JPH07301610A - 土壌中の有毒元素の濃度の深さプロフィールを求める方法及び装置 - Google Patents
土壌中の有毒元素の濃度の深さプロフィールを求める方法及び装置Info
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- JPH07301610A JPH07301610A JP5277540A JP27754093A JPH07301610A JP H07301610 A JPH07301610 A JP H07301610A JP 5277540 A JP5277540 A JP 5277540A JP 27754093 A JP27754093 A JP 27754093A JP H07301610 A JPH07301610 A JP H07301610A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 土壌中の有毒元素の濃度の深さプロフィール
ヲ求める方法及び装置を提供する。 【構成】 土壌を中性子で照射する中性子源（２２）を
備える。中性子照射により土壌中に核反応が起こり、ガ
ンマ線が土壌から放出され、このガンマ線は、列状に配
置されているガンマ線検出器（２４）によって検出され
る。中性子源からの中性子の規則的に繰り返されるパル
スの幅を制御する中性子源エレクトロニクス（１０）が
設けられている。検出器エレクトロニクス（１２）がガ
ンマ線検出器と連携していて、ガンマ線検出器の発生し
た信号を増幅すると共にデジタル化し、デジタル化信号
を表すデータを記憶する。データを分析して土壌中の選
択ターゲット元素の濃度を測定するスペクトル分析ソフ
トウエアを備え、さらに取得インターフェイスエレクト
ロニクス（１４）を備える。
ヲ求める方法及び装置を提供する。 【構成】 土壌を中性子で照射する中性子源（２２）を
備える。中性子照射により土壌中に核反応が起こり、ガ
ンマ線が土壌から放出され、このガンマ線は、列状に配
置されているガンマ線検出器（２４）によって検出され
る。中性子源からの中性子の規則的に繰り返されるパル
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設けられている。検出器エレクトロニクス（１２）がガ
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た信号を増幅すると共にデジタル化し、デジタル化信号
を表すデータを記憶する。データを分析して土壌中の選
択ターゲット元素の濃度を測定するスペクトル分析ソフ
トウエアを備え、さらに取得インターフェイスエレクト
ロニクス（１４）を備える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＰＧＮＡＡ（即発ガン
マ線中性子放射化分析）に関し、より詳細には、ＰＧＮ
ＡＡを土壌の回復に応用する方法及び装置に関する。
マ線中性子放射化分析）に関し、より詳細には、ＰＧＮ
ＡＡを土壌の回復に応用する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】広大な
土地が化学的に或いは放射性の有毒な元素で汚染されて
いる、との認識が深まるにつれ、これに対応して、汚染
領域を許容可能と考えられる環境状態に回復させるため
の回復措置を講じる国際的な努力が存在している。この
目的のため、土壌洗浄及び他の方法の開発が続けられて
いる。これらの方法が技術的に有効であり且つ費用面で
も効果的であるためには、フィールド中の汚染の存在箇
所を正確に突き止める必要がある。加うるに、処理後の
土壌がフィールドに戻せる時期を判定するため、最大限
可能な範囲で回復プロセスストリームのインライン監視
を行うことが必要である。後者の要望は、米国特許明細
書第５，１３３，９０１号（発明者はピーターソン氏
等）に記載されたシステムで満たされることになった。
土地が化学的に或いは放射性の有毒な元素で汚染されて
いる、との認識が深まるにつれ、これに対応して、汚染
領域を許容可能と考えられる環境状態に回復させるため
の回復措置を講じる国際的な努力が存在している。この
目的のため、土壌洗浄及び他の方法の開発が続けられて
いる。これらの方法が技術的に有効であり且つ費用面で
も効果的であるためには、フィールド中の汚染の存在箇
所を正確に突き止める必要がある。加うるに、処理後の
土壌がフィールドに戻せる時期を判定するため、最大限
可能な範囲で回復プロセスストリームのインライン監視
を行うことが必要である。後者の要望は、米国特許明細
書第５，１３３，９０１号（発明者はピーターソン氏
等）に記載されたシステムで満たされることになった。
【０００３】中性子誘発反応、２つの大きなカテゴリ
ー、即ちしきい反応及び発熱反応に分けることができ
る。しきい反応については中性子運動エネルギーの形態
のエネルギーが、反応が進むことができる前に、ある最
小エネルギーを反応システムに供給するのに必要であ
る。この最小式エネルギー以下のエネルギーの中性子
は、核反応を引き起こすことができない。発熱反応につ
いてはしきい値は零であり、即ち、全てのエネルギーを
備えた中性子は反応を生じさせることができる。中性子
は原子の衝突によってエネルギーを失うので、中性子に
ついての最小可能エネルギーは、停止媒体中における原
子の熱運動によって定まる。この最小平均エネルギーを
備えた中性子は、熱中性子と呼ばれ、約０．０２５２ｅ
Ｖの平均エネルギーを有している。
ー、即ちしきい反応及び発熱反応に分けることができ
る。しきい反応については中性子運動エネルギーの形態
のエネルギーが、反応が進むことができる前に、ある最
小エネルギーを反応システムに供給するのに必要であ
る。この最小式エネルギー以下のエネルギーの中性子
は、核反応を引き起こすことができない。発熱反応につ
いてはしきい値は零であり、即ち、全てのエネルギーを
備えた中性子は反応を生じさせることができる。中性子
は原子の衝突によってエネルギーを失うので、中性子に
ついての最小可能エネルギーは、停止媒体中における原
子の熱運動によって定まる。この最小平均エネルギーを
備えた中性子は、熱中性子と呼ばれ、約０．０２５２ｅ
Ｖの平均エネルギーを有している。
【０００４】図１は、原子レベルにおける中性子放射化
のプロセスを示している。エネルギーの中性子は、サン
プル内で原子の核と衝突して反応を開始させる。熱エネ
ルギーの中性子については反応は、核内への中性子の吸
収であり、その元素の次により大きな質量の同位元素を
生じさせる。中性子がより高エネルギーである場合（即
ち、運動エネルギーの数メガ電子ボルト）他の核反応が
可能である。これらの他の核反応は、核からの弾性散
乱、量子レベルの内部構造に従って原子を励起させるこ
とまたは他の元素への核変換が生ずる他の反応）
（（ｎ，ｐ）、（ｎ，ａｌｐｈａ）、（ｎ，２ｎ）を含
む。これらケースの各々において残留核は、高く励起さ
れた内部状態のまま残され、その基底状態までほぼ順次
に崩壊し（１０-14 秒以下）、数メガ電子ボルトのエネ
ルギーのガンマ線を放出する。
のプロセスを示している。エネルギーの中性子は、サン
プル内で原子の核と衝突して反応を開始させる。熱エネ
ルギーの中性子については反応は、核内への中性子の吸
収であり、その元素の次により大きな質量の同位元素を
生じさせる。中性子がより高エネルギーである場合（即
ち、運動エネルギーの数メガ電子ボルト）他の核反応が
可能である。これらの他の核反応は、核からの弾性散
乱、量子レベルの内部構造に従って原子を励起させるこ
とまたは他の元素への核変換が生ずる他の反応）
（（ｎ，ｐ）、（ｎ，ａｌｐｈａ）、（ｎ，２ｎ）を含
む。これらケースの各々において残留核は、高く励起さ
れた内部状態のまま残され、その基底状態までほぼ順次
に崩壊し（１０-14 秒以下）、数メガ電子ボルトのエネ
ルギーのガンマ線を放出する。
【０００５】このガンマ線のエネルギーは、残留核の量
子構造の固有の特徴であり、かくしてもともとの標的核
の識別特性である。サンプル中の関心のある元素の各々
の元素の数はサンプルによって放出されたガンマ線のス
ペクトルを検出すると共に収集し、そして適当なピーク
を統合することにより推定できる。
子構造の固有の特徴であり、かくしてもともとの標的核
の識別特性である。サンプル中の関心のある元素の各々
の元素の数はサンプルによって放出されたガンマ線のス
ペクトルを検出すると共に収集し、そして適当なピーク
を統合することにより推定できる。
【０００６】ＰＧＮＡＡ方法は以下の式によって決定さ
れる。
れる。
【０００７】Ａ＝ＮσφＢ 上式においてＡは、所望のガンマ線を消費させる１秒当
りの壊変数、Ｎは、反応についての標的核の数、σは、
反応断面積（１０-24 ｃｍ2 ）、φは、所要エネルギー
の中性子の束（ｃｍ-2・秒-1）、Ｂは、分岐比、即ちこ
の捕獲による関心のあるガンマ線の発生頻度を示す０と
１との間の分数である。
りの壊変数、Ｎは、反応についての標的核の数、σは、
反応断面積（１０-24 ｃｍ2 ）、φは、所要エネルギー
の中性子の束（ｃｍ-2・秒-1）、Ｂは、分岐比、即ちこ
の捕獲による関心のあるガンマ線の発生頻度を示す０と
１との間の分数である。
【０００８】土壌回復の要望の増大に鑑みて、本発明の
目的は、土壌フィールドの特徴を正確に把握するための
方法及び装置を提供することにある。本発明の別の目的
は、土壌フィールド中の汚染要因物の深さプロフィール
を得るためのＰＧＮＡＡ方法及び装置を提供することに
ある。本発明のもう一つの目的は、土壌フィールド中の
微量元素を検出するＰＧＮＡＡ方法及び装置を提供する
ことにある。
目的は、土壌フィールドの特徴を正確に把握するための
方法及び装置を提供することにある。本発明の別の目的
は、土壌フィールド中の汚染要因物の深さプロフィール
を得るためのＰＧＮＡＡ方法及び装置を提供することに
ある。本発明のもう一つの目的は、土壌フィールド中の
微量元素を検出するＰＧＮＡＡ方法及び装置を提供する
ことにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明による尋問体積の
分析方法は、強度及びパルスにより特徴付けられた中性
子バーストで尋問体積を照射し、それにより上記尋問体
積からガンマ線を放出させる段階と、複数の時間間隔の
間にガンマ線データ群を得る段階とを有し、各群は、対
応の時間間隔中におけるガンマ線の数又は強度及び上記
ガンマ線のエネルギーレベルを表示し、第１の群は、中
性子バーストのオン中の第１の間隔に対応し、上記方法
は更に、上記ガンマ線データを分析して上記尋問体積中
の所定の標的元素の存在を検出すると共にその量を測定
する段階を有することを特徴とする。本発明の一好適実
施例では、パルス幅は、約１００〜２００μｓであり、
上記複数の時間間隔は、約５０００μｓにわたる。ま
た、本発明の一実施例では、中性子を、約１４ＭｅＶ、
約３ＭｅＶ、及び約０．０２５ｅＶのエネルギーで発生
させる。これらエネルギーは有利に利用できるが、他の
大きさのエネルギーも種々の用途に利用でき、即ち、約
７５０ｋｅＶのエネルギーの中性子を陽子線型加速器及
びリチウム標的を用いて生じさせることができる。
分析方法は、強度及びパルスにより特徴付けられた中性
子バーストで尋問体積を照射し、それにより上記尋問体
積からガンマ線を放出させる段階と、複数の時間間隔の
間にガンマ線データ群を得る段階とを有し、各群は、対
応の時間間隔中におけるガンマ線の数又は強度及び上記
ガンマ線のエネルギーレベルを表示し、第１の群は、中
性子バーストのオン中の第１の間隔に対応し、上記方法
は更に、上記ガンマ線データを分析して上記尋問体積中
の所定の標的元素の存在を検出すると共にその量を測定
する段階を有することを特徴とする。本発明の一好適実
施例では、パルス幅は、約１００〜２００μｓであり、
上記複数の時間間隔は、約５０００μｓにわたる。ま
た、本発明の一実施例では、中性子を、約１４ＭｅＶ、
約３ＭｅＶ、及び約０．０２５ｅＶのエネルギーで発生
させる。これらエネルギーは有利に利用できるが、他の
大きさのエネルギーも種々の用途に利用でき、即ち、約
７５０ｋｅＶのエネルギーの中性子を陽子線型加速器及
びリチウム標的を用いて生じさせることができる。
【００１０】本発明の方法は又、有利には、ガンマ線デ
ータを分析して、上記所定の標的元素が上記尋問体積中
に第１の所定深さ範囲内で存在しているかどうかを判定
する段階を更に有する。さらに、この方法は、上記尋問
体積中の複数の深さ範囲における上記標的元素の量を表
す深さプロフィールデータを生じさせる段階を更に有す
る。
ータを分析して、上記所定の標的元素が上記尋問体積中
に第１の所定深さ範囲内で存在しているかどうかを判定
する段階を更に有する。さらに、この方法は、上記尋問
体積中の複数の深さ範囲における上記標的元素の量を表
す深さプロフィールデータを生じさせる段階を更に有す
る。
【００１１】本発明の一実施例では、ガンマ線データを
分析して、上記所定の標的元素が上記尋問体積中に第１
の所定深さ範囲内で存在しているかどうかを判定する上
記段階は、中性子が、上記標的元素を表示するガンマ線
を生じさせる反応を開始させるのに適当なエネルギーを
もつ深さを計算する段階を含む。
分析して、上記所定の標的元素が上記尋問体積中に第１
の所定深さ範囲内で存在しているかどうかを判定する上
記段階は、中性子が、上記標的元素を表示するガンマ線
を生じさせる反応を開始させるのに適当なエネルギーを
もつ深さを計算する段階を含む。
【００１２】本発明の別の実施例では、本発明の方法は
更に次の４つの段階（1)〜（4)を含む。校正データを求
める段階（1)では、０ｃｍ、X1（X1は、検出されるべき
十分な数でエネルギーE1のガンマ線が尋問体積から逃げ
出る起点となる最も深い深さである）、X2（X2は、検出
されるべき十分な数でエネルギーE2のガンマ線が尋問体
積から逃げ出る起点となる最も深い深さである）を含む
複数の深さで質量Ｍの標的元素スラッグを配置し、以下
に記載する比を求める。次に、エネルギーE1、E2のガン
マ線の収量ｙ(E1)、ｙ(E2)のフィールド測定を行う段階
（２）を実施する。
更に次の４つの段階（1)〜（4)を含む。校正データを求
める段階（1)では、０ｃｍ、X1（X1は、検出されるべき
十分な数でエネルギーE1のガンマ線が尋問体積から逃げ
出る起点となる最も深い深さである）、X2（X2は、検出
されるべき十分な数でエネルギーE2のガンマ線が尋問体
積から逃げ出る起点となる最も深い深さである）を含む
複数の深さで質量Ｍの標的元素スラッグを配置し、以下
に記載する比を求める。次に、エネルギーE1、E2のガン
マ線の収量ｙ(E1)、ｙ(E2)のフィールド測定を行う段階
（２）を実施する。
【００１３】
【数１】 ｙ(E1)／ｙ(E2)がＲ21(X1)よりも大きいかどうか及びｙ
(E1)が０よりも大きいかどうかを判定することにより深
さ推定計算を行い、次いで、以下の式により標的元素の
位置する深さ範囲を求める段階（３）を実施する。
(E1)が０よりも大きいかどうかを判定することにより深
さ推定計算を行い、次いで、以下の式により標的元素の
位置する深さ範囲を求める段階（３）を実施する。
【００１４】ケース１：もしｙ(E1)／ｙ(E2)がＲ21(X1)
よりも大きく、且つｙ(E1)が０よりも大きい場合、標的
元素は０とX1との間、及びX1とX2の間に存在する。
よりも大きく、且つｙ(E1)が０よりも大きい場合、標的
元素は０とX1との間、及びX1とX2の間に存在する。
【００１５】ケース２：もしｙ(E1)／ｙ(E2)がＲ21(X1)
よりも小さいが、ｙ(E1)が０よりも大きい場合、標的元
素は０とX1との間に存在する。
よりも小さいが、ｙ(E1)が０よりも大きい場合、標的元
素は０とX1との間に存在する。
【００１６】ケース３：もしｙ(E2)が０よりも大きく、
ｙ(E1)が０である場合、標的元素はX1とX2の間に存在す
る。
ｙ(E1)が０である場合、標的元素はX1とX2の間に存在す
る。
【００１７】次いで、以下の式により等価質量計算を行
う段階（４）を実施する。
う段階（４）を実施する。
【００１８】ケース１：
【数２】 ケース２：
【数３】 ケース３：
【数４】 （ESmax 、ESmin はそれぞれ特定範囲内における最大等
価質量、最小等価質量を表している。） 本発明はまた、上記の段階を実施する装置（ハードウエ
ア）を提供する。例えば、本発明は、尋問体積の分析装
置において、強度及びパルスにより特徴付けられた中性
子バーストで尋問体積を照射して上記尋問体積からガン
マ線を放出させる手段と、複数の時間間隔の間にガンマ
線データ群を得る手段とを有し、各群は、対応の時間間
隔中におけるガンマ線の数又は強度及び上記ガンマ線の
エネルギーレベルを表示し、第１の群は、中性子バース
トのオン中の第１の間隔に対応し、上記装置は更に、上
記ガンマ線データを分析して上記尋問体積中の所定の標
的元素の存在を検出すると共にその量を測定する手段を
有することを特徴とする装置を提供する。
価質量、最小等価質量を表している。） 本発明はまた、上記の段階を実施する装置（ハードウエ
ア）を提供する。例えば、本発明は、尋問体積の分析装
置において、強度及びパルスにより特徴付けられた中性
子バーストで尋問体積を照射して上記尋問体積からガン
マ線を放出させる手段と、複数の時間間隔の間にガンマ
線データ群を得る手段とを有し、各群は、対応の時間間
隔中におけるガンマ線の数又は強度及び上記ガンマ線の
エネルギーレベルを表示し、第１の群は、中性子バース
トのオン中の第１の間隔に対応し、上記装置は更に、上
記ガンマ線データを分析して上記尋問体積中の所定の標
的元素の存在を検出すると共にその量を測定する手段を
有することを特徴とする装置を提供する。
【００１９】本発明はまた、土壌中の有毒元素の濃度の
深さプロフィールを求める可動式装置において、第１の
エネルギーレベルの中性子を発生させて該中性子で土壌
を照射し、それにより土壌中に核反応を生じさせると共
にガンマ線を土壌から放出させるための中性子源と、土
壌から放出されたガンマ線を検出する列状配置のガンマ
線検出器と、中性子源と連携していて、中性子源の発生
した中性子のパルス幅を制御したり、次々に発生する中
性子パルス間の時間間隔を制御する源エレクトロニクス
と、ガンマ線検出器と連携していて、ガンマ線検出器の
発生した信号を増幅してデジタル化し、デジタル化され
た信号を表すデータを記憶する検出器エレクトロニクス
と、上記データを分析して土壌中の選択された標的元素
の濃度を求めるスペクトル分析手段と、源エレクトロニ
クス及び検出器エレクトロニクスのタイミングを制御し
て、上記中性子源が所定のパルス幅のバースト状態で中
性子を発生させると共に上記中性子源及び源エレクトロ
ニクスが上記バーストと関連した複数の時間間隔の間に
ガンマ線を検出してデータ群を得るようにする取得イン
ターフェイスモジュール（ＡＩＭ）とを有し、各群は、
対応の時間間隔中に放出されたガンマ線の数及びそれら
の強度を表示し、第１の群は、上記中性子源が中性子を
発生する第１の間隔に対応することを特徴とする可動式
装置を提供する。最適実施例は、移動式プラットホーム
を有する。この実施例では、列状配置のガンマ線検出器
は、移動式に取り付けられた複数のガンマ線検出器から
成る。この実施例は又、標的元素の深さプロフィールを
求める手段を有する。
深さプロフィールを求める可動式装置において、第１の
エネルギーレベルの中性子を発生させて該中性子で土壌
を照射し、それにより土壌中に核反応を生じさせると共
にガンマ線を土壌から放出させるための中性子源と、土
壌から放出されたガンマ線を検出する列状配置のガンマ
線検出器と、中性子源と連携していて、中性子源の発生
した中性子のパルス幅を制御したり、次々に発生する中
性子パルス間の時間間隔を制御する源エレクトロニクス
と、ガンマ線検出器と連携していて、ガンマ線検出器の
発生した信号を増幅してデジタル化し、デジタル化され
た信号を表すデータを記憶する検出器エレクトロニクス
と、上記データを分析して土壌中の選択された標的元素
の濃度を求めるスペクトル分析手段と、源エレクトロニ
クス及び検出器エレクトロニクスのタイミングを制御し
て、上記中性子源が所定のパルス幅のバースト状態で中
性子を発生させると共に上記中性子源及び源エレクトロ
ニクスが上記バーストと関連した複数の時間間隔の間に
ガンマ線を検出してデータ群を得るようにする取得イン
ターフェイスモジュール（ＡＩＭ）とを有し、各群は、
対応の時間間隔中に放出されたガンマ線の数及びそれら
の強度を表示し、第１の群は、上記中性子源が中性子を
発生する第１の間隔に対応することを特徴とする可動式
装置を提供する。最適実施例は、移動式プラットホーム
を有する。この実施例では、列状配置のガンマ線検出器
は、移動式に取り付けられた複数のガンマ線検出器から
成る。この実施例は又、標的元素の深さプロフィールを
求める手段を有する。
【００２０】さらに、本発明は、サンプルとしての尋問
体積内における中性子誘発反応により生じた識別力のあ
る特定のガンマ線を検出する高感度即発ガンマ線中性子
放射化分析（ＰＧＮＡＡ）方法を提供する。反応は、瞬
時に生じる高速中性子誘発、中性子を熱エネルギーまで
減速させる時間を必要とする熱中性子誘発反応、及び放
射性核種生成反応を含む。この方法は、（１）パルス化
中性子源でサンプルを照射し、（２）関心のあるガンマ
線がしきい反応又は高速中性子誘発反応により生じた場
合には、中性子パルスのオン期間中にのみ、サンプルか
ら放出されたガンマ線をカウントし、それにより熱中性
子誘発ガンマ線、放射性核種ガンマ線及びバックグラウ
ンドガンマ線に対する高速中性子誘発ガンマ線の検出能
力を高め、また、（３）関心のあるガンマ線が熱中性子
誘発反応により生じた場合には、中性子パルスのオン期
間直後に且つ数百マイクロ秒の持続期間中にサンプルか
ら放出されたガンマ線をカウントする。本発明の他の実
施例は又、ガンマ線ＳＮ比を改善する段階又は手段を含
む。本発明の他の特徴は後述する。
体積内における中性子誘発反応により生じた識別力のあ
る特定のガンマ線を検出する高感度即発ガンマ線中性子
放射化分析（ＰＧＮＡＡ）方法を提供する。反応は、瞬
時に生じる高速中性子誘発、中性子を熱エネルギーまで
減速させる時間を必要とする熱中性子誘発反応、及び放
射性核種生成反応を含む。この方法は、（１）パルス化
中性子源でサンプルを照射し、（２）関心のあるガンマ
線がしきい反応又は高速中性子誘発反応により生じた場
合には、中性子パルスのオン期間中にのみ、サンプルか
ら放出されたガンマ線をカウントし、それにより熱中性
子誘発ガンマ線、放射性核種ガンマ線及びバックグラウ
ンドガンマ線に対する高速中性子誘発ガンマ線の検出能
力を高め、また、（３）関心のあるガンマ線が熱中性子
誘発反応により生じた場合には、中性子パルスのオン期
間直後に且つ数百マイクロ秒の持続期間中にサンプルか
ら放出されたガンマ線をカウントする。本発明の他の実
施例は又、ガンマ線ＳＮ比を改善する段階又は手段を含
む。本発明の他の特徴は後述する。
【００２１】次に、本発明のより明確な理解のために添
付の図面を参照して本発明の好ましい実施例を例示とし
て説明する。
付の図面を参照して本発明の好ましい実施例を例示とし
て説明する。
【００２２】
【実施例】本明細書で説明するシステムは、土壌中の有
毒元素の濃度及び深さプロフィールを求めるためのＰＧ
ＮＡＡ法を利用している。一実施例では、中性子発生管
が３つの態様で、即ち１４ＭｅＶ中性子源、３ＭｅＶ中
性子源又はソースまたは熱中性子（〜０．０２５ｅＶ）
が土壌表面に用いられる。中性子が土壌に侵入すると、
中性子は、熱中性子捕獲誘発反応と高速中性子誘発反応
との両方によって含有物を放射化する。選択した元素の
濃度は、放射化元素を示す高く且つ識別性のあるエネル
ギーによって特徴付けられる、結果的に瞬時に放出され
る（即発）ガンマ線を検出することによって測定され
る。土壌表面より下の有毒元素の濃度の深さプロフィー
ルは、反応開始に必要なエネルギー（熱又はある値のし
きい値）をもつ中性子フィールドの深さの技術的知識に
よって引き出される。汚染要因物の深さプロフィールを
引き出すための２つの方法を以下に示す。
毒元素の濃度及び深さプロフィールを求めるためのＰＧ
ＮＡＡ法を利用している。一実施例では、中性子発生管
が３つの態様で、即ち１４ＭｅＶ中性子源、３ＭｅＶ中
性子源又はソースまたは熱中性子（〜０．０２５ｅＶ）
が土壌表面に用いられる。中性子が土壌に侵入すると、
中性子は、熱中性子捕獲誘発反応と高速中性子誘発反応
との両方によって含有物を放射化する。選択した元素の
濃度は、放射化元素を示す高く且つ識別性のあるエネル
ギーによって特徴付けられる、結果的に瞬時に放出され
る（即発）ガンマ線を検出することによって測定され
る。土壌表面より下の有毒元素の濃度の深さプロフィー
ルは、反応開始に必要なエネルギー（熱又はある値のし
きい値）をもつ中性子フィールドの深さの技術的知識に
よって引き出される。汚染要因物の深さプロフィールを
引き出すための２つの方法を以下に示す。
【００２３】本発明の一実施例は、土壌中の有毒物（又
は危険物）の濃度の深さプロフィールを得るための可動
式装置である。本発明のもう１つの実施例は微量元素の
検出のための高感度ＰＧＮＡＡシステムである。これら
の実施例を以下に説明する。 Ｉ．土壌中の有毒物質の濃度の深さプロフィールを得る
ための可動式装置 図２及び図３は、本発明による一実施例としての可動Ｐ
ＧＮＡＡフィールド調査ユニットを示している。
は危険物）の濃度の深さプロフィールを得るための可動
式装置である。本発明のもう１つの実施例は微量元素の
検出のための高感度ＰＧＮＡＡシステムである。これら
の実施例を以下に説明する。 Ｉ．土壌中の有毒物質の濃度の深さプロフィールを得る
ための可動式装置 図２及び図３は、本発明による一実施例としての可動Ｐ
ＧＮＡＡフィールド調査ユニットを示している。
【００２４】図２を参照すると、本発明による例示の実
施例としての可動式ＰＧＮＡＡフィールド調査ユニット
は、中性子源又は源エレクトロニクスブロック１０、検
出器エレクトロニクスブロック１２、取得インターフェ
イスエレクトロニクスブロック１４、コンプトンサプレ
ッションブロック１６、コンピュータワークステーショ
ン１８、移動式プラットフォーム２０、プラットホーム
によって支持され、土壌表面よりも３インチ〜９インチ
下の層中に毎秒１平方センチメートル当り約１０7 個の
熱中性子を生じさせることができる一対の中性子源２
２、プラットホーム２０によって支持された６つのガン
マ線検出器２４、測定したガンマ線のスペクトルを表示
するためのディスプレー２６及び計算した濃度及び深さ
のデータを記憶するメモリ２８を有する。図２に示す実
施例では、移動式プラットホーム２０は長さが約６１．
８９ｍ、幅が０．９１ｍであり、地面よりも約１５ｃｍ
上に支持されている。これらの寸法は例示にすぎない。
源エレクトロニクス、中性子源と中性子検出器との相互
接続関係は図面を分かり易くするために図２から省略さ
れている。図２のシステムの一層の細部は図３に示され
ている。
施例としての可動式ＰＧＮＡＡフィールド調査ユニット
は、中性子源又は源エレクトロニクスブロック１０、検
出器エレクトロニクスブロック１２、取得インターフェ
イスエレクトロニクスブロック１４、コンプトンサプレ
ッションブロック１６、コンピュータワークステーショ
ン１８、移動式プラットフォーム２０、プラットホーム
によって支持され、土壌表面よりも３インチ〜９インチ
下の層中に毎秒１平方センチメートル当り約１０7 個の
熱中性子を生じさせることができる一対の中性子源２
２、プラットホーム２０によって支持された６つのガン
マ線検出器２４、測定したガンマ線のスペクトルを表示
するためのディスプレー２６及び計算した濃度及び深さ
のデータを記憶するメモリ２８を有する。図２に示す実
施例では、移動式プラットホーム２０は長さが約６１．
８９ｍ、幅が０．９１ｍであり、地面よりも約１５ｃｍ
上に支持されている。これらの寸法は例示にすぎない。
源エレクトロニクス、中性子源と中性子検出器との相互
接続関係は図面を分かり易くするために図２から省略さ
れている。図２のシステムの一層の細部は図３に示され
ている。
【００２５】次に、図３を参照すると、本発明の一実施
例は、以下の特定の構成要素を有している。
例は、以下の特定の構成要素を有している。
【００２６】パルス処理エレクトロニクス１２ ハイスピードハイスループットのカウント率前置増幅
器、例えば、Canberra Model 210IN Transistor Resset
Preamplifier 、０〜３０００ボルトの検出器高電圧源
１２−２で、例えばCanberra Model 3106D High Voltag
e Power Supply、ハイカウント率ハイスピードの分光学
前置増幅器１２−３、例えばCanberra Model 2024 Spec
toroscopy Amplifier 、ハイスピードＡＤＣ１２−４
（多重近似又は高周波（少なくとも４００ＭＨｚ）ウイ
ルキンソンタイプＡＤＣ）、例えばCanberra Model 807
7 ADC （ゲート信号ライン１２−５、ＡＩＭモジュール
インプット１２−６、ＡＤＣ入力１２−７、ＰＵＲ／Ｌ
ＴＣ（パイルアップ補正／ライブタイム補正）インプッ
ト１２−８も示されている）。
器、例えば、Canberra Model 210IN Transistor Resset
Preamplifier 、０〜３０００ボルトの検出器高電圧源
１２−２で、例えばCanberra Model 3106D High Voltag
e Power Supply、ハイカウント率ハイスピードの分光学
前置増幅器１２−３、例えばCanberra Model 2024 Spec
toroscopy Amplifier 、ハイスピードＡＤＣ１２−４
（多重近似又は高周波（少なくとも４００ＭＨｚ）ウイ
ルキンソンタイプＡＤＣ）、例えばCanberra Model 807
7 ADC （ゲート信号ライン１２−５、ＡＩＭモジュール
インプット１２−６、ＡＤＣ入力１２−７、ＰＵＲ／Ｌ
ＴＣ（パイルアップ補正／ライブタイム補正）インプッ
ト１２−８も示されている）。
【００２７】取得インターフェイスエレクトロニクス１
４ ガンマ線パルス取得による中性子発生装置の点弧を調節
する専用タイミングモジュール１４−１、取得インター
フェイスモジュール１４−２、例えばCanberra Model 5
56。
４ ガンマ線パルス取得による中性子発生装置の点弧を調節
する専用タイミングモジュール１４−１、取得インター
フェイスモジュール１４−２、例えばCanberra Model 5
56。
【００２８】コンプトンサプレッション検出器及び関連
エレクトロニクス１６ 直径８ｃｍのアニュラスを備えた直径２３ｃｍ高さ２３
ｃｍのＮａＩ（Ｔ１）結晶及び関連の光電子増倍管（１
６−１参照）、例えばSolon Tchnologies Special MBW
Assembly、高電圧電源１６−２、例えばCanberra Model
3002D High Voltage Power Supply、ハイスピード増幅
器１６−３、例えばCanberra Model 2111 Amplifier 、
コンスタントフラクション弁別器１６−４、例えば、Ca
nberra Model 2126 、ゲートパルス遅延ユニット１６−
５、例えば、Canberra Model 2055 、一致アナライザ１
６−６、例えばCanberra Model 2040 。
エレクトロニクス１６ 直径８ｃｍのアニュラスを備えた直径２３ｃｍ高さ２３
ｃｍのＮａＩ（Ｔ１）結晶及び関連の光電子増倍管（１
６−１参照）、例えばSolon Tchnologies Special MBW
Assembly、高電圧電源１６−２、例えばCanberra Model
3002D High Voltage Power Supply、ハイスピード増幅
器１６−３、例えばCanberra Model 2111 Amplifier 、
コンスタントフラクション弁別器１６−４、例えば、Ca
nberra Model 2126 、ゲートパルス遅延ユニット１６−
５、例えば、Canberra Model 2055 、一致アナライザ１
６−６、例えばCanberra Model 2040 。
【００２９】マルチチャンネルアナライザ・ハイスピー
ドミニコンピュータ（ブロック18） 例えば、Canberra VAX/VMS Genie Workstation。
ドミニコンピュータ（ブロック18） 例えば、Canberra VAX/VMS Genie Workstation。
【００３０】中性子発生管（装置）２２ １００〜７５０μｓの可変パルス幅を有し毎秒５０〜１
００パルスを送り出すことができるパルス式Ｄ−Ｔ又は
Ｄ−Ｄ電子中性子発生装置、例えば、特別改造型MF Phy
sics A-320 neutron generator。
００パルスを送り出すことができるパルス式Ｄ−Ｔ又は
Ｄ−Ｄ電子中性子発生装置、例えば、特別改造型MF Phy
sics A-320 neutron generator。
【００３１】ガンマ線検出器２４ ２０％Ｎ型耐中性子高純度ゲルマニウム（HPGe）検出
器、例えばCanberra Model GR2019 HPGe Detector 、
７．５リットルLN2 ジュワ瓶、例えば、Canberra 7906-
7.5SL vertical integral cryostat。
器、例えばCanberra Model GR2019 HPGe Detector 、
７．５リットルLN2 ジュワ瓶、例えば、Canberra 7906-
7.5SL vertical integral cryostat。
【００３２】図２及び図３に示すシステムの開発に当
り、中性子源及びガンマ線検出器の許容可能な構成が決
定されると共に、検出されるべき各元素についての元素
濃度へのピーク強度の校正量を測定していた。システム
の構成要素は、検出されるべき元素及び元素の検出にお
いて利用されるべき反応に応じて選択されていた。例え
ば、熱中性子捕獲による放射化は、ウラン、トリウム、
カドミウム、銅その他多くの元素を検出するのに役立
つ。
り、中性子源及びガンマ線検出器の許容可能な構成が決
定されると共に、検出されるべき各元素についての元素
濃度へのピーク強度の校正量を測定していた。システム
の構成要素は、検出されるべき元素及び元素の検出にお
いて利用されるべき反応に応じて選択されていた。例え
ば、熱中性子捕獲による放射化は、ウラン、トリウム、
カドミウム、銅その他多くの元素を検出するのに役立
つ。
【００３３】熱中性子放射化により検出可能な元素の深
さプロフィールを得るために、土壌中の互いに非常に異
なる平均深さで相当な量の熱中性子束を生じさせる幾つ
かの源が用いられるべきである。この目的のため、図２
及び図３のシステムは、幾つかの異なる形式の源を用い
て地面を走査し、次の構成要素を含む。
さプロフィールを得るために、土壌中の互いに非常に異
なる平均深さで相当な量の熱中性子束を生じさせる幾つ
かの源が用いられるべきである。この目的のため、図２
及び図３のシステムは、幾つかの異なる形式の源を用い
て地面を走査し、次の構成要素を含む。
【００３４】（１）ＤＴ中性子発生管、これは重陽子を
トリチウム（三重水素）内へ加速して打ち込み、ｄ＋ｔ
融合を作り、エネルギーが約１４ＭｅＶの中性子を生じ
させ、これにより土壌表面よりも約３０〜６０ｃｍ下の
所に相当な量の熱中性子束を生じさせる。
トリチウム（三重水素）内へ加速して打ち込み、ｄ＋ｔ
融合を作り、エネルギーが約１４ＭｅＶの中性子を生じ
させ、これにより土壌表面よりも約３０〜６０ｃｍ下の
所に相当な量の熱中性子束を生じさせる。
【００３５】（２）ＤＤ中性子発生管、これはｄ＋ｄ融
合を用いてエネルギーが約３ＭｅＶの中性子を生じさ
せ、これにより土壌表面よりも約５ｃｍ下の所に相当な
量の熱中性子束を生じさせる。
合を用いてエネルギーが約３ＭｅＶの中性子を生じさ
せ、これにより土壌表面よりも約５ｃｍ下の所に相当な
量の熱中性子束を生じさせる。
【００３６】（３）ＤＤ又はＤＴ中性子発生管、これは
大量の水素物質によって地面の上方で包囲されており、
この水素物質は、土壌表面に大きな熱中性子束を生じさ
せるという効果を有している。
大量の水素物質によって地面の上方で包囲されており、
この水素物質は、土壌表面に大きな熱中性子束を生じさ
せるという効果を有している。
【００３７】（４）中性子バーストの制御可能な規則的
パターンを生じさせることができる他のシステム（例え
ば、陽子線型加速器）。
パターンを生じさせることができる他のシステム（例え
ば、陽子線型加速器）。
【００３８】ＤＴ中性子発生管の場合、それぞれのしき
い値よりも、高速中性子反応を引き起こすためのエネル
ギー（数ＭｅＶ以上）のかなり大きな中性子束がある。
高速中性子反応は、熱中性子反応横断面積よりもかなり
小さな横断面積を有するという特徴があるが、高速中性
子反応はまた、識別力のある高エネルギー即発ガンマ線
を生じさせ、かくして特定元素の深さプロフィールに関
する情報を増やすことができる。これを以下に説明す
る。
い値よりも、高速中性子反応を引き起こすためのエネル
ギー（数ＭｅＶ以上）のかなり大きな中性子束がある。
高速中性子反応は、熱中性子反応横断面積よりもかなり
小さな横断面積を有するという特徴があるが、高速中性
子反応はまた、識別力のある高エネルギー即発ガンマ線
を生じさせ、かくして特定元素の深さプロフィールに関
する情報を増やすことができる。これを以下に説明す
る。
【００３９】図２及び図３に示すシステムの性能を評価
するために、表面の下７．６ｃｍから始まり表面の下２
２．９ｃｍに達する体積部分内に約１０7 ／ｃｍ2 −秒
の熱束の領域がある場合を考えた。これは、各々毎秒１
０9 〜１０11個の中性子を生じさせる２又は３以上の中
性子発生管を用いることによって達成できる。（多くの
用途では、中性子束が小さいと、実験室で得た測定値に
よって指示されるように適当なシステム性能が得られる
ことが注目されよう。これは非常に大きな熱束と関連す
る場合のあるスループット関連の複雑さの程度を緩和す
る。）表１は、図２に示す１．８９ｍ×０．９１ｍの６
つの検出器を含む実施例に基づいて作成されており、こ
の表は、掲載した元素について６つの検出器の組によっ
て遮られると予想される毎秒当たりのカウント（ガンマ
線）総数を掲載している。表１に示すカウント率の評価
に当たり、放射化ガンマ線の特定の群を各元素について
検出されたものと仮定した。土壌中の元素の仮の濃度
は、当局によって現在承認されている正常な土壌につい
てのガイドラインと一致している。加えて、平均で考え
て、バックグラウンドカウント数が真の信号の４倍であ
ると仮定することにより、所与の元素の予想濃度におい
て２５％の標準偏差に必要なそれぞれの測定時間を評価
した。これは、測定インターバル中に記録された１４４
個の真のカウント数に相当している。さらに、Ｐｂは非
弾性散乱からの高速中性子により誘発されたガンマ線の
利用により検出されることになると見なした。
するために、表面の下７．６ｃｍから始まり表面の下２
２．９ｃｍに達する体積部分内に約１０7 ／ｃｍ2 −秒
の熱束の領域がある場合を考えた。これは、各々毎秒１
０9 〜１０11個の中性子を生じさせる２又は３以上の中
性子発生管を用いることによって達成できる。（多くの
用途では、中性子束が小さいと、実験室で得た測定値に
よって指示されるように適当なシステム性能が得られる
ことが注目されよう。これは非常に大きな熱束と関連す
る場合のあるスループット関連の複雑さの程度を緩和す
る。）表１は、図２に示す１．８９ｍ×０．９１ｍの６
つの検出器を含む実施例に基づいて作成されており、こ
の表は、掲載した元素について６つの検出器の組によっ
て遮られると予想される毎秒当たりのカウント（ガンマ
線）総数を掲載している。表１に示すカウント率の評価
に当たり、放射化ガンマ線の特定の群を各元素について
検出されたものと仮定した。土壌中の元素の仮の濃度
は、当局によって現在承認されている正常な土壌につい
てのガイドラインと一致している。加えて、平均で考え
て、バックグラウンドカウント数が真の信号の４倍であ
ると仮定することにより、所与の元素の予想濃度におい
て２５％の標準偏差に必要なそれぞれの測定時間を評価
した。これは、測定インターバル中に記録された１４４
個の真のカウント数に相当している。さらに、Ｐｂは非
弾性散乱からの高速中性子により誘発されたガンマ線の
利用により検出されることになると見なした。
【００４０】
【表１】 表１は、利用可能なデータのうち熱中性子による放射化
成分だけを考えただけであるが、尋問時間の数分間にお
けるかなりの量のデータを提供していることを指示して
いる。かくして、オンラインコンピュータ分析システム
を用いると、全体で１５．２ｍ×１５．２ｍの領域を、
約１０時間で単一の深さの所において評価することがで
きる。３つの領域の深さプロフィールを約３０時間で得
ることができる。これらの性能推定値は、図２の１．８
９ｍ×０．９１ｍの６つの検出器を含む実施例について
のものである。単に、寸法形状、検出器の数、源の数を
増やすことによって尋問毎の有効面積をより広く取るこ
とができる。加うるに、上記のデータは関心のある二三
種類の元素について得たものであるが、本発明は周期表
の横に並んだ元素の濃度を検出するのに用いることがで
きることは注目されるべきである。
成分だけを考えただけであるが、尋問時間の数分間にお
けるかなりの量のデータを提供していることを指示して
いる。かくして、オンラインコンピュータ分析システム
を用いると、全体で１５．２ｍ×１５．２ｍの領域を、
約１０時間で単一の深さの所において評価することがで
きる。３つの領域の深さプロフィールを約３０時間で得
ることができる。これらの性能推定値は、図２の１．８
９ｍ×０．９１ｍの６つの検出器を含む実施例について
のものである。単に、寸法形状、検出器の数、源の数を
増やすことによって尋問毎の有効面積をより広く取るこ
とができる。加うるに、上記のデータは関心のある二三
種類の元素について得たものであるが、本発明は周期表
の横に並んだ元素の濃度を検出するのに用いることがで
きることは注目されるべきである。
【００４１】高速中性子誘発反応及び熱中性子誘発反応
の両方を上述したが、性能の推定では、熱中性子捕獲だ
けを考察している。但し、非弾性散乱が生ずると見なさ
れるＰｂの場合を除く。上述のように、熱中性子捕獲断
面積が小さい核種（例えば12Ｃ又はＰｂ同位元素）にお
いても、中性子の非弾性散乱により識別力のある即発ガ
ンマ線が生じ、かくして別の元素同定方法が得られる。
多くの核種では、反応が進む前に最小入射中性子エネル
ギーを必要とする場合が多いしきい反応、例えば（ｎ，
ｐ）又は（ｎ，α）も同様である。これらの反応の各々
により、それ自身の組をなす識別力のある固有の即発ガ
ンマ線が生じる。従って、高速、熱、及び中間エネルギ
ー成分を含むよう中性子フィールドを広げると、元素同
定に用いることのできる種々の反応チャンネルが広げら
れることによりシステムの融通性が増すことになろう。
の両方を上述したが、性能の推定では、熱中性子捕獲だ
けを考察している。但し、非弾性散乱が生ずると見なさ
れるＰｂの場合を除く。上述のように、熱中性子捕獲断
面積が小さい核種（例えば12Ｃ又はＰｂ同位元素）にお
いても、中性子の非弾性散乱により識別力のある即発ガ
ンマ線が生じ、かくして別の元素同定方法が得られる。
多くの核種では、反応が進む前に最小入射中性子エネル
ギーを必要とする場合が多いしきい反応、例えば（ｎ，
ｐ）又は（ｎ，α）も同様である。これらの反応の各々
により、それ自身の組をなす識別力のある固有の即発ガ
ンマ線が生じる。従って、高速、熱、及び中間エネルギ
ー成分を含むよう中性子フィールドを広げると、元素同
定に用いることのできる種々の反応チャンネルが広げら
れることによりシステムの融通性が増すことになろう。
【００４２】さらに、中性子フィールドの種々のエネル
ギー成分の深さプロフィールを数個の十分に実証された
移送コード（例えば、ＤＯＴ又はＭＣＮＰ）を用いて高
信頼度で計算することができるので、異なるエネルギー
形態の中性子によって開始された反応チャンネルからの
識別力のあるガンマ線の応答（レスポンス）を用いる
と、汚染の深さプロフィールを推定することができる。
これについては以下にさらに詳しく述べる。
ギー成分の深さプロフィールを数個の十分に実証された
移送コード（例えば、ＤＯＴ又はＭＣＮＰ）を用いて高
信頼度で計算することができるので、異なるエネルギー
形態の中性子によって開始された反応チャンネルからの
識別力のあるガンマ線の応答（レスポンス）を用いる
と、汚染の深さプロフィールを推定することができる。
これについては以下にさらに詳しく述べる。
【００４３】大抵の高速中性子誘発反応を開始させるの
に十分なエネルギーの中性子を発生させるための最も多
く用いられている源は、油井ロギング用途に開発された
形式の電子式中性子発生管である。これらの中性子発生
管は、重陽子を三重水素又は重水素内へ１００〜２００
ＫｅＶの入射運動エネルギーで打ち込むコンパクトな加
速器を収納している。これにより、融合反応が生じ、そ
の結果中性子が放出される。Ｄ＋Ｔ反応により、１４Ｍ
ｅＶの中性子が生じ、Ｄ＋Ｄ反応により２〜３ＭｅＶの
中性子が生ずる。
に十分なエネルギーの中性子を発生させるための最も多
く用いられている源は、油井ロギング用途に開発された
形式の電子式中性子発生管である。これらの中性子発生
管は、重陽子を三重水素又は重水素内へ１００〜２００
ＫｅＶの入射運動エネルギーで打ち込むコンパクトな加
速器を収納している。これにより、融合反応が生じ、そ
の結果中性子が放出される。Ｄ＋Ｔ反応により、１４Ｍ
ｅＶの中性子が生じ、Ｄ＋Ｄ反応により２〜３ＭｅＶの
中性子が生ずる。
【００４４】ＩＩ．中性子パルス及びガンマ線取得タイ
ミング Ｃｆ（カルホリニウム）源を用いても、電子式中性子発
生装置を用いても、いずれにしても信号処理回路は、中
性子が放出されている間、高速の即発ガンマ線が生じて
いるので飽和効果を生ずる傾向がある。これにより、取
得システムをほとんどあらゆる場合において完全に非活
動状態にする程度までガンマ線エネルギーデータのスル
ープットが極めて大幅に減少する場合がある。この状況
を改善するには次の２つの方法がある。（１）例えば、
トランジスタリセット前置増幅器及び可能な限り信号処
理能力が最も高い高速分光学増幅器を含む高速エレクト
ロニクスを用いること、（２）中性子発生管から放出さ
れる中性子放出物のタイミングを変えることにより放出
速度を回路信号処理能力にマッチさせるようにすること
である。
ミング Ｃｆ（カルホリニウム）源を用いても、電子式中性子発
生装置を用いても、いずれにしても信号処理回路は、中
性子が放出されている間、高速の即発ガンマ線が生じて
いるので飽和効果を生ずる傾向がある。これにより、取
得システムをほとんどあらゆる場合において完全に非活
動状態にする程度までガンマ線エネルギーデータのスル
ープットが極めて大幅に減少する場合がある。この状況
を改善するには次の２つの方法がある。（１）例えば、
トランジスタリセット前置増幅器及び可能な限り信号処
理能力が最も高い高速分光学増幅器を含む高速エレクト
ロニクスを用いること、（２）中性子発生管から放出さ
れる中性子放出物のタイミングを変えることにより放出
速度を回路信号処理能力にマッチさせるようにすること
である。
【００４５】大抵の中性子発生管は、各パルス期間の最
初の数マイクロ秒（μｓ）以内に非常に強烈な中性子バ
ーストを生じさせる。典型的なパルス持続期間は８μｓ
である。このタイミングは、大抵のシステムにおいては
ユーザーの制御範囲にはない。中性子のオン期間（パル
ス幅）及び周期を調節できるようにすることによりパル
ス期間当り一層長いオン期間を用いて単位時間当りに同
一の中性子平均発生数を生じさせることができる。これ
により、中性子オン期間中、信号処理装置に加わる瞬時
負荷を、データのスループットを著しくは劣化させるこ
となく検出器エレクトロニクスが取り扱うことができる
レベルまで小さくすることができる。本発明によれば、
高速中性子によって生じた即発ガンマ線は、エレクトロ
ニクス内の飽和効果によって喪失するのではなく、元素
同定を行うのに十分なレベルで検出可能である。
初の数マイクロ秒（μｓ）以内に非常に強烈な中性子バ
ーストを生じさせる。典型的なパルス持続期間は８μｓ
である。このタイミングは、大抵のシステムにおいては
ユーザーの制御範囲にはない。中性子のオン期間（パル
ス幅）及び周期を調節できるようにすることによりパル
ス期間当り一層長いオン期間を用いて単位時間当りに同
一の中性子平均発生数を生じさせることができる。これ
により、中性子オン期間中、信号処理装置に加わる瞬時
負荷を、データのスループットを著しくは劣化させるこ
となく検出器エレクトロニクスが取り扱うことができる
レベルまで小さくすることができる。本発明によれば、
高速中性子によって生じた即発ガンマ線は、エレクトロ
ニクス内の飽和効果によって喪失するのではなく、元素
同定を行うのに十分なレベルで検出可能である。
【００４６】高速中性子によって生じた即発ガンマ線の
取得と熱化された中性子によって生じた即発ガンマ線の
取得を分けるのが有利な理由は次の２つである。第１の
理由として、高速中性子誘発ガンマ線と熱中性子誘発ガ
ンマ線を分離すれば、スペクトル判断が簡単になる。第
２の理由として、これにより、長寿命の活動度を表示す
るデータを最小限にすることにより熱中性子誘発の即発
ガンマ線のための信号対バックグランド比が最適化され
る。
取得と熱化された中性子によって生じた即発ガンマ線の
取得を分けるのが有利な理由は次の２つである。第１の
理由として、高速中性子誘発ガンマ線と熱中性子誘発ガ
ンマ線を分離すれば、スペクトル判断が簡単になる。第
２の理由として、これにより、長寿命の活動度を表示す
るデータを最小限にすることにより熱中性子誘発の即発
ガンマ線のための信号対バックグランド比が最適化され
る。
【００４７】かかるタイミング制御を行うには、次の３
つの主要なシステム構成要素が必要になる。
つの主要なシステム構成要素が必要になる。
【００４８】１．パルス期間及び中性子オン期間または
デューティーサイクルが調節可能な中性子発生装置、 ２．前置増幅器内の高速エレクトロニクス、分光学増幅
器及び他の信号処理機器、 ３．中性子パルス特性を制御できると共にデータを別々
の「高速中性子即発ガンマ線」「熱中性子即発ガンマ
線」「長寿命活動度」バッファに記憶できる電子制御装
置。
デューティーサイクルが調節可能な中性子発生装置、 ２．前置増幅器内の高速エレクトロニクス、分光学増幅
器及び他の信号処理機器、 ３．中性子パルス特性を制御できると共にデータを別々
の「高速中性子即発ガンマ線」「熱中性子即発ガンマ
線」「長寿命活動度」バッファに記憶できる電子制御装
置。
【００４９】システムは、別個の時間スライス内でガン
マ線スペクトルデータを取得しなければならず、これら
時間スライスのうち１又は２以上は、中性子が照射され
た媒体中で熱化する（減速する）予想時間−典型的には
数百マイクロ秒−と比べて意図的に短く保たれる）また
上記時間スライスの１又は２以上は中性子バーストの間
の残留時間のうち何割か或いは全てを含む。かかる方法
により、高速中性子即発ガンマ線、熱中性子即発ガンマ
線及び長寿命活動度に適した別々の時間レジーム（regi
mes)を実験的に識別することができ、この場合、それぞ
れのバッファ内に不必要なγデータを入れる必要はな
い。
マ線スペクトルデータを取得しなければならず、これら
時間スライスのうち１又は２以上は、中性子が照射され
た媒体中で熱化する（減速する）予想時間−典型的には
数百マイクロ秒−と比べて意図的に短く保たれる）また
上記時間スライスの１又は２以上は中性子バーストの間
の残留時間のうち何割か或いは全てを含む。かかる方法
により、高速中性子即発ガンマ線、熱中性子即発ガンマ
線及び長寿命活動度に適した別々の時間レジーム（regi
mes)を実験的に識別することができ、この場合、それぞ
れのバッファ内に不必要なγデータを入れる必要はな
い。
【００５０】この方法は図４に示されており、この図４
はガンマ線取得プロトコルのタイミングを示している。
図示のように、中性子バーストのパルス幅は、約１００
〜２００μｓであり、パルスの繰返し周期は約５０００
μｓである。中性子バーストのオン期間は図４の陰影線
で示されている。バーストのオン期間の間、高速中性子
によって生じるガンマ線を検出し、しかる後、中性子バ
ーストのオン期間の終了時に開始する約１０００〜１５
００μｓを含むインターバルで熱中性子放射化により生
じたガンマ線を検出し、次いでこの第２の取得レジーム
実施後、長寿命中性子によって生じたガンマ線を検出す
る。本発明によるパルス化ＰＧＮＡＡシステムの１つの
実施例は、上述の中性子発生管及び検出エレクトロニク
スと制御エレクトロニクスを含む。パルス化ＰＧＮＡＡ
システムは有利には、上述の可動フィールド調査用途で
用いることができる。
はガンマ線取得プロトコルのタイミングを示している。
図示のように、中性子バーストのパルス幅は、約１００
〜２００μｓであり、パルスの繰返し周期は約５０００
μｓである。中性子バーストのオン期間は図４の陰影線
で示されている。バーストのオン期間の間、高速中性子
によって生じるガンマ線を検出し、しかる後、中性子バ
ーストのオン期間の終了時に開始する約１０００〜１５
００μｓを含むインターバルで熱中性子放射化により生
じたガンマ線を検出し、次いでこの第２の取得レジーム
実施後、長寿命中性子によって生じたガンマ線を検出す
る。本発明によるパルス化ＰＧＮＡＡシステムの１つの
実施例は、上述の中性子発生管及び検出エレクトロニク
スと制御エレクトロニクスを含む。パルス化ＰＧＮＡＡ
システムは有利には、上述の可動フィールド調査用途で
用いることができる。
【００５１】このシステムを用いて得られたデータを図
５及び図６に示す。図５は、一連の８つのガンマ線スペ
クトルを示しており、これらを群Ｇ１〜Ｇ８と称す。各
群は、５００μｓのインターバルの間に検出されたガン
マ線のスペクトルを示している。群Ｇ１は中性子発生装
置のオン期間に対応し、即ち最初の５００μｓに対応す
る。次の群（群Ｇ２〜Ｇ８）は、中性子発生装置のオン
期間後の次々に並んだ５００μｓのインターバルを示し
ている。図６は、群Ｇ２の拡大図である。水素及びアル
ミニウムの放射化ラインがこの図面において確認され
る。上述のように、関心のある特定の元素に対応する特
定のエネルギーレベルは、直接測定又は原子力データの
編纂から前もって知られている。
５及び図６に示す。図５は、一連の８つのガンマ線スペ
クトルを示しており、これらを群Ｇ１〜Ｇ８と称す。各
群は、５００μｓのインターバルの間に検出されたガン
マ線のスペクトルを示している。群Ｇ１は中性子発生装
置のオン期間に対応し、即ち最初の５００μｓに対応す
る。次の群（群Ｇ２〜Ｇ８）は、中性子発生装置のオン
期間後の次々に並んだ５００μｓのインターバルを示し
ている。図６は、群Ｇ２の拡大図である。水素及びアル
ミニウムの放射化ラインがこの図面において確認され
る。上述のように、関心のある特定の元素に対応する特
定のエネルギーレベルは、直接測定又は原子力データの
編纂から前もって知られている。
【００５２】ＩＩＩ．汚染の深さプロフィールの推定 汚染要因物の深さプロフィールを求めるための２つの方
法を次に説明する。第１の方法は、中性子が表面の下に
伝ぱんする時の深さによる中性子エネルギー分布の既知
の挙動を利用し、第２の方法は、同一の元素から既知の
収量で放出された非常に異なるエネルギーのガンマ線に
ついての路上の既知の減衰特性を利用する。
法を次に説明する。第１の方法は、中性子が表面の下に
伝ぱんする時の深さによる中性子エネルギー分布の既知
の挙動を利用し、第２の方法は、同一の元素から既知の
収量で放出された非常に異なるエネルギーのガンマ線に
ついての路上の既知の減衰特性を利用する。
【００５３】Ａ．中性子フィールドの空間的及びエネル
ギー分布に基づく方法 上述のように、もし高速中性子、熱中性子及び中間中性
子を備えた中性子フィールドを用いる場合、種々の反応
を任意の元素について監視させる。即発ガンマ線がター
ゲット元素及び識別特性なので、これらガンマ線のうち
の１つの測定おうとは、エネルギーが反応開始に適当な
中性子の空間的分布と汚染要因物の濃度プロフィールの
フォールディングを示している。かくして、もし中性子
フィールドの空間的及びエネルギー分布が分かれば、関
心のある汚染要因物の深さプロフィールを求めることが
できる。換言すると、識別特性のあるガンマ線のエネル
ギーはガンマ線を生じさせた反応と元素の両方を示して
いるので、中性子フィールドが反応開始に適当なエネル
ギーをもっていた深さの領域を計算することによって元
素の深さを一括して扱うことができる。
ギー分布に基づく方法 上述のように、もし高速中性子、熱中性子及び中間中性
子を備えた中性子フィールドを用いる場合、種々の反応
を任意の元素について監視させる。即発ガンマ線がター
ゲット元素及び識別特性なので、これらガンマ線のうち
の１つの測定おうとは、エネルギーが反応開始に適当な
中性子の空間的分布と汚染要因物の濃度プロフィールの
フォールディングを示している。かくして、もし中性子
フィールドの空間的及びエネルギー分布が分かれば、関
心のある汚染要因物の深さプロフィールを求めることが
できる。換言すると、識別特性のあるガンマ線のエネル
ギーはガンマ線を生じさせた反応と元素の両方を示して
いるので、中性子フィールドが反応開始に適当なエネル
ギーをもっていた深さの領域を計算することによって元
素の深さを一括して扱うことができる。
【００５４】土壌の化学組成、かさ密度及び適当な含水
量を測定できるので、中性子エネルギー及び中性子の空
間的分布状態を計算するのに幾つかの周知の国際的に承
認された移送コード（例えばＤＯＴ又はＭＣＮＰ）のう
ち任意の１つを用いることができる。また、任意の条件
の組について計算を行って、主要なパラメータ、例えば
密度及び含水量についての経験的な補正を決定すること
ができる。大抵の土壌については、土壌の殆どを占める
シリコン、アルミニウム、カルシウム、マグネシウム、
カリウムその他の酸化物の相対量は、中性子の挙動に著
しい影響を与えることはないであろう（なお、これらは
放出されたガンマ線の応答特性を非常に異なるものにす
る場合がある）。
量を測定できるので、中性子エネルギー及び中性子の空
間的分布状態を計算するのに幾つかの周知の国際的に承
認された移送コード（例えばＤＯＴ又はＭＣＮＰ）のう
ち任意の１つを用いることができる。また、任意の条件
の組について計算を行って、主要なパラメータ、例えば
密度及び含水量についての経験的な補正を決定すること
ができる。大抵の土壌については、土壌の殆どを占める
シリコン、アルミニウム、カルシウム、マグネシウム、
カリウムその他の酸化物の相対量は、中性子の挙動に著
しい影響を与えることはないであろう（なお、これらは
放出されたガンマ線の応答特性を非常に異なるものにす
る場合がある）。
【００５５】移送コードの予測能力の説明が図７によっ
て与えられており、図７は、土壌の大規模実験室現寸模
型のモデルについてＤＯＴ計算を用いて予測された中性
子１個当りの原子当りの反応の深さプロフィールを示し
ている。コードは、幾つかの反応についての所与の応答
機能であり、かかる反応には、モデル中性子における各
ノードについて中性子のエネルギースペクトルとフォー
ルディングしたとき、図示の深さプロフィールを生じさ
せる235 Ｕ及び232 Ｔｈの中性子により誘発される核分
裂が含まれる。これらの特定のレスポンスは次の２つの
理由で選択された。
て与えられており、図７は、土壌の大規模実験室現寸模
型のモデルについてＤＯＴ計算を用いて予測された中性
子１個当りの原子当りの反応の深さプロフィールを示し
ている。コードは、幾つかの反応についての所与の応答
機能であり、かかる反応には、モデル中性子における各
ノードについて中性子のエネルギースペクトルとフォー
ルディングしたとき、図示の深さプロフィールを生じさ
せる235 Ｕ及び232 Ｔｈの中性子により誘発される核分
裂が含まれる。これらの特定のレスポンスは次の２つの
理由で選択された。
【００５６】１．これらは非常に異なる中性子エネルギ
ー形態の影響を強調しており、235Ｕ核分裂断面積（ほ
とんど全くといっていいほど熱的であり（０．５ｅＶ以
下の中性子エネルギー）、232 Ｔｈ断面積は、約１．３
ＭｅＶの中性子エネルギーしきい値を示している。
ー形態の影響を強調しており、235Ｕ核分裂断面積（ほ
とんど全くといっていいほど熱的であり（０．５ｅＶ以
下の中性子エネルギー）、232 Ｔｈ断面積は、約１．３
ＭｅＶの中性子エネルギーしきい値を示している。
【００５７】２．235 Ｕのマイクロデポジットを含むソ
リッドステートトラックレコーダ（ＳＳＴＲ）を用いる
と、これらの応答が深さの関数として直接測定できる。
リッドステートトラックレコーダ（ＳＳＴＲ）を用いる
と、これらの応答が深さの関数として直接測定できる。
【００５８】図８は、実験的に測定された235 Ｕ核レス
ポンス及びＤＯＴからの予測のグラフである。このグラ
フは、ＤＯＴモデルが、空間的な中性子分布状態の正確
な予測を生じさせることができる。実際問題として、中
性子源または源の適当な配置を行って中性子束の輪郭の
最適化された横方向一様性を確保するようにすることが
望ましい。
ポンス及びＤＯＴからの予測のグラフである。このグラ
フは、ＤＯＴモデルが、空間的な中性子分布状態の正確
な予測を生じさせることができる。実際問題として、中
性子源または源の適当な配置を行って中性子束の輪郭の
最適化された横方向一様性を確保するようにすることが
望ましい。
【００５９】Ｂ．ガンマ線の差動減衰に基づく方法 核反応がサンプル中で生じると、幾つかの異なるエネル
ギーの即発ガンマ線がサンプルから放出される場合が多
い。即ち、各々、既知の発生可能性または分岐比（１０
０の反応ごとに放出される特定のエネルギーのガンマ線
の数として定義される場合が多い）。これについては先
に説明している。ガンマ線が移動する任意の媒体は、ガ
ンマ線の強度を、それらのエネルギーの関数の程度まで
減衰させるであろう。特に、初期強度Ｉ0 の平面放射線
源を考えて、吸収媒体中の深さＸにおける減衰されたガ
ンマ線強度Ｉ（Ｘ）（光子／ｃｍ2 ・秒）は次の式で与
えられる。
ギーの即発ガンマ線がサンプルから放出される場合が多
い。即ち、各々、既知の発生可能性または分岐比（１０
０の反応ごとに放出される特定のエネルギーのガンマ線
の数として定義される場合が多い）。これについては先
に説明している。ガンマ線が移動する任意の媒体は、ガ
ンマ線の強度を、それらのエネルギーの関数の程度まで
減衰させるであろう。特に、初期強度Ｉ0 の平面放射線
源を考えて、吸収媒体中の深さＸにおける減衰されたガ
ンマ線強度Ｉ（Ｘ）（光子／ｃｍ2 ・秒）は次の式で与
えられる。
【００６０】
【数５】 上式において、減衰係数μは光子エネルギーの次第に減
少する減少関数である。かくして、原子核が分岐比Ｂ1
でエネルギーＥ1 の光子を放出すると共に分岐比Ｂ2 で
エネルギーＥ2 の光子を放出する場合、厚さＸの土壌を
介する減衰後のそれぞれの測定収量Ｙ1 、Ｙ2 の比は次
の式で与えられる。
少する減少関数である。かくして、原子核が分岐比Ｂ1
でエネルギーＥ1 の光子を放出すると共に分岐比Ｂ2 で
エネルギーＥ2 の光子を放出する場合、厚さＸの土壌を
介する減衰後のそれぞれの測定収量Ｙ1 、Ｙ2 の比は次
の式で与えられる。
【００６１】
【数６】 従って、この式からＸが求まる。
【００６２】
【数７】 かくして、放出平面源の位置する深さを推定できる。こ
の方法を連続分布まで広げることにより（例えば、点源
の重ね合わせ）、適当なソフトウエアが、異なるエネル
ギーのガンマ線の強度及び測定収量の割合から汚染要因
物元素の境界濃度及び空間分布状態を推定できる。
の方法を連続分布まで広げることにより（例えば、点源
の重ね合わせ）、適当なソフトウエアが、異なるエネル
ギーのガンマ線の強度及び測定収量の割合から汚染要因
物元素の境界濃度及び空間分布状態を推定できる。
【００６３】実験例：２つの反応の収量からの深さ推定 エネルギーＥ1 、Ｅ2 の２つのガンマ線のピークを引き
起こす熱反応の場合を考える（ここでＥ2 ＞＞Ｅ1 （例
えばＥ2 ＝４−９ＭｅＶ、Ｅ1 ＝０−１ＭｅＶ）ステップ１：校正 質量Ｍのスラッグを以下の幾つかの深さ位置に埋設す
る。
起こす熱反応の場合を考える（ここでＥ2 ＞＞Ｅ1 （例
えばＥ2 ＝４−９ＭｅＶ、Ｅ1 ＝０−１ＭｅＶ）ステップ１：校正 質量Ｍのスラッグを以下の幾つかの深さ位置に埋設す
る。
【００６４】−０ｃｍ −Ｘ1 ここで、Ｘ1 は検出すべき十分な数でエネルギー
Ｅ1 のガンマ線が土壌からでる最も深い深さである。
Ｅ1 のガンマ線が土壌からでる最も深い深さである。
【００６５】−Ｘ2 ここで、Ｘ2 はエネルギーＥ2 のガ
ンマ線が検出されるべき十分な数で土壌から出る最も深
い深さであり、当然のことながら、Ｘ2 はＸ1 よりも大
きい。
ンマ線が検出されるべき十分な数で土壌から出る最も深
い深さであり、当然のことながら、Ｘ2 はＸ1 よりも大
きい。
【００６６】校正測定は、深さＸi におけるＥn のガン
マ線の収量Ｙを決定する。
マ線の収量Ｙを決定する。
【００６７】この収量はＹEN（Ｘi ）として定義され
る。かくして、ＹE1（０）、ＹE1（Ｘ1）、Ｙ
E2（０）、ＹE2（Ｘ1 ）、ＹE2（Ｘ2 ）は公知である。
（ＹE1（Ｘ2 ）は零になる）。
る。かくして、ＹE1（０）、ＹE1（Ｘ1）、Ｙ
E2（０）、ＹE2（Ｘ1 ）、ＹE2（Ｘ2 ）は公知である。
（ＹE1（Ｘ2 ）は零になる）。
【００６８】以下の比率が定まる。
【００６９】
【数８】 （備考：１ＭｅＶにほぼ等しいＥ1 、４ＭｅＶにほぼ等
しいＥ2 に関しては、Ｘ1 は約１５ｃｍ、Ｘ2 は約５６
ｃｍであろう。）ステップ２：ガンマ線スペクトルのフィールド測定 スペクトルのフィールド測定は２つの測定された収量を
もたらす。これらは、Ｙ（Ｅ2 ）、Ｙ（Ｅ1 ）で表わさ
れる。全ての収量は好ましくは中性子発生装置によって
放出された中性子の数に規準化され、即ち、測定収量は
中性子当りのカウント数で表わされる。
しいＥ2 に関しては、Ｘ1 は約１５ｃｍ、Ｘ2 は約５６
ｃｍであろう。）ステップ２：ガンマ線スペクトルのフィールド測定 スペクトルのフィールド測定は２つの測定された収量を
もたらす。これらは、Ｙ（Ｅ2 ）、Ｙ（Ｅ1 ）で表わさ
れる。全ての収量は好ましくは中性子発生装置によって
放出された中性子の数に規準化され、即ち、測定収量は
中性子当りのカウント数で表わされる。
【００７０】ステップ３：深さ推定計算 比Ｙ（Ｅ2 ）／Ｙ（Ｅ1 ）は表面より下方における深さ
に連れて増大することに注目することが重要である。深
さの範囲で表わした関心のある元素の位置は、以下の２
つの質問にまず答えることによって推定される。
に連れて増大することに注目することが重要である。深
さの範囲で表わした関心のある元素の位置は、以下の２
つの質問にまず答えることによって推定される。
【００７１】Ｙ（Ｅ2 ）／Ｙ（Ｅ1 ）＞Ｒ21（Ｘ1 ）？ Ｙ（Ｅ1 ）＞０？ ケース１：０とＸ1 との間及びＸ1 とＸ2 との間の元素 Ｙ（Ｅ2 ）／Ｙ（Ｅ1 ）はＲ21（Ｘ1 ）よりも大きく、
Ｙ（Ｅ1 ）は０よりも大きい。
Ｙ（Ｅ1 ）は０よりも大きい。
【００７２】ケース２：０とＸ1 との間の元素 Ｙ（Ｅ2 ）／Ｙ（Ｅ1 ）はＲ21（Ｘ1 ）よりも小さくＹ
（Ｅ1 ）は０よりも大きい。もしＹ（Ｅ1 ）が０よりも
小さければ、間違った元素を仮定したことになる。
（Ｅ1 ）は０よりも大きい。もしＹ（Ｅ1 ）が０よりも
小さければ、間違った元素を仮定したことになる。
【００７３】ケース３：Ｘ1 とＸ2 との間の元素 Ｙ（Ｅ2 ）は０よりも大きく、Ｙ（Ｅ1 ）は０になる。
【００７４】ステップ４：等価質量計算 ケース１：０とＸ1 との間及びＸ1 とＸ2 との間の元素
【数９】 （備考：積Ｙ（Ｅ1 ）Ｒ21（Ｘ1 ）は０からＸ1 までの
Ｅ2 ガンマ線の最高収量を表わし、Ｙ（Ｅ1 ）Ｒ
21（０）は０からＸ1 までのＥ2 ガンマ線の最小収量を
表わす。
Ｅ2 ガンマ線の最高収量を表わし、Ｙ（Ｅ1 ）Ｒ
21（０）は０からＸ1 までのＥ2 ガンマ線の最小収量を
表わす。
【００７５】ケース２：０とＸ1 との間の元素 変形例として以下の式を用いると、０とＸ1 との間の最
高等価元素スラッグと最小等価元素スラッグを計算でき
る。
高等価元素スラッグと最小等価元素スラッグを計算でき
る。
【００７６】
【数１０】 ケース３：Ｘ1 とＸ2 との間の元素
【数１１】 （ＥＳmax とＥＳmin は、特定の範囲内における最高等
価質量と最小等価質量とを表わす。） ２つの所定のエネルギーレベルを用いることにより、最
大及び最小質量分を２つの区域（０＜深さ＜Ｘ1 、Ｘ1
＜深さ＜Ｘ2 ）について常に求めることができるという
ことは注目されるべきである。より多くのエネルギーレ
ベルを用いることにより、分析をより多くの区域に拡張
することができる。
価質量と最小等価質量とを表わす。） ２つの所定のエネルギーレベルを用いることにより、最
大及び最小質量分を２つの区域（０＜深さ＜Ｘ1 、Ｘ1
＜深さ＜Ｘ2 ）について常に求めることができるという
ことは注目されるべきである。より多くのエネルギーレ
ベルを用いることにより、分析をより多くの区域に拡張
することができる。
【００７７】次に、質量分をｐｐｍに変換するために、
計算した質量を土壌の質量で割る必要がある。例えば、
この計算を行うには、土壌の形状が台形柱状体であると
仮定するのが良い。この計算の詳細は当業者には明らか
であり又容易に利用することができよう。
計算した質量を土壌の質量で割る必要がある。例えば、
この計算を行うには、土壌の形状が台形柱状体であると
仮定するのが良い。この計算の詳細は当業者には明らか
であり又容易に利用することができよう。
【００７８】表ｌ（先に掲載）は、関心のある数多くの
元素についての毎秒当りの予想カウント数を掲載してい
る。この表は、元素の代表的な推奨（クリーン）レベル
を推定している。加うるに、代表的な土壌スラリー（ス
ラリー中における１．７６ｇｍ／ｃｃ乾燥、９４％質量
フラクション粉末）を仮定する。Ｐｂについては高エネ
ルギー中の非弾性散乱が仮定され、保存横断面積は予想
エネルギースペクトルについて仮定されることに注意さ
れたい。熱捕獲が他の全ての元素について仮定される。
（これは、熱捕獲を用いるＰｂの濃度プロフィールを測
定するための開示した方法及び装置を用いることを妨げ
ない。）さらに、真のカウント率の４倍びバックグラン
ドの中で２５％の標準偏差で仮の濃度を検出するのに必
要な時間も掲載されている。表１に掲載された結果によ
れば上述の中性子パルス及び取得タイミング制御を用い
るＰＧＮＡＡシステムは有力で実用的な手法であること
が分かる。
元素についての毎秒当りの予想カウント数を掲載してい
る。この表は、元素の代表的な推奨（クリーン）レベル
を推定している。加うるに、代表的な土壌スラリー（ス
ラリー中における１．７６ｇｍ／ｃｃ乾燥、９４％質量
フラクション粉末）を仮定する。Ｐｂについては高エネ
ルギー中の非弾性散乱が仮定され、保存横断面積は予想
エネルギースペクトルについて仮定されることに注意さ
れたい。熱捕獲が他の全ての元素について仮定される。
（これは、熱捕獲を用いるＰｂの濃度プロフィールを測
定するための開示した方法及び装置を用いることを妨げ
ない。）さらに、真のカウント率の４倍びバックグラン
ドの中で２５％の標準偏差で仮の濃度を検出するのに必
要な時間も掲載されている。表１に掲載された結果によ
れば上述の中性子パルス及び取得タイミング制御を用い
るＰＧＮＡＡシステムは有力で実用的な手法であること
が分かる。
【００７９】ＩＶ．高感度ＰＧＮＡＡ 本発明は、サンプル中の微量元素の検出にも用いること
ができる。この能力は、微量汚染要因物についての土壌
の現場ＰＧＮＡＡ分析及び土壌洗浄のオンライン監視を
含む多くの用途で重要である（米国特許明細書第５，１
３３，９０１号参照） 。上述の方法の幾つかの変形例が、微量元素分析能力を
与えるよう案出された。これらの変形例を以下に説明す
る。
ができる。この能力は、微量汚染要因物についての土壌
の現場ＰＧＮＡＡ分析及び土壌洗浄のオンライン監視を
含む多くの用途で重要である（米国特許明細書第５，１
３３，９０１号参照） 。上述の方法の幾つかの変形例が、微量元素分析能力を
与えるよう案出された。これらの変形例を以下に説明す
る。
【００８０】4Ｈｅについてを除き、全ての安定な核は
ガンマ線の形態のエネルギーの放出で熱中性子を捕獲す
る。反応断面積がエネルギーの減少につれて増大するの
で、熱中性子捕獲ガンマ線は通常は中性子照射における
最も高い収量で通常生じる。しかしながら、しきい反応
から得られるバックグランドガンマ線及びガンマ線並び
に放射化生成放射性核種の存在数であろう。関心の有る
ガンマ線の検出度を高めるための方法が、微量元素分析
のためにＰＧＮＡＡを首尾よく用いるのに必要となる。
その理由は、一般に最も豊富に存在する元素によって最
も多量のガンマ線が生じることになるからである。
ガンマ線の形態のエネルギーの放出で熱中性子を捕獲す
る。反応断面積がエネルギーの減少につれて増大するの
で、熱中性子捕獲ガンマ線は通常は中性子照射における
最も高い収量で通常生じる。しかしながら、しきい反応
から得られるバックグランドガンマ線及びガンマ線並び
に放射化生成放射性核種の存在数であろう。関心の有る
ガンマ線の検出度を高めるための方法が、微量元素分析
のためにＰＧＮＡＡを首尾よく用いるのに必要となる。
その理由は、一般に最も豊富に存在する元素によって最
も多量のガンマ線が生じることになるからである。
【００８１】中性子誘発反応の時間系列を活用すること
により、識別特性のある特定のガンマ線の検出が容易に
なる。しきい反応（高速中性子誘発反応）が瞬時に生
じ、即ち、中性子捕獲から１０-14 秒内にガンマ線が放
出される（中性子をより低いエネルギーに減速させる時
間は必要ない）。従って、利用できるうちで最も高速の
エレクトロニクスを用いても、ガンマ線を検出した時に
中性子が依然として存在することになる。熱中性子誘発
反応もまた急速に進むが、中性子を熱エネルギーまで減
速させるのに時間が必要である。典型的な例では、所要
時間は、０．１〜１μｓ台であり、一旦生成されると、
熱中性子は減速媒体の中性子捕獲特性に応じて、数十〜
数百μｓの平均寿命を有することができる。この時間
中、熱中性子誘発反応は、全ての中性子が捕獲されるま
で生じることができる。放射性核種の生成からのガンマ
線及びバックグランドガンマ線はマイクロ秒からミリ秒
の時間スケールで本質的には一定になる。かくして、関
心のある核種をしきい反応により検出しようとする場
合、パルス化された中性子源を用いると共に中性子パル
スの間でのみカウントすることにより、熱中性子誘発反
応ガンマ線、放射性核種ガンマ線及びバックグランドガ
ンマ線に対するこれらガンマ線の検出性が高まることに
なる。同様に、中性子バーストに続き即座に、即ち数百
μｓの期間の間にカウントすることにより熱中性子誘発
反応ガンマ線の検出性を高めることができる。
により、識別特性のある特定のガンマ線の検出が容易に
なる。しきい反応（高速中性子誘発反応）が瞬時に生
じ、即ち、中性子捕獲から１０-14 秒内にガンマ線が放
出される（中性子をより低いエネルギーに減速させる時
間は必要ない）。従って、利用できるうちで最も高速の
エレクトロニクスを用いても、ガンマ線を検出した時に
中性子が依然として存在することになる。熱中性子誘発
反応もまた急速に進むが、中性子を熱エネルギーまで減
速させるのに時間が必要である。典型的な例では、所要
時間は、０．１〜１μｓ台であり、一旦生成されると、
熱中性子は減速媒体の中性子捕獲特性に応じて、数十〜
数百μｓの平均寿命を有することができる。この時間
中、熱中性子誘発反応は、全ての中性子が捕獲されるま
で生じることができる。放射性核種の生成からのガンマ
線及びバックグランドガンマ線はマイクロ秒からミリ秒
の時間スケールで本質的には一定になる。かくして、関
心のある核種をしきい反応により検出しようとする場
合、パルス化された中性子源を用いると共に中性子パル
スの間でのみカウントすることにより、熱中性子誘発反
応ガンマ線、放射性核種ガンマ線及びバックグランドガ
ンマ線に対するこれらガンマ線の検出性が高まることに
なる。同様に、中性子バーストに続き即座に、即ち数百
μｓの期間の間にカウントすることにより熱中性子誘発
反応ガンマ線の検出性を高めることができる。
【００８２】中性子誘発反応の時間系列を活用して増大
したガンマ線検出感度を得るにはハイスピードの検出エ
レクトロニクスが必要となる。標準型の高純度ゲルマニ
ウム（ＨＰＧｅ）ガンマ線検出システムでは、カウント
率スループットは次の項目によって制御される。
したガンマ線検出感度を得るにはハイスピードの検出エ
レクトロニクスが必要となる。標準型の高純度ゲルマニ
ウム（ＨＰＧｅ）ガンマ線検出システムでは、カウント
率スループットは次の項目によって制御される。
【００８３】（１）ＨＰＧｅ検出器内のガンマ線によっ
て生じるパルスについての電荷収集時間、（２）前置増
幅器のパルス取扱い特性、（３）増幅器のパルス取扱い
特性、（４）アナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）
の速度、及び（５）マルチチャンネルパルス波高分析器
の蓄積時間。
て生じるパルスについての電荷収集時間、（２）前置増
幅器のパルス取扱い特性、（３）増幅器のパルス取扱い
特性、（４）アナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）
の速度、及び（５）マルチチャンネルパルス波高分析器
の蓄積時間。
【００８４】システム増幅器は、カウント率スループッ
トに対して著しく大きな障害となる。しかしながらＨＰ
Ｇｅ検出器にハイスピードトランジスタリセット前置増
幅器を装備すると共に改良型ＡＤＣ（一定変換時間また
はウイルキンソン−タイプのいずれか）を用いると、１
秒当り１００，０００カウント数（ｃｐｓ）のカウント
率スループットが達成可能である。
トに対して著しく大きな障害となる。しかしながらＨＰ
Ｇｅ検出器にハイスピードトランジスタリセット前置増
幅器を装備すると共に改良型ＡＤＣ（一定変換時間また
はウイルキンソン−タイプのいずれか）を用いると、１
秒当り１００，０００カウント数（ｃｐｓ）のカウント
率スループットが達成可能である。
【００８５】１００，０００ＣＰＳのカウント率スルー
プットでは、システムデッドタイムまたは不動作時間
（即ち、エレクトロニクスがパルスを処理するのに必要
な時間）はスペクトル特性に応じてクロックタイムの６
０〜８０％になろう。従って、中性子パルス持続時間が
延長されたパルス化中性子発生装置を用いると、単位時
間当りの中性子強度が減少し、それにより、高速中性子
誘発反応からのガンマ線の検出性が高まる。中性子発生
装置は、１００〜７００μｓの範囲の持続時間で中性子
バーストを生じさせる。この中性子発生装置の中性子出
力は５×１０7 中性子／ｃｍ2 ／秒である。中性子発生
装置の制御は、取得インターフェイスモジュール（ＡＩ
Ｍ）により達成される。
プットでは、システムデッドタイムまたは不動作時間
（即ち、エレクトロニクスがパルスを処理するのに必要
な時間）はスペクトル特性に応じてクロックタイムの６
０〜８０％になろう。従って、中性子パルス持続時間が
延長されたパルス化中性子発生装置を用いると、単位時
間当りの中性子強度が減少し、それにより、高速中性子
誘発反応からのガンマ線の検出性が高まる。中性子発生
装置は、１００〜７００μｓの範囲の持続時間で中性子
バーストを生じさせる。この中性子発生装置の中性子出
力は５×１０7 中性子／ｃｍ2 ／秒である。中性子発生
装置の制御は、取得インターフェイスモジュール（ＡＩ
Ｍ）により達成される。
【００８６】ＡＩＭは、所定のパルス長及び周波数で中
性子発生装置を動作し、それと同時に、マルチチャンネ
ル分析器（ＭＣＡ）を制御して中性子発生装置の動作と
同期された所定の取得周期の間ガンマ線スペクトルを得
るよう設計されている。かくして、例えば、中性子発生
装置は２００μｓの間動作され、一方ＭＣＡは同期され
た２００μｓのスペクトルを得、次に一連の７つの４０
０μｓスペクトルを得る。高速中性子誘発反応ガンマ線
は、最初のカウントインターバルでのみ検出され、これ
に対し熱中性子誘発反応ガンマ線は主として最初の４つ
の群で検出される。バックグランドガンマ線及び中性子
放射化によって生じた放射性核種により放出されるガン
マ線は、全部で８つのインターバルで同一の可能性をも
って検出されることになる。
性子発生装置を動作し、それと同時に、マルチチャンネ
ル分析器（ＭＣＡ）を制御して中性子発生装置の動作と
同期された所定の取得周期の間ガンマ線スペクトルを得
るよう設計されている。かくして、例えば、中性子発生
装置は２００μｓの間動作され、一方ＭＣＡは同期され
た２００μｓのスペクトルを得、次に一連の７つの４０
０μｓスペクトルを得る。高速中性子誘発反応ガンマ線
は、最初のカウントインターバルでのみ検出され、これ
に対し熱中性子誘発反応ガンマ線は主として最初の４つ
の群で検出される。バックグランドガンマ線及び中性子
放射化によって生じた放射性核種により放出されるガン
マ線は、全部で８つのインターバルで同一の可能性をも
って検出されることになる。
【００８７】図９は、ハイスピードタイミング技術で得
られた高感度ＰＧＮＡＡデータの一例を示している。中
性子発生器は、毎秒２００パルスの割合で５００μｓの
間動作した。各スペクトルは２５０μｓのカウント周期
に対応する。最初の２つのスペクトル群はかくして中性
子発生装置のオン期間によって包含される。
られた高感度ＰＧＮＡＡデータの一例を示している。中
性子発生器は、毎秒２００パルスの割合で５００μｓの
間動作した。各スペクトルは２５０μｓのカウント周期
に対応する。最初の２つのスペクトル群はかくして中性
子発生装置のオン期間によって包含される。
【００８８】高速中性子誘発反応からのガンマ線は、最
初の２つの群（即ち、最初の２つのスペクトル）でのみ
表われ、これらの群は、次の６つの群よりもより大きな
カウント数を含んでいる。中性子発生装置をオンにして
得られた群は共に、非常に高いデッドタイム（高カウン
ト率ロス）に対応する。熱中性子誘発反応ガンマ線が最
初の２つの群に存在しているけれども、それらの強度
は、ロスのため、及び熱中性子反応速度がまだピークに
達していないという事実のために低い。２２２３ＫｅＶ
の所でのスペクトルの目立ったピークは、水素による熱
中性子の捕獲の結果である。図１０は、スペクトル群の
各々についての２２２３ＫｅＶガンマ線の強度のプロッ
トを示す。最高カウント率が群３（中性子パルスが終っ
た後の最初の２５０μｓ）で起こり、強度は次の数群で
は時間の経過につれて指数関数で減少する。群７及び８
における残りの信号は、所謂「ウオールリターン」（Wa
ll return)熱中性子に起因する。（ウオールリターンは
実験室効果である。）２２２３ＫｅＶガンマ線の強度は
１５０μｓごとに１／２となり、割合は、この場合には
中性子発生装置の下にある熱化媒体の中性子捕獲特性に
より求まる。群７及び８はバックグランド及び中性子放
射化中に生じた核種からの主として「長寿命」ガンマ線
を含む（例えば、土壌中の酸素についての16０（ｎ，
ｐ）16Ｎ反応により生じた半減期が７秒の16Ｎ）。これ
らのガンマ線は、群の全ての中で同一の強度で存在して
いる。
初の２つの群（即ち、最初の２つのスペクトル）でのみ
表われ、これらの群は、次の６つの群よりもより大きな
カウント数を含んでいる。中性子発生装置をオンにして
得られた群は共に、非常に高いデッドタイム（高カウン
ト率ロス）に対応する。熱中性子誘発反応ガンマ線が最
初の２つの群に存在しているけれども、それらの強度
は、ロスのため、及び熱中性子反応速度がまだピークに
達していないという事実のために低い。２２２３ＫｅＶ
の所でのスペクトルの目立ったピークは、水素による熱
中性子の捕獲の結果である。図１０は、スペクトル群の
各々についての２２２３ＫｅＶガンマ線の強度のプロッ
トを示す。最高カウント率が群３（中性子パルスが終っ
た後の最初の２５０μｓ）で起こり、強度は次の数群で
は時間の経過につれて指数関数で減少する。群７及び８
における残りの信号は、所謂「ウオールリターン」（Wa
ll return)熱中性子に起因する。（ウオールリターンは
実験室効果である。）２２２３ＫｅＶガンマ線の強度は
１５０μｓごとに１／２となり、割合は、この場合には
中性子発生装置の下にある熱化媒体の中性子捕獲特性に
より求まる。群７及び８はバックグランド及び中性子放
射化中に生じた核種からの主として「長寿命」ガンマ線
を含む（例えば、土壌中の酸素についての16０（ｎ，
ｐ）16Ｎ反応により生じた半減期が７秒の16Ｎ）。これ
らのガンマ線は、群の全ての中で同一の強度で存在して
いる。
【００８９】群１及び２からのデータを用いると、高速
中誘発反応について感度がもっと良くなるという結果が
生じることが分かる。というのは、中性子発生装置のオ
ン周期に対応する狭い時間間隔で生じるバックグランド
だけを経験するからである。同様に、群３及び４のデー
タを合わせると、中性子捕獲ガンマ線について最高感度
が得られる。
中誘発反応について感度がもっと良くなるという結果が
生じることが分かる。というのは、中性子発生装置のオ
ン周期に対応する狭い時間間隔で生じるバックグランド
だけを経験するからである。同様に、群３及び４のデー
タを合わせると、中性子捕獲ガンマ線について最高感度
が得られる。
【００９０】本明細書で開示する方法は、多くの改良基
本的なＰＧＮＡＡ技術に与えることができ、かかる改良
点として以下のものが挙げられる。
本的なＰＧＮＡＡ技術に与えることができ、かかる改良
点として以下のものが挙げられる。
【００９１】（１）より高いカウント率インプットに起
因する感度の増大、（２）発生時間インターバルの間に
おける反応ガンマ線の検出に起因する感度の増大（即
ち、信号対バックグランドの比の増大）、（３）種々の
タイプの反応からのガンマ線イベントの分離。高速中性
子誘発反応及び熱中性子誘発反応が、サンプル中性子の
異なる空間分布状態で生じる。例えば、１４ＭｅＶ中性
子が固体、例えば土壌によって減衰しているとすれば、
高速中性子束はサンプルの表面からの距離につれて指数
関数的に小さくなり、これに対して熱中性子束は増大
し、表面から最高ほぼ６〜１０インチに達する。かくし
て、非均質サンプルの異なる部分を同時にサンプリング
することができる。この方法を感度をさらに高めるに
は、検出器のアンチコンプトンサプレッションリングを
ＨＰＧｅ検出器の周りに付設するのが良い。これらＰＧ
ＮＡＡに対するこれらの改良は、微量元素分析のための
技術の使用を可能にする。
因する感度の増大、（２）発生時間インターバルの間に
おける反応ガンマ線の検出に起因する感度の増大（即
ち、信号対バックグランドの比の増大）、（３）種々の
タイプの反応からのガンマ線イベントの分離。高速中性
子誘発反応及び熱中性子誘発反応が、サンプル中性子の
異なる空間分布状態で生じる。例えば、１４ＭｅＶ中性
子が固体、例えば土壌によって減衰しているとすれば、
高速中性子束はサンプルの表面からの距離につれて指数
関数的に小さくなり、これに対して熱中性子束は増大
し、表面から最高ほぼ６〜１０インチに達する。かくし
て、非均質サンプルの異なる部分を同時にサンプリング
することができる。この方法を感度をさらに高めるに
は、検出器のアンチコンプトンサプレッションリングを
ＨＰＧｅ検出器の周りに付設するのが良い。これらＰＧ
ＮＡＡに対するこれらの改良は、微量元素分析のための
技術の使用を可能にする。
【００９２】Ｖ．物体、パッケージまたは流れストリー
ムの主要及び微量成分の分析のためのＰＧＮＡＡシステ
ム 上述の方法は、液体、土壌スラリー、粉末、固形物、土
壌コア、及び種々のサイズのパッケージの分析に役立
つ。加うるに、システムは移動可能であり、従って必要
であれば、疑いのあるサンプルを現場から移動させない
でこれらサンプルの特性を決定するため遠隔の施設で現
場組立てすることができる。さらに、上述のように、シ
ステムは、リアルタイム測定を行うことができると共に
数分以内で結果を出すことができる。
ムの主要及び微量成分の分析のためのＰＧＮＡＡシステ
ム 上述の方法は、液体、土壌スラリー、粉末、固形物、土
壌コア、及び種々のサイズのパッケージの分析に役立
つ。加うるに、システムは移動可能であり、従って必要
であれば、疑いのあるサンプルを現場から移動させない
でこれらサンプルの特性を決定するため遠隔の施設で現
場組立てすることができる。さらに、上述のように、シ
ステムは、リアルタイム測定を行うことができると共に
数分以内で結果を出すことができる。
【００９３】例えば、本システムが１立方フィートの尋
問体積を有し、１４ＭｅＶ管源を用いて、減速物質が尋
問体積内に、１０7 中性子／ｃｍ2 ・秒の熱中性子束及
び１０7 の１ＭｅＶ中性子よりも大きなＥの束を生じさ
せるものと仮定する。さらに、尋問体積の互いに反対側
のフェースにそれぞれ配置させた２つの高純度ゲルマニ
ウム検出器が設けられているものと仮定する。以下の表
には、土壌中の代表的な推奨「クリーン」レベルにおい
ての掲載された各元素からの１秒当りの予想カウント数
を掲載している。代表的な土壌スラリー（スラリー中
１．７６ｇｍ／ｃｃ乾燥、９４％質量フラクション粉
末）がこの説明のために仮定する。Ｐｂについては、高
エネルギー中性子の非弾性散乱を仮定し、予想エネルギ
ースペクトルについては保存断面積を仮定する。他の全
ての元素については熱取得と仮定する。比較的最近得ら
れたデータによれば、Ｐｂについての熱中性子捕獲はこ
の元素についての検出限度をより低くする）。加うる
に、真のカウント率の４倍のバックブランドの間で２５
％の標準偏差をもって仮定した濃度を検出するのに必要
な時間も掲載されている。
問体積を有し、１４ＭｅＶ管源を用いて、減速物質が尋
問体積内に、１０7 中性子／ｃｍ2 ・秒の熱中性子束及
び１０7 の１ＭｅＶ中性子よりも大きなＥの束を生じさ
せるものと仮定する。さらに、尋問体積の互いに反対側
のフェースにそれぞれ配置させた２つの高純度ゲルマニ
ウム検出器が設けられているものと仮定する。以下の表
には、土壌中の代表的な推奨「クリーン」レベルにおい
ての掲載された各元素からの１秒当りの予想カウント数
を掲載している。代表的な土壌スラリー（スラリー中
１．７６ｇｍ／ｃｃ乾燥、９４％質量フラクション粉
末）がこの説明のために仮定する。Ｐｂについては、高
エネルギー中性子の非弾性散乱を仮定し、予想エネルギ
ースペクトルについては保存断面積を仮定する。他の全
ての元素については熱取得と仮定する。比較的最近得ら
れたデータによれば、Ｐｂについての熱中性子捕獲はこ
の元素についての検出限度をより低くする）。加うる
に、真のカウント率の４倍のバックブランドの間で２５
％の標準偏差をもって仮定した濃度を検出するのに必要
な時間も掲載されている。
【００９４】
【表２】 表２は、上述の中性子パルス及び取得タイミング制御を
備えたＰＧＮＡＡに基づくシステムを、種々のサンプル
及び規格的形状における有毒元素の濃度の測定について
実用的な手段として使用できることを示している。かか
るシステムはまた、中性子線量を用い、この中性子線量
は非常に低い（代表的には１０12個の中性子以下）の
で、照射後の残留放射能は問題とはならないとはならな
いであろう。
備えたＰＧＮＡＡに基づくシステムを、種々のサンプル
及び規格的形状における有毒元素の濃度の測定について
実用的な手段として使用できることを示している。かか
るシステムはまた、中性子線量を用い、この中性子線量
は非常に低い（代表的には１０12個の中性子以下）の
で、照射後の残留放射能は問題とはならないとはならな
いであろう。
【００９５】以上要するに、土壌のフィールド内におけ
る有毒元素の深さプロフィールを求めるためのリアルタ
イムの方法としてＰＧＮＡＡを使用できる。３つの異な
る中性子発生管の構成（ＤＴ，ＤＤ及び地面上熱化形Ｄ
Ｄ）でフィールドに亘って次々に測定を行って、これら
の源が与える中性子の熱化の３つのそれぞれの平均深さ
に起因する深さプロフィールを得ることができる。加う
るに、１４ＭｅＶ中性子のＤＴ源を用いて、非弾性散乱
及び他の「高速中性子」反応を励起するのに十分な中性
子エネルギーが存在することになり、これはまた、高エ
ネルギーの明確な識別特性のあるガンマ線を生じさせ
る。これら追加のガンマ線は、中性子平均エネルギーが
それぞれの反応の中性子エネルギーしきい値よりも大き
な土壌深さ領域に応じて深さプロフィールに関する情報
の質を改善させることができる。同一の核種によって生
じた異なるエネルギーのガンマ線の測定比率を利用する
ことにより、異なるエネルギーのガンマ線によって経験
される種々の強度の減衰に起因して深さプロフィール情
報の質が高められる。１５．２４ｍ×１５．２４ｍの領
域の３つの領域深さプロフィールを、２つの中性子発生
管源、１．８９ｍ×０．９１ｍの地面をカバーする６つ
のゲルマニウム検出器及びオンラインコンピュータ分析
システムを用いてほぼ３０時間の尋問時間で生じさせる
ことができる。システムを大型化すると、調査時間をそ
れと同程度に短くすることができる。上述のシステムは
微量元素の検出にも用いることができる。
る有毒元素の深さプロフィールを求めるためのリアルタ
イムの方法としてＰＧＮＡＡを使用できる。３つの異な
る中性子発生管の構成（ＤＴ，ＤＤ及び地面上熱化形Ｄ
Ｄ）でフィールドに亘って次々に測定を行って、これら
の源が与える中性子の熱化の３つのそれぞれの平均深さ
に起因する深さプロフィールを得ることができる。加う
るに、１４ＭｅＶ中性子のＤＴ源を用いて、非弾性散乱
及び他の「高速中性子」反応を励起するのに十分な中性
子エネルギーが存在することになり、これはまた、高エ
ネルギーの明確な識別特性のあるガンマ線を生じさせ
る。これら追加のガンマ線は、中性子平均エネルギーが
それぞれの反応の中性子エネルギーしきい値よりも大き
な土壌深さ領域に応じて深さプロフィールに関する情報
の質を改善させることができる。同一の核種によって生
じた異なるエネルギーのガンマ線の測定比率を利用する
ことにより、異なるエネルギーのガンマ線によって経験
される種々の強度の減衰に起因して深さプロフィール情
報の質が高められる。１５．２４ｍ×１５．２４ｍの領
域の３つの領域深さプロフィールを、２つの中性子発生
管源、１．８９ｍ×０．９１ｍの地面をカバーする６つ
のゲルマニウム検出器及びオンラインコンピュータ分析
システムを用いてほぼ３０時間の尋問時間で生じさせる
ことができる。システムを大型化すると、調査時間をそ
れと同程度に短くすることができる。上述のシステムは
微量元素の検出にも用いることができる。
【００９６】
【図１】基本ＰＧＮＡＡシステムの略図である。
【図２】本発明によるＰＧＮＡＡシステムの一実施例の
略図であり本発明を最も良く示す図である。
略図であり本発明を最も良く示す図である。
【図３】図２に示すシステムのエレクトロニクスの詳細
略図である。
略図である。
【図４】本発明によるＰＧＮＡＡシステムのタイミング
図である。
図である。
【図５】本発明によって得られた例示のガンマ線スペク
トルを示す図である。
トルを示す図である。
【図６】本発明によって得られた零時のガンマ線スペク
トルを示す図である。
トルを示す図である。
【図７】一中性子当りの１原子当りの反応の予想個数に
対する深さのグラフ図である。
対する深さのグラフ図である。
【図８】235Ｕについての経験的に測定され及び予想さ
れた核分裂レスポンスに対する深さのグラフ図である。
れた核分裂レスポンスに対する深さのグラフ図である。
【図９】本発明の別の実施例に従って得られた例示のガ
ンマ線スペクトルを示す図である。
ンマ線スペクトルを示す図である。
【図１０】図９の群１〜８（Ｇ１〜Ｇ８）の２２２３ｋ
ｅＶピークの強度を示す図である。
ｅＶピークの強度を示す図である。
１０ 源エレクトロニクス １２ 検出器エレクトロニクス １４ 取得インターフェイスエレクトロニクス ２２ 中性子源 ２４ ガンマ線検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス ビンセント コンジェド アメリカ合衆国 ペンシルベニア州 ピッ ツバーグ ローレルドライブ 1460 (72)発明者 デビッド チャールズ グラント アメリカ合衆国 ペンシルベニア州 ギブ ソニア クリークビュードライブ 1018 (72)発明者 エドワード ジーン ラホダ アメリカ合衆国 ペンシルベニア州 ピッ ツバーグ ワシントンストリート 116 (72)発明者 ジョセフ ルイス ゴンザレス アメリカ合衆国 ペンシルベニア州 マッ キースポート フォーセットストリート 2102 (72)発明者 ジョン ジョージ サイドル アメリカ合衆国 ペンシルベニア州 イン ゴマー ベルクレストロード 9739 (72)発明者 ジョン バーコ アメリカ合衆国 ペンシルベニア州 ステ ートカレッジ ウェブスタードライブ 872 (72)発明者 デビッド フランシス マクローリン アメリカ合衆国 ペンシルベニア州 オー クモント カリフォルニアアベニュー 512
Claims (20)
- 【請求項１】 尋問体積の分析方法において、強度及び
パルスにより特徴付けられた中性子バーストで尋問体積
を照射し、それにより前記尋問体積からガンマ線を放出
させる段階a)と、複数の時間間隔の間にガンマ線データ
群を得る段階b)とを有し、各群は、対応の時間間隔中に
おけるガンマ線の数又は強度及び前記ガンマ線のエネル
ギーレベルを表示し、第１の群は、中性子バーストのオ
ン中の第１の間隔に対応し、前記方法は更に、前記ガン
マ線データを分析して前記尋問体積中の所定の標的元素
の存在を検出すると共にその量を測定する段階c)を有す
ることを特徴とする方法。 - 【請求項２】 パルス幅は、約１００〜２００μｓであ
ることを特徴とする請求項１の方法。 - 【請求項３】 前記複数の時間間隔は、約５０００μｓ
にわたることを特徴とする請求項１の方法。 - 【請求項４】 前記段階a)では、約１４ＭｅＶのエネル
ギーの中性子を発生させることを特徴とする請求項１の
方法。 - 【請求項５】 前記段階a)では、約３ＭｅＶのエネルギ
ーの中性子を発生させることを特徴とする請求項１の方
法。 - 【請求項６】 前記段階a)では、約０．０２５ｅＶのエ
ネルギーの中性子を発生させることを特徴とする請求項
１の方法。 - 【請求項７】 前記段階a)では、約７５０ｋｅＶのエネ
ルギーの中性子を発生させることを特徴とする請求項１
の方法。 - 【請求項８】 ガンマ線データを分析して、前記所定の
標的元素が前記尋問体積中に第１の所定深さ範囲内で存
在しているかどうかを判定する段階を更に有することを
特徴とする請求項１の方法。 - 【請求項９】 ガンマ線データを分析して、前記所定の
標的元素が前記尋問体積中に第１の所定深さ範囲内で存
在しているかどうかを判定する前記段階は、中性子が、
前記標的元素を表示するガンマ線を生じさせる反応を開
始させるのに適当なエネルギーをもつ深さを計算する段
階を含むことを特徴とする請求項８の方法。 - 【請求項１０】 前記尋問体積中の複数の深さ範囲にお
ける前記標的元素の量を表す深さプロフィールデータを
生じさせる段階を更に有することを特徴とする請求項８
の方法。 - 【請求項１１】 尋問体積の分析装置において、強度及
びパルスにより特徴付けられた中性子バーストで尋問体
積を照射して前記尋問体積からガンマ線を放出させる手
段と、複数の時間間隔の間にガンマ線データ群を得る手
段とを有し、各群は、対応の時間間隔中におけるガンマ
線の数又は強度及び前記ガンマ線のエネルギーレベルを
表示し、第１の群は、中性子バーストのオン中の第１の
間隔に対応し、前記装置は更に、前記ガンマ線データを
分析して前記尋問体積中の所定の標的元素の存在を検出
すると共にその量を測定する手段を有することを特徴と
する装置。 - 【請求項１２】 約１００〜２００μｓのパルス幅で中
性子バーストを生じさせる手段を更に有し、前記複数の
時間間隔は、約５０００μｓにわたることを特徴とする
請求項１１の装置。 - 【請求項１３】 ガンマ線データを分析して、前記所定
の標的元素が前記尋問体積中に第１の所定深さ範囲内で
存在しているかどうかを判定する手段を更に有すること
を特徴とする請求項１１の装置。 - 【請求項１４】 ガンマ線データを分析して、前記所定
の標的元素が前記尋問体積中に第１の所定深さ範囲内で
存在しているかどうかを判定する前記手段は、中性子
が、前記標的元素を表示するガンマ線を生じさせる反応
を開始させるのに適当なエネルギーをもつ深さを計算す
る手段から成ることを特徴とする請求項１３の装置。 - 【請求項１５】 前記尋問体積中の複数の深さ範囲にお
ける前記標的元素の量を表す深さプロフィールデータを
生じさせる手段を更に有することを特徴とする請求項１
３の装置。 - 【請求項１６】 土壌中の有毒元素の濃度の深さプロフ
ィールを求める可動式装置において、第１のエネルギー
レベルの中性子を発生させて該中性子で土壌を照射し、
それにより土壌中に核反応を生じさせると共にガンマ線
を土壌から放出させるための中性子源と、土壌から放出
されたガンマ線を検出する列状配置のガンマ線検出器
と、中性子源と連携していて、中性子源の発生した中性
子のパルス幅を制御したり、次々に発生する中性子パル
ス間の時間間隔を制御する源エレクトロニクスと、ガン
マ線検出器と連携していて、ガンマ線検出器の発生した
信号を増幅してデジタル化し、デジタル化された信号を
表すデータを記憶する検出器エレクトロニクスと、前記
データを分析して土壌中の選択された標的元素の濃度を
求めるスペクトル分析手段と、源エレクトロニクス及び
検出器エレクトロニクスのタイミングを制御して、前記
中性子源が所定のパルス幅のバースト状態で中性子を発
生させると共に前記中性子源及び源エレクトロニクスが
前記バーストと関連した複数の時間間隔の間にガンマ線
を検出してデータ群を得るようにする取得インターフェ
イスモジュール（ＡＩＭ）とを有し、各群は、対応の時
間間隔中に放出されたガンマ線の数及びそれらの強度を
表示し、第１の群は、前記中性子源が中性子を発生する
第１の間隔に対応することを特徴とする可動式装置。 - 【請求項１７】 移動式プラットホームを更に有し、前
記列状配置のガンマ線検出器は、移動式に取り付けられ
た複数のガンマ線検出器から成ることを特徴とする請求
項１６の装置。 - 【請求項１８】 標的元素の深さプロフィールを求める
手段を更に有することを特徴とする請求項１７の装置。 - 【請求項１９】 サンプルとしての尋問体積内における
中性子誘発反応により生じた識別力のある特定のガンマ
線を検出する高感度即発ガンマ線中性子放射化分析（Ｐ
ＧＮＡＡ）方法において、パルス化中性子源でサンプル
を照射し、関心のあるガンマ線がしきい反応又は高速中
性子誘発反応により生じた場合には、中性子パルスのオ
ン期間中にのみ、サンプルから放出されたガンマ線をカ
ウントし、それにより熱中性子誘発ガンマ線、放射性核
種ガンマ線及びバックグラウンドガンマ線に対する高速
中性子誘発ガンマ線の検出能力を高め、また、関心のあ
るガンマ線が熱中性子誘発反応により生じた場合には、
中性子パルスのオン期間直後に且つ数百マイクロ秒の持
続期間中にサンプルから放出されたガンマ線をカウント
することを特徴とする方法。 - 【請求項２０】 収集したガンマ線データを分析し、所
定の標的元素がサンプルとしての尋問体積中の第１の所
定深さ範囲内に存在しているかどうかを判定する段階を
更に有し、該分析段階は、前記中性子が前記標的元素を
表すガンマ線を生じさせる反応を開始させるのに適当な
エネルギーをもつ深さを計算する段階を含むことを特徴
とする請求項１９の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/958,215 US5539788A (en) | 1992-10-08 | 1992-10-08 | Prompt gamma neutron activation analysis system |
| US07/958215 | 1992-10-08 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07301610A true JPH07301610A (ja) | 1995-11-14 |
Family
ID=25500734
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5277540A Withdrawn JPH07301610A (ja) | 1992-10-08 | 1993-10-08 | 土壌中の有毒元素の濃度の深さプロフィールを求める方法及び装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5539788A (ja) |
| EP (1) | EP0592225A1 (ja) |
| JP (1) | JPH07301610A (ja) |
| CA (1) | CA2107926A1 (ja) |
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