KR100306502B1 - 질소검출기및검출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 검사 대상물 속에 있는 질소의 양을 측정하는 장치와 그 작동 방법에 관한다. 검사 대상물을 지지하는 지지수단이 있고 한쪽에는 최소한 한 개의 9.2 MeV γ선 빔 생성장치를 두고 그 반대쪽에는 검사 대상물을 투과하는 γ선을 검출하는 검출기가 배열되어 있다. γ선 빔 발생장치는 질소 화합물에 있는¹⁴N에 의하여 공명을 일으킬 수 있는 에너지와 강도를 가지고 있어야 하며 최소한 검사 대상물의 일부분을 조사하여야 한다. 조사하는 각에는 공명각과 비 공명각이 있는데 검출기에 검출된 γ선의 양의 차가 검사 대상물 속의 질소 화합물의 양을 나타낸다. 이것을 계산하기 위하여 계산장치가 필요하다.

Description

[발명의 명칭]

질소 검출기 및 검출방법

본 발명은 어떤 물질 속에 있는 질소를 검출하는 장치와 검출 방법에 관한다. 특히 본 발명에서는 질소 및 비질소 화합물이 들어 있는 검사 대상물 속에서 질소의 유무 및 그 양을 검출하는 것에 관한다.

[발명의 배경]

질소 화합물과 비질소 화합물이 들어있는 검사 대상물 속에서 질소를 찾아내고 그 양을 정하는 것은 대단히 중요한 일이다. 질소는 여러 화합물 속에 들어있는 원소로서 특히 단백질, 특정 플라스틱, 비료, 폭약, 특정 마약 및 약물에서는 꼭 들어 있어야 할 원소이다. 이러한 질소 화합물을 찾기 위하여 화합물에 감마선을 조사시켜 산란 또는 흡수를 일으키게 한 뒤에 그 감마선의 산란 또는 흡수를 검출 분석하여 검사 대상물 속에 있는 질소를 정량적으로 재는 것은 이미 알려진 바이다. 이 기술 절차를 간단히 기술하자면 질소 화합물이 들어 있는 검사 대상물을 어떤 특성을 가진 감마선 빔 속에 넣어서 그 속에 있는 질소에 의한 감마선의 공명 흡수 또는 산란을 측정하는 것이다. 이러한 감마선은 일반으로 쓰이는 검출기에 의하여 검출되고 그 검출기에서 나오는 출력을 분석하여 검사 대상물속에 있는 질소량을 찾아내는 것이다. 이런 검출기에 대한 상세한 이론은 이미 알려져 있으며 미합중국 특허 제 4,941,105 호 및 제 5,040,200 호에서 그 이론의 전모를 찾아볼 수 있다. 본 발명의 이론적 근거는 이 두 특허를 참조했으며 질소 화합물을 감마선을 사용하여 검출하는데 필요한 이론과 장비는 이 특허의 이론의 내용에 많이 의존하고 있다.

그러나 이러한 종래 기술에서는 공통된 어려움이 있었는데, 감마선의 산란과 흡수가 감마선이 적용되는 방식에 관하여 및 투과된 감마선에 대한 적절한 검출기에 관하여 특별한 제약이 있다는 점에서이다. 이러한 대표적인 예는 미합중국 특허 제 4,941,162 호에서 엿볼 수 있다. 이 특허는 특히 여행용 가방, 예를 들면 수하물 속에 숨겨진 폭발물과 같은 질소 폭발물 검출에 관한 것이다. 또 이 특허에서는 필요한 특성과 강도를 가진 감마선이 감마선 공급원에서 나와 콜리메이터(collimator)에 의하여 확산도(divergence)가 제한된 후 감마선 빔으로써 콜리메이터 근처에 있는 콘베이어에 따라 움직이는 수하물을 조사한다. 폭약 (주로 질소 화합물)은 이 감마선을 흡수하게 되고 그 흡수를 분석하여 수하물 속의 질소 화합물의 유무를 가려내게 된다.

이 방법에서는 두 가지의 결정적인 단점이 있다. 그 하나는 감마선 흡수가 핵공명에 의한 것과 비공명에 의한 것이 있는데 그 두가지의 흡수가 같이 일어나서 질소 화합물을 찾기 위하여서는 2 조의 검출기가 필요하게 된다는 것이다. 즉 한 조는 공명 흡수를 재고 다른 한 조는 비공명 흡수를 재는데 이들은 데이타 분석 시스템에 연결되어 질소 화합물의 유무를 가려낸다. 이 과정은 질소 화합물 검출을 대단히 복잡하게 만들고 질소 화합물 유무 결정의 정확도가 떨어지게 한다.

둘째로는 이런 기술 과정에서 공통적인 점인데 질소가 풍부한 검출기가 필요한 점이다. 이것은 공명 산란을 재기위하여는 투과된 감마선의 공명 흡수를 포함한 스펙트럼에서 공명 에너지 부분을 찾아 내야 하기 때문이라고 생각된다.

또한, 부분적으로는 상기의 이유에 의하여 질소 화합물 검출 정확도가 떨어지고 수하물 속에 폭발성 질소 화합물이 없음을 확인하기 위하여 수하물을 감마선 빔에 대하여 그 위치와 방향을 바꿔가면서 검사를 해야하기 때문에 수하물 검사 절차가 복잡하게 되고 지연되기 마련이다. 예를 들면 폭발성 질소 화합물이 얇은 판상일 때 그것이 감마선에 대하여 직각으로 지나간다면 검출 감도가 낮을때는 그 것을 검출하지 못할 것이다. 따라서 종래 기술에서는 수하물 자체가 감마선 빔 속을 여러번 다른 각도로 위치를 바꿔가면서 통과해야 한다.

이렇게 검출 정확도가 낮으면 항공기에 수하물을 적재하는데 위험성이 있을 뿐만 아니라 다른 질소 화합물을 검출하는데도 문제가 된다. 하나의 예를들면 특별히 설계된 용기속에 들어 있는 마약은 검출을 못할 것이다. 유사하게, 또다른 예로서는 흘러가고 있는 유제품속의 단백질 함유량을 잴려고 할때는 그 결과의 신빙성이 떨어지게 되는 것이다.

따라서 질소 화합물과 비질소 화합물이 들어있는 검사대상물 속에서 질소 화합물을 찾아내는데 검출도가 상당히 높은 검출 장치와 작동 방법이 있으면 좋으리라는 것이다. 뿐만아니라 그 장치와 작동 방법이 훨씬 덜 복잡하여 공명 흡수와 비공명 흡수를 따로따로 측정할 필요가 없다면 좋으리라는 것이다.

[발명의 요약]

1.75 MeV의 양자(proton)를¹³C 같은 적절한 표적에 충돌시키면 9.2 MeV 감마선을 공명 생산할 확률이 높아진다. 이렇게 생산된 감마선은 모든 방향으로 균일하게 방사되지는 않는다. 양자 빔 방향으로부터 80.66° ± 0.5°에서 방사되는 감마선은¹⁴N에 의하여 공명 흡수될 확률이 높다. 이 특정 각은 운동학적으로 결정된다. 방출된 감마선의 정확한 에너지는 감마선의 양자 빔에 대한 방출각에 의존한다(널리 공지된 도플러 효과의 관점에서). 정확한 에너지, 즉, 80.66 ± 0.5°라는 특수한 각을 갖는 감마선만이 공명 흡수될 수 있다. 비공명 흡수(산란)는 방출각에 관계없이 일어난다.

상기의 관점에서, 본 발명의 핵심 관념으로서, 검사 대상물을 통해 투과된 감마선 플럭스가 공명 흡수에 적합한 각에서 측정되고 또한 그 공명각 외의 다른 각에서 측정된다면 이들 두 측정치의 차이(비공명 감마선과 비교하여 약간 다른 공지된 각에서 대상물을 가로지르는 공명 감마선을 설명하는 약간의 공지된 각 보정을 함께 하면서)는 공명 흡수에 기인한 것이다. 그러므로 종래 기술과는 달리 본 발명에서는 공명 투과 감마선의 검출기에서 측정된 강도와 공명 감쇠 없이 강도를 측정하는 검출기에서 측정된 강도를 비교함으로써, 투과된 감마선 및 검사 대상물에 의해 발생된 감쇠를 측정한다.

이에 필요한 측정을 하기 위하여, 공명 흡수각을 넘어서서 미치는 검출기가 배치된다. 또한 공명 흡수와 비공명 흡수가 공간적으로(각도 감응성) 분해되는 것을 허용하기에 충분한 공간 분해력을 가지도록 배치된다. 공명 흡수한 후 투과된 감마선과 비공명 흡수후에 투과된 감마선량의 차가 공명 흡수량을 나타낸다. 물론 공명각 80.66° ± 0.5° 외에 있는 검출기는 공명 흡수 없이 또는 거의 없이 대상물을 통한 투과량을 측정한다. 이 데이타로부터 80.66° ± 0.5°의 공명흡수가 근사적으로 측정될 수 있다. 그러므로 80.66° ± 0.5°의 투과량은 공명 흡수(감쇠) 및 비공명 흡수(감쇠) 모두로 인한 것이지만, 비공명 흡수는 투과량으로부터 뺄셈되고 공명 흡수치인 그 차이는 검사 대상물 속에 있는 질소화합물에 의한 것이다.

상기로부터 알 수 있는 바와 같이, 이 기술은 검출기가 충분한 공간 (각) 분해력을 가지고 있어야만 실현될 수 있다. 상기에서 기술된 바와 같이, 공명 흡수를 위한 올바른 각은 양자가 표적에 입사하는 각과 관계가 있다. 이로부터, 양자 빔의 각 확산도가 크면 클수록 공명 흡수를 일으킬 수 있는 감마선의 각 분포가 크게되어 검사 대상물 내의 궁극적인 공간 분해력이 감소되는 결과를 초래한다는 것을 알 수 있다. 따라서 표적에서의 양자 빔의 크기가 클수록 감마선의 각분포가 넓어지기 때문에 결과적으로 검출기의 공간 분해력을 나쁘게 하게 된다. 적절한 양자 빔 지점을 이루기 위해서는 양지 빔 가속기의 설계가 양자 빔의 각 확산도 및 표적상에서의 크기에 대한 적절한 제한을 하는데에 중요하다.

그러므로, 본 발명은 간단히 말하여 질소 화합물을 함유하는 물체 내의 질소 화합물속의 질소를 정량적으로 측정하는 장치에 관한다. 본 방법은 검사 대상물을 지지할 수 있는 지지 수단을 공급하는 단계를 포함한다. 9.2 MeV의 감마선의 빔을¹⁴N에 의하여 일어나는 공명 흡수 현상을 잴 수 있을만큼 충분한 강도를 생산하는 최소한 하나의 감마선 빔 수단이 이 지지수단의 적어도 한쪽 상에 배치된다.

공명각을 포함하여 미리 정해진 각에서 감마선 빔을 지지 수단으로 겨냥하여(directing), 감마선 빔이 지지수단에 있는 검사 대상물의 적어도 일부와 부딪히는 통로를 형성하기 위한 겨냥수단이 감마선 빔 수단 및 지지체 사이에 배치된다.

지지수단의 반대쪽에는 9.2 MeV 감마선이 공명각과 비공명각에서 검사 대상물을 투과한 것을 검출하기 위한 감마선 검출기의 배열이 배치된다.

계산 수단은 대상물 내의 질소 화합물의 양과 관계가 있는, 공명각 및 비공명각에서 검출기에 의하여 검출된 투과된 감마선의 양의 차이를 계산하기 위해 제공된다.

또한, 대상물을 지지하기 위한 지지체를 제공하는 단계, 질소 화합물 내의¹⁴N에 의해 측정가능한 공명 흡수를 유발하기에 충분한 강도로 약 9.2 MeV 감마선을 갖는 최소한 하나의 감마선 빔을 발생시키는 단계, 최소한 하나의 감마선 빔이 지지수단에 상에 배치된 검사 대상물의 적어도 일부와 부딪히는 통로를 형성하도록 미리 정해진 각에서 감마선 빔을 지지체로 겨냥하는 단계, 감마선 검출기를 다수개 배열하고 그 반대편에는 최소한 하나의 감마선 빔이 겨냥되어 검사체를 통해 투과된 감마선 빔이 공명각 및 비공명각 모두에서 검출기의 배열과 충돌하는 단계, 및 대상물 내의 질소 화합물의 양과 관계가 있는, 공명각 및 비공명 각에서 검출기에 의하여 검출된 투과된 감마선의 양의 차이를 계산하는 단계에 의해, 질소 화합물을 포함하는 대상물 내의 질소의 양을 결정하기 위한 방법이 제공된다.

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명의 전체적인 장치 및 방법의 다이아그램적 도면이다.

제2도는 본 발명의 방법을 수행하기 위한 바람직한 장치의 도식도이다.

제3도는 상기 장치의 또 다른 구체예의 도식도이다.

[본 발명의 바람직한 구체예의 상세한 설명]

제1도는 본 발명의 전체적인 장치 및 방법을 매우 다이아그램적 형태로 도시한다.

그러므로, 검사 대상물(1)은 질소 화합물뿐만 아니라 비질소 화합물도 포함할 수 있다. 비질소 화합물은 9.2 MeV의 감마선 빔을 공명적으로 흡수할 수 없는 화합물일 수 있다. 그러므로, 비-질소화합물은 산소, 탄소, 황, 수소등의 원자를 포함할 수 있다. 예를들면, 검사 대상물은 비료, 폭약, 마약, 음식물 등등과 같은 질소 화합물 및 비-질소 화합물 모두를 함유하는 어떠한 대상물일 수 있다. 검사 대상물(1)은 특정 검사 대상물(1)에 맞추어 만들어진 지지수단(2) 상에서 지지된다. 예를들면, 용기, 예를 들면 여행용 가방 또는 수하물 속에 들어있는 폭약을 검출하고자 한다면, 지지수단(2)은 콘베이어 또는 좀 더 복잡한 회전 - 병진 시스템일 수 있다.

반면, 우유의 단백질 양을 잴 때는 지지수단(2)은 우유가 흐르는 파이프일 수 있다. 반면, 검사 대상물이 단백 함량을 결정하고자 하는 곡물일 때는, 지지수단(2)은 활송 장치(chute) 또는 그 유사물일 수 있다. 어떠한 경우에도, 지지수단(2)은 검사 대상물(1)을 감마선 빔 수단(4)에 의해 생성된 감마선 빔(3)을 통해 편리하게 운반하도록 만들어진다. 후자에 관하여, 최소한 하나의 감마선 빔(3)을 발생시키기 위한 최소한 하나의 감마선 발생 수단(4)이 있고, 감마선 발생 수단(4)은 지지체(2)의 한쪽 면 상에 배치된다. 감마선 빔 수단(4)은 약 9.2 MeV의 감마선의 감마선 빔을 생성할 뿐만 아니라 그 강도는 검사 대상물(1)의 질소 화합물내의¹⁴N의 측정가능한 공명 흡수를 유발하기에 충분해야 한다.

겨냥수단(5)은 감마선 발생 수단(4)와 지지수단(2) 사이에 배치된다. 겨냥수단(5)은 이후에 제2도와 관련하여 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 미리 정해진 각도에서 감마선 빔(3)을 지지수단(2)으로 겨냥한다. 그 각이 어떤 것이라도, 그 각은 발생된 감마선 빔(3)이 지지수단(2)상에 배치된 검사 대상물(1)의 적어도 일부분과 부딪히는 통로는 형성하는 것이다. 이에 관하여, 예를 들면 검사 대상물이 파이프 속에 흐르는 우유, 활송 장치를 통과하는 곡물, 또는 심지어 폭약에 대해 검사되는 커다란 수하물인 경우, 검사대상물 전체가 감마선 빔(3)에 의해 차단되는 것은 가능하지 않을 수 있다. 다른 환경에서, 전체 검사 대상물이 감마선 빔(3)을 차단하여, 검출이 수행될 수 있다. 겨냥 수단(5)은 감마선 빔을 시준하는 종래의 콜리메이터(collimator)일 수 있다.

예를 들면 폭약이나 마약에 대하여 수하물을 분석할 때, 수하물을 통하여 여러 각도에서 투과(감쇠)를 측정하고, 상기에서 설명된 바와 같이 공명 및 비-공명 투과를 뺄셈하기 전에, 검출기에 의해 분해될 수 있는 한 작게 대상물의 하위부피로부터 측정된 감쇠의 양 성분을 계산하는 것이 편리하다. 비공명 감쇠는 이들 하위 부피의 총 질량 밀도에 대한추 정을 제공한다. 공명 흡수는 이들 하위 부피 내의 질소 밀도의 추측을 제공한다. 하위부피의 총 질량 밀도, 및 이들 하위부피의 질소 밀도를 알아냄으로써, 폭약 또는 마약 검출의 가능성은 증가하는데, 왜냐하면 하위부피 내의 총 질량 밀도 및 질소 밀도 특성은 멜라닌 및 폴리우레탄 플라스틱과 같은 특정의 플라스틱과는 다르기 때문이다. 예를들면, 하위부피의 총 질량 밀도가 예를 들면 제곱 센티미터당 그램으로 약 1.2 내지 2.5이고 질소 밀도가 약 0.05 내지 0.9이면, 하위 부피내의 검출된 질소 물질은 폭약일 가능성이 매우 높다.

전술한 바와 같이, 검출기는 검사 대상물을 투과한 감마선의 양을 재고, 상기에서 논의된 계산후, 총 질소량 및 감마선 공급원 및 검출기 사이의 총 질량과 관련된 양 모두를 계산해낼 수가 있다. 충분히 많은수의 각에서(검사 대상물에 대한 감마선 빔) 이들 측정을 수행함으로써, 공지된 단층 X선 사진법 알고리즘을 사용하여 이들 소량 부피 내의 총 질량 및 총 질소 량을 계산하는 것이 가능하다. 그러므로, 부피당 질량(비공명 감쇠로부터) 및 부피당 질소량(공명 감쇠로부터)은 부정확하게 폭약이나 마약을 인식하는 가능성을 감소시키는데 유용하다. 이것이 질소의 유무만을 찾아내어 혼돈을 자주 일으키는 종래의 기술과는 상당한 다른데, 왜냐하면 몇몇 공지된 물질, 특히 폴리우레탄 플라스틱과 같은 플라스틱은 폭약과 비슷한 질소 밀도를 가지고 있기 때문이다. 폭약과 플라스틱 사이 및, 수하물 속에 들어 있을 수 있는 기타 물질의 신뢰성 있는(높은 검출 확률과 낮은 오경보율(false alarm rate)) 식별을 위해서는, 상기에서 설명한 두 질량 모두가 결정된다.

상기와 같이 여러가지 형태 및 검사 대상물을 효율적으로 검출하기 위하여, 감마선 빔을 여러 방향으로부터 조사하여야 하는데 다수개의 빔에 의해, 또는 검사 대상물을 감마선 내에서 회전시킴에 의해 또는 감마선 빔 자체를 검사 대상물 주위로 회전시킴에 의해 달성될 수 있다. 후자는, 예를 들면 양자 빔과 표적을 이동시킴에 의해 달성될 수 있고, 이들의 조합이 사용될 수 있다. 투과 측정이 행해지는 각(방향)의 수는 검사 대상물에 요구되는 공간 분해력에 따라서 결정된다. 여러 각(방향)에서 검사 대상물의 투과 감쇠율을 측정하고 뒤이어 그 결과를 공지된 방법으로 컴퓨터-보조 역투과(back projection)시킴으로써, 이들 다양한 감마선 빔들이 서로 교차하는 소량 부피로 인한 감쇠율이 계산될 수 있다. 그 결과는 감마선의 감쇠율이 공지된 소량 부피로 구성된 된 3 차원 매트릭스이다.

검사 대상물(1)속에 질소 화합물이 들어있을 때는 감마선이 상기한 공명각에 있을 때, 질소 화합물 내의 질소에 의해 공명 흡수된다. 검출기를, 공명 흡수각에 미치고, 통상 가깝게 인접한 각에 미치도록 배치시킴으로써, 및 충분한 공간 분해력의 검출기를 사용함으로써, 공명 및 비공명 흡수 투과율(또는 반대로 감쇠율) 모두가 검출기에 의해 검출될 수 있다.

계산수단(8), 예를 들면, 컴퓨터는 감마선 검출기 배열(7)의 출력을 수신하고, 이 계산 수단은 공명각 및 비공명 흡수 투과 각에서 검출기에 의해 수신된 감마선(6)의 양의 차이를 계산한다. 이들 별도의 각에서 검출된 감마선의 차이는 상기한 바와 같이 검사 대상물에 들어 있는 질소 화합물의 양과 관계가 있다.

검출기의 수 및 검출기의 배열은 검사되는 특정 대상물에 따라서 선택된다.

예를 들면, 10 - 100개 정도의 검출기의 편평 또는 거의 편평한(또는 활형으로) 배열이 수하물 검사에 사용될 수 있지만, 3 - 15 개의 검출기의 곡선형 배열이 단백 함량에 대한 유동 우유를 검사할 때 사용될 수 있다.

전술한 바와 같이 본 발명의 주요 특징은 투과한 감마선 빔의 각의 관점에서, 우수한 공간 분해력을 부여하는 검출기를 사용하는데 있다. 이 공간 분해력은 물론 공명 흡수가 일어나는 각을 공명 흡수가 일어나지 않는 각과 분해할 수 있어야 한다. 그렇지만, 매우 중요하게도 이는 공명 흡수에 적합한 감마선을 결정하기 위해, 종래 기술에서 요구되는 바와 같이 질소-로드된 검출기를 사용할 필요가 없다는 것을 의미한다. 질소-로드된 검출기는 매우 비효율적이고 종래 기술에서 계속적으로 문제거리였다. 본 발명에서, 넓은 범위의 검출기가 사용될 수 있다. 검출기의 위치가 비 공명각 및 공명각의 투과 사이의 공간적 각 차이뿐만 아니라, 폭약의 얇은 시트에 의해 대응되는 작은 각도 분해할 수 있도록 검출기가 배치되는 것이 필요할 뿐이다.

본 발명은 종래 기술과는 대조적으로 산란된 감마선을 측정하지 않는다는 점을 또한 알 수 있을 것이다. 이는 공명 감쇠율과 비공명 감쇠율을 구별할 수 있는 검출기를 요구하고, 이는 문제에 대한 매우 비실용적인 접근법이다. 투과된 감마선이 측정되는 본 발명에서는, 검사 대상물에 의한 공명 감쇠가, 검출기의 측정된 공명 더하기 비공명 강도를, 검출기와 설계에 의해서가 아닌 각 이동에 의해 공명 감쇠 없이 강도를 측정하는 검출기의 강도들과 비교함으로써 측정된다. 그렇지만, 일부 소수의 감쇠는 산란에 의한 것임을 이해할 것이다. 이는 많은 공명 흡수된 감마선이 표적에서의 역반응을 통해 약 1.75 MeV의 양자를 방출하는 것을 초래하기 때문이다. 그렇지만, 산란된 감마선은 본 발명의 일부분이 아니기 때문에 이는 선행기술과는 상당히 구별된다.

제1도가 본 발명의 장치 및 방법의 전체적인 배열을 간략하게 도시한 반면, 본 발명은 제2도의 예시에 의해 보다 이해될 수 있는데, 제2도는 본 발명을 수행하는데 바람직한 장치를 도시한다. 제1도의 부분과 유사한 장치의 부분은 유사한 도면 부호를 갖는다.

제2도에서 도시된 바와 같이, 제1도의 감마선 발생 수단(4)에서 발생된 감마선 빔(3)은 5 - 20 mA의 양자 또는 수소 음이온을 생성할 수 있는 수소 이온 공급 원(10)을 제공함으로써 달성된다. 이온 공급원(10)은 양자 또는 이온을 1.75 MeV로 가속화시켜 약 1.75 MeV의 양자 빔을 생성할 수 있는 고전압 전원(11)과 연결된다. 약 1.75MeV 양자 빔(12)은 요구되는 고 강도의 9.2 MeV의 감마선 빔을 발생시킬 수 있는 감마 선 생성 표적 물질(13), 예를 들면¹³C와 충돌한다.

약 9.2MeV의 요구되는 감마선 빔을 제공하기 위해, 양자 빔(12)이 높은 에너지 안정성을 갖고, 그러므로 고전압 전원(11)이 약 0.1 % 에너지 안정도 이내, 더욱 바람직하게는, 0.01 % 에너지 안정도 이내에서 양자를 가속시킬 수 있는 것이 필요하다. 그렇지 않으면, 필요한 감마선이 충분히 생성되지 않고, 검출 정확도가 악화될 것이다. 제1도의 겨냥 수단(5)에 대해 사용된 콜리메이터 대신, 콜리메이팅 슬릿(15)이 사용될 수 있다. 공명각 및 비공명각에서 투과된 9.2 MeV 감마선 플럭스를 측정하기 위하여, 두 쌍의 콜리메이터가 사용될 수 있거나 또는 공명각에 미치는 위치 감응성 검출기의 사용으로 데이터가 얻어질 수 있다. 또한, 편리하게는, 이온 공급원(10) 이 제2도에서 다이아그램적으로 도시된 바와 같이 가속 칼럼(17) 내에서 작동될 수 있고, 고전압 전원(11)이 양자 가속을 위해, 역시 제2도에서 다이아그램적으로 도시된 바와 같이 이 가속 칼럼과 함께 작동될 수 있다. 또한, 수소 음이온이 사용될 때는 전자 스트리퍼(electron stripper, 18)가 가속 칼럼 내에 제공되어야만 한다.

여러 가지 입자 가속기가 약 1.75 MeV 양자를 제공하는데 사용될 수 있지만, 소위 Tandem 가속기가 여러 이유로 훨씬 바람직하다. 이 장치 내에서, 이온 공급원(10)으로 부터 발생된 수소 음이온이 고전압 전원(11)의 양 전압에 의해 최종 에너지의 대략 반까지 가속된다. 이 점에서, 두 개의 전자가 전자 스트리퍼(18)에 의해 제거되고 동일한 전위가 이후 동일한 전압을 통해 다시 접지로 가속화되는 데 사용되어 요구되는 에너지를 생산한다. 이 접근법에서의 중요한 요소 중 하나는, 스트리퍼인데, 스트리핑 과정 중, 쿨롱 산란은 특별한 주의가 따르지 않는 한 양자가 허용 불가능한 확산도를 갖는 것을 유발한다.

본 발명에서는, 빔이 스트리핑 이전에 큰 확산도를 갖는 작은 지점에 포커싱된다. 스트리핑은 이후 이미 높은 빔 확산도에 무시가능할 정도로 기여한다. 스트리핑 직후, 양자 빔은 허용가능한 확산도를 갖는 거의 평행한 빔에 대해 포커싱된다. 그러한 Tandem 가속기는 이미 공지되었지만, 본 목적으로는 공지되어 있지 않다.

전술한 바와 같이 표적 물질(13)은 질소 화합물 내의¹⁴N에 의해 공명 흡수를 유발하는데에 요구되는 강도를 갖는 약 9.2 MeV의 감마선 빔을 생성해야만 한다. 이러한 표적 물질이 다수개 공지되어 있지만, 바람직하게는¹³C가 사용되는데, 왜냐하면 이는 상술된 고 에너지 양자 빔이 요구되는 확산도 내에서 정확한 에너지에서 표적을 조사하는 한, 요구되는 강도를 갖는 약 9.2 MeV의 매우 정확한 감마선 빔을 제공하기 때문이다.

투과한 빔(6)은 필요한 경우, 종래의 콜리메이터(20)와 같은 겨냥 장치에 의해 겨냥될 수 있고, 투과된 빔(6)은 이후 다수개의 감마선 검출기(21)를 갖는 감마선 검출기의 배열(7)을 조사할 수 있다. 감마선 검출기(21)(및 공지된 관련 전자제품)는 실질적으로 단지 9.2 MeV의 감마선에 대해서만 특이적 감응성을 갖는다.

특정 응용분야에 대해서, 하나 이상의 감마선 빔(3)이 사용될 수 있는데, 예를 들면 추가적인 빔(30, 31)이 사용될 수 있거나 또는 하나 이상의 각에서 하나의 감마선 빔이 사용된다. 이것은 질소 화합물이 슈트케이스 내의 얇은 시트 형태의 폭발물과 같이 얇은 형태인 경우 특히 유용하다. 예를들면, 3개의 감마 빔을 서로 다른 각도, 예를 들면 서로 직각으로 배열하면, 이들 빔 중 적어도 하나는 얇은 시트를 비스듬히 조사함으로써, 검출을 위한 교차 영역을 증가시키고, 한 개의 검출에 대해 사용된 세 개의 빔을 사용하여 검출의 정확도가 매우 상당히 증가되고 상술한 바와 같은 선행 기술에서의 문제점을 회피한다. 각각의 부가적인 빔, 예를 들면 빔(30, 31)은 빔(3)에서와 동일한 방법으로 발생되고 상술한 바와 같이 검출된다. 하나 또는 그 이상의 빔을 통해 검사 대상물을 회전시킴으로써 유사한 장점이 얻어질 수 있다.

그러므로, 검사 대상물이 충분한 양의 폭발성 질소 화합물을 함유하고 검사 대상물이 용기, 예를들면 여행가방 내에 있고, 지지 수단이 여행 가방에 대해 이동가능한(병진 및/또는 회전) 콘베이어일 때, 서로에 대해 각각 다른 방향으로 배치된 다수 개의 감마선 빔은 얇은 시트상의 폭발물일지라도 검출할 수 있다. 그렇지만, 다수 개의 감마선 빔을 사용하면, 다양한 빔 사이의 각도가 얇은 판상의 폭발성 질소화합물이 검출기에 의해 검출될 수 있기에 충분해야하는 것이 중요하다. 적절한 각을 가지고, 1/8인치 미만의 얇은 시트상의 폭발물이 검출될 수 있고, 특히 빔 사이의 각이 서로에 대해 약 90°일 때이다.

한편, 검사 대상물이 예를 들면 곡물이나 유제품일 경우에는 지지 수단은 곡물 또는 유제품을 지지하도록 만들어지는데, 예를 들면 활송 장치 또는 파이프 또는 유사물이며, 지지 수단은 이동가능하거나 또는 검사 대상물이 곡물 또는 유제품을 이동시키기 위한 지지 수단 상에서 이동가능한데, 예를 들면 곡물 또는 우유를 펌핑하기 위한 펌프에 대한 중력 활송 장치가 그것이다.

그렇지만 각 경우, 검출기는 검사 대상물의 크기, 위치 및 두께를 결정할수 있도록 배열될 수 있다. 상기의 첫 번째 예에서, 검출기의 배열은 여행 가방내의 폭발성 질소 화합물의 크기, 위치, 두께를 재도록 위치시키고, 두번째 예에서, 검출기는 우유나 곡물 내의 단백질의 양을 측정하도록 배열된다.

제3도에서 도시된 바와 같이, 검사 대상물(1)(수하물)이 검출기 배열(7) 및 원추형 빔(26) 사이에 있다. 양자 빔(12)은 표적(27)과 충돌한다.

각 α가 80.66° ±0.5°일 때, 공명 흡수가 가능하다. 콜리메이터는 각도를 80.66°플러스 마이너스 몇 도로 제한할 수 있다. 물론, 일반적으로, 빔(26)의 단지 일부분만이 검출 목적으로 유용하고, 그러므로 검출기 배열(7)이 그 유용한 부분에 미칠 필요만 있을 뿐이다. 그렇지만, 활형의 검출기는 감마선이 검사 대상물을 투과하고 공명 흡수되는 모든 각을 포함하여야 한다. 이에 관해서, 위치 감응성 검출기의 사각 배열이 사용될 수 있다.

상술한 기재로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 중요한 특징은 질소 화합물의 검출에 사용되는 특정 검출기, 및 검출기의 배열이다. 상기에서 언급된 종래 기술에 반하여, 본 검출기는 질소가-풍부한 검출기가 아니고 9.2 MeV감마선을 직접 검출할 수 있는 검출기이다. 이 검출기들은 공명각에서의 9.2 MeV의 감마선을 비 공명각에서의 그러한 감마선과 구별하는 공간 분해력을 가질 수 있어야 한다. 이러한 관점에서 적절한 검출기는 특수하게 성형된 비스무스 게르마늄 옥사이드(BGD), 소듐 아이오다이드(NI), 와이어 챔버(wire chamber) 등이다 (검출기 및 그의 작동에 대한 논의를 위해, Rogers, Joel, IEEE Transactions on Nuclear Science, NS - 39, PP. 1063 - 1068(1992)을 참조하고, 이 문헌은 참고문헌으로서 합체되어 있다).

Claims (32)

1. (1) 질소 화합물을 함유하는 검사 대상물을 지지하는 지지 수단; (2) 상기 지지 수단의 한쪽에 설치되어 있으며 질소 화합물내의¹⁴N에 의하여 공명흡수를 측정할 수 있을 만큼 충분한 강도를 가진 9.2 MeV의 감마선을 발생시키는 최소한 하나의 감마선 빔 수단; (3) 미리 정해진 각에서 감마선 빔을 지지 수단으로 겨냥하여, 감마선 빔이 지지수단에 있는 검사 대상물의 적어도 일부와 만나는 통로를 형성하기 위한 겨냥 수단; (4) 지지수단의 반대쪽에 배치되고 검사 대상물을 투과한 9.2 MeV 감마선을 공명각과 비공명각에서 검출하기 위한 감마선 검출기의 배열; 및 (5) 공명각 및 비공명각에서 상기 감마선 검출기에 의하여 검출된, 대상물 내의 질소 화합물의 양과 관계가 있는 투과된 감마선의 양의 차이를 계산하기 위해 계산 수단을 포함하는, 질소 화합물을 함유하는 검사 대상물 속의 질소의 양을 측정하는 장치.
2. 제1항에 있어서, 9.2 MeV의 감마선 빔은 양자 빔 발생 수단에 의해 발생된 1.75 MeV의 양자를, 고강도로 9.2MeV 감마선 빔을 방출할 수 있는 표적 물질에 충돌시킴으로써 생성되는 장치.
3. 제2항에 있어서, 표적으로부터 방출된 감마선이 80.66° ± 0.5°의 공명 흡수각에서 감마선을 포함하는 장치.
4. 제1항에 있어서, 감마선 검출기 배열은 공명 흡수각 및 비공명 흡수각에 미치는 장치.
5. 제3항에 있어서, 감마선 검출기가 공명 흡수 투과와 비공명 흡수 투과를 분해할 수 있도록 배열됨으로써 80.66° ± 0.5°공명 흡수각 바깥쪽 검출기가 실질적으로 공명 흡수각이 없는 비공명 흡수각을 측정하는 장치.
6. 제5항에 있어서, 비공명 감쇠 및 공명 감쇠의 차이가 검사 대상물의 질소 함량에 따라 달라지는 장치.
7. 제1항에 있어서, 겨냥 수단이 콜리메이팅 슬릿(collimating slits)을 포함하는 장치.
8. 제2항에 있어서, 표적 물질이¹³C 인 장치.
9. 제1항에 있어서, 검사 대상물이 폭발을 일으키기에 충분한 양의 폭발성 질소 화합물을 함유하고 이 검사 대상물이 질소 화합물용 용기 내에 있으며, 상기 지지 수단이 상기 용기를 지지하도록 배열된 장치.
10. 제9항에 있어서, 지지 수단이 용기를 지지, 이동 및/또는 회전시키는 이동 가능한 콘베이어인 장치.
11. 제10항에 있어서, 다수개의 감마선 빔이 서로에 대하여, 검출기가 얇은 시트의 폭발성 질소 화합물을 충분히 검출할 수 있는 각도로 배열되어 있는 장치.
12. 제11항에 있어서, 각도가 1/8인치 미만의 상기 얇은 시트를 충분히 검출할 수도 있을 정도인 장치.
13. 제1항에 있어서, 단지 하나의 감마선 빔을 제공하여 검사 대상물을 상기 빔을 통하여 회전시키는 장치.
14. 제9항에 있어서, 감마선 검출기가 용기 내 폭발성 질소 화합물의 크기, 위치 또는 두께를 결정할 수 있도록 배열된 장치.
15. 제1항에 있어서, 검사 대상물이 곡물 또는 유제품이고 상기 지지 수단이 상기 곡물 또는 유제품을 지지할수 있도록 만들어진 장치.
16. (1) 상기 검사 대상물을 지지하는 지지 수단을 제공하는 단계; (2) 9.2 MeV 감마선을 갖는 최소한 하나의 감마선 빔을 질소 화합물내¹⁴N에 의한 공명 흡수를 측정할 수 있을 정도의 강도로 생성시키는 단계; (3) 최소한 하나의 감마선 빔이 지지 수단 상에 배치된 상기 검사 대상물 중의 최소한 일부분과 부딪치는 경로를 형성하도록 미리 결정된 각도에서 최소한 하나의 감마선 빔을 지지 수단에 겨냥하는 단계; (4) 검사 대상물을 투과한 감마선 빔이 공명 및 비공명 각도에서 검출기와 충돌할 수 있도록 최소한 하나의 감마선 빔이 조사되는 쪽 지지 수단의 한편에 다수개의 9.2 MeV 감마선 검출기를 배열시키는 단계 ; (5) 공명각 및 비공명각에서 검출기에 의해 검출된, 상기 검사 대상물의 질소 화합물 양과 관련된 투과 감마선 양의 차를 계산하는 단계를 포함하는, 질소 화합물을 함유하는 검사 대상물내 질소의 양을 결정하는 방법.
17. 제16항에 있어서, 9.2 MeV 감마선 빔을 고강도로 발생시킬 수 있는 감마선 생성 표적 물질상에 1.75 MeV양자 빔을 충돌시키는 방법.
18. 제17항에 있어서, 표적으로부터 방출된 감마선이 80.66° ± 0.5°의 공명 흡수 각의 감마선을 포함하는 방법.
19. 제16항에 있어서, 검출기 배열이 공명 흡수각 및 비공명 흡수각에 미치는 방법.
20. 제18항에 있어서, 검출기를 공명 흡수 투과가 비공명 흡수 투과를 분해할 수 있도록 배열함으로써 80.66° ± 0.5°의 공명 흡수각을 갖는 외부 검출기가 실질적으로 공명 흡수 투과가 없는 비공명 흡수 투과를 측정하는 방법.
21. 제20항에 있어서, 비공명 감쇠 및 공명 감쇠의 차가 검사 대상물의 질소 함량에 따라 달라지는 방법.
22. 제16항에 있어서, 최소한 하나의 감마선 빔이 콜리메이팅 슬릿을 통과시켜 겨냥되는 방법.
23. 제17항에 있어서, 상기 표적 물질이¹³C인 방법.
24. 제16항에 있어서, 검사 대상물이 폭발을 일으키기에 충분한 양의 폭발성 질소 화합물을 함유하고 이 검사 대상물이 질소 화합물용 용기내에 있으며 상기 빔이 용기의 일부를 최소한 부분적으로 통과하는 경로로 조사되는 방법.
25. 제24항에 있어서, 지지 수단이 콘베이어이고 용기가 콘베이어를 따라 상기 빔을 통과해서 움직이는 방법.
26. 제25항에 있어서, 용기내 얇은 시트상의 폭발성 질소 화합물을 상기 검출기가 검출할 수 있도록 충분한 각도에서 다수개의 감마선 빔이 서로 배치되는 방법.
27. 제25항에 있어서, 용기가 상기 빔을 통과하면서 회전되는 방법.
28. 제23항에 있어서, 용기내 폭발성 질소 화합물의 크기, 위치 또는 두께를 측정할 수 있도록 검출기를 배열하는 방법.
29. 제16항에 있어서, 검사 대상물이 곡물 또는 유제품이고, 상기 빔이 곡물 또는 유제품의 일부를 최소한 부분적으로 통과하는 경로로 조사되는 방법.
30. 제24항에 있어서, 상기 빔이 용기 주위로 회전되는 방법.
31. 제30항에 있어서, 검출기가 용기 주위로 회전되는 방법.
32. 제24항에 있어서, 용기가 상기 빔에 대하여 다수의 다른 방향에서 여러 번 상기 빔을 통과하는 방법.