JPH11160254A - コンプトン散乱放射線撮影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来に比較してより深部を撮影することの可
能なコンプトン散乱放射線撮影装置を提供すること。 【解決手段】 放射線の発生器２及びこの放射線に起因
するコンプトン散乱放射線Ｒ２の検出器３を備える。発
生器２及び検出器３のコリメーター２ａ，３ａにおける
各スリット２ｂ，３ｂの中心軸Ｒ３，Ｒ４を交差させて
これら発生器２及び検出器３をそれらの相対位置が一定
となるように配置する。コンクリートＣ１内に格子状の
鉄筋Ｃ２，Ｃ３を有する鉄筋コンクリート構造物Ｃの表
面Ｃ４に検出器３の中心軸Ｒ４をほぼ直交させると共に
検出器３と表面Ｃ４とを所望の距離に保ちつつ発生器２
及び検出器３を表面Ｃ４に沿って走査する走査装置を備
える。構造物Ｃは、その表面Ｃ４が平面状又はほぼ一定
の曲率を有するものであることが望ましい。撮影対象部
Ｔからコンプトン散乱に起因して得られる散乱放射線Ｒ
２により構造物Ｃの内部を撮影する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば鉄筋コンク
リート構造物の鉄筋、空洞、材木等の異物を撮影するに
適したコンプトン散乱放射線撮影装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、コンプトン散乱放射線撮影装置に
関する先行文献としては、例えば、特開昭６３−７０１
５３号公報に記載のものが知られている。同公報によれ
ば、放射線源から物体に一次ビームを照射し、放射線源
とは物体を挟んで反対側の位置に一次検出器を配置し
て、物体を透過した一次ビームを検出している。また、
物体からの散乱放射線を捉える二次検出器を放射線源と
同じ側に配置している。放射線源及び一次検出器は検査
領域の中心周りに回転しかつ水平移動する。二次検出器
もおそらく一次検出器と同様に回転又は水平移動すると
推察される。

【０００３】同撮影装置を用いて平板状の物体を撮影す
るのであれば、一次ビームは平板状の物体表面に垂直に
交差することとなるであろう。円柱状の物体を撮影する
場合も同様である。

【０００４】一方、上記公報の如き放射線源と散乱放射
線の検出器とを用いて、コンプトン散乱により構造体壁
の内部を撮影する撮影装置も知られている。同装置にお
いても、放射線源から発せられる一次ビームの中心線を
構造体壁の表面にほぼ直交させ、放射線源と検出器とを
共に壁の表面に沿って走査させている。

【０００５】しかし、上述の如き従来構成の撮影装置で
は、検出器の中心線・すなわち撮影に寄与する散乱放射
線が壁表面に斜めに放出されることとなり、大幅に減衰
していた。その結果、例えば鉄筋コンクリート壁の内部
撮影を行おうとしても、鉄筋の入った深部等を撮影する
のは非常に困難であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】かかる従来の実状に鑑
みて、本発明の目的は、従来に比較してより深部を撮影
することの可能なコンプトン散乱放射線撮影装置を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係るコンプトン散乱放射線撮影装置の特徴
は、放射線の発生器及びこの放射線に起因するコンプト
ン散乱放射線の検出器を備え、これら発生器及び検出器
はコリメーターを各々有しており、これら両コリメータ
ーにおける各スリットの中心軸を交差させてこれら発生
器及び検出器をそれらの相対位置が一定となるように配
置し、表面が平面状又はほぼ一定の曲率を有する被検査
体の前記表面に前記検出器の前記中心軸をほぼ直交させ
ると共に前記検出器と前記表面とを所望の距離に保ちつ
つ前記発生器及び検出器を前記表面に沿って走査する走
査装置を備え、前記散乱放射線により前記被検査体内部
を撮影することにある。

【０００８】同特徴によれば、両コリメーターにおける
各スリットの中心軸を交差させてこれら発生器及び検出
器をそれらの相対位置が一定となるように配置すること
で、中心軸の交差部分が撮影対象部となる。「表面が平
面状又は一定の曲率を有する被検査体」とは、例えば平
面状の壁や円柱状の構造柱の他、曲率が大きくて照射放
射線及び散乱放射線の光路長に殆ど影響を与えない程度
の自由曲面をも含む。「被検査体の表面に検出器の中心
軸をほぼ直交させつつ走査装置で発生器及び検出器を表
面に沿って走査する」のであるから、散乱放射線は撮影
対象部と被検査体の表面との最短距離を通って検出器に
向かうこととなる。したがって、微弱な散乱放射線の減
衰が最低限に抑制されることとなる。これに対し、照射
放射線はエネルギーが高く散乱放射線に比較して被検査
体内での減衰度が低いので、光路長（放射線の通る経路
長）が多少増大しても影響は小さい。しかも、走査装置
は「検出器と表面とを所望の距離に保ちつつ発生器及び
検出器を表面に沿って走査する」のであるから、照射放
射線及び散乱放射線の被検査体内での光路長はほぼ一定
であり、撮影感度は撮影面全面において一様となる。

【０００９】また、上記特徴構成に加え、本発明の他の
特徴構成は、前記各コリメーターが前記両中心軸を含む
平面に直交する方向に広がりを有しており、前記検出器
における前記散乱放射線の検出部を前記直交する方向に
複数個配置し、前記検出器における前記コリメーターの
前記スリットに前記各検出部間を仕切る前記散乱放射線
の仕切を設けたことにある。

【００１０】同他の特徴構成によれば、「各コリメータ
ーが両中心軸を含む平面に直交する方向に広がりを有し
ており、検出器における散乱放射線の検出部を前記直交
する方向に複数個配置してある」ので、複数の検出器に
より幅広い領域を一度に走査できるので、撮影時間の短
縮が可能となる。しかも、「散乱放射線の仕切」は、
「検出器におけるコリメーターのスリットにおいて各検
出部間を仕切る」のであるから、各検出部に対応する撮
影対象部以外の散乱線を除去する。

【００１１】

【発明の効果】このように、上記本発明に係るコンプト
ン散乱放射線撮影装置の特徴によれば、減衰度の低い照
射放射線の被検査体内における光路長を長くする分、エ
ネルギーの低下した減衰度の大きな散乱放射線の被検査
体内における光路長を短くすることで、散乱放射線の減
衰を最低限に抑制し、より深い部分を撮影することが可
能となった。

【００１２】また、上記他の特徴によれば、複数の撮影
部を用いて撮影時間を短縮すると共に、仕切で各検出部
に対応する撮影対象部以外の散乱線を除去することによ
り、鮮明な画像を得ることが可能となった。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、図１〜図４を参照しなが
ら、本発明の第一実施形態について説明する。なお、こ
の第一実施形態における被検査体は鉄筋コンクリート壁
Ｃであり、撮影装置１は、コンクリート内部に埋め込ま
れた鉄筋を散乱放射線により透過撮影する事を目的とし
ている。これらの鉄筋は、鉄筋コンクリート壁Ｃ１内に
おいて複数本の縦鉄筋Ｃ２と横鉄筋Ｃ３とを格子状に直
交配置してなるものである。

【００１４】図３及び図４に示すように、撮影装置１は
発生器２及び検出器３と、これら発生器２及び検出器３
を鉄筋コンクリート壁Ｃの構造物表面Ｃ４に沿って走査
するための走査装置１０とを備えている。また、図示し
ないが、撮影装置１は発生器２のための電源装置と検出
器３の画像処理及び可視化装置と制御装置とを備えてい
る。

【００１５】図１〜４におけるＸ軸は構造物表面Ｃ４に
沿う水平方向、Ｙ軸は構造物表面Ｃ４に直交する水平方
向、Ｚ軸は構造物表面Ｃ４に沿う上下（鉛直）方向を示
している。また、これらＸ、Ｙ、Ｚ軸は互いに直交して
いる。

【００１６】走査装置１０の基部は、基台１１の両側に
構造物表面Ｃ４と直交する姿勢で一対の横ガイド１２，
１２を設けると共に、これら横ガイド１２，１２の間に
構造物表面Ｃ４に対する接当板１３を設けてなる。発生
器２、検出器３、第二テーブル１７及び第三テーブル１
８は第一テーブル１６上に載置してある。２本の昇降装
置１５，１５はこれら載置した部材を構造物表面Ｃ４に
沿って上下方向であるＺ軸方向に移動させる。第二テー
ブル１７は、第一テーブル１６に対し３本の突起と溝よ
りなるＹ軸スライド手段１９及び図示しない駆動装置に
よって構造物表面Ｃ４に直交するＹ軸方向に相対移動す
る。さらに、第三テーブル１８は、２本の突起と溝とよ
りなるＸ軸スライド手段２０より構造物表面Ｃ４に沿い
ながら第二テーブル１７に対しＸ軸方向へ相対移動可能
となっている。

【００１７】発生器２及び検出器３は、角度調節可能な
状態で第三テーブル１８上に相対位置が一定となるよう
に取り付けられている。そして、昇降装置１５、Ｙ軸ス
ライド手段１９及びＸ軸スライド手段２０は、撮影対象
部Ｔの深さを調節すると共に、構造物表面Ｃ４に沿って
発生器２及び検出器３を走査させる。

【００１８】図１，２に示すように、発生器２はスリッ
ト２ｂを有する発生側コリメーター２ａに焦点２ｃを設
けてなる。焦点２ｃは、実際には放射性同位元素やター
ゲットにより構成されているが、同図では模式的に描い
てある。スリット２ｂは、図１のＸ−Ｙ平面において幅
狭となっている。しかし、図２（ｂ）に示すように、Ｙ
−Ｚ平面においてスリット２ｂはＺ軸方向へ扇形に広が
る形状となっている。

【００１９】一方、検出器３は、スリット３ｂを有する
検出側コリメーター３ａに検出部であるシンチレーター
３ｃ及び光電子増倍管３ｄを複数個設けてなる。なお、
シンチレーター３ｃ及び光電子増倍管３ｄの代わりに半
導体検出器を複数個設けてもよい。スリット３ｂは、ス
リット２ｂ同様図１のＸ−Ｙ平面では幅狭となっている
が、図２（ｂ）のＹ−Ｚ平面ではＺ軸方向に対して幅広
となっている。また、先のシンチレーター３ｃ及び光電
子増倍管３ｄは、Ｚ軸方向に対し複数個並べてあり、さ
らに各シンチレーター３ｃの間を仕切る散乱放射線Ｒ２
の仕切３ｅをスリット３ｂ内に設けてなる。

【００２０】発生器２及び検出器３は、スリット２ｂの
中心軸である発生側中心軸Ｒ３及びスリット３ｂの中心
軸である検出側中心軸Ｒ４を一定の角度φをなすように
互いに交差させて先の第三テーブル１８上に固定してあ
る。すなわち、発生器２及び検出器３におけるスリット
２ｂ，３ｂの相対配置により鉄筋コンクリート壁Ｃ内に
おける撮影対象部Ｔの位置を特定している。また、検出
側中心軸Ｒ４を構造物表面Ｃ４に直交させて散乱放射線
Ｒ２のコンクリート部Ｃ１内における光路長（経路長）
Ｍ２を最短にしている。図１のＸ−Ｙ平面は、発生側中
心軸Ｒ３及び検出側中心軸Ｒ４を含んでいる。上述した
通りこのＸ−Ｙ平面に直交するＺ軸方向に対してスリッ
ト２ｂ，３ｂは広がりを有しており、Ｚ軸方向に対する
幅を持った状態で構造物表面Ｃ４に沿って走査を行うこ
とで、効率よい撮影が可能となる。

【００２１】スリット２ｂにより絞り込まれた照射放射
線Ｒ１は、シンチレーター３ｃ内を透過すると共に各部
位で散乱する。スリット２ｂ及び３ｂの相対関係により
撮影に寄与する放射線の経路は、焦点２ｃ及びシンチレ
ーター３ｃと撮影対象部Ｔとをそれぞれ結ぶ符号Ｒ１，
Ｒ２となる。照射放射線Ｒ１の全長Ｌ１のうち符号Ｌ２
はコンクリート部Ｃ１内の光路長である。コンクリート
部Ｃ１内における照射側光路長Ｌ２＝ｘとすると、散乱
側光路長Ｍ２＝ｘcosφとなる。入射時強度Ｉｏの照射
放射線Ｒ１が光路長Ｌ２＝ｘのコンクリート部内におい
て線吸収係数μ１で吸収された結果として、撮影対象部
Ｔでの強度をＩ１とすると、Ｉ１は次式により表され
る。

【００２２】

【数１】 また、Ｎｏをコンクリート部Ｃ１又は鉄筋Ｃ２，Ｃ３の
単位体積当たりの電子数とし、ｄσ／ｄΩを微分散乱断
面積とすると、撮影対象部Ｔから検出器３方向へ散乱さ
れる割合Ｒは、次式の通りとなる。

【００２３】

【数２】 さらに、撮影対象部Ｔから散乱放射線Ｒ２が光路長Ｍ２
＝ｘcosφのコンクリート部において線吸収係数μ２で
吸収された結果としての強度をＩ２とすると、Ｉ２は次
式により表される。

【００２４】

【数３】 そして、上記式（１）〜（３）より、Ｉ２とＩｏとの関
係は次式により表される。

【００２５】

【数４】 一方、入射放射線のエネルギーをＥγ、角度（π−φ）
方向へのコンプトン散乱による反射放射線のエネルギー
をＥγ'とすると、Ｅγ'は次式により表示される。

【００２６】

【数５】 かかるコンプトン散乱によるエネルギー低下に起因し
て、光路長Ｍ２における散乱側線吸収係数μ２は、光路
長Ｌ２における照射側線吸収係数μ１よりも大となる。
よって、式（４）に示すように、従来方式に比較して、
本発明では照射側線吸収係数μ１よりも大となる散乱側
線吸収係数μ２に１未満のcosφが掛け合わされるた
め、その分だけ強度Ｉ２の値も大となり、撮像の画質も
向上する。なお、コンクリート又は鉄筋により上記各式
のＮｏが異なるため、強度Ｉ２の強弱として撮影対象部
Ｔの透過撮影が可能となる。線束密度向上のため、全光
路長Ｌ１，Ｍ１はできるだけ小さいことが望ましい。

【００２７】ここで、先のＹ軸スライド手段１９の調節
によりシンチレーター３ｃと撮影対象部ＴとのＹ軸方向
に対する深さＭ１を所望の距離に特定することで撮影対
象部Ｔと焦点２ｃとの深さＬ１をも同時に所望の距離に
特定できる。従って、照射放射線Ｒ１及び散乱放射線Ｒ
２のコンクリート部Ｃ１内における光路長Ｌ２、Ｍ２も
一定となり、これらによりコンクリート部Ｃ１内での減
衰は一定となる。その結果、散乱線による画像も均一な
画像となる。

【００２８】使用に際しては、先のＹ軸スライド手段１
９の調節により、撮影対象部Ｔの深さＭ２を特定する。
次に、Ｘ軸スライド手段２０により構造物表面Ｃ４をＸ
軸方向に走査する。さらに、Ｘ軸方向の走査が一度終了
すると直交方向Ｄに対する撮影対象部Ｔの幅分だけ昇降
装置１５を確保させる。以下、同様の走査を繰り返す。
この操作により特定深さの二次元画像を得ることができ
る。

【００２９】次に、図５〜図７を参照しながら本発明の
第二実施形態について説明する。なお、先と同様の部材
には同様の符号を付してあるものとする。先の実施形態
においては、被検査体として鉄筋コンクリート壁を用い
たが、本実施形態では被検査体として鉄筋コンクリート
支柱Ｃを用いている。また、検出器３はその検出側中心
軸Ｒ４が構造物表面Ｃ４の表面に直交するように設置さ
れている。本実施形態における移動装置３０は、発生側
中心軸Ｒ３に対する検出側中心軸Ｒ４と構造物表面Ｃ４
とが常に直交するように発生器２及び検出器３を構造物
表面Ｃ４に沿って移動させるものである。

【００３０】移動装置３０は、床スラブ上に載置する基
台３１上に複数の昇降装置３２をもって第一テーブル３
３を円弧状の第一テーブル３３を上下移動、すなわちＺ
軸方向に対し移動可能に支持している。また、第一テー
ブル３３上には２本の円弧状の突起及び溝よりなる第一
スライド手段３６，３６をもって第二テーブル３４をＣ
の中心軸周りに摺動可能に取り付けてある。さらに、第
二テーブル３４上には、一対の突起及び溝よりなる第二
スライド手段３７，３７をもって第三テーブル３５を鉄
筋コンクリート支柱Ｃに対し、近接及び離隔移動可能に
支持してある。この第二スライド手段３７を介する移動
によっても検出側中心軸Ｒ４と構造物表面Ｃ４との直交
状態は変化しないように検出器３と第二スライド手段３
７の関係が設定されている。

【００３１】撮影に際しては、先と同様第二スライド手
段３７を介して撮影対象部Ｔとの深さである全光路長Ｍ
１を調節することにより散乱側のコンクリート部Ｃ１内
における光路長Ｍ２を特定する。ついで、第一スライド
手段３６に沿って発生器２及び検出器３により構造物表
面Ｃ４の表面を走査し、一度の走査が終了すると先の撮
影対象部ＴにおけるＺ軸方向に対する撮影対象部Ｔの幅
分だけ昇降装置３２を上昇ないし下降させ、以下同様の
走査を繰り返す。

【００３２】最後に、本発明のさらに他の実施の形態の
可能性について説明する。上記各実施形態では、被検査
体として鉄筋コンクリート構造物を用いたが、本発明の
検査対象はこれに限られたものではない。例えば、ハニ
カム構造物などを検査することも可能である。

【００３３】上記各実施形態では、被検査物の表面が平
面状又は曲率一定な円柱状であったが、発生器２及び検
出器３の距離に対する曲率の変動が小さい限り走査装置
１０曲面の検査も可能である。なぜなら、上述のコンク
リート部Ｃ１内における光路長Ｍ２、Ｌ２の変動が小さ
ければ撮影感度は大幅に変更せず、従って安定した画像
を得ることも可能となるからである。

【００３４】なお、特許請求の範囲の項に記入した符号
は、あくまでも図面との対照を便利にするためのものに
すぎず、該記入により本発明は添付図面の構成に限定さ
れるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】発生器２，検出器３及び鉄筋コンクリート壁Ｃ
の関係を示すＸ−Ｙ平面での切断断面図である。

【図２】（ａ）は図１におけるＡ−Ａ線断面図、（ｂ）
は図１におけるＢ−Ｂ線断面図である。

【図３】本発明にかかる撮影装置１と鉄筋コンクリート
壁Ｃとの関係を示す平面図である。

【図４】撮影装置１の正面図である。

【図５】本発明の第二実施形態を示す図１相当図であ
る。

【図６】本発明の第二実施形態にかかる撮影装置１の平
面図である。

【図７】図６の正面図である。

【符号の説明】

Ｃ 鉄筋コンクリート壁（被検査体） Ｃ１ コンクリート部 Ｃ２ 縦鉄筋 Ｃ３ 横鉄筋 Ｃ４ 構造物表面 Ｒ１ 照射放射線 Ｒ２ 散乱放射線 Ｒ３ 発生側中心軸 Ｒ４ 検出側中心軸 Ｔ 撮影対象部 １ 撮影装置 ２ 発生器 ２ａ 発生側コリメーター ２ｂ スリット ２ｃ 焦点 ３ 検出器 ３ａ 検出側コリメーター ３ｂ スリット ３ｃ シンチレーター ３ｄ 光電子増倍管 ３ｅ 仕切 １０ 走査装置 １１ 基台 １２ 横ガイド １３ 接当板 １５ 昇降装置（Ｚ軸駆動機構） １６ 第一テーブル １７ 第二テーブル １８ 第三テーブル １９ Ｙ軸スライド手段 ２０ Ｘ軸スライド手段 ３０ 移動装置 ３１ 基台 ３２ 昇降装置 ３３ 第一テーブル ３４ 第二テーブル ３５ 第三テーブル ３６ 第一スライド手段 ３７ 第二スライド手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射線の発生器（２）及びこの放射線に
   起因するコンプトン散乱放射線（Ｒ２）の検出器（３）
   を備え、これら発生器（２）及び検出器（３）はコリメ
   ーター（２ａ，３ａ）を各々有しており、これら両コリ
   メーター（２ａ，３ａ）における各スリット（２ｂ，３
   ｂ）の中心軸（Ｒ３，Ｒ４）を交差させてこれら発生器
   （２）及び検出器（３）をそれらの相対位置が一定とな
   るように配置し、表面（Ｃ４）が平面状又はほぼ一定の
   曲率を有する被検査体（Ｃ）の前記表面（Ｃ４）に前記
   検出器（３）の前記中心軸（Ｒ４）をほぼ直交させると
   共に前記検出器（３）と前記表面（Ｃ４）とを所望の距
   離に保ちつつ前記発生器（２）及び検出器（３）を前記
   表面（Ｃ４）に沿って走査する走査装置（１０）を備
   え、前記散乱放射線（Ｒ２）により前記被検査体（Ｃ）
   内部を撮影するコンプトン散乱放射線撮影装置。
2. 【請求項２】 前記各コリメーター（２ａ，３ａ）が前
   記両中心軸（Ｒ３，Ｒ４）を含む平面に直交する方向
   （Ｚ）に広がりを有しており、前記検出器（３）におけ
   る前記散乱放射線（Ｒ２）の検出部（３ｃ，３ｄ）を前
   記直交する方向（Ｚ）に複数個配置し、前記検出器
   （３）における前記コリメーター（３ａ）の前記スリッ
   ト（３ｂ）に前記各検出部（３ｃ，３ｄ）間を仕切る前
   記散乱放射線（Ｒ２）の仕切（３ｅ）を設けてある請求
   項１に記載のコンプトン散乱放射線撮影装置。