきである。

本発明のこの説明をより明瞭にするため、隠された爆薬の高速検出のための１つ の特定の実施例について説明する。しかしながら、その他の物質／材料の検出／ 制御において本発明を実施することは、積分光学の技術における当業者がここで 説明する装置および方法を使用して、容易に行うことができる。たとえば、非弾 性的な高速中性子の散乱の結果として特徴的な放射線「サイン」　（これは、た とえば、元素の特定の組み合わせ、濃度、および／または配列から生ずる）をも つ物質はどのようなものでも、ここで説明する方法および装置により同定するこ とができる。

本発明は、ＭｅＶ台のエネルギの高速中性子が、目標の核に即発ガンマ線遷移を その低い位置のレベルから誘起する現象に基づくものである。都合の良いことに 、それの対応する横断面がほどよく太き（、たとえば１２０．１４Ｎおよび＋６ Ｑの場合、その横断面は、熱中性子エネルギにおける放射性捕獲横断面よりも大 きい。

しかし、その中性子入射エネルギは、励起する核レベルの励起エネルギよりも太 き（しなければならないため、それら中性子は、もし１４ＭｅＶ中性子で＋ｇ□ のガンマ線遷移を測定しようと考える場合には、たとえば６．７ＭｅＶ以上のエ ネルギをもつようにしなければならない。この中性子エネルギをあまり大きくし 過ぎると、反応チャンネルの数が急激に増加して、これがしばしばその所望の横 断面を減少させることとなり、またさらに副作用として望ましくない遅延した放 射能を生じるため、望ましくない結果を生じることになる。しかしながら、実際 上の理由により、たとえば１４ＭｅＶの中性子を、本発明のガンマ線分光分析に おいては、入射ビームとして用いることが望ましい。都合の良く、容易に入手可 能な１４ＭｅＶ中性子の発生器があり、そしてこの衝撃用中性子エネルギでは、 所望のガンマ線ラインの生成は満足できるものである。また、１４ＭｅＶ中性子 と核との相互作用の評価データが豊富に存在しており、これらのデータにより目 標の核の密度の評価が容易となり、また、１４ＭｅＶ中性子の使用に対する効果 的な生物学的シールドの設計も容易となる。

本発明の概括として、第１図を参照すると、これには、簡略化した中性子応用型 の爆薬検出システム１００の概略を示しである。このシステムは、中性子発生源 （イオン加速器）１０２を含んでおり、この中性子発生源は、幾つかの中性子ビ ーム１０６を発生する。この中性子発生源１０２は、コリメータ］０４またはこ れに相当する構造体を含んでおり、このコリメータは、諸中性子ビーム１０６を 、たとえば手荷物１０８などの対象物に向けて、その手荷物のある特定の部分に 中性子を照射するようにする。そして、この探査用中性子は、手荷物１０８内に 収納された爆薬１１０と相互作用して、それからガンマ線の放出を誘起する。

そして、この放出したガンマ線の数およびそのエネルギは、検出器１１４によっ て測定する。

関心のあるある種の元素（たとえば水素（Ｈ）、炭素（Ｃ）、酸素（０）および 窒素（Ｎ））は、エネルギ・スペクトルにおいて、その測定したスペクトル中の 特定の位置のピーク（関心のあるライン）として現れることになる。適当な処理 回路を使用することにより、コンピュータ１１６を用いてそうしたエネルギ・ピ ークの存否を監視する。このような元素の規定のサインを、手荷物１０８の荷物 容積の少なくとも１つの小部分（即ち「ボクセル（ｖｏｘｅｌ）Ｊ　）内にある と発見した場合には、この発見は、手荷物のそのボクセル内に爆薬が存在してい ることを示唆するものとなる。このような場合、アラーム１１８をトリガする。

このアラーム（これは可聴的および／または可視的なアラームとすることができ る）は、操作係員に、手荷物１０８の中に爆薬１１０が存在している可能性があ ることを警報する。

効果的には、このアラームのトリガまたは発音を、規定の元素の特定の組み合わ せおよび特定の密度が存在していることが適当な監視とガンマ線スペクトルの処 理によって判定した場合のみに限定することによって、爆薬物質の高い検出確率 （ＰＤ）を得ることができると同時に、誤警報確率（ＰＦＡ）を低く維持するこ とができる。

上記の説明（第１図に関する）は、もちろん非常に単純化したものである。とも か（、これは、本発明が閉塞した対象物中の爆薬などの特定のタイプの禁輸品に 関する非硬人的な検出を行う方法について、ガンマ線分光法にそれ程精通してい ない者に対する説明となるものである。

ガンマ線分光法により多くの知識を持つ者に対しては、次に第２図を参照して説 明する。この第２図には、１４ＭｅＶの中性子の定常ビームで水素、炭素、窒素 および酸素に衝撃を加えることにより発生する、ＩＭｅＶ以上の顕著なエネルギ のガンマ線スペクトルの概略を示しである。図示のガンマ線ラインを発生するた めのそれら原子核の横断面は、１０−”ｃｍ”　（ミリバーン）を単位とする対 数スケールでプロットしている。（核横断面という概念は、核分光法の当業者に は良（理解されているもので、これは文献に十分に説明されているものであり、 その文献は、例えば、ゴザニ（Ｇｏｚａｎｊ　）の核物質の活性非破壊分析、前 書き部分、３６頁ないし４０頁を参照されたい。）　ラベル１．３．６．８（小 部分）、９．１１および１３のスペクトル・ラインは、窒素によるものである。

ラベル４．５．７．１０．１２および１４のスペクトル・ラインは、酸素による ものである。スペクトル・ライン８は、炭素によるものである。同様に、ラベル ２のスペクトル・ラインは、水素によるもので、このラインは、中性子を水素が 放射性捕獲したことによって生じたものである。（尚、この特定のラインの強度 は、第２図において任意に設定したものであることを銘記されたい。）この第２ 図に示した情報を読むための要領を説明するためには、核相互作用の発生方法お よびその対応する測定方法の基本的な理解が役立つと思われる。これに関連する 文献には、相互作用および測定技術が十分に説明されており、例えば、ゴザニ（ Ｇｏｚａｎｉ）の核物質の活性非破壊分析の前書き部分と、クノール（Ｋｎｏｌ ｌ、　Ｇ。

Ｆ、）の放射線の検出および測定、ジョン・ウィリー・アンド・サンズ（Ｊｏｈ ｎ　Ｗｉｌｅｙ＆　５ｏｎｓ）　（１９７９）と、を参照されたい。１つの中性 子がある物質、たとえば窒素中に進入すると、目標とする核の横断面および中性 子の入射エネルギに依存して、ある確率で１つの原子核と衝突する。ガンマ線は 、その目標核にある所与の量のエネルギが伝達された時にのみ、放出されること になる。適当な検出器を配置することにより、そのようなガンマ線を吸収して、 それらのエネルギを測定することができる。１つの相互作用が生起する確率（従 ってガンマ線が放出される確率）は、中性子のフルエンス性（ｆｌｕｅｎｃｙ） に応じて大きく増加する。

従って、第２図において、たとえばライン２．３．８．９．１ｏのような太線は 、指示した核横断面を持つそれらの特定の元素を１４ＭｅＶ中性子によって衝撃 を加えたときに、その指示したエネルギのガンマ線がより発生しそうである、と いうことを反映している。また、それより細いスペクトル・ライン、たとえばラ イン１．４．５．６．７．１１．１２．１３．１４は、指示したエネルギ・レベ ルのガンマ線が発生する可能性があるが、それ程頻繁ではない、ということを示 している。言い換えれば、１４ＭｅＶ中性子を照射したときに水素、炭素、窒素 、酸素から放出されるほとんどのガンマ線は、強いスペクトル・ライン２．３． ８．９および１０として現れ、そしてライン１．４．５．６．７．１１．１２． １３．１４は、かなり弱いかあるいは技術的な理由により測定不能なものとなる 。

理想的な測定装置および測定条件で測定を行ったと仮定した場合の炭素、水素、 窒素および酸素から放出されるガンマ線スペクトルの概略を示すその第２図とは 異なり、第３Ａ図ないし第３Ｃ図は、現実的な（理想的でない）測定装置および 測定条件で、多くの水素、窒素、炭素および／または酸素の組み合わせを含む種 々のサンプルに、１４ＭｅＶ中性子を照射した場合に測定した実際のガンマ線ス ペクトルを示している。この第３Ａ図ないし第３Ｃ図におけるスペクトルの縦軸 は、「カウント」で測定したものであり、その１カウントは、横軸に示した特定 のエネルギの（ガンマ線のシンチレータにおける相互作用による）１つのパルス を検出を示す。これらの図は、異なるタイプの禁輸品の「サイン」の同定を行う 上での本発明の融通性を示すものとして有用である。（ここで物質の「サイン」 は、高速中性子を照射したときにその物質より放出されるガンマ線などの放射線 の、特性タイプ、強度、エネルギから構成されるものである。）　また、これら の図は、スペクトル中に現れる背景ノイズおよび機器ノイズに因り、特定のサイ ンを認識する際の困難さも示している。

次に、第４図には、本発明の一実施例に従い禁輸品検出システムに含めることが できる主要なハードウェア構成部材の概略を示しである。高速中性子の発生源１ ３０は、中性子ビーム１３２を、内容物尋問を行うべき対象物１３４に向ける。

ある好適な実施例においては、コリメータ１３６が中性子ビーム１３２を整形し て、対象物１３４に当たる点において所望の横断面形状をとるようにする。第４ 図に示すように、たとえばそのビーム１３２の横断面形状は、対象物１３４に当 たる位置において狭い長方形形状とするようにすることができる。

その対象物１３４は、コンベア・ベルト１４０またはこれに等価の小荷物搬送機 構上のシールド室１３５内でそのビーム１３２を通過するように搬送する。コン ベア・ベルト１４０は、モータ１４２によって連続形式またはステップ形式で駆 動する。このコンベアベルト１４０は、対象物１３４のその搬送を継続して、在 来のＸ線システム１５０の室を通過させるようになっており、その室では、Ｘ線 発生源１５２および対応する検出器（図示せず）を使って、その対象物および内 容物の通常の電子密度画像を発生するようにする。

このＸ線システム１５０は、本発明の核部分（たとえば、室１３５）から分離し たシステムとして示しであるが、こうした物理的な分離は、明瞭にするためにの み示したものであることに注意されたい。本発明のある特定の実施例では、その 核部分とＸ線部分を同一のハウジング内に収容させるようにすることもできる。

ガンマ線検出器のアレイ１４４は、積置１３５内で中性子ビーム１３２により照 射する対象物１３４の周囲に、選択的に配置するようにする。一つの実施例にお いては、このアレイがＣ字状のリングを形成するようにして、第４図に示すよう に照射する対象物の３方の側面を包囲させる。（尚、この第４図においては、そ の０字リング状の検出器アレイ１４４の上側部分のみが見える。）　たとえば、 ある代替の実施例においては、たとえば第５Ｂ図を参照すると、幾っがの検出器 アレイを用いて、尋問するサンプルの“前方“と“後方”に位置するバーを形成 するようにする。また、さらに別の実施例においては、完全なリングを成す検出 器アレイを用いて、照射するときの対象物を完全に包囲するようにする。このカ ンマ線検出器アレイ１４４に加えて、少なくとも一つの中性子検出器１４６を、 対象物１３４の背後で中性子発生源１３０と一直線上の位置に配置しである。こ の中性子検出器１４６は、これにより、室１３５と対象物１３４とをどうにかし て通過して、その中間の原子核と実質的に相互作用することな（通った中性子を 主に登録するようにする。

適当な制御回路１４８は、上記の構成部材とのインターフェースを行う。この制 御回路は、一方、適当なコンピュータ１５４によって監視または駆動を受けるよ うにしている。このコンピュータ１５４は、たとえばキーボード１５６、端末デ ィスプレイ・スクリーン１５８および／またはプリンタ（図示せず）のような周 知の入出力デバイスを含んでいる。また、たとえば不揮発メモリ（たとえばディ スク・メモリまたはテープ・メモリ）などの付加的なデバイス１６０を、必要に 応じてコンピュータ１５４に結合し、これにより、種々の禁輸品の検出に関する 高速で信頼性のあるシステム性能を確保するのに必要な、履歴データの収集およ び／または検索若しくは追跡を行う本システムの動作を容易にする。たとえば、 メイン・コンピュータ１５４に接続できるそのような付加的デバイス１６０の一 つは、本検出機器を操作する係員とのインターフェースを行うように特に適合さ せた補助コンピュータである。

動作について説明すると、対象物１３４に対し、これがビームを通過して移動し ている間に、部分毎または切片毎にビーム１３２の照射を行う。そして、この照 射した対象物の切片中の原子核と中性子の相互作用によって生じたガンマ線は、 ガンマ線検出器アレイ１４４によって検出する。室１３５および対象物１３４を 通り過ぎたその中性子の強度は、中性子検出器１４６で測定する。上記検出器ア レイ中の各検出器が検出した指定のエネルギのガンマ線の数は、照射した対象物 のボクセル内に存在する特定の元素の量のある測定値を与える。全ての検出器か らのこの情報を組み合わせるとともに、対象物を通り過ぎた中性子の数（中性子 のフルエンス）を考慮することにより、照射した対象物中のその特定の元素の空 間分布および密度分布の双方を得ることができる。（尚、ここで使用する「空間 」分布という語は、ある規定した空間内の特定の元素（１つまたは複数）の場所 位置に言及するものとして用いる。また、「密度」分布という語は、その所与の 空間内のある１つの所与の場所位置に存在するある１つの特定の元素の量に言及 するものである。）　このような空間および密度の情報により、対象物の元素（ 核）成分の三次元の空間および密度の画像を得ることができるようになる。そし て、そのようにして得た核の空間および密度の情報は、これをＸ線システム１５ ０で得た電子密度情報を組み合わせることにより、一層強めるようにすることが できる。もしこのように組み合わせた空間および密度の情報が禁輸品の存在を示 唆した場合には、その対象物についてフラグを立てて、さらに尋問するようにす る（たとえば、手作業による検査のために、コンベア・ベルトから降ろす）。

第４図に示すように、中性子ビーム１３２は、コリメータ１３６を使用して尋問 する対象物１３４に向けるのが望ましい。このコリメータ１３６は、在来設計の ものとすることができ、従ってビームの横断面を所望の横断面に確実に整形する （ガンマ線検出器に当たる中性子束を減少させることを含む）ことのできる密度 の中性子の散乱物質および吸収物質で構成されている。従って、このコリメータ のそのギャップは、尋問対象物の１つの既知の部分または容積素に衝撃を加える 発生源中性子の狭い扇形状ビームを定める。たとえば幾つかのコリメータ１３６ を使用すると、１組の扇形中性子ビームを形成することがうまくでき、従って、 必要な場合には、複数の相互に独立の照射ステーションを形成することができ、 また発生源中性子の使用を非常に経済的とすることができる。また、整形したビ ームを対象物の所望の部分またはボクセルのみに向けることによって、無制限の 中性子ビームを対象物に照射した場合に比べて、その中性子照射を、その照射部 分またはボクセル全体で、より均一に維持することができる。

第５Ａ図および第５Ｂ図は、本発明の核心用型部分において使用する基本構成部 材の２つの実施例の概略を示している。第５Ｂ図の実施例は、中性子ビーム・コ リメータ１３６を含んでおり、一方、第５Ａ図は、はとんどコリメートを行わな い例について示している。この後者は、前者に対して空間の明瞭度において劣る が、より弱い中性子発生源しか必要としない。この相違以外は、これら２つの実 施例は実質的に同一であり、従って相互に関連させながら説明をする。尚、第５ Ａ図および第５Ｂ図の部材の内、第４図の部材を同じ部分には、同じ参照符号を 付しである。

これら第５Ａ図および第５Ｂ図において、中性子発生源１３０は、生物学的シー ルド１７２で包囲した高速中性子発生器１７０から成っている。この中性子発生 源は、幾つかの市販の高速中性子発生器のどれかとすることができ、たとえば、 Ｄ＋Ｔ（重水素＋トリチウム）発生器（たとえば、コロラド州のカマン・ニュー クリア（Ｋａｍａｎ　Ｎｕｃｌｅａｒ）製造のモデルＡ７１１、フランスのソダ ーン（Ｓｏｄｅｒｎ）製造のＴＮ４６型またはＴＮ２６型の中性子発生器）、あ るいはその他の任意の適当な中性子発生器（たとえば、Ｄ＋Ｄ　（重水素子重水 素）発生器、Ｄ＋Ｂｅ　（重水素子ベリリウム）発生器またはＨ＋Ｌｉ（軽水素 ＋リチウム））で構成することができる。生物学的シールド１７２は、危険性の ある放射線から操作係員を遮蔽するために使用する。これは、周知の核技術にお けるシールドに使用されている幾つかの適当な材料のどれかから形成することが でき、代表的には、たとえばホウ素ワックス、ポリエチレンおよび重金属（たと えば、鉛、ビスマス、またはタングステン）などの幾つかの材料の複合材料であ る。

先に述べたように、コリメータ１３６は、これを使用した場合（第５Ｂ図）には 、中性子ビーム１３２を所望の横断面形状に形成する。好ましくは、これは、対 象物１３４の所望の容積１３８（クロスハツチングで示している）を確実に照射 する扇形形状（第５Ａ図および第５Ｂ図の図平面から外）となる。このコリメー タを使用していない場合においても（第５Ａ図）、シールド１７２が対象物の照 射を受ける前面面積を制限して、幾分予測可能な切片または部分１３８゛を規定 する。波線の矢印１７４は、対象物１３４の照射容積１３８内の点１７６におい て、中性子の相互作用によって発生したガンマ線の経路を概略的に示すものであ る。

複数の検出器１７８．１７９．１８０および１８１は、第５Ａ図および／または 第５Ｂ図においては、本発明で使用する検出器アレイ１４４に含まれる検出器を 表すものとして示している。ある好適実施例において、これらの検出器は、ガン マ線シンチレーション検出器であって、尋問中の対象物１３４を包囲するように なっている。好ましくは、検出器１７８および１８１は、２つのＣ字状リングか または２つのＯ字状リングのいずれかを形成するアレイで（図の面から外に）積 み重ね、そしてその０字状リング場合、検出器１７８．１８０は、同一のＯ字状 リング内に含め、これは検出器１７９．１８１も同様である。これらの検出器１ ７９−１８１の各々は、適当な検出器シールド１８２によって包囲しである。

あるいはこれの代わりとして、対象物のたとえばその後側に配置する直線のバー 形状の検出器アレイを使用することも可能である。さらに、放射線学上の理由に より、本設備の全体を付加的な生物学的シールド１８４によってシールドするこ とが義務となっている。

第４図、第５Ａ図および第５Ｂ図に示したように、高速中性子で対象物を照射す ることによって生じた即発ガンマ線ラインは、ガンマ線検出器によって測定する 。爆薬の検出に向けた本発明の実施例では、そのガンマ線検出器としてシンチレ ータを用いる。たとえば、ガンマ線検出に使用できる１つのタイプのシンチレー タは、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ　（Ｔｌ））またはゲルマニウム酸ビスマス（ ＢＧｏ）などの無機シンチレータ結晶である。有利にも、シンチレータ検出器は 、表１および第２図に示すように、爆薬を示すガンマ線の測定において満足でき るスペクトル解像度を与えるものである。現実的な条件において１４ＭｅＶ中性 子により行った実験により、本願の発明者らが学んだところによれば、好ましい １組のスペクトル・ライン、すなわち爆薬の成分のサインで構成されるスペクト ル・ラインは、ライン２．３．８．９．１０を含んでいる（第２図参照）。

本発明の重要な特徴は、制御回路１４８およびコンピュータ１５４（第４図）に 含んだ処理回路が、関心のある禁輸品の特定の成分の密度分布の三次元画像を発 生または作成できることである。たとえば、禁輸品が傷薬である場合、対象物１ ３４内の傷薬の成分であるＨ、Ｃ，Ｎおよび０の三次元（３−Ｄ）画像が得られ る。これらの分布は、照射する対象物１３４の幾何形状を明瞭に規定した小さな 容積素（ボクセル）より生じたガンマ線ラインのサインの測定から得られる。

この３−Ｄマツピングは、有限寸法のシンチレーション結晶の立体角と検出効率 との組み合わせの周知の効果を利用することにより、すなわちそれら結晶のサイ ズおよび形状、ボクセルに対するそれらの位置、中性子ビーム・コリメータの開 口ギャップ、および完全で均一な検査を確実にするための中性子ビームに対する 対象物のステップ形式または連続形式の移動、を適切に選択することにより得ら れる。

核技術の当業者には周知のように、シンチレータは、たとえばガンマ線のような 高エネルギ放射線が相互作用した時に低エネルギの光子（可視範囲または近可視 範囲）を放出することのできるいかなる材料によっても形成することができる。

たとえばＮａＩのような無機シンチレータ結晶を使用した場合、この結晶にガン マ線が当たった時、微かな可視光が発生する。そして、この光は、光電子増倍管 によって電気的なパルスに変換する。このパルスの電圧は、そのガンマ線のエネ ルギに比例したものとなる。従って、本発明のこのシンチレータ検出器アレイ（ １一つまたは複数）とともに使用する上記の処理回路は、それらパルス従ってガ ンマ線を測定しカウントする能力をもつものでなければならない。このタスクを 行う場合、特にそのカウント速度が高い場合には、幾つかの問題に出くわすこと になる。これらの問題並びにこれに対する好ましい解決法は、トランダレピッチ （Ｄｒｎｄａｒｅｖｉｃ）外のｒＮａＩ　（Ｔｌ）検出器による高カウント速度 ガンマ線分光法のり１６（７）ｆｆｉ号フｏ−ｔ＝ッ”ＪＪ、ＩＥＥＥ、核科学 会議録（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　Ｎｕｃｌｅａｒ　５ｃｉｅｎｃｅ）　 （１９８８年２月）に説明されている。この文献は、本開示にこの言及によって 含めるものとする。

上記の文献に説明されているようなパルス取扱い回路を使用することにより、１ ０’Ｈｚ以上のカウント速度を使用することができる。このような高いカウント 速度により、対象物の迅速な元素分析を有利に行うことができ、従って本禁輸品 検出システムのスルーブツトを適度な高さに維持することができる。

本発明のもう一つの特徴は、１つないし複数の中性子検出器１４６を、検出器ア レイ１４４　（１つまたは複数）中に含むガンマ線検出器に加えて、設けたこと にある。そのような中性子検出器の使用により、それらの検出器位置における高 速中性子の束の測定が可能となる。更にまた、そのような中性子束の測定では、 それら中性子が通過した物質の原子核の密度の指示が得られる。その照射した対 象物の全てのボクセルについてのその密度情報を組み合わせることにより、中性 子放射線写真術を実施している間に一般に行われているように、対象物の核密度 の三次元画像を形成することができるようになる。この中性子の放射線写真術の 画像は、ガンマ線検出器から得られる対象物の成分元素の密度の三次元画像と組 み合わせることが可能である。また、このような画像をさらに、在来のＸ線シス テム１５０から得られる二次元の電子密度画像と組み合わせると、指定した禁輸 品の検出確率（良性な物質に対する誤警報を発することなく）が、顕著に向上す ることになる。

本発明の一実施例においては、検査を行う移動対象物１３４は、照射室１３５の 「−回通過」において尋問するようにする。また、その他の実施例においては、 その検査する移動対象物１３４は、天地を逆転させての二回の照射で尋問するよ うにする。

第４図に示すように、本発明では、対象物を照射し、そしてその照射結果を分析 してその成分元素およびそれらの分布を判定する機能を実施するため、種々の電 子センサ叉は制御装置および処理回路１４８を使用している。コンビ、−夕１５ ４がそのような制御装置および／または処理回路とインターフェースするのに使 用する対応のソフトウェアの構成を例示するため、次に第６図を参照する。この 第６図には、本発明の上記の諸実施例において用いるデータおよび制御の流れを 示す概略図を示しである。

中央処理装置（ＣＰＵ）モジュール１９０は、本禁輸品検出システムの心臓部に 位置している。上記の検出器およびセンサから有効な信号が得られると、このＣ ＰＵモジュール１９０は、それら検出器／センサからのデータの分析を行うかあ るいはそれの制御を行う。そして次に、その分析結果を、モジュール１９２に送 る。このモジュールは、データの融合および判断決定を行うための専用モジュー ルである。この判断決定を行うために、モジュール１９２は、統計的判別分析の 方法、またはたとえば電子ニューラル・ネットワークのような人工ニューラル・ システム（ＡＮＳ）を使用している。また、そのＣＰＵモジュール１９０は、そ のサブシステム（すなわちモノコール１９４−１９９）の制御を行う信号を発生 するようになっている。

第６図中のモジュール１９４は、たとえば検出器１７８−１８１　（第５Ａ図お よび第５Ｂ図）などのガンマ線検出器を表しており、そしてこのモジュール内に 含んだ回路は、それらガンマ線検出器からの電子信号、並びにこれらの検出器の 電気的なセツティングを調整し監視する種々の制御回路の電子信号を管理する。

モジュール］９５は、尋問中の対象物の中性子の放射線写真分析を行うために用 いる。中性子検出器１４６（第４図、第５Ａ図および第５Ｂ図）などの標準のあ るいは位置に敏感な中性子検出器に関連した回路（制御装置を含む）を表してい る。

また、モジュール１９６は、たとえばコンベア・ベルト駆動モータ１４２、方向 転換器、安全ドアなどの本発明に用いる、アクチュエータおよび制御装置または 機械的な装置を表している。その方向転換器は、対象物が特定の禁輸品を収容し ていると判定した場合に、それら対象物をコンベア・ベルトから降ろすために使 用するものである。安全ドアは、このようなドアがない場合に照射室から漏れる おそれのある放射線から、操作係員を保護するために使用する。

モジュール１９７は、中性子発生器１３０と、この中性子発生器１３０の動作を 制御するのに使用する種々の制御回路とを表している。

モジュール１９８は、システム放射線学的制御装置、すなわち操作係員に対して このシステムの安全性を確保し、また尋問する物内に誘起される放射能が規定の レベルを越えないように、システム全体に使用する制御装置を表している。この ような放射線学的制御装置は、核産業において標準的なものである。

モジュール１９９は、第４図の示したＸ線システム１５０のようなオプションの 在来のＸ線サブシステムを表しており、これは、対象物中の電子密度分布のディ ジタル化した画像を提供するものである。

モジュール１９２は、検査する対象物の内容物の特性に関する最終的なデータ分 析および判定をサポートするためのソフトウェアを含んでいる。このモジュール は、たとえば）ｌ、　＋２（：、　１４Ｎおよび１６Ｑの分布についての３−Ｄ 画像の形成を容易にし、そしてこれらの核密度分布を、Ｘ線サブシステム・モジ ュール１９９より得られる電子密度マツプと、および中性子放射線写真検出器１ ９５から得られる放射線写真と融合させる。さらに、このモジュール１９２は、 ユーザがこのシステムと対話を行えるようにする手段と、状態を表示しまた履歴 レコード・ファイルを更新する手段とを提供する。

有利なことに、本発明は、多数のプロセッサを第６図に示すＣＰＵモジュール１ ９０、データ評価モジュール１９２またはその他のモジュール中に設け、そして これら多数のプロセッサが並行して動作するように設計することにより、ある所 与の対象物の分析を行うのに必要な時間を著しく短縮させることが可能となる。

更に、その処理時間の短縮により、対象物がこの禁輸品検出装置を通過できる速 度（「スルーブツト」速度）を向上させることができる。

さらに、その並列プロセッサの使用により、図示したモジュールのいくつかの機 能を組み合わせまたは省略することができるようになり、またデータおよび制御 パーツの経路を変更したり削除することが可能となる。従って、第６図に示した システム機構図は、本発明の諸実施例におけるデータおよび／または制御の流れ の唯一の構成案ではなく、多数の変更および／または均等な構成を当業者が容易 に構築できると、いうことは理解されなければならない。

上記のように、本発明の禁輸品検出システムは、閉塞した対象物内に隠されたた とえば爆薬などの禁輸品の存在を正確にかつ迅速に判定することのできる核心用 型の非硬人的な検出システムを提供している。特に、開示した実施例に関しては 、水素、酸素、炭素および／または窒素および／または他の元素（たとえば塩素 ）の内の、１つまたはそれ以上の元素の存在を正確に同定し、そしてこれらの元 素の密度分布の三次元的な画像を発生するか、あるいはさもなければ、検査して いる対象物内のそのような元素の空間および密度の分布の情報を提供するように なっている。こうした画像では、その対象物内における禁輸品の形状に拘わらず その禁輸品を検出できるという利点がある。また、システム内にガンマ線と中性 子の双方の検出器を、在来のＸ線システムとともに設けることにより、システム は、指定した禁輸品の検出の高確率を実現すると同時に、誤警報発生の確率を確 実に低くすることができ、さらに対象物のスループットを高く維持することがで きる。このようなシステムは、操作が容易で安全であり、従って尋問する対象物 、操作係員およびその周囲環境に危険性のないものであることが分かるであろう 。

以上、本発明について、その特定の実施例およびその適用に関連させて説明した が、当業者であれば、特許請求の範囲に記載した発明の範囲を逸脱しない種々の 変形または変更が可能である。

ナヤンネル数 ナヤンネＪし散 ！一致 本装置および方法は、禁輸品を検出するために対象物（１３４）を非硬人的に尋 問する。本装置は、対象物（１３４）に６．７ＭｅＶ以上のエネルギの高速中性 子を照射して、これにより発生するガンマ線スペクトルを測定する。その対象物 の照射は、中性子ビーム（１３２）を発生し、対象物をステップ形式または連続 形式でその中性子ビームに対して移動させて行う。高い透過性を持つ中性子が対 象物の照射容積内で相互作用することによって、エネルギ的に核種に特徴的なガ ンマ線を発生する。この放出されたガンマ線のエネルギおよび強度は、ガンマ線 発生源、すなわち対象物中の特定の原子核の空間分布および密度分布に関する情 報を提供する。この情報から、原子核の空間分布および密度分布の三次元画像を 形成する。こうした三次元画像により、禁輸品の存在についての判定を行うこと ができる。測定は、ガンマ線シンチレータ検出器のアレイ（１４４）を用いて行 う。判定分析は、統計的方法（たとえば判別分析）または人工ニューラル・シス テム若しくはその他のエキスパート・システムによって行い、低い誤警報発生率 を容易に実現する。本装置の一実施例は、対象物の照射容積を規定し制限するた めの中性子ビーム・コリメータ手段（１３６）と、所望の中性子ビーム方向以外 の中性子を減衰させるための付加的な中性子シールド（１３５）を含んでいる。

別の実施例は、Ｘ線システム（１５０）を含み、対象物のＸ線画像から得られる 電子密度情報を、ガンマ線発生源の空間分布および密度分布の情報と組み合わせ て、判定分析をより優れたものとする。

国際調査報告

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．検査する対象物の中の禁輸品の検出を行う禁輸品検出方法であって、高速中 性子ビームを発生するステップと、前記対象物に前記高速中性子ビームを照射す るステップであって、前記高速中性子が前記対象物内の原子核と相互作用して、 前記対象物内に収容された元素に特有のスペクトル・ラインを持つガンマ線スペ クトルを発生させる、ステップと、前記ガンマ線スペクトルのスペクトル・ライ ンを測定して、前記対象物に収容された前記元素の前記原子核の空間分布および 密度分布を判定するステップと、前記対象物内の前記元素の前記の測定した原子 核の空間分布および密度分布を、禁輸品に特有の元素についての既知の原子核の 空間分布および密度分布と比較するステップと、 該比較の結果が実質的な一致を示したときに、禁輸品が前記対象物内に存在して いると判定するステップと、 から成る禁輸品検出方法。
2. ２．前記のガンマ線スペクトルのスペクトル・ラインを測定するステップは、前 記測定したガンマ線スペクトル・ラインを構成する前記ガンマ線の前記対象物内 のおよその発生位置を判定し、そしてこの判定結果から前記対象物内に収容され た前記元素の前記原子核のおよその空間分布および密度分布を明確な形で表すこ と、を含んでいる請求項第１項に記載の方法。
3. ３．前記高速中性子ビームを、これを前記対象物に照射する前に、所望の横断面 形状にコリメートすること、を含む請求項第２項に記載の方法。
4. ４．前記のスペクトル・ラインを測定するステップは、水素、炭素、窒素および 酸素の群の内の少なくとも一つの元素に帰すことができる少なくとも一つのスペ クトル・ラインの存在についての判定を行うこと、を含む請求項第３項に記載の 方法。
5. ５．前記対象物内における塩素の存在に帰すことができるスペクトル・ラインの 存在についての判定を行うこと、を含んでいる請求項第４項に記載の方法。
6. ６．検査する対象物の中の禁輸品の非侵入的な検出を行う禁輸品検出装置であっ て、 高速中性子を発生する手段と、 前記対象物に前記高速中性子を照射する手段であって、前記高速中性子が前記対 象物内の原子核ζ相互作用して、前記対象物に収容されている核種に独特のサイ ンを構成するスペクトル・ラインを持ったガンマ線スペクトルを発生させる、前 記の手段と、 該ガンマ線スペクトルの前記スペクトル・ラインを測定して、前記対象物内に収 容された前記元素の原子核の空間分布および密度分布を判定する手段と、および 前記の原子核の空間分布および密度分布が禁輸品に対応しているか否かを判定す る手段と、 から成る禁輸品検出装置。
7. ７．前記のスペクトル・ラインを測定する手段は、前記対象物より放出されるガ ンマ線を検知するために前記対象物に対して選択的に配置した複数のガンマ線検 出器を含んでいる、請求項第６項に記載の装置。
8. ８．前記複数のガンマ線検出器は、その各検出器が検出する多数のガンマ線が組 み合わさって前記対象物内に収容された原子核の分布の三次元マップを提供する ように、前記対象物に対し配置した、請求項第７項に記載の装置。
9. ９．前記高速中性子を所望の形状のビームにコリメートする手段と、照射する前 記対象物を前記コリメートしたビームの前方で制御可能に移動させて、任意の所 与の瞬間において前記対象物の所望の部分のみを前記ビームによって照射するよ うにする手段と、 を含む請求項第８項に記載の装置。
10. １０．前記コリメートする手段は、前記高速中性子ビームを長方形横断面を持つ 扇形ビームにコリメートし、該長方形横断面は第１の寸法が広くそして第２の寸 法が狭く、また前記扇形ビームは前記対象物が前記ビームの前を移動する時に前 記対象物の狭い切片を照射し、また各所与の瞬間において各検出器が検出した多 数のガンマ線が組み合わさって、前記対象物の照射した切片に含まれる原子核の 分布の三次元マップを提供する、請求項第９項に記載の装置。
11. １１．前記対象物の後方に配置した中性子検出器を含み、これにより前記対象物 の照射部分を、この部分内の原子核と実質的に相互作用せずに通り過ぎた中性子 を検出して、そしてこうして検出した中性子の数で、前記対象物の照射した部分 における原子核の分布の付加的な測定を提供する、請求項第９項に記載の装置。
12. １２．前記のスペクトル・ラインを測定する手段は、禁輸品に特有の複数の元素 が前記対象物内に存在していることの証拠となるスペクトル・ラインを測定し、 また前記複数の元素が、水素、炭素、窒素および酸素で構成される群に属してい る、請求項第８項に記載の装置。
13. １３．検査する前記対象物の電子密度マップを発生する手段を含み、該電子密度 マップと前記の原子核の分布マップとの双方が、前記の対象物内の禁輸品の存在 を判定する手段に情報を提供する、請求項第１２項に記載の装置。
14. １４．前記の判定する手段は、電子処理手段を含み、該電子処理手段は、検査し ている前記対象物から得られた核分布マップと電子密度マップを、規定の禁輸品 の既知のそれに対応したマップと自動的に比較し、そしてその比較結果が実質的 な一致を示している時には指示を提供する、請求項第１３項に記載の装置。
15. １５．前記電子処理手段は、禁輸品の核分布マップおよび電子密度マップを、非 禁輸品の対応するマップから区別するように訓練された電子ニューラル・ネット ワークを含んでいる、請求項第１４項に記載の装置。
16. １６．検査する前記対象物は、定期航空路の手荷物であり、また検出する前記禁 輸品が爆薬である、請求項第１５項に記載の装置。