JPH05100049A - 爆発物などを固有に検出するための窒素及び酸素の核共鳴吸収測定方法、及びそのための共鳴ガンマ線の発生及び検出のための新規な装置 - Google Patents

爆発物などを固有に検出するための窒素及び酸素の核共鳴吸収測定方法、及びそのための共鳴ガンマ線の発生及び検出のための新規な装置

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JPH05100049A
JPH05100049A JP10163891A JP10163891A JPH05100049A JP H05100049 A JPH05100049 A JP H05100049A JP 10163891 A JP10163891 A JP 10163891A JP 10163891 A JP10163891 A JP 10163891A JP H05100049 A JPH05100049 A JP H05100049A
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リー・グロジンズ
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    • H—ELECTRICITY
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 窒素−酸素（−塩素）系の爆発物を検出する
ための装置及び方法を提供する。 【構成】 窒素−酸素（−塩素）系の爆発物を含む手荷
物などの対象を走査するにあたって、本発明では、
14Ｎ、16Ｏ（及びＣｌ）の中性子共鳴発生ガンマ線を発
生させ、これらを共鳴吸収分析（Resonance Absorption
Analysis（RAA））技法により検出する。本発明によれ
ば、薄膜及びガス状の新規な共鳴ターゲットを採用する
ことにより、ガンマ線、特に14Ｎの共鳴ガンマ線の発生
量を増大させることが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般的には、荷電粒子ビ
ームにより生ずる核共鳴反応を生成するための方法及び
装置に関する。これは例えば13Ｃを含有しているターゲ
ット上に衝突する適当なエネルギーの陽子ビームによる
如き、窒素（14Ｎ）により共鳴吸収される9.172MeVのガ
ンマ線の発生や、19Ｆ含有ターゲット上に衝突する陽子
ビームによる、酸素（16Ｏ）により共鳴吸収される6.92
または7.12MeVのガンマ線の発生、及び／又は塩素その
他の元素において共鳴吸収されるガンマ線の同様な発生
である。より詳しくは本発明は特に、物質中の窒素密度
と酸素密度とを、（同時又は連続的な）窒素及び酸素の
両方の共鳴吸収分析（ＲＡＡ）を介して相関させて爆発
物などを特有に識別することに関し、そしてさらに酸素
ＲＡＡおよび共鳴吸収検出のための新規な技術、並びに
爆発物の検出という目的やこれに類似の又は関連する目
的のための、窒素におけるかかる核共鳴反応から得られ
るガンマ線発生量の増大、増幅又は増加に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】最初に例示的なケースとして14Ｎの場合
を考えると、14Ｎにおける9.172MeVの励起エネルギーに
より提供される鋭い核共鳴現象を、例えば荷物に隠され
ている爆発物中の窒素の存在を検出するための特有で明
確なサインとして用いることが提案されてきている。14
Ｎの基底状態からのこの特有の励起状態へのガンマ線遷
移率は極めて大きく、したがって9.172MeVのガンマ線は
通常の窒素原子核により非常に強く吸収され、かくして
窒素が存在するという明らかな指標を与える。窒素検出
のための標識源としてかかるガンマ線を発生する逆反応
を介して、即ち炭素１３（13Ｃ）に適当なエネルギーの
陽子ビームを衝突させると、13Ｃ（ｐ，γ）14Ｎという
反応が生じ、陽子ビームの方向に対して80.5°の角度で
かかる9.172MeVのエネルギーのガンマ線が発生するが、
これは次いで、このガンマ線によって標識される窒素含
有媒体における共鳴吸収に有用である。そこで、このよ
うな共鳴ガンマ線吸収を利用して荷物中の爆発物を検出
したり、その他の窒素検出目的に用いることが推奨され
ている。
【０００３】このことが特に興味深いのは、共鳴の鋭さ
と、多量の吸収性能（大きな統合断面積）及び窒素に対
する高度の検出特異性とそれに伴う厄介なバックグラウ
ンド放射線や物質に対する不感性があるためである。加
えて、通常の物質における高透過性能により、9.172MeV
のガンマ線による標識化は、検出を避けるために爆発物
を遮蔽しようとする試みによって実質的な影響を受けな
い。
【０００４】爆発物を検出するために荷物などを検査す
ることに対して本発明を適用することを考えてみると、
隠された爆弾に対する空港のセキュリティは、空の旅に
とって最も重要な事項である。荷物に隠されて航空機内
に持ち込まれる隠された爆発物を発見する方法を開発す
るために、米国及び諸外国において多大の努力がなされ
ている。少量の爆発物質に関して迅速に信頼性をもっ
て、且つ非破壊的に荷物を検査することができるのは、
核を利用する方法だけであることが判明している。
【０００５】一つのシステムとして、熱中性子分析（Ｔ
ＮＡ）が現在市販されている。しかしＴＮＡは多くの欠
点を有する。即ちそれは比較的遅く、感度も限定されて
おり、爆発物をカモフラージュすることもでき、またト
ランクを放射性にしてしまう。イスラエルにおける科学
者達により開発されている別の方式の一つによれば、Ｔ
ＮＡの欠点の殆どは克服される。このイスラエル法が先
に示した核共鳴分析（ＲＡＡ）であり、全ての高性能爆
発物の普遍的な成分である窒素の核における前述した特
有の共鳴を利用している。この共鳴は検査される荷物を
介して通される高エネルギーガンマ線により励起され、
このガンマ線自体は前述したように低エネルギーの陽子
ビームにより発生可能なものである。このシステムは放
射能を発生せず、カモフラージュは不可能であり、誤動
作はより少なく、そして基本的に、より小さくより薄い
爆発物に対してより感度がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら爆発物の
存在についての強力な指標ではあるものの、窒素ＲＡＡ
のかかる使用は爆発物の識別について常に決定的という
訳ではない。荷物その他により搬送可能な窒素含有物質
は他にも存在するからである。しかしながら爆発物は、
窒素ＲＡＡと同時にやはりＲＡＡの技術を用いて酸素濃
度を測定し、そして標識された物質の窒素密度をその酸
素密度と相関させることによって非爆発物から区別する
ことができる。
【０００７】新規な酸素ＲＡＡ技術及び共鳴吸収検出を
含む本発明のこの特徴については後述するが、これによ
って窒素ＲＡＡに用いるのと同じ陽子ビームを酸素のＲ
ＡＡに用いることが可能となる。このやり方により、Ｒ
ＡＡ方式において最大の単価を占める単一の加速器を、
１個の荷物における酸素及び窒素分布を両方とも測定す
るために同時に使用することが可能となる。
【０００８】爆発物質は全て、典型的には水の１．５倍
という高い密度を有しているため、窒素及び酸素濃度が
比較的高く、炭素及び水素濃度は比較的低い。特有の性
質は一つもないが、多くの普通の非爆発物質はそのよう
な密度、即ち窒素濃度を有している。しかし通常の物質
のずっと小さな部分集合だけが爆発物特有の高い窒素密
度を有し、全ての爆発物を特徴付けている高窒素および
高酸素密度の両者を有する通常物質は殆どない。荷物の
内側における窒素密度の分布測定を確実に行うことによ
り、爆発物に対する誤動作の少ない確実な抑止力をもた
らすことができるが、荷物の内側の窒素及び酸素の両方
の分布を測定することにより、誤動作の殆どないセキュ
リティがもたらされる。
【０００９】陽子エネルギーの加速器又は発生器のコス
トが多大であることの考慮に立ち戻ると、現在の加速器
ビームに対する要求は、今日の技術の限界か又はそれに
近いものがある。しかしながらビームに対する要求を５
分の１に減少させることができたならば、標準の加速器
を使用することが可能となり、かくして実用性が約束さ
れたものとなる。
【００１０】本発明は窒素ＲＡＡへとより特定的に適用
された場合、少なくとも１０分の１の改善を可能にす
る。そして基本的に、信号強度を減ずることなしにビー
ム電流を最大１００分の１まで減少させることが可能と
なる。このことは、ターゲット媒体に入射する荷電粒子
ビームのエネルギーを、ターゲット媒体の対応する連続
する領域との衝突により荷電粒子がエネルギーを失うの
と同じ割合で連続的に増大させることにより達成され、
共鳴生成ガンマ線はこれにつれてかかる連続領域で発生
される。これにより実用的な陽子ビーム源を使用するこ
とが可能となり、ＲＡＡが実用上及び商業上実現可能な
ものとなる。
【００１１】窒素の場合、前述のように正確に9.172MeV
のガンマ線が窒素により共鳴吸収される。このガンマ線
を生成する唯一の実際的な方法は、この共鳴反応それ自
体を利用することである。これは先に説明したように、
炭素ターゲット同位体を陽子で攻撃することにより行わ
れる。この炭素同位体は７個の中性子を有するものであ
って、前記では13Ｃと省略して記してある。衝突するビ
ーム中の陽子は、9.172MeVの共鳴ガンマ線を生成するた
めには、正確に1,747,600電子ボルトのエネルギー（現
在の測定の不確定性の範囲内で）を有するものでなけれ
ばならない。陽子のエネルギーが150電子ボルトだけ大
きすぎたり少なすぎたりした場合には、共鳴は行われず
効果的な反応は生じない。
【００１２】陽子は炭素ターゲットを通過すると、炭素
原子の電子及び核と衝突することによりエネルギーを失
う。1.7MeVの陽子は炭素箔の約100オングストロームを
横切るにつれて約300電子ボルトのエネルギーを失う。
炭素ターゲットの有用な厚みは従って、僅かに約50原子
層分であり、それによって150電子ボルトのエネルギー
損失が生ずる。これは非常に薄いターゲットである。
（核物理学者はターゲットの厚みを記述するのに１平方
センチ当たりのマイクログラム数という単位を用いる
が、炭素箔の500オングストロームは約１μg/cm2であ
る。）実際上は、厚さ70μg/cm2のターゲットが厚い銅
ブロック上で蒸発されるが、これはそのようなターゲッ
トは作成及び冷却が容易だからである。ターゲットに入
射する陽子ビームは9.172MeVを幾らか上回るエネルギー
を有し、反応が生ずる正しい共鳴エネルギーを持つよう
になるまで厚い炭素ターゲットの層の中でエネルギーを
失う。
【００１３】前述したように、例えばターゲットの連続
的な箔との衝突により蒙るエネルギー損失を連続的に回
復することにより、本発明は現在入手可能な陽子加速器
を使用することを可能にする。
【００１４】本発明がその重要な側面の一つとして特に
指向しているのは、上述の技術をかかる実用的な陽子源
について使用するように構成することである。即ち13Ｃ
含有ターゲット媒体部分、例えば第一の薄い炭素層を介
して通される陽子により失われるエネルギーを補償する
ことにより、次の連続して並置された13Ｃ含有ターゲッ
ト部分、例えば第二の薄い炭素層における9.172MeVの第
二の14Ｎ共鳴生成ガンマ線の発生を招来する元の陽子ビ
ームの能力が回復される。このことは連続的に続けら
れ、連続するターゲット部分の各々において適当な電圧
がその度毎に加えられる。かくして必要とされるガンマ
線の放射量を増大させることができるが、これらは全
て、元の比較的低エネルギーの陽子源でもって行われる
ものである。かくしてターゲットの連続する部分の各々
において得られる陽子エネルギーは、ターゲットの最初
の部分に衝突する加速器源からの最初の陽子エネルギー
と実質的に同じとされ、連続するターゲット部分（又は
上記の例では炭素箔）の各々におけるガンマ線生成の蓋
然性が回復される。この連続的な電圧注入及びエネルギ
ー補償技術はまた、後で説明するように、例えば連続す
る気体状ターゲットや別々の気体状13Ｃ含有セルのアレ
イのような気体状ターゲットにも同様に適用可能であ
る。
【００１５】あとでより詳細に説明するが、本発明に関
する原理的なものは、窒素及びこれに対応するターゲッ
ト以外の他の元素にも適用可能である。これには例えば
塩素があり、これはある種の爆発物の成分でもある。か
かる元素の組み合わせもまた、本発明により検出されう
る。
【００１６】従って本発明の課題は、検出した媒体の窒
素密度を酸素密度と相関させることを介して爆発物など
を実質的に特異に検出するための、荷物などの対象物に
おける窒素及び酸素の両者の共鳴吸収測定のための新規
且つ改良された方法及び装置を提供することである。
【００１７】本発明の別の課題は、酸素ＲＡＡ及び共鳴
生成ガンマ線の共鳴吸収検出のための新規な方法と装置
を提供することである。
【００１８】本発明のさらに別の課題は、荷物等におけ
る爆発物の構成元素の検出といった目的やこれに類する
又は関連する目的などのためのものを含めて、荷電粒子
により生ずる核共鳴反応におけるガンマ線発生量を増大
させるための新規且つ改良された方法及び装置を提供す
ることである。
【００１９】他の課題は、13Ｃ含有媒体に衝突する陽子
による14Ｎ共鳴生成9.17MeVガンマ線の発生を増大させ
るための新規且つ改良された方法及び装置を提供するこ
とである。
【００２０】さらに他の課題は、かかる核共鳴反応によ
るかかるガンマ線発生量の増大を、塩素その他の適当な
元素に関してももたらすことである。
【００２１】付加的な課題は、かかる共鳴吸収の増大又
は発生量増大方法の実施に特に適しており、また他の用
途にも有用な、新規且つ改良されたターゲット構造を提
供することである。
【００２２】本発明のさらに別の課題については以下に
も記載されるところであり、より特定的には特許請求の
範囲に指摘されている。
【００２３】
【課題を解決するための手段】従って本発明は概略的に
見て、爆発物その他の物体の如き対象物中における窒素
含有及び酸素含有の両者の存在を検出すべく共鳴生成ガ
ンマ線を用いる方法であって、14Ｎ及び16Ｏの各々の共
鳴生成ガンマ線を前記対象物に方向付け、前記対象物中
における窒素−酸素成分による共鳴吸収を示す、これら
のガンマ線のそれぞれの強度変化を検出することからな
る。
【００２４】別の側面においては、本発明はまたかかる
14Ｎ共鳴生成ガンマ線の発生量を増加増大させる方法を
も含むものであり、これは13Ｃ含有ターゲット媒体の連
続部分の各々において荷電粒子との衝突により共鳴生成
ガンマ線が発生されるに際して、前記連続部分の各々に
おいて入射陽子ビームのエネルギーを連続的に、且つタ
ーゲット媒体の前記連続部分との衝突により荷電粒子が
エネルギーを失うのと同じ割合で増大させることからな
る。
【００２５】本発明のさらに別の特徴は、共鳴生成ガン
マ線を発生させてこれを対象物における酸素含有の存在
検出に使用する方法にあり、これは陽子ビームを19Ｆ含
有ターゲット上に方向付けて陽子ビームとの衝突から16
Ｏの共鳴吸収閾値である6.92及び／又は7.12MeVのガン
マ線を生成させ、対象物を該共鳴生成ガンマ線により走
査し、対象物により遮られたガンマ線の変動を共鳴検出
して対象物中の酸素含有を指示することからなる。
【００２６】本発明の好ましい最適モードの技術、並び
にこれを用いた爆発物検出用装置その他のガンマ線発
生、ターゲット及び検出装置について以下に詳細に説明
する。以下では本発明を添付図面を参照して説明する。
【００２７】
【実施例】本発明は、本発明の目的に関して、発生量が
増大された14Ｎ共鳴発生ガンマ線の好適な生成に関して
まず最初に説明され（図１〜図５Ｂ）、次いで、本発明
は、かかる発生量が増大された14Ｎ共鳴発生ガンマ線の
爆発物検出の問題に対する適用に関して説明され（図
６）、さらに、16Ｏ共鳴発生ガンマ線の発生及びそれら
の明白な爆発物検出に対する14Ｎ共鳴発生ガンマ線との
同時使用に関して説明される（図７）。
【００２８】増大された14Ｎガンマ線発生 図１を参照すると、本発明の発生量増大技法を組み入
れ、約1.75MeVの陽子ビームを用いた、前述の14Ｎの9.1
72MeVの共鳴吸収の生成に好適なターゲット装置が説明
される。ターゲットは、一列に並べられた炭素１３（13
Ｃ）の一式の連続自己支持型フォイル１−１""の配置に
よって構成されるように示されている。フォイルは前述
のように、例えば、薄型リング上に取り付けられた自己
支持型蒸着層として構成することも可能である。フォイ
ルがそれぞれ３μg／cm2である場合（現時点では、自己
支持型フォイルを実際に製造する下限は約２μg／cm2で
ある）、各フォイルは約500Ｖのエネルギーを損失する
衝突陽子を生じさせる。厚み５μg／cm2のフォイルの通
過時に、1.75MeV陽子ビームは約800Ｖエネルギーを損失
する。約500Ｖ（より厚いフォイルでは800Ｖ）の加速又
はエネルギー補充電位が、図示にように、連続フォイル
を横切るように加えられた場合には、陽子は、前のフォ
イルでの衝突で失う以上のエネルギーを連続フォイル間
で獲得し、陽子は共鳴状態のままとなる。使用可能なフ
ォイルの限界は陽子による多重拡散により定められる。
多重拡散が総ターゲット厚みを約150μg／cm2に限界づ
けると見積もられている。２〜３μg／cm2のフォイルを
用いた場合には、生産料利得は５０又は６０の高さにな
り得る。
【００２９】フォイルから射出される多量の電子から生
じる問題を除去するために、図２に示すように、陽子に
影響を与えないが電子を急螺旋状に曲げるような弱い横
方向磁界Ｈを加えて、電子により電子なだれその他の有
害な問題を生じさせないようにする。
【００３０】分離同位元素13Ｃの市販フォイルは、カナ
ダ国チャーク・リバー（Chalk Riber）所在のチャーク
・リバー・ナショナル・ラボラトリー（Chalk Riber Na
tional Laboratory）で製造されている約３μg／cm2以
下の厚さのものが使用可能であり、２μg／cm2以下の厚
みのイスラエリ（Israeli）フォイルを用いることも可
能である。非常に薄い炭素フォイルをスタックする技術
に関しては他の核研究の分野で既に用いられている（ジ
ー・ゴールドリング（G. Goldring）、（イー・ダフニ
（E. Dafni）、ビー・ローゼンヴァッサー（B. Rosenwa
sser）及びエル・サピル（L. Sapir）の核装置及び方法
（Nuclear Instruments and Meshods（N.I.M） A254
（1987）75-78；シー・クロウド（C. Croude）等のN.I.
M 225（1984）31-41を参照）。
【００３１】（水冷式金属板上に蒸着されたターゲット
とは対称的に）自立型フォイルターゲットは、ビーム電
流が高すぎる場合には、熱及び放射線損傷により破壊さ
れるおそれがある。５μg／cm2の炭素フォイルは、1.75
MeV陽子の非常に高い電流に曝された場合には、すぐに
破壊するおそれがある。しかしながら、かかるフォイル
の寿命は以下に述べるような１又は２以上の技法により
伸ばすことが可能である。(1) 熱及び放射線損傷が広い
面積に広がるようにビーム直径を広げる。(2)フォイル
を、例えば、ヘリウムガスにより冷却する。(3) 個々の
フォイルが一瞬だけビームに曝されるようにフォイルを
回転させたり、インデクシングする。(4) 次のような分
権に記載されているような特殊フォイルを製造する（核
装置及び方法、ノース−オランダ出版社（North-Hollan
d Publishing Co.,）N.I.M. 167,（1978）；１−８；N.
I.M. 200, （1980） 162）。
【００３２】増幅利得はしっかりとした自立型炭素フォ
イルの最小厚みにより制限される。前述の通り、既に市
販されている薄いターゲットとしては約３μg／cm2のも
のがあるが、５μg／cm2のものがより標準的である。効
果的なフォイル厚みは一般的にもっと大きい。というの
は、フォイルは不均一であり、その寿命を長くするため
にわざとしわを寄せてあるからである。最大の増幅利得
は、フォイル毎のエネルギー損失に分割された最大許容
エネルギー損失により与えられる；例えば、より初期に
提示された数値は、約40KeV／0.8KeV = 50 である。
【００３３】非常に高価な同位元素製の極薄炭素フォイ
ルを大量に製造及び取り付けるための実際の問題は、フ
ォイルを頻繁以降関する必要がある場合には、複雑さと
費用とを増大させる。最大の増幅率を得るためには、５
０枚以上のフォイルを一度に消費する可能性がある。１
０回という数が、例えば、回転ホイール内でターゲット
カセットを交換するために必要となるかもしれない。フ
ォイルを例えば１カ月に１度以上頻繁に交換する場合に
は、システムの費用が高くなるおそれがある。
【００３４】窓なしガスターゲットは上述の欠点を、13
Ｃ含有ガスが充填された連続する又は分離するエネルギ
ー損失セルを用いることにより克服可能である。
【００３５】図３は、セルＧとして記された連続共鳴ガ
スターゲットの基本的な構成要素を示しており、セルＧ
は１mの長さで、1.0 Torrの圧力を持った13Ｃドープメ
タン（CH4）で充填されている。セル内に分散された数
ワットのビーム電力は取り扱いが容易である。窓なしガ
スターゲットは最新型陽子ビーム加速器が発生する電流
にも耐えることが可能である。陽子は１m長さのセルを
横切る間に40KeVを損失する。経路長に沿って（平行
に）11kvの増分電位が加えられた場合には、陽子はエネ
ルギーを損失するとともに段階的にエネルギーを獲得
し、セルの全長にわたって共鳴を保持し、システムは加
速電位を走査したり、約100のオーダーの利得を発生す
ることが可能になる。
【００３６】窓なしガスセルＧの効果としては、どのよ
うな強さのものであろうと、陽子ビームによる損傷を被
らない点がある。増幅係数は、多重フォイルターゲット
により得られるものの少なくとも２倍であり、さらに好
ましい場合には、少なくとも４倍に及ぶことも可能であ
る。この係数は、図３に示されているような、セルの例
では、次のように評価することが可能である。セルの厚
さは250μg／cm2とすることが可能である。エネルギー
損失は160〜250 e.v.／μg／cm2 = 40 kev である。
（許容可能なエネルギー損失は炭素フォイルターゲット
とほぼ同じになるが、実際には、許容可能なエネルギー
損失は、メタンは純粋な炭素よりも多重的に分散するの
で、非常に大きくなるであろう。）放射線強さで期待さ
れる利得は、ガスセル内の炭素の（水素による）希釈に
より減少された状態の固有幅に分割された総エネルギー
損失の割合により与えられる。すなわち、（40000／16
0）×（120／250）= 120である。このように、原理的に
は、フォイルの少なくとも２倍の係数を得ることが可能
である。許容可能なエネルギー損失を増加させることに
より、理想的な増幅率を200以上にすることにより、フ
ォイルを用いた場合の４倍以上の利得を得ることも可能
である。
【００３７】しかしながら、ガスターゲットにも問題が
ないわけではない。まず第１に、図３に示すように、１
ないし10 Torr の圧力でセルＧの動作させた場合には、
通常は10-5 Torr 以下の真空圧で動作される陽子ビーム
の主加速器ソースに直接接続される点である。第２に、
陽子が通過するにつれて発生されるガス中の電子の問題
がある。第３に、ターゲットの連続部分が、図３の例で
は１mの長さにわたっている点が挙げられる。
【００３８】しかしながら、窓なしガスターゲットは、
数十年の間核物理学における他の応用技術に関して用い
られてきたものである。（例えば、ジー・ビトナー等の
「核分散実験用窓なし高密度ガスターゲット（A Windou
less High-Density Gas Target For Nuclear Scattring
Experiments）」、核装置及び方法、167 (1979) 1-8を
参照のこと。）セルＧの低水準の真空容量を陽子源の高
い真空容量から絶縁するために、２つの装置を低水準の
ガス誘導パイプＰに接続して、接続点に適当なポンピン
グを行い、高い真空度を維持する必要がある。13Ｃ含有
ガスを頻繁に交換する必要がなくなるように、ポンピン
グは閉ループで行う必要がある。低いコンダクタンスの
ガス誘導接続装置Ｐは、殆ど強さの損失がないほぼ平行
な陽子ビームが通過する間に、ガス流れに対して高い抵
抗力を示すように、いくつかの（あるいは束ねた）比較
的小径の長い管路から構成されているように示されてい
る。前述の閉ループポンプは、コンデンサをガスの液化
点以下の温度に保つ。液体空気を前述のメタンに用いる
ことが可能である。ガスはコンデンサによりくみ出され
る時に液化され、次いで蒸発して「入口」でセル内に戻
される。
【００３９】図１及び図２の実施例のターゲット媒体を
構成する薄い13Ｃ含有層の場合のように、連続ガスセル
ターゲットＧの連続部分は、かかる連続部分の陽子イオ
ン化によるエネルギー損失を補完して、所望のガンマ線
を発生させるための連続電位ブーストＶを備えている。
図１及び図２の炭素スタックでは、ほぼ等しい電位Ｖが
連続フィルムの接続により導入され、各連続部分で衝突
する陽子ビームのエネルギー損失を回復して、それによ
り共鳴ガンマー線を発生させるのに対して、図３のガス
ターゲットでは、ガスターゲット媒体Ｇの連続部分を画
定する導体リングＲ1、Ｒ2、Ｒ3等により同じ動作が行
われ、これらのリングの間で前述のエネルギー回復電位
増分Ｖが印加される。
【００４０】陽子は、まず最初にガス原子のイオン化に
よりターゲットＧ内でそのエネルギーを損失する。各イ
オン化には約30 e.v.のエネルギーが必要であり、約120
0の電子及び正イオンが、事例のガスセルターゲットを
通過する各陽子により生成される。すなわち、１センチ
メートル当たり１２個の電子−正イオンが生成される。
電子は加速電位として「現れ」、正の電極に引きつけら
れる。イオンは負の電極に引きつけられるが、よりゆっ
くりと運動するので、深刻な問題を生じさせることはな
い。自由電子は、それらがターゲットガスの原子のイオ
ナイザになるまで加速される。従来の測定器を用いるこ
とができない場合には、従って、電子及び正イオンのプ
ラズマが、ガスセルを外部の加速電位から効果的に遮断
可能な空間電荷を形成する。
【００４１】本発明によれば、図３に示すように、外部
の横方向磁界Ｈを加えることにより、カスケードが生じ
る前に抑止されるので、電子がイオン化するに十分な絵
寝るぎをー獲得しないようにすることができる。例え
ば、100ガウスの外部磁界により、低いエネルギーの電
子（通常は数e.v.のエネルギー）を小さな曲率でカール
アップさせて、セルを通る一定速度をドリフトさせるこ
とができる。このような100ガウスの電界Ｈにより陽子
は20mの曲率で曲げられるが、これは設計により容易に
調整可能である。陽子の曲がりが問題となる場合、すな
わちプラズマにより生じる電子を防止するために大きな
磁界が必要となった場合には、セルの全長に沿って別の
磁界を加えて、陽子ビームに実質上変更が生じないよう
にすることも可能である。
【００４２】ガスターゲット媒体に潜在するプラズマ問
題は、図３の連続ガスセルターゲットを、図４のに示す
ような一式の連続する個別空胴Ｇ1、Ｇ2、Ｇ3などに分
割することによりなくすことができる。各空胴は、約16
0 e.v.のエネルギー損失を生じるガス部分厚さを有して
いるが、これは共鳴ラインの自然な幅である。連続セル
は電気的に絶縁されており、連続セルの間に印加された
電位Ｖにより陽子エネルギー損失又は加速が与えられ
る。
【００４３】このような分離型ターゲットセルＧ1、Ｇ
2、Ｇ3などの基本的な問題は、セル相互の機械的接続で
ある。セル間の低いコンダクタンスの管路コネクタＰ’
を横切る陽子により損失されるエネルギーは、160 e.v.
に比較して小さくなるべくである。従って、各コネクタ
の長さはＰ’倍になり、コネクタ内の圧力はセルのもの
より少なくとも１０倍小さくなるべきである。図４に示
す例では、別の共鳴ガス入口が各セルに設けられてお
り、さらに排気管が各内部セルの側部に設けられてい
る。高エネルギーイオンから電子を「ストリッピング」
してこれらのイオンをより正に荷電させるという全く別
の目的のためにタンデム型加速器などの核物理学におい
て通常用いられる、差圧排気ガスセルを、分離型ガスセ
ルＧ1、Ｇ2、Ｇ3などとして、システム全体で５０ない
し１００用いることが可能である。実際には、セル長は
約１cmである。
【００４４】ガスセルターゲットでイオン形成を電子的
に防止するための技法を採用することも可能である。図
５は、14Ｎガンマ線共振吸収用のガスセルターゲットを
示しており、ここでは、入力された陽子ビームによりガ
ス中に発生された電子及び正イオンが、ビーム線内の低
電位静電コレクタによりビームの外に追いやられる。こ
の実施例は、ターゲット全長にわたって均一の加速電界
を備えた図３の長い連続ガスターゲットＧと、各セル間
に加速電位を備えた図４の一連の分離型ガスセルＧ1、
Ｇ2、Ｇ3などとを組み合わせたもので、優れた効果を有
する。図はセルが３つの場合を示しているが、実際に
は、ターゲットを５０以上にすることも可能であり、そ
の限界は多重分散及びエネルギー変動による減損に依存
している。
【００４５】図５の基本的な考え方は、複数の電気的に
独立した管路部分１に区分けされ、それらの間に加速電
位、すなわち補償電位Ｖが印加された、単一のガスビー
ムターゲット管を用いることである。連続ターゲット管
路は、原理的に、ただ１つのガス入口13とガス出口11を
必要とするのみであり、こうして、真空システムによる
ポンピング要求を大幅に減じることが可能である。実際
には、幾つかの入口管路を必要とする場合もあるが、図
４のシステムに示したように利得で十分なように思え
る。約１Torrの圧力で動作される「高圧」ターゲット１
は、高いガス流れ抵抗を有する相対的に小径のビーム管
14を高速ポンプに接続された大容量12により主フォトン
加速器から絶縁されている。隣接するコンダクタ管路部
分１は、電位差Ｖを隣接する管路部分に確立し、ターゲ
ットの軸を通るフォトン上に電子加速磁界を生じさせる
ように別個の空隙４を維持するための密封された非電導
性スリーブ５により電気的に絶縁されている。最終的な
ビームストップ７は冷却される。各ターゲット部分１は
その直径の数倍の長さを有しており、このようにして、
全ての外部電界から絶縁されたファラデー箱が形成され
る。
【００４６】円筒状金属製メッシュ電極３が、陽子ビー
ム６よりも大きな直径を有し、区画１から電気的に絶縁
された各管路部分１に挿入される。円筒状メッシュ３
は、図６に示すように、電気的に絶縁された半体3A及び
3Bに分割される。電位が半体を横切るようにして加えら
れて、空間10に形成された電子及びイオンがメッシュ３
の正及び負の半体3A及び3B（＋及び−）に引きつけられ
て、ターゲット部分１の間の空隙４を横切る加速が生じ
ない、すなわち電子イオンの発生が防止される。所望に
応じて、絶縁スリーブ５をビームのみがコンダクタとな
るように修正することも可能である。
【００４７】可能な電位の例を図７に示すが、個々の円
筒状メッシュのグリッド3A及び3Bは+10及び-10Ｖのバイ
アス電位を有している。ターゲット部分又は区画１は、
０，-500Ｖ及び-1000Ｖを有しており、各空隙を横切っ
て500Ｖの加速電位が得られるようになっており、図１
ないし図４に示す実施例に関して前述したように、連続
部分で500e.v.の陽子エネルギー損失を補完するように
なっている。可能な寸法は次の通りである。単一区画の
長さは１cmで、ターゲットから１mの距離にある１ない
し２cmの検出器寸法と適合するように選択される。各ビ
ーム区画の直径は４mmである。内部グリッド３の直径は
3.8mmである。陽子ビームの直径は３mmである。区画間
の空隙４は４mmである。
【００４８】発生量が増大された14Ｎガンマ線の爆発物
検出への適応 次に、図１ないし図７に示されたシステムにおける発生
量が増大されたガンマ線生成を、前述のように、荷物内
の爆発物を検出するために応用した実施例を図８の実施
例に基づいて説明する。前に説明した通り、大部分の爆
発物は高い密度の窒素及び酸素特性を備えており、爆発
物が隠された荷物内部の窒素分布を高い信頼性でもって
測定することにより、誤った警告の少ない爆発物探知が
可能になる。
【００４９】図８は、図１ないし図７の13Ｃ含有ターゲ
ットにより、陽子ビーム方向（図１ないし図５では水平
方向）に対して80.5゜の角度で発生された円錐状14Ｎ共
鳴ガンマ線と、このガンマ線に対して適切な配置又は移
動をなす荷物Ｌの様子を示している。これは、空港で用
いられるＸ線システムと非常に似ているが、このシステ
ムでは、荷物を貫通するＸ線の扇形ビームの代わりに、
狭い円錐状の正しいエネルギーのガンマ線がコリメータ
スリットＳを貫通して、荷物Ｌを貫通し、次いで検出器
Ｄのアレイに向かっている。荷物内の窒素は、前述のよ
うに、優先的にこれらの共鳴ガンマ線を吸収し、一定強
さの傾斜、すなわち前述の共鳴吸収分析（RAA）を生じ
させる。この方法は窒素を発見するための非常に感度の
高い技法であり、１立法インチの単位で空間的な解析が
可能である。さらにこれは妨害不能であり、中性子を用
いることもなく、また放射能を生成することもない。
【００５０】このように14Ｎ共鳴ガンマ線が爆発物を検
出するにあたって本発明の技法を用いる場合の必要条件
であるが、より充実した条件においては、16Ｏ共鳴ガン
マ線の検出をも必要とする。前述の通り、爆発物は、酸
素密度を物質中の窒素密度とを相関させることにより、
被爆発物から固有に区別される。前述のように、本発明
は、窒素と同時に酸素に対してもＲＡＡを同時に行い、
このようにして被爆発物から爆発物を固有に識別可能で
ある。
【００５１】 16Ｏガンマ線発生及び14Ｎガンマ線の補助
的利用 図１ないし図７の実施例においては、窒素の共鳴吸収を
考慮してきたが、本発明は、爆発物中の酸素を測定する
ための共鳴吸収方法をも提供する。酸素濃度は、爆発物
の疑いのある荷物その他の容器を通過する16Ｏ共鳴ガン
マ線の密度変化を測定することにより測定され、今度は
かかる共鳴ガンマ線にのみ感応する共鳴検出器により検
出される。14Ｎの80.5゜円錐とは異なり、16Ｏガンマ線
は陽子ビームの方向に対して全方向に放射され、通過す
る荷物の方向に対して特殊な共鳴吸収検出装置が、例え
ば、同じ80.5゜方向に沿って必要となる。窒素のＲＡＡ
用の同じ入力陽子ビームを図９のように酸素のＲＡＡに
対しても用いることが可能である。このようにして、Ｒ
ＡＡ設計で最も大きな費用部分を占める同じ陽子加速器
を、荷物などに分散された窒素及び酸素の双方を同時に
測定するために用いることが可能である。
【００５２】前述の状態では6.92及び7.12MeVの16０が
透視され共振的に観測される。6.92MeVはより強いもの
である。（シー・ピー・スワン（C. P. Swann）等の
「Ｏ16の6.91及び7.12MeV励起状態の寿命（Lifetimes o
f the 6.91 and 7.12 MeV ExcitedStates of O16）、フ
ィジカル・レビュー（Physical Review）、Vol.108、N
o.４、982）」を参照のこと。）図１ないし図５に関し
て前述したように、13Ｏの（ｐ、ガンマ）反応により14
Ｎが9.17MeV状態に励起されるに必要なエネルギーであ
る、1.75MeV以下のエネルギーの陽子ビームでこれらの
状態に達することが好ましい。所望の状態を生じるため
の唯一の反応ではないが、以下の反応により、1.75MeV
から0.5MeVに及ぶ陽子エネルギーに対する大量の共鳴ガ
ンマ線が発生する。
【００５３】6.92MeV及び7.12MeV状態は次の反応により
強力に励起される。 陽子 ＋ 19 Fl → 16Ｏ* ＋ α粒子；16 Ｏ* → 16Ｏ ＋ 6.92 又は 7.12 ガンマ線 「*」は励起された状態を表す。
【００５４】反応は8.11MeVで発熱反応となり、原理的
にはゼロ以上の陽子エネルギーに対して反応が進むが、
実際には、反応の断面は約0.5MeV以上の陽子エネルギー
に対して強くなる。
【００５５】6.92及び7.12Mevのガンマ線が励起された
酸素原子核から生成されて、入射した陽子と放射された
α粒子の組合わせにより生じた運動量により急速に反跳
する。結果として、6.92又は7.12MeVガンマ線の非常に
小さな部分だけが酸素ターゲット内の対応する状態と共
鳴する。
【００５６】反応当たり発生される共鳴ガンマ線の小さ
い部分が、大量のガンマ線を生成するために用いられ、
実際には、１MeV以上ののエネルギー損失で、図９に示
すシステムではガンマ線を生成することができる。これ
らの好ましい係数を組み合わせて、14Ｎ内の9.17MeVの
ガンマ線の生成に付いて、酸素の共鳴ガンマ線の生成を
行うことが可能である。
【００５７】上述のように、6.92及び7.12MeVのガンマ
線の共鳴成分は、ビーム方向に対して80.5゜の角度を生
じる共鳴時に14Ｎにより放出された9.172MeVのガンマ線
とを大きく異なり、放出角度から独立している。従っ
て、前述のような共鳴検出器でガンマ線を計数する必要
がある。
【００５８】このように、図９の実施例においては、図
８に示されるような、ターゲット13Ｃから生成された14
Ｎガンマ線に加えて、同じ陽子ビームが19Ｆターゲット
を通過する。こうして、発生された6.92及び7.12MeVの
ガンマ線が、荷物Ｌを通過して、後述の共鳴ガンマ線検
出器Ｄ’により共鳴検出されているように示されてい
る。図示のように、検出は、Ｄで検出される14Ｎガンマ
線、次いでＤ’で検出される16Ｏガンマ線を荷物が通過
するにつれて、順次行われる。しかし、逆の順番で行っ
たり、ほぼ同時行ったりすることも可能である。
【００５９】14Ｎガンマ線発生に関して、非共鳴型検出
器Ｄを用いて、それから、図３ないし図５に示したよう
な、長いガンマ線発生ガスセルに、鉛又はタングステン
で注意深くコリメートされたカウンタを設け、これによ
り、各検出器は、所定の時間で、荷物その他の対象の一
部だけから狭い円錐形状のガンマ線を「見る」ことが可
能になる。しかしながら、前述のような長いセルタイプ
は、正確に共鳴されたガンマ線にのみ応答する共鳴検出
器を用いた場合にのみ、効果を奏することが可能であ
る。かかる検出器は、ターゲットから正確な角度で放射
されたガンマ線にのみ応答するので、正確に照準合わせ
される。
【００６０】長いガスセルターゲット媒体の周りに配置
された共鳴検出器を用いた別の単純な構成は、（図示し
ない）ターゲットガスセルの周りに展開されたトンネル
状の共鳴検出器を含んでいる。検出器の各アレイは、例
えば、１００の検出器を含み、それぞれの検出器は２cm
の幅を有し、ガスセルから約1.2m全面に配置される。４
０のリングが用いられて、総計４０００の検出器が配置
される。（共鳴検出器は廉価に製造できるが）このよう
なシステム用の検出器／電子回路は高価であり、毎分２
０または３０の荷物を処理できる場合にはコスト的に有
効である。
【００６１】このようなガスターゲットガンマ線発生の
使用は、荷物検出に関する問題に非常によく適合する。
ある位置から別の数メートル離れた位置へ1.75MeVのビ
ームを転送することは容易であり、費用も掛からない。
真空配管及びポンピングは高価ではないし、ビームのエ
ネルギーは一定なので、固定磁界を有する永久磁石を用
いることでビームを（必要ならば１８０度にわたって）
曲げることが可能である。従って、いくつかの独立した
爆発物検出ステーションを作るために、実質的に距離を
おいて個々のガスセルターゲット（又はかかるターゲッ
トのグループ）を分割することも可能である。これらの
ステーションは、特定方向の荷物を検査したり、長時間
にわたっての検査を行うために用いることが可能であ
る。ステーションは又は、同時に検査される２又はそれ
以上の別の流れを備えることにより荷もと処理の速度を
上げるために用いることも可能である。この場合には、
陽子ビーム電流をより強くすれば、ガンマ線検出器の効
率をより高めることが可能である。
【００６２】13Ｃ含有ターゲットに補助された図９の19
Ｆを用いた16Ｏガンマ線共鳴発生について見ると、図９
の共鳴検出器は厚いコリメータＴＣを備えており、この
コリメータを介して所定の角度で6.92及び7.12MeVのガ
ンマ線が、ガンマ線検出器を取り巻いていている水室
（H2O）内を通過する。検出器は水に吸収された結果生
じる再放出共鳴ガンマ線に応答し、これらのガンマ線に
対する感度の高い増幅された検出が可能になる。
【００６３】図９のシステムにおいては、別の13Ｃ含有
及び19Ｆ含有ターゲットが示されており、混成された適
当なガスを組み合わせたガスターゲット媒体が達成され
る。これとは別に、例えば14Ｎ及び16Ｏの双方に関する
共鳴ガンマ線を発生させるガス成分を用いることも可能
である。例えば、13ＣＦ4又は13ＣＯＦ2であり、13Ｃは
窒素用であり、自然フッ素は酸素用である。好適な有機
過フッ化炭化水素を用いることも可能である。
【００６４】さらに、前述のように、本発明の特徴は、
広義において、14Ｎ及び16Ｏへの適用に限定されること
はない。塩素及び窒素も同様にある種の爆発物では発見
されるものである。このような場合には、例えば、13Ｃ
Ｏ34Ｓや13ＣＳ2 34炭素及び硫黄の双方を含むガス状タ
ーゲット媒体を用いることが可能である。さらに、共鳴
信号を正規化するために用いることが可能な非共鳴ガン
マ線を生成することが好ましい。さらに、かかる正規化
のためには、6.92MeV及び7.12MeVの双方を発生可能なフ
ッ素系ターゲットを用いることが可能である。
【００６５】さらに、当業者であれば別の実施例に想到
するであろうが、それらもまた、特許請求の範囲に規定
されている本発明の精神及び視野に含まれるものと考え
られる。
【００６６】
【発明の効果】以上の如く本発明によれば、窒素含有の
場合ばかりでなく、窒素と酸素の存在を共に検出して爆
発物などの検出を行う。従って従来と異なり、非常に正
確に検査を実行することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例の一部をなす14Ｎ共鳴発
生ガンマ線に用いる多重フォイル又は層型ターゲットア
センブリの概略図である。
【図２】電子抑圧電界を用いた図１のシステムの側面図
である。
【図３】本発明のガンマ線の発生量増大方法を用いた、
連続型ガスターゲットアセンブリの側面図である。
【図４】本発明のガンマ線の発生量増大方法を用いた、
分離型ガスセルアレイの側面図である。
【図５】電子イオンプラズマ発生を電子的に抑える技法
を用いた修正されたガスセルアレイの側面図である。
【図６】図５に示すガスセルアレイの端面図である。
【図７】図５に示すガスセルアレイの電圧印加状態を示
している。
【図８】荷物検査システムで、図１ないし図７に示した
システムを用いた実施例の概略図である。
【図９】16Ｏ共鳴発生ガンマ線による荷物検査を加えた
図８と同様のシステムの概略図である。
【符号の説明】
１〜１"" 自己支持型フォイル Ｖ 補償電位 Ｈ 磁界 Ｇ ガスセル Ｐ 低コンダクタンス管

Claims (31)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 爆発物その他の物体の如き対象物中にお
    ける窒素含有及び酸素含有の両者の存在を検出すべく共
    鳴生成ガンマ線を用いる方法であって、1 4Ｎ及び16Ｏの
    各々の共鳴生成ガンマ線を前記対象物に方向付け、前記
    対象物中における窒素−酸素成分による共鳴吸収を示
    す、これらのガンマ線のそれぞれの強度変化を検出する
    ことからなる方法。
  2. 【請求項２】 14Ｎ共鳴生成ガンマ線は9.172MeVであ
    り、16Ｏ共鳴生成ガンマ線は6.92及び7.12MeVである、
    請求項１の方法。
  3. 【請求項３】 14Ｎ共鳴生成ガンマ線及び16Ｏ共鳴生成
    ガンマ線はそれぞれ、適当なエネルギーの陽子を13Ｃ含
    有ターゲット媒体上及び19Ｆ含有ターゲット媒体上に方
    向付けることにより発生される、請求項２の方法。
  4. 【請求項４】 前記陽子のエネルギーは1.75MeVの程度
    である、請求項２の方法。
  5. 【請求項５】 前記13Ｃ含有ターゲット媒体の相応する
    連続的な部分において陽子との衝突により前記共鳴生成
    ガンマ線が発生されるに際して、前記連続的な部分にお
    いて陽子のエネルギーを連続的に且つ前記ターゲット媒
    体の前記連続的な部分との衝突により陽子がエネルギー
    を失うのと同じ割合で増大させることによって、前記9.
    172MeVの14Ｎ共鳴生成ガンマ線の発生量が増大される、
    請求項３の方法。
  6. 【請求項６】 前記発生量の増大は前記13Ｃ含有ターゲ
    ット媒体の連続する部分の間で連続的な電圧インクリメ
    ントを印加することにより実行される、請求項５の方
    法。
  7. 【請求項７】 連続的な電圧インクリメントは500ボル
    ト程度である、請求項６の方法。
  8. 【請求項８】 対象物は陽子の方向に対して約80.5°の
    角度にある前記9.172MeVの14Ｎ共鳴生成ガンマ線を遮る
    よう位置されており、これらの光線の強度の検出は前記
    対象物の通過の後に行われる、請求項３の方法。
  9. 【請求項９】 対象物はさらに該対象物へと放射される
    6.92及び7.12MeVの16Ｏ共鳴生成ガンマ線を遮り、これ
    らの強度は対象物の通過の後に共鳴吸収により検出され
    る、請求項８の方法。
  10. 【請求項１０】 適当なターゲット媒体を介して所定の
    エネルギーの荷電粒子ビームを通過させることにより発
    生される核共鳴生成ガンマ線を発生させるためのシステ
    ムにおいて、かかる共鳴生成ガンマ線の発生量を増加増
    大させるための方法であって、前記ターゲット媒体の相
    応する連続的な部分において荷電粒子との衝突により前
    記共鳴生成ガンマ線が発生されるに際して、前記連続的
    な部分において入射する荷電粒子ビームのエネルギーを
    連続的に且つ前記ターゲット媒体の前記連続的な部分と
    の衝突により荷電粒子がエネルギーを失うのと同じ割合
    で増大させることからなる方法。
  11. 【請求項１１】 前記ターゲット媒体が連続する13Ｃ含
    有部分から形成され、前記荷電粒子ビームは陽子のビー
    ムであり、前記荷電粒子ビームの所定のエネルギーは1.
    75MeV程度となるよう調節され、発生されるガンマ線は
    14Ｎの共鳴吸収閾値である9.172MeVのものである、請求
    項１０の方法。
  12. 【請求項１２】 窒素を含有する爆発物が入っている可
    能性のある荷物類を発生量の多い共鳴生成14Ｎガンマ線
    により走査し、前記窒素による共鳴吸収により生じた前
    記ガンマ線の強度変化を検出する段階をさらに含む、請
    求項１１の方法。
  13. 【請求項１３】 共鳴生成ガンマ線を発生し該ガンマ線
    を用いて対象物中における酸素含有の存在を検出する方
    法であって、陽子ビームを19Ｆ含有ターゲット媒体上に
    方向付けて該陽子ビームとの衝突から16Ｏの共鳴吸収閾
    値である6.92及び／又は7.12MeVのガンマ線を生成し、
    対象物を共鳴生成ガンマ線により走査し、対象物により
    遮られたガンマ線の変動を共鳴的に検出して対象物内の
    酸素含有を指示することからなる方法。
  14. 【請求項１４】 爆発物及びその他の物体の如き対象物
    における窒素含有及び塩素含有の両者の存在を検出する
    ために共鳴生成ガンマ線を用いる方法であって、窒素及
    び塩素の各々の共鳴生成ガンマ線を前記対象物へと方向
    付け、対象物中の窒素−塩素成分による共鳴吸収を示す
    かかるガンマ線のそれぞれの強度変化を検出することか
    らなる方法。
  15. 【請求項１５】 共鳴生成ガンマ線を発生し、これを対
    象物における塩素含有の存在を検出するために用いる方
    法であって、34Ｓの如きイオウ含有ターゲット媒体上へ
    と陽子のビームを方向付けて該陽子ビームとの衝突から
    前記イオウの共鳴吸収閾値であるガンマ線を生成し、共
    鳴生成ガンマ線により対象物を走査し、対象物により遮
    られたガンマ線の変動を検出して対象物内の塩素含有を
    指示することからなる方法。
  16. 【請求項１６】 爆発物及びその他の物体の如き対象物
    における窒素及び少なくとも酸素と塩素の一つの存在を
    検出するために共鳴生成ガンマ線を用いる装置であっ
    て、14Ｎ及び少なくとも16ＯとClの一つのそれぞれの共
    鳴生成ガンマ線源と、かかる共鳴生成ガンマ線を前記対
    象物上へと方向付ける手段と、対象物中の窒素成分及び
    少なくとも酸素成分と塩素成分の一つによる共鳴吸収を
    示すかかるガンマ線のそれぞれの強度変化を検出するた
    めの手段を組み合わせてなる装置。
  17. 【請求項１７】 前記ガンマ線源が、陽子ビームを生成
    しこれを13Ｃ含有、19Ｆ含有及び34Ｓ含有ターゲット媒
    体の一つ又はそれ以上へと方向付けて14Ｎ、16Ｏ及びCl
    共鳴生成ガンマ線のそれぞれを発生させる手段からな
    る、請求項１６の装置。
  18. 【請求項１８】 前記13Ｃ含有ターゲット媒体は複数の
    連続する薄い13Ｃ含有層からなる、請求項１７の装置。
  19. 【請求項１９】 前記13Ｃ含有ターゲット媒体は連続す
    る13Ｃ含有気体状媒体又は連続する13Ｃ含有気体セル部
    分の何れかからなる、請求項１７の装置。
  20. 【請求項２０】 前記13Ｃ含有ターゲット媒体の相応す
    る連続的な部分において陽子との衝突により前記共鳴生
    成ガンマ線が発生されるに際して、前記連続的な部分に
    おいてビームの陽子のエネルギーを連続的に且つ前記タ
    ーゲット媒体の前記連続的な部分との衝突により陽子が
    エネルギーを失うのと同じ割合で増大させる手段によ
    り、前記14Ｎ共鳴生成ガンマ線の発生量を増大するため
    の手段が備えられる、請求項１７の装置。
  21. 【請求項２１】 所定のエネルギーの荷電粒子ビームを
    適当なターゲット媒体を介して通過させることにより発
    生される核共鳴生成ガンマ線を発生させるシステムにお
    いて、かかる共鳴生成ガンマ線の発生量を増加増大させ
    るための装置であって、かかる核共鳴に応答し且つ入射
    する荷電粒子ビームの方向に沿って延びる複数個の同様
    な連続する部分を有するターゲット媒体と、前記ガンマ
    線を生成するターゲット媒体のかかる連続部分との衝突
    により生ずる各々のターゲット部分における荷電粒子の
    エネルギー損失を補うのに十分な値の電圧を連続するタ
    ーゲット部分相互の間に同様に印加する手段とを組み合
    わせて有する装置。
  22. 【請求項２２】 前記発生量増大装置はターゲット媒体
    の連続する部分の間に連続する加速電圧インクリメント
    を印加する手段を含む、請求項２１の装置。
  23. 【請求項２３】 横方向の磁場を生成し、これを電子／
    イオン抑制のために前記ターゲット媒体に印加する手段
    が備えられる、請求項２１の装置。
  24. 【請求項２４】 ターゲット媒体が連続する13Ｃ含有気
    体状媒体又は連続する13Ｃ含有気体状セル部分の一つで
    ある、請求項２３の装置。
  25. 【請求項２５】 前記連続する気体状セル部分は相互に
    電気的に隔絶されており、陽子ビーム源のそれと比較し
    て気体セルを高度の真空圧に維持する手段が設けられ、
    気体セル相互の間の気体導通は少ない、請求項２４の装
    置。
  26. 【請求項２６】 気体セルにおけるイオン及び電子の形
    成を抑制する手段が設けられている、請求項２４の装
    置。
  27. 【請求項２７】 前記気体セルはライン内にある連続す
    るシリンダーであって相互の間にギャップを画定する電
    気絶縁スリーブによって隔てられており、前記連続する
    加速電圧インクリメントはこれらの間に印加される、請
    求項２５の装置。
  28. 【請求項２８】 前記イオン及び電子抑制手段は、気体
    セルシリンダー内にある向かい合った電極からなり、こ
    れらは逆符号の電圧バイアスがかけられていてそれぞれ
    電子及びイオンを引き付け、かくして電子及びイオンが
    前記ギャップを横断して加速されることがない、請求項
    ２７の装置。
  29. 【請求項２９】 陽子ビームなどの衝突に応じてガンマ
    線を発生するための共鳴ターゲット装置であって、連続
    する13Ｃ含有気体状媒体又は連続する13Ｃ含有気体状セ
    ル媒体部分の一方と、これらの媒体の連続する部分にお
    いて陽子のエネルギーを十分に増大させるよう調節され
    た値の連続する電圧インクリメントを、ターゲット媒体
    のかかる連続する部分との衝突により陽子がエネルギー
    を失うのと同じ割合でもって、連続する部分相互の間に
    印加する手段とからなり、前記衝突により9.172MeVの共
    鳴生成ガンマ線が発生される装置。
  30. 【請求項３０】 陽子ビームなどの衝突に応じてガンマ
    線を発生するための共鳴ターゲット装置であって、分離
    された複数の連続する薄い13Ｃ含有層と、かかる連続す
    る層との衝突により陽子がエネルギーを失うのと同じ割
    合でもって、連続する層において陽子のエネルギーを増
    大させるのに十分な値に調節された連続する電圧インク
    リメントを連続する層の相互間に印加する手段とからな
    り、前記衝突により9.172MeVの共鳴生成ガンマ線が発生
    される装置。
  31. 【請求項３１】 複数の薄いターゲット層の横断方向に
    磁場を印加する手段が設けられている、請求項３０の共
    鳴ターゲット装置。
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