KR102348360B1

KR102348360B1 - 항구에서의 화물 컨테이너들의 효율적인 프로세싱 및 스캐닝을 위한 검사 스캐너들의 통합

Info

Publication number: KR102348360B1
Application number: KR1020197001055A
Authority: KR
Inventors: 브라이언 갤러거; 마이클 제임스 소송; 마크 살투스; 로버트 왈렌
Original assignee: 디시젼 사이언시스 인터내셔날 코퍼레이션
Priority date: 2016-06-13
Filing date: 2017-06-13
Publication date: 2022-01-10
Also published as: SA521430150B1; PH12018502642A1; IL263671A; CA3027543C; AU2017283553A1; IL263671B; EP3469342A4; KR20190017962A; EP3469342A1; CN109564174A; CA3027543A1; EP3469342B1; WO2017218599A1; PH12018502642B1; SG11201811123PA; US10416341B2; ES2880930T3; AU2017283553B2; SA518400644B1; CN109564174B

Abstract

무역의 흐름을 방해하지 않고 현대의 고도로 자동화된 항구를 통과하는 컨테이너들의 스캐닝을 가능하게 하는 선적 컨테이너 스캐닝 시스템들의 배치 및 동작에 대한 방법들 및 시스템들이 개시된다. 컨테이너 체류 시간이 이미 가장 긴 스캐너들을 로케이팅하는 것 및 병렬로 그러나 별도의 스캐닝 제어 하에 몇몇 개까지의 컨테이너들을 스캐닝하도록 스캐너들을 구성하는 것은 스캐닝과 연관된 임의의 지연을 최소화시킨다. 자동화된 물류 항구 시스템들과 스캐닝 시스템들을 동작상으로 통합시키는 것은 매끄러운 지연-없는 동작을 보장한다. 위협 재료 또는 밀수품의 존재 또는 부재의 이미지들 및 평가들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 스캐닝 결과들이 항구에 인접하지만 항구로부터 분리된 정부 세관 및/또는 보안 시설에만 송신하도록 정보의 흐름을 제어하는 것은, 항구 운영자들이 컨테이너 스루풋을 늦출 수 있는 활동들에 개입하지 못하게 보호한다.

Description

항구에서의 화물 컨테이너들의 효율적인 프로세싱 및 스캐닝을 위한 검사 스캐너들의 통합

관련 출원들에 대한 교차 참조

이 특허 문서는 2016년 6월 13일에 출원된 미국 가특허 출원 번호 62/349,647의 이익을 청구하며, 이를 우선권 주장한다. 전술된 특허 출원의 전체 내용은 이 출원의 개시내용의 일부로서 참조로 포함된다.

기술 분야

이 특허 문서는 보안 및 포털 모니터링 또는 다른 응용예들을 위한 물체들, 화물들, 차량들, 컨테이너들 및 다른 것들의 검사에 관한 것이다.

대형 선박들 또는 선박들에 의한 컨테이너 화물들을 경유하는 선적은 무역 및 다른 목적으로 상품들의 흐름의 주요한 부분을 구성한다. 항구들에 있는 컨테이너 터미널들(container terminals)은 컨테이너들의 선박 수송과 지상 수송 사이의 인터페이스를 제공하고, 항구에서의 입항 및 출항 컨테이너들을 효율적으로 그리고 신속히 핸들링하는 것이 필수적이다. 현대의 컨테이너 터미널들은, 예를 들어, 선박으로부터 컨테이너들을 내리기 위한 또는 컨테이너들을 선박으로 올리기 위한 선박 동작들, 야드 내의 컨테이너들의 저장 또는 검색을 수반하는 선박 야드 동작들, 및 트럭 또는 기차와 같은 지상 수송수단들과 연관된 컨테이너들을 핸들링하고 관리하는 것을 수반하는 내륙지역 동작들 및 다른 동작들을 포함하는, 컨테이너 터미널 동작들 또는 프로세스들과 관련된 컨테이너들을 핸들링하기 위한 다양한 머신들 및 차량들을 사용한다.

항구에 있는 입항 컨테이너들의 검사는 안전 및 보안을 위한 그리고 상품들의 선적 시 정부 규제들에 따르기 위한 중요한 프로세스이다. 그러나, 이러한 검사는 지상 수송수단에 의한 분배를 위해 입항 컨테이너들을 핸들링할 시에 원치 않는 지연들을 야기할 수 있다.

이 특허 문서는 컨테이너들을 지상 수송 수단에 의한 분배로 넘기기 이전에 야드 스택들 내의 컨테이너들을 프로세싱하기 위한 핸들링 프로세스의 일부로서 컨테이너 스캐닝 메커니즘을 통합하기 위한 시스템들, 디바이스들 및 방법들에 관한 기술을 개시한다.

배치되는 스캐닝 시스템들은 시스템 및 시스템 설치 비용을 최소화시키는 동시에, 선박으로부터 하적하여 항구의 정문을 통해 트럭 또는 기차로 나가는 것으로부터, 항구를 통한 방해받지 않는 컨테이너 스루풋을 가능하게 하는 다양한 구성들로 구현될 수 있다. 싱가포르, 로테르담 또는 노퍽과 같은 큰 항구들은 분 당 수 개의 컨테이너의 평균 통행률을 나타내는, 연간 수백만 개의 컨테이너들(로테르담은 연간, 3.3백만 TEU(Twenty-foot Equivalent Units)를 핸들링한다) ― 및 피크 시간들에서 훨씬 더 높은 레이트를 핸들링한다. 이들은 동시에 다수의 컨테이너를 스캐닝할 수 있는 몇몇 시스템들을 요구할 수 있다. 더 작은 항구들은 운항 흐름을 지속하기 위해 더 적은 시스템들, 또는 더 작은 시스템들을 필요로 할 수 있다.

개시된 기술에 기초하는 배치 방법은, 자동화된 선박 크레인들이 대형 선박으로부터 컨테이너를 내리고 그것을 자동 경로안내 차량(automated guided vehicle)(AGV) 상에 놓은 이후, AGV가 그것을 야드 스택들에 쌓아올리기 위해 자동화된 야드 크레인들에 의해 계속되도록 놓아서, 트럭 또는 기차에 의한 픽업을 대기하는 지점에 스캐닝 시스템들을 배치한다. 쌓아올리기 위한 픽업으로부터 다음 픽업을 위해 되돌아가는 야드 크레인들의 환승 횟수들은 일반적으로 1분 내지 수 분 사이인데, 이는 스캐닝 시스템들의 통상적인 스캔 시간들을 수용한다.

개시된 기술을 구현할 시에, 컨테이너 터미널은 항구에 있는 선박으로부터 입항 컨테이너들을 프로세싱하는 것의 일부로서 컨테이너 스캐닝을 수행하도록 구성될 수 있고, 선박으로부터 컨테이너들을 내리도록 동작가능한 선박 크레인들을 포함하는 도킹 영역; 및 지정된 스태킹 위치들 내의 야드 스택들을 포함하는 스태킹 야드(stacking yard)를 포함한다. 각각의 야드 스택은 선박에 가장 가까운 제1 종단 및 선박으로부터 컨테이너들을 수용하기 위한 적어도 하나의 야드 크레인을 포함하고, 적어도 하나의 야드 크레인은 그룹 수송을 위해 컨테이너들을 보내기 위해 제1 종단 및 선박으로부터 가장 먼 제2 종단에 내려지는 컨테이너들을 핸들링하기 위한 것이다. 컨테이너 터미널은 야드 스택들에 분배되는 컨테이너 스캐너들을 포함한다. 각각의 컨테이너 스캐너는 선박에 가장 가까운 각각의 야드 스택의 제1 종단에 위치되고, 각각의 컨테이너 스캐너는 지상 선적을 위해 야드 스택의 또다른 부분에 스캐닝된 컨테이너들을 배치하기 이전에 야드 스택에 내려지는 각각의 컨테이너를 스캐닝하도록 구성되고, 각각의 컨테이너 스캐너는 컨테이너가 하나 이상의 수상한 구역 또는 물체를 포함하는지를 나타내는 스캐닝된 컨테이너에 대한 정보를 획득하도록 구성된다. 이 컨테이너 터미널에서, 신호 프로세싱 유닛은 컨테이너 스캐너들에 통신가능하게 커플링된다. 신호 프로세싱 유닛은 데이터 및 명령들을 저장하도록 구성되는 메모리, 및 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 여기서 명령들은, 실행될 때, 적어도 하나의 프로세서가 지상 선적을 위한 허가를 위해 각각의 스캐닝된 컨테이너에 대한 정보를 제공하도록 하고, 제공되는 정보는 식별 번호, 컨테이너 화물 목록, 및 스캐닝된 컨테이너가 하나 이상의 수상한 구역 또는 물체를 포함하는지를 나타내는 스캐닝의 정보를 포함한다.

개시된 기술을 구현할 시, 방법은 항구의 컨테이너 터미널에서 선박으로부터의 입항 컨테이너들을 프로세싱하는 것의 일부로서 컨테이너들을 스캐닝하기 위해 사용될 수 있다. 이 방법은 선박으로부터의 컨테이너들을 선박에 가장 가까운 야드 스택의 하나의 종단 상으로 내리는 것; 컨테이너 식별 번호 및 컨테이너 화물 목록을 포함하는 각각의 컨테이너에 대한 정보를 획득하는 것; 지상 선적을 위해 야드 스택에 컨테이너를 배치하기 이전에, 선박에 가장 가까운 야드 스택의 하나의 종단에 있는 컨테이너 스캐너를 동작시켜 컨테이너를 스캔하여 스캐닝된 컨테이너에 대한 정보를 획득하여 컨테이너가 하나 이상의 수상한 구역 또는 물체를 포함하는지를 표시하는 것; 스캐닝을 완료할 시, 후속적인 지상 선적을 위한 저장을 위해 야드 스택에 또는 즉각적인 지상 선적을 위해 트럭 또는 기차 상으로 스캐닝된 컨테이너를 배치하는 것; 및 지상 수송을 위한 허가를 위해 스캐닝된 컨테이너의 정보를 제공하는 것을 포함할 수 있다. 제공된 정보는 컨테이너 식별 번호, 컨테이너 화물 목록, 및 스캐닝된 컨테이너가 하나 이상의 수상한 구역 또는 물체를 포함하는지를 나타내는 스캐닝의 정보를 포함한다.

개시된 기술을 구현할 시, 방법은 항구를 통해, 선박으로부터 지상으로 또는 환적의 경우 선박 상으로 빠져나가는 컨테이너들의 흐름을 늦추지 않고 위협 재료 또는 밀수 재료에 대해 항구를 환승하는 선적 컨테이너들의 스캐닝을 가능하게 하기 위해 사용될 수 있다. 이 방법은, 예를 들어, 선박으로부터 적어도 하나의 스캐닝 시스템으로 자동 경로안내 차량(AGV) 상에 도착하는 컨테이너를 실어나르는 것 ― 적어도 하나의 스캐닝 시스템은 부두에 가장 가까운 컨테이너들의 야드 스택의 종단에 위치됨 ― ; 컨테이너 식별, 및 이용가능한 경우, 컨테이너 화물 목록을 수신하는 것; 컨테이너를 스캐닝하여 위협 재료 또는 밀수 재료의 존재에 대해 컨테이너의 내용물을 분석하는 것; 통합된 데이터 패키지를 현장 밖의 세관 또는 보안 시설에 송신하는 것, 및 야드 크레인에 의한 픽업을 위해 스캐닝 시스템 밖으로 컨테이너를 실어나르는 것을 포함할 수 있다. 통합된 데이터 패키지는: (a) 컨테이너 식별, (b) 컨테이너 화물 목록, (c) 컨테이너의 내용물에 관련된 미가공 데이터 또는 컨테이너의 내용물의 프로세싱된 이미지들; (d) 잠재적인 위협 재료 또는 밀수 재료들의 존재에 관한 컨테이너의 내용물들의 평가, 또는 (e) 세관 또는 보안이 행동할 수 있는 클리어 신호(clear signal) 또는 경보 신호를 포함한다.

위의 특징들 및 그 구현예들은 도면들, 설명 및 청구항들에서 상세하게 기술된다.

도 1은 현대식 항구 내의 컨테이너 터미널의 일반적인 레이아웃의 예를 도시한다.
도 2는 개시된 기술에 기초하여 수송 흐름을 지연시키지 않고 모든 컨테이너를 스캐닝하도록 배치되는 스캐닝 시스템들이 구비된 컨테이너 항구 터미널의 예를 개략적으로 도시한다.
도 3a는 우주선에 의해 생성되는 뮤온들을 이용하여 물체의 이미지들을 획득하는 포털 모니터링 및 다른 검사 응용예들에 대한 뮤온 단층촬영 스캐너 시스템의 예를 예시한다.
도 3b는 우주선에 의해 생성되는 뮤온들을 이용하여 물체를 검출하는 뮤온 단층촬영 스캐너 시스템의 측면도를 예시한다.
도 4는 뮤온 단층촬영 스캐너 시스템의 상세한 투시도를 예시한다.
도 5는 일 실시예에 따라 우주선 대전 입자들 및 감마선들을 검출하도록 구성되는 드리프트 관 모듈의 일부의 단면도를 예시한다.
도 6 및 7은 우주선 시스템을 이용하여 1분 동안 1000cm2의 우라늄을 측정한 것의 통상적인 실험 범위 데이터 및 다중 쿨롱 산란(multiple coulomb scattering) 이론적 결과를 각자 예시한다.
도 8은 다양한 재료에 대한 이론적 에너지 손실율(dE/dx) 및 복사 길이(X)를 보여주는 표를 도시한다
도 9 및 10은 대안적인 실시예들에 따른 차량들 및 컨테이너들 내의 화물을 모니터링하도록 적응되고 배열되는 포털 모니터링 시스템들을 예시한다.
도 11, 12 및 13은 종래의 지식 및 알려진 참조 배경 이미지의 차감에 기초한 뮤온 단층촬영 기법들을 예시한다.
도 14a, 14b, 15a, 15b, 16a-16c, 17　및 18은 종래의 지식 및 알려진 참조 배경 이미지의 차감에 기초한 뮤온 단층촬영 기법들의 추가적인 예들을 예시한다.
도 19는 대전 입자들에 대한 정지 전력 대 대전 입자 입사 에너지의 예를 도시한다.
도 20은 재료들에서의 에너지 손실 측정 및 측정된 손실이 관심 있는 볼륨 내의 재료들의 특징들을 어떻게 조사하는지에 대한 예시적인 예를 도시한다.
도 21은 투과된 대전 입자들 및 갇힌 대전 입자들 모두에서 측정되는 정보에 기초한 도 3a의 시스템의 동작을 도시한다.
도 22는 본원에 기술되는 일부 실시예들에 따라 우주선 입자들에 노출되는 관심 있는 볼륨(VOI)의 재료를 식별하는 프로세스를 예시하는 플로우차트를 제시한다.

개시된 기술은 컨테이너 스루풋, 및 따라서 무역의 흐름을 늦추지 않고 항구를 경유하는 컨테이너들의 스캐닝을 가능하게 하는 방식으로, 기존의, 자동화된 컨테이너 항구 내에 컨테이너 스캐닝 시스템들 또는 모듈들 및 결과적인 정보의 흐름을 통합시키기 위해 사용될 수 있다. 구현예들에서, 이러한 통합은 기존의 항구 인프라구조에 대한 작은 또는 최소의 수정들을 가지고 그리고 합리적으로 낮은 비용으로 컨테이너 프로세싱 프로세스 내에 컨테이너 스캐닝 시스템들을 배치하도록 구성될 수 있다.

도 1은 특히, (1) 선박으로부터 컨테이너들을 내리거나 또는 선박 상으로 컨테이너들을 올리기 위한 선박 동작들을 핸들링하기 위한 선창 영역(quay area), (2) 컨테이너들의 저장 또는 검색을 수반하는 다양한 동작들에 대한 스태킹 야드, 및 (3) 트럭 또는 기차와 같은 지상 수송 수단들과 연관된 컨테이너들을 핸들링하고 관리하는 것을 수반하는 내륙지역 동작들 또는 다른 동작들을 수행하기 위한 내륙지역 구역을 포함하는, 현대식 항구 내의 컨테이너 터미널의 일반적인 레이아웃의 예를 도시한다.

도 1에서의 예시적인 컨테이너 터미널은 자동화된 컨테이너 선적 항구로서 설계될 수 있다. 부두에 있는 대형 선박 또는 화물 선박은 항구에 내려져서 분배될 입항 컨테이너들을 운송한다. 자동화된 선박 크레인들 또는 선창 크레인들(quay cranes)이 사용되어 컨테이너들을 배에서 들어올린다. 컨테이너 식별(ID) 시스템이 사용되어 각각의 컨테이너로부터 컨테이너 ID 번호를 판독할 수 있다. 예를 들어, 광학 리더기가 사용되어 컨테이너의 ID를 자동으로 판독할 수 있고, 이 ID는 항구를 통한 그것의 경유인 컨테이너 스루풋을 태그하기 위해 사용된다. 추가적인 프로세싱을 위해 선창 영역 내의 화물 선박으로부터 스태킹 야드로 내려지는 컨테이너들을 수송하기 위해, 다양한 자동화된 차량들이 사용되어 컨테이너들을 스태킹 야드들 내의 원하는 위치들로 이동시킬 수 있으며, 그 영역들은 추가적인 프로세싱을 위해 컨테이너들을 보유하기 위한 야드 스택들로서 지정된다. 이러한 차량들의 예들은 야드 트럭(YT)들, 스트래들 캐리어(SC)들, 또는 자동 경로안내 차량(AGV)들을 포함한다. AGV는 자동화된 차량이고, 적절한 내비게이션 메커니즘들을 사용함으로써 선창 영역 및 스태킹 야드 내에서 다니도록 안내받는다. 동작 시, AGV는 그 자체가 선박 크레인 아래에 위치하여 선박 크레인으로부터 컨테이너를 수용하고 그것을 특정 야드 스택 내의 원하는 위치에 전달할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 스태킹 야드는 추가로 프로세싱되도록 행으로 적재되는 컨테이너들을 유지하거나 저장하도록 설계된다. 각각의 컨테이너 행은 지정된 위치에 있고, 각각이 컨테이너 행을 따라 움직여서 컨테이너를 그 행 내의 지정된 위치에서 픽업하거나 내려놓도록 동작가능한 하나 이상의 야드 크레인이 구비된다. 컨테이너 ID들에 대한 정보 및 다른 컨테이너 정보, 및 컨테이너 행들의 위치에 및 각각의 행 내의 위치들에 대한 정보는 컨테이너 터미널의 자동화의 일부로서 사용되고, 따라서 선박 크레인들, AGV들 및 야드 크레인들은 자율적으로 동작할 수 있다. 일단 AGV가 선박 크레인으로부터 컨테이너를 수용하면, 그것은 컨테이너 정보에 기초하여 컨테이너를 선택된 행에 대해 야드 크레인으로 수송한다. 야드 크레인은 그 다음으로 AGV로부터 컨테이너를 제거하고 그것을 행으로 놓는다. 각각의 행 내의 컨테이너들은 한 줄로 놓이고 쌓인다. 일단 로드 트럭이 수송을 위해 컨테이너를 픽업하기 위해 할당되면, 야드 스택 상의 야드 크레인은 컨테이너를 픽업하여 그것을 트럭 상에 싣는데, 이는 이후 항구의 출입구로 진행한다. 전체 동작은, 트럭들의 운전사들에 대해서를 제외하고는, 최소의 현장 인력 존재를 가지고, 하나 이상의 컴퓨터에 의해 제어된다.

표준 컨테이너 크기들은 8 피트 폭 x 8 또는 9.5 피트 높이 및 20 또는 40 피트 길이이다. 일부 항구들에서, 컨테이너 흐름 용량에 따라, 각각의 야드 스택은 5 및 10개의 평행한 행들 사이에서 형성될 수 있고; 행들은 예를 들어, 4 또는 5개 컨테이너 높이로 적재될 수 있다. 일부 경우들에서, 스택의 각각의 행은 대략 25 내지 50개 컨테이너를 포함할 수 있고, 따라서, 각각의 야드 스택은 수백 내지 아마 2천 TEU까지 컨테이너들을 보유할 수 있다.

통상적으로, 각각의 AVG는 한번에 단일의 컨테이너를 핸들링하고, 유사하게 각각의 야드 크레인은 한번에 단일 컨테이너를 핸들링한다. 스택 내의 각각의 행은 부두에 가장 가까운 선창 종단을 가지고, 여기서, AGV가 야드 크레인에 의해 그 행 내에 페이싱되도록(paced) 컨테이너를 내려놓는다. AGV들은 컨테이너들을 수송하기 위해 선박 크레인들과 야드 크레인들 사이에서 이동한다. 야드 크레인이 스택 내에 배치될 AGV로부터 컨테이너를 수용할 때, 야드 크레인은 컨테이너를 들어올리고, 야드 스택을 따르는 자동으로 특정된 위치로 이동하고, 컨테이너를 자동으로 특정된 행 내에 놓는다. 다음으로, 야드 크레인은 다음 컨테이너에 대한 스택의 픽업 종단(부두에 가장 가까운 종단)으로 되돌아간다.

스택 내의 컨테이너들은 트럭 또는 기차와 같은 지상 수송수단을 통해 보내지도록 추가로 프로세싱될 수 있다. 야드 크레인은 트럭에 의해 보내지도록 식별되는 행 내의 컨테이너를 픽업하고, 그것을 지상 수송을 위한 인계점에 두도록 동작될 수 있다. 예를 들어, 트럭은 행 내의 인계점에서 컨테이너를 수용할 수 있고, 이후 검사 및 컨테이너 터미널의 출구로 간다.

위의 컨테이너 핸들링 프로세스는 선박으로부터의 입항 컨테이너들에 대한 것이다. 선박들에 의해 내보내질 출항 컨테이너들의 핸딩(handing)은 유사한 단계들을 역순으로 따르는데: 지상으로부터의 컨테이너들은 스택 내의 행들의 인계점들에 내려지고 야드 크레인들은 이들을 스택 내의 지정된 위치들에 배치하고; 다음으로 야드 크레인들은 선적될 컨테이너들을 픽업하여 이들을 AGV들에 인계하는데, 이는 이들을 선박 상에 올려지도록 각자의 선박 크레인들에 수송한다.

입국 항구에 있는 입항 컨테이너들은 수용 관할 내의 적절한 당국에 의해 검사를 받는다. 예를 들어, 미국 관세 국경 보호청(CBP)은 미국에 대한 모든 입항 컨테이너들이 검사받을 것을 요구하는 반면, 출항 컨테이너들은 선택 기반으로, 예를 들어, 특정한 고-위험성 컨테이너들에 대해서만 검사받는다. 대부분의 컨테이너 터미널들에서, 컨테이너 검사는 스택의 행들로부터 분리된 지정된 검사 위치에 배치되는 검사 스캐닝 스테이션을 요구한다. 이러한 검사 스캐닝 스테이션은 하나 이상의 스캐닝 메커니즘, 예를 들어, X-레이 스캐너를 사용하여 컨테이너를 운송하는 트럭을 스캔하여 그것이 지상 선적을 위해 허가받을 수 있는지를 결정한다. 이 배열 하에서, 검사 프로세스는 선창 영역 및 스태킹 야드에서의 입항 컨테이너 프로세싱에 대한 추가적인 프로세스이며, 따라서 컨테이너들이 컨테이너 터미널을 벗어날 시의 추가 지연들을 더한다.

개시된 기술은 물리적으로 컨테이너 스캐닝 시스템들 또는 모듈들을 기존의 야드 스택 인프라구조 내로 물리적으로 통합하고, 루틴 컨테이너 스캐닝을 위한 추가적인 시간을 요구하지 않고 그리고 컨테이너 스루풋을 늦추지 않고 컨테이너 스캐닝 검사를 야드 크레인 동작 런 타임으로 동작상으로 통합하기 위해 사용될 수 있다. 특히, AGV들 및 야드 크레인들은 안전을 위해 천천히 움직이도록 동작되는 경향이 있다. 일부 터미널들에서, 평균 야드 크레인 왕복 시간은 통상적으로 약 4분일 수 있는데, 이는 AGV들에 대한 평균 왕복 시간보다 더 길다. 야드 크레인이 한번에 하나의 컨테이너를 핸들링하지만, 야드 스택 내에 행들이 존재하는 것만큼 많은 AGV들을 수용할 수 있기 때문에, 야드 크레인의 동작은 항구를 통한 컨테이너 환승에 있어서 속도-제한적 단계(rate-limiting step)일 수 있다. 개시된 기술은 AGV들로부터의 2개의 후속적인 입항 컨테이너를 싣는 것 사이의 야드 크레인 동작 런 타임을 이용하여 야드 스택 내의 컨테이너 스캐닝 검사를 수행하여 효율적인 컨테이너 검사 스캐닝을 제공한다.

도 2는 개시된 기술에 기초하여 트래픽 흐름을 지연시키지 않고 모든 컨테이너를 스캐닝하도록 배치되는 스캐닝 시스템들이 구비된 항구 내의 컨테이너 터미널의 예를 개략적으로 도시한다. 도 2는 도 1에서의 컨테이너 터미널의 일반적인 레이아웃에 기초하여, 선창 영역 내의 하나 이상의 대형 선박(200) 및 선박 크레인들(201), 스태킹 이어 영역 내의 AGV들(202), 야드 크레인들(203) 및 야드 스택들(204), 및 이들의 목적지들로의 입항 컨테이너들의 지상 수송수단을 위한 컨테이너들을 수용하는 트럭들(205)을 보여주는 컨테이너 터미널의 레이아웃을 예시한다. 도 2에서의 특정 예에서, 컨테이너 스캐너들(208)("MMPDS"로서 라벨링됨)은 야드 스택들의 일부로서 내장되어 검사를 위한 하나 이상의 별도의 컨테이너 스캐닝 스테이션을 필요로 하지 않고 그리고 컨테이너 스캐닝 검사를 위해 지정된 추가적인 프로세싱 시간을 추가하지 않고, 컨테이너들의 루틴 프로세싱 동안 컨테이너 스캐닝을 제공한다. 각각의 컨테이너 스캐너(208)는 선창 영역에 가장 가까운 종단 상의 야드 스택의 종단 상에 위치된다. 예시된 예에서, 각각의 야드 스택은 1 내지 5로서 라벨링된 5개의 열 컨테이너를 포함한다. 하나 이상의 컨테이너 스캐너(208)는 야드 스택 내에 통합될 수 있다. 최소치에서, 적어도 하나의 컨테이너 스캐너(208)가 야드 스택의 선창-종단에 배치되어 야드 크레인(203)의 런 타임 동안 컨테이너 스캐닝을 수행한다. 모든 컨테이너들은 먼저 야드 스택들의 선창-종단들에 내려지고, 이들이 야드 크레인(203)에 의해 픽업되어 야드 스택에 배치되거나 트럭(205)에 실리기 이전에 각각의 야드 스택 내의 하나 이상의 컨테이너 스캐너(208)에 의해 스캐닝된다. 스캐닝된 컨테이너들을 운송하는 트럭들은, 이러한 트럭들이 항구의 주요 출구(207)에 줄서 있을 때 206으로 표시된다.

일부 구현예들에서, 각각의 컨테이너 스캐너(208)는 AGV(202)로부터 컨테이너를 가져와서, 그것을 컨테이너 스캐너(208) 안으로 밀어넣고, 이후 그것을 야드 크레인(203)에 의한 픽업을 위해 컨테이너 스캐너(208)의 다른 종단 밖으로 밀어내는 컨테이너 셔틀 메커니즘을 포함할 수 있다. 이것은, AGV들의 현재 설계들 하에서, 무거운 테어 웨이트(tare weight)(예를 들어, 26 메트릭 톤)를 가지는 AGV가, 컨테이너 스캐너(208) 내의 그것의 존재가 평균 스캔 시간을 현저하게 증가시키는 한편, 또한 그 시간 동안 AGV를 순환 밖으로 빼내도록, 그렇게 매우 밀도 높은 금속을 포함하기 때문에 이루어진다. AGV들의 몇몇 제조자들은 여기서 교시되는 사용을 위해 적응될 수 있는 컨테이너 셔틀 시스템들을 또한 제조한다.

컨테이너 스캐너(208)는 특정 항구들의 동작상의 그리고 비용 요건들을 최상으로 만족시키도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 컨테이너 스캐너(208)는 각각의 야드 스택 내에 통합될 수 있다. 예를 들어, 야드 스택 내의 각각의 열은 자신의 고유한 컨테이너 스캐너(208)를 가질 수 있고, 따라서 도 2에 도시된 바와 같은 5개의 열을 가지는 각각의 야드 스택 내의 5개의 스캐너가 존재할 수 있다. 또다른 예를 들면, 각각의 야드 스택 내의 2개 이상의 열은 하나의 컨테이너 스캐너(208)를 공유할 수 있다. 최소한, 적어도 하나의 컨테이너 스캐너(208)가 야드 스택의 선창-종단에 배치되어 야드 크레인(203)의 런 타임 동안 컨테이너 스캐닝을 수행한다. 극도로 높은-스루풋의 항구에는, 흐름을 지속하기 위해, 각각의 야드 스택의 종단에서 평행한 다수의 컨테이너를 스캐닝할 수 있는 컨테이너 스캐닝 시스템들이 구비될 수 있다. 도 2에서, 예를 들어, 하나의 컨테이너 스캐너(208)는 한번에 병렬로 줄지은 5개의 컨테이너를 스캐닝하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 이러한 컨테이너 스캐너(208)는 컨테이너 스캐닝 시 뮤온들에 대한 소스로서 지구 표면 상의 우주선으로부터 자연스럽게 발생하는 뮤온들에 기초하여 스캐닝되는 볼륨의 위 및 아래의 평행 면들에 위치되는 뮤온 검출기들의 어레이들을 포함할 수 있다. 우주선들이 무작위의 하늘쪽 방향들로부터 도착하기 때문에, 어레이들은 검사 볼륨의 수평 표면적보다 더 큰 영역을 커버하여 검사 볼륨을 통과하는 입자들의 검출을 최대화한다. 예로서, 단일 스캔에서 개별 8 x 8 x 40 피트 컨테이너를 스캔하기 위해, 검출기 영역은, 볼륨 상에 입사하는 광선들의 충분히 큰 부분을 캡처하여 컨테이너를 효율적으로 스캔하기 위해, 수평 범위로 대략 18 x 60 피트이어야 한다. 이러한 평행한 스캐닝 동작들을 위한 큰 컨테이너 스캐너(208)는 컨테이너들 사이에 원하는 간극(예를 들어, 3 피트)을 가지고, 나란히 다수의 컨테이너 세트를 스캔할 수 있고; 검출기 영역은 이후 대략 50 또는 60 피트 폭 x 60 피트 길이이다.

동작 시, 자동화된 스캐닝 시스템은, 컨테이너 내용물들, 이미지 품질, 또는 검출 신뢰도 레벨 중 임의의 하나 이상에 따라, 별도의 제어 하에, 상이한 시간량들 동안 스캐너 내에 각각의 컨테이너를 남길 수 있다. 컨테이너는 피크 시간들에서 사용중인 컨테이너 프로세싱 동안 상당한 시간량에 대해 야드 크레인이 되돌아오는 것을 대기할 수 있다. 이 대기 시간은 이러한 컨테이너들의 보안 스캔을 수행하기 위해 이 특허 문서에서 개시되는 기술을 사용하기 위한 기회를 제공하고, 따라서, 컨테이너들의 100%가 항구의 컨테이너 수송 흐름을 지연시키지 않고 스캐닝될 수 있다. 일부 경우들에서, 일부 컨테이너들은 야드 크레인의 왕복 속도에 비례하여, 4분 이하 내에 디바이스를 통과하는 반면, 때때로 확장된 스캔을 요구하는 컨테이너가 스캐닝 시스템 내에 남아 있을 수 있다.

더 작은 야드 스택들 및 더 낮은 평균 및 피크 스루풋 요건들을 가지는 더 작은 항구들에는 병렬로 더 적은 컨테이너들: 아마도 표준 MMPDS에서와 같이, 심지어 단일 컨테이너들을 수용하는 더 작은 스캐닝 시스템들이 제공될 수 있다.

40피트보다 더 많은 20 피트 컨테이너들을 다루는 항구들을 포함하는, 더 작은 항구들에, 단일의 20 피트 컨테이너를 스캐닝하도록 설계되는 뮤온 단층촬영 스캐닝 시스템과 같은 더 작은 스캐너가 송달될 수 있다. 그것은 단지 40 피트 길이 x 18 피트 폭만 측정할 수 있다. 그것은 또한 화물 내용물의 단일의 재구성을 생성하는 2개의 스캔들로부터 조합된 데이터의 분석을 가지고 컨테이너의 절반의 2개 스캔들에서 40 피트 컨테이너들을 스캔하기 위해 사용될 수 있다. 이것은 더 낮은 스루풋의 항구들에 대한 저비용 구현예를 제공할 것이다. 이러한 절반-길이의 컨테이너들은 또한 스케일링되어 나란히 다수의 컨테이너를 스캔할 수 있다.

야드 스택들에서 컨테이너 스캐닝을 이용한 위에 개시된 컨테이너 터미널의 동작 시, 컨테이너 정보는 항구 및 인접하지만 별도의 세관/보안 시설에 의해 사용될 수 있다. 광학 리더기 또는 다른 자동화된 리더기는 선박 크레인 상에 탑재되어 그것이 선박으로부터 내려짐에 따라 컨테이너의 ID를 판독할 수 있다. ID는 송화인, 수신인, 및 내용물 정보를 가지는 전자 컨테이너 화물 목록과 함께 수집 분석될 수 있다(collate). 이 정보는 항구에 의해 사용되거나, 또는 항구에 의해 컨테이너 화물 목록과 함께 사용되어 선박으로부터 AGV 내지 야드 스택까지 그리고 그것을 픽업하는 트럭(또는 기차)까지의 그것의 이동을 통해 컨테이너를 추적한다. 컨테이너가 도 2에서의 스캐닝 시스템(208)에 도달하고 스캐닝이 완료될 때, 시스템은 ID, 및 임의로, 컨테이너 화물 목록에 스캐닝 결과를 첨부하여, 스캐닝 정보 패키지를 생성한다. 이 스캐닝 정보 패키지는 항구 시설 밖에 위치하는 세관 및 보안 시설에 배타적으로 송신되고, 이에 따라 항구가 세관 또는 보안 동작들에 개입하지 못하게 보호한다. 스캐닝 결과가 항구 자체에 대한 즉각적인 위협을 표시하는 희귀한 경우에서, 항구는 컨테이너가 움직이기 전에 보안에 의해 통지받을 수 있다.

전술된 바와 같이 컨테이너 항구들 내에 스캐닝 시스템들을 구현하는데 요구되는 물리적 인프라구조는 다양한 구성들일 수 있다. 물리적 인프라구조는 스캐닝 시스템들을 설치하고 파워링할 뿐만 아니라, 필요한 경우 환경 효과들로부터 이들을 보호하기 위해 요구되는 도심 및 전기 엔지니어링을 포함한다. 그것은 AGV로부터 스캐닝 시스템으로, 그리고 이후 야드 크레인에 의한 픽업을 위해 밖으로 컨테이너를 가져갈 자동화된 셔틀 디바이스들의 포함을 또한 포함한다. 전술된 바와 같이 컨테이너 항구들 내에 스캐닝 시스템들을 구현하는데 요구되는 컴퓨팅 및 통신 인프라구조는 발명에 포함되는 것으로서 취해진다. 그것은 스캐닝 시스템 내에, 현장 밖의 세관/보안 시설에, 그리고 필요한 경우, 항구의 운영 본부들에 위치되는 컴퓨터들을 포함한다. 그것은 항구 및 세관/보안 시스템들에 대한 스캐닝 시스템 및 인터페이스들을 제어하기 위해 컴퓨터들에서 동작하는 소프트웨어를 포함한다. 통신 인프라구조는 구현예에서, 그리고 항구 및 세관/보안 시스템들에 대한 인터페이스들에서 물리적 하드웨어와 컴퓨팅 하드웨어 사이의 모든 유선, 광학, 및 무선 접속들을 포함한다. 지금까지는, 화물 컨테이너들의 임의의 검사는 국가의 세관 및/또는 보안 서비스의 제어 하의 영역에서, 항구에 대한 출구 외부에서 수행되었다. 이는 가능한 효율적으로 상품들을 수송하기 위한 개인-섹터 항구의 책임과 세금을 걷고 위험한 디바이스들 및 재료들을 포함하는 밀수품을 배제시킬 정부의 책임 간의 분리를 인지한다. 무역의 흐름을 용이하게 하기 위해, 대부분의 컨테이너들은 오직 화물 목록의 조사에 의해서만 검사된다. 스캐닝 시스템들과 같은 기술적 수단을 통한 또는 수동 언패킹(unpacking) 및 검사를 통한, 추가적인 검사들은, 화물 목록 또는 다른 인공지능이 의혹을 야기하는 경우에만 수행된다.

책임들의 분리를 유지하고 밀수품을 수송하는 것에 대한 법적 책임을 회피하기 위해, 항구들은 화물 컨테이너 검사들로부터 초래되는 임의의 정보에 노출되는 것을 꺼린다. 이는 항구 지상(port ground)에 임의의 스캐닝 시스템을 로케이팅(locating)하는 것에 대한 역사적 저항의 부가적인 이유이다.

항구 스루풋을 늦추지 않고 그리고 항구를 법적 책임에 노출시키지 않고 모든 화물 컨테이너의 검사를 가능하게 하는 스캐닝 시스템 배치 및 동작 구성이 기술된다. 구성은 스루풋을 늦추지 않고 가장 큰 스캐닝 시간을 들일 수 있는(affording) 위치에서, 항구 내의 스캐닝 시스템들의 어레이를 배치한다. 구성은 또한 컨테이너 식별(ID) 정보에 링크되는, 항구 외부에 있는 세관 및 보안 엔티티들에 직접 스캐닝 결과를 라우팅시키고, 따라서 항구는 그 정보에 노출되지 않는다. 따라서, 구성은 추가적인 조사에 대한 필요성을, 수상한 컨테이너의 도착의 충분히 이전에, 세관 및 보안에 경보한다. 구성은 또한, 그것이 어떠한 지연도 없이 그것의 라우트 상에서 진행할 수 있음을, 허가받은 컨테이너의 도착의 충분히 이전에, 세관 및 보안에 통지한다.

위 컨테이너 터미널에 대해 적절한 하나의 컨테이너 스캐닝 기술은 뮤온 단층촬영 스캐너들이다. 후속하는 섹션들은 도 2에 도시된 바와 같은 컨테이너 터미널 내에 통합되는 컨테이너 스캐닝을 위한 이러한 스캐너들에 대한 기술적 정보이다. 핵 물질과 같은 높은 원자량을 가지는 재료들은 다양한 방법들에 의해 검출될 수 있다. 한 가지 두드러지는 기술은 고도로 투과성인 우주선에 의해 생성되는 뮤온들의 산란을 사용하여 인공 복사의 사용 없이 재료의 비-파괴 검사를 수행하는, 뮤온 단층촬영이다. 지구에는, 깊은 우주로부터 오는, 대부분이 양성자들인, 에너지 안정적인 입자들이 계속 쏟아진다. 이들 입자들은 수명이 더 긴 뮤온들의 생성을 붕괴시키는 수명이 짧은 피온(pion)들을 포함하는 입자들의 샤워들(showers)을 생성하기 위해 대기 상부 내의 원자들과 상호작용한다. 뮤온들은 핵 상호작용 없이 주로 쿨롱의 힘을 통해 재료와 상호작용한다. 뮤온들은 전자보다 훨씬 더 적게 에너지를 용이하게 복사하고, 전자기 상호작용을 통한 산란으로 인해 에너지를 유실한다. 결과적으로, 우주선에 의해 생성되는 뮤온들 중 다수가 고도로 투과성의 대전된 복사로서 지구 표면에 도달한다. 해수면에서의 뮤온 플럭스는 약 1 뮤온/cm²/분이다.

뮤온 단층촬영은 조사 입자들로서 우주선에 의해 생성되는 뮤온들을 이용하고, 검사 중인 타겟 물체를 투과하는 이러한 뮤온들의 산란을 측정한다. 뮤온이 타겟 물체의 재료를 통해 이동함에 따라, 원자-하위 입자들의 전하들의 쿨롱 산란은 그것의 궤적을 동요시킨다. 전체 편향은 몇몇 재료 특징들에 의존하지만, 우세한 효과는 핵의 원자 번호 Z이다. 궤적들은, 물, 플라스틱, 알루미늄 및 강철과 같은 더 평범한 물체들을 구성하는 재료들에 의해서보다는, (예를 들어, 납 및 텅스텐과 같은) 양호한 감마선 차폐를 수행하는 재료들에 의해 그리고 특수한 핵 물질(special nuclear material)(SNM), 즉, 우라늄 및 플루토늄에 의해 더 강하게 영향을 받는다. 각각의 뮤온은 그것이 통과한 물체들에 관한 정보를 반송하고, 다수의 뮤온의 산란의 측정들이 사용되어 이들 물체들의 특징들을 조사하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 높은 원자 번호(Z) 및 높은 밀도를 가지는 재료는 그 재료가 낮은-Z 및 중간-Z 재료 내에 위치될 때 검출되고 식별될 수 있다.

우주선에 의해 생성되는 뮤온들에 기초하는 뮤온 단층촬영 스캐너들은 인위적으로 증가될 수 없는 하늘로부터의 뮤온들의 자연적 밀도에 의존한다. 따라서, 하늘로부터의 인입 뮤온들의 이 제한 하에서, 뮤온 단층촬영 스캐너는, 물체가 최소의 시간 기간 동안 하늘로부터의 뮤온들의 자연적인 유입에 노출되도록 하여, 충분한 수의 뮤온이 투과하고 검사 중인 물체에 의해 산란되어 충분히 상세한 뮤온 단층촬영 이미지를 생성하여 물체의 식별 및/또는 주변 클러터(clutter)로부터의 판별을 가능하게 함을 보장한다. 이 동작은 이미징 스캐닝이라 지칭되며, 이러한 스캐닝의 듀레이션은 특정 품질의 뮤온 단층촬영 이미지들에 대해 요구되는 뮤온들에 대한 노출의 시간으로 지시된다. 긴 스캐닝 시간들은 더 짧은 스캐닝 시간들에서 획득되는 이미지들보다 더 상세한 이미지를 제공한다. 특정 검사 시스템들에서, 뮤온 단층촬영 스캐너의 이 양태는 검사의 스루풋과 검사의 신뢰성 사이의 절충을 부과한다. 차량들의 일부 작은 부분은 차폐의 의심 구성들, 복사 방출 재료들 또는 위협의 존재에 대한 의심들이 증가하는 다른 재료들을 포함할 것이다. 예로서, 차량들 중 90%가 수상한 구성들을 포함하지 않고 30초 내에서 허가될 수 있고, 차량들 중 10%가 허가를 위해 1분을 요구하는 수상한 구성들을 포함함에 따라, 평균 스루풋은 33초/스캔이다. 스캔들의 10%는 60초까지 계속되지만, 평균 스루풋은 무시가능하게 영향을 받는다.

이러한 뮤온 단층촬영 스캐너의 일 구현예는 차량 체크포인트에서 한번에 하나씩 차량을 검사하고, 각각의 차량은 높은 신뢰도 레벨을 가지고 핵 물질들(및/또는 차폐)을 긍정적으로 판별하고/그리고 식별하기 위해 충분히 상세한 이미지를 제공하기에 충분히 긴, 동일한 스캐닝 시간을 조건으로 한다. 이는 차량들의 대다수가 수상한 핵 물질들을 반송할 가능성이 적고 따라서 수상한 차폐 또는 핵 물질들을 운송할 수 있는 적은 차량들과 동일한 레벨의 정밀 조사를 거칠 필요가 없기 때문에, 차량 검사 스루풋을 불필요하게 낮출 수 있다. 이러한 검사 시스템은, 특히 높은 일상 트래픽을 가지는 체크포인트들에서, 바람직하지 않다.

뮤온 단층촬영 스캐너들은, 핵 물질들과 같은 특정 물체들 또는 재료들의 존재를 검출하고, 완전 조립된 핵무기들 내지 소량의 고도로 차폐된 핵 물질들까지를 범위로 할 수 있는 핵 위협 물체들에 대해 보안 체크 포인트들, 국경들 및 다른 위치들에서 검사 패키지들, 컨테이너들, 차량들, 배 또는 비행기를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 응용예들에서 이러한 물체들의 단층촬영 정보를 획득하기 위한 입자 검출 디바이스들이다.

예를 들어, 입자 검출 시스템은 검사될 물체(예컨대, 차량, 화물 컨테이너 또는 패키지)를 배치하기 위한 물체 고정 영역, 물체 고정 영역 쪽으로 인입 뮤온들의 위치들 및 방향들을 측정하기 위해 물체 고정 영역의 제1 측 상에 위치되는 위치-감지형 뮤온 검출기들의 제1 세트, 물체 고정 영역을 빠져나가는 출력 뮤온들의 위치들 및 방향들을 측정하기 위해 제1 측에 대해 반대에 있는 물체 고정 영역의 제2 측 상에 위치되는 위치-감지형 뮤온 검출기들의 제2 세트, 및 위치 감지형 뮤온 검출기들의 제1 세트로부터의 인입 뮤온들의 측정된 신호들 및 위치 감지형 뮤온 검출기들의 제2 세트로부터의 출력 뮤온들의 측정된 신호들의 데이터를 수용하기 위한, 예를 들어, 마이크로프로세서를 포함할 수 있는, 신호 프로세싱 유닛을 포함할 수 있다. 예로서, 입자 검출기들의 제1 및 제2 세트들 각각은 제1 방향으로의 적어도 3개의 대전 입자 위치 측정들 및 제1 방향과는 상이한 제2 방향으로의 적어도 3개의 대전 입자 위치 측정들을 허용하도록 배열되는 드리프트 관들을 포함하도록 구현될 수 있다. 신호 프로세싱 유닛은 뮤온들의 측정된 인입 및 출력 위치들 및 방향들에 기초하여 물체 고정 영역 내의 재료들에 의해 야기되는 뮤온들의 산란 행태들을 분석하여 물체 고정 영역 내의 단층촬영 프로파일 또는 산란 중심들의 공간적 분포를 획득하도록 구성된다. 획득된 단층촬영 프로파일 또는 산란 중심들의 공간적 분포는 핵 물질들 또는 디바이스들을 포함하는 높은 원자 번호들을 가지는 재료들과 같은 물체 고정 영역 내의 하나 이상의 물체의 존재 또는 부재를 드러내기 위해 사용될 수 있다. 각각의 위치-감지형 뮤온 검출기는, 뮤온들에 의해 이온화될 수 있는 기체로 채워진 드리프트 관들과 같은 드리프트 셀들을 사용하는 것을 포함하는, 다양한 구성들로 구현될 수 있다. 이러한 시스템이 사용되어 물체 고정 영역 내의 하나 이상의 물체를 검출하기 위해 자연적인 우주선에 의해 생성되는 뮤온들을 이용할 수 있다.

하기에, 특히 예시적인 실시예들에 더 상세하게 설명될 바와 같이, 입자 검출 시스템들은 드리프트 관들을 이용하여 중성자 입자들의 동기 검출뿐만 아니라 볼륨을 통과하는, 뮤온들과 같은 대전 입자들의 추적을 가능하게 할 수 있다. 이러한 대전 입자 검출기들은 지구의 대기에 입사하는 우주선들에 의해 생성되는 것이 아닌 대전 입자들을 사용하는 추적 및 이미징에서 사용될 수 있다. 일반적으로, 이들 대전 입자 검출기들은 적절한 소스로부터 임의의 대전 입자에 적용가능하다. 예를 들어, 뮤온들은 가속기로부터의 뮤온들의 저 강도 빔 또는 우주선들에 의해 생성될 수 있다.

포털 모니터링 및 다른 검사 타입의 사용들에 대한 응용예들에서, 예시적인 실시예들은 감소한 비용으로 그리고 증가한 효율성을 가지고 강건한 핵 물질 검출을 가능하게 하는 방식을 제공한다. 또한, 방식은 잠재적인 차폐된 패키지의 부재 및 복사 서명의 부재 모두를 측정함으로써 주어진 차량 또는 화물에 핵 위협이 없는지를 결정할 수 있는 복사 포털 모니터를 제공할 수 있다.

첨부 도면들에 도시된 예시적인 실시예들의 뮤온 단층촬영 스캐너들은 드리프트 관들을 이용한 우주선에 의해 생성되는 대전 입자 추적을 사용한다. 하기에 더 상세하게 설명될 바와 같이, 뮤온 단층촬영 스캐너들은, 볼륨을 통과하는 뮤온들과 같은, 상이한 종류의 대전 입자들의 추적뿐만 아니라 드리프트 관들에 의해 포함되는 적절한 기체 혼합물을 제공함으로써 감마선들의 검출을 가능하게 하기 위해 드리프트 관들을 이용할 수 있다. 유리하게는, 이들 포털 모니터링 시스템들은 우주선 방사선 촬영(radiography) 장치의 조합된 기능을 수동 또는 능동 감마 복사 카운터에 효과적으로 제공하여, 핵 위협에 대한 강건한 검출기를 제공할 수 있다. 이는 뮤온들 및 감마선들을 별도로 감지하기 위한 2개의 별도의 기기에 대한 필요성을 제거한다. 시스템의 구현예에서, 감마선 또는 중성자 소스는 시스템에 포함되어 차량의 수동 질의(passive interrogation)보다는 능동 질의를 가능하게 하고 이에 의해 감마선 카운팅 레이트의 검출가능한 증가를 제공하기 위해 시스템 내에 포함될 수 있다.

상이한 방향들로부터 취해지는 다수의 투사들로부터 물체의 이미지 또는 모델을 구성하도록 설계되는, 단층촬영 방법들이 우주선 시스템에서 구현되어 뮤온들에 의해 제공되는 데이터에 기초하여 관심 있는 볼륨의 이산적 단층촬영 재구성을 제공할 수 있다. 일부 구현예들에서, 몬테카를로(Monte Carlo) 시뮬레이션 기법들은 애플리케이션들 및 단축된 스캐닝 시간들을 연구하기 위해 사용될 수 있다. 다른 추계적 프로세싱 방법들이 또한 뮤온 단층촬영 이미징을 구현할 시에 사용될 수 있다.

실시예들의 입자 검출 시스템들의 우주선 방사선 촬영 기능은 위의 도 2에서의 참조 번호들과는 관계가 없는 그것의 고유한 참조 번호들을 사용하는 도 3a, 3b 및 4에서와 같은 우주선에 의해 생성되는 대전 입자들을 검출하도록 적응되는 검출 시스템들의 예들에 대해 보다 용이하게 이해될 수 있다.

도 3a는 물체를 검출하기 위해 우주선에 의해 생성되는 뮤온들을 이용하는 뮤온 검출 시스템을 예시한다. 시스템(1)은 인입 뮤온 트랙들(9)의 위치 및 각들(즉, 3-D 공간에서의 방향들)을 제공하기 위해 이미지화될 볼륨(5)의 위에 배열되는 위치-감지형 뮤온 검출기들(7) 중 둘 이상의 면(3)의 세트를 포함한다. 뮤온 검출기들(7)은 2개의 상이한 방향들에 대해, 예를 들어, x 및 y 축들을 따르는 2개의 직교 좌표에서 인입 뮤온 트랙들(9)의 위치 및 각들을 측정하도록 구성된다. 뮤온들은 물체(2)가 위치될 수 있는 볼륨(5)을 통과하고 이들이 통과하는 볼륨을 점유하는 재료(2)에 종속적인 범위까지 산란된다. 위치-감지형 뮤온 검출기들(8)의 2개 이상의 면(4)의 또다른 세트는 출력 뮤온 위치들 및 방향들을 레코딩하도록 구성된다. 검출기들(7 및 8)에서의 드리프트 관들은 제1 방향으로의 적어도 3개의 대전 입자 위치 측정들 및 제1 방향과는 상이하며 제1 방향에 대해 직교일 수 있는 제2 방향으로의 적어도 3개의 대전 입자 위치 측정들을 허용하도록 배열된다. 측방 검출기들(미도시됨)은 보다 수평으로 배향된 뮤온 트랙들을 검출하기 위해 사용될 수 있다. 각각의 뮤온의 산란각은 인입 및 출력 측정들로부터 계산된다. 각각의 드리프트 관은 아르곤, 이산화탄소 및 테트라플루오로메탄(CF₄)의 혼합물과 같은, 비-가연성 기체를 포함할 수 있다.

신호 프로세싱 유닛, 예를 들어, 컴퓨터는 검출기들(7)에 의해 인입 뮤온들 및 검출기들(8)에 의해 출력 뮤온들의 측정된 신호들의 데이터를 수신하도록 시스템(1) 내에 제공된다. 이 신호 프로세싱 유닛은 뮤온들의 측정된 인입 및 출력 위치들 및 방향들에 기초하여 볼륨(5) 내의 뮤온들의 산란을 분석하여 단층촬영 프로파일 또는 볼륨(5) 내의 산란 강도 또는 복사 길이를 반영하는 산란 밀도의 공간적 분포를 획득하도록 구성된다. 획득된 단층촬영 프로파일 또는 볼륨(5) 내의 산란 밀도의 공간적 분포는 볼륨(5) 내의 물체(2)의 존재 또는 부재를 드러낼 수 있다. 도 3a는 드리프트 관 검출기들(7 및 8)이 볼륨(5)의 최상부 및 최하부 측들 상에 위치되는 것을 도시한다. 일부 구현예들에서, 추가적인 드리프트 관 검출기들은 패키지, 차량 또는 화물 컨테이너가 시스템에 의한 스캐닝을 위해 진입할 수 있는 박스 또는 4면형 구조체를 형성하도록 볼륨(5)의 측면들 상에서 구현될 수 있다. 일부 실시예들에서, 단층촬영 프로파일 또는 공간적 분포는 2-차원 이미지들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 단층촬영 프로파일 또는 공간적 분포는 3-차원 이미지들일 수 있다.

도 3a에서의 시스템(1)에 대한 프로세싱 유닛에 의한 검사 중인 볼륨(예를 들어, 패키지, 컨테이너 또는 차량) 및 이 출원에 기술되는 다른 시스템들에서 우주선에 의해 생성되는 뮤온들에 대한 측정의 프로세싱은 볼륨(5)을 통해 뮤온과 같은 대전 입자의 궤적을 재구성하는 것, 검출기들(7)로부터의 신호들에 기초하여 인입 뮤온의 운동량을 측정하는 것, 검출기들(8)로부터의 신호들에 기초하여 출력 뮤온의 운동량을 측정하는 것, 및 볼륨(5)의 산란 밀도의 공간적 분포를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 이들 및 다른 프로세싱 결과들이 사용되어 단층촬영 프로파일을 구성하고 볼륨(5)의 다양한 특징들을 측정하기 위해 사용될 수 있다.

예를 들어, 드리프트 셀들의 세트를 가지는 검출기를 통과하는 대전 입자의 궤적의 재구성은 (a) 대전 입자들이 치는 드리프트 셀들의 식별자들 및 대응하는 히트 횟수를 나타내는 히트 신호들을 획득하는 것; (b) 상기 검출기를 통과하는 특정 대전 입자의 추적과 연관된 것으로서 식별되는 시간-내 드리프트 셀 히트들을 그룹화하는 것; (c) 상기 특정 대전 입자가 드리프트 셀을 치는 시각에 대해 시간 제로 값을 초기에 추정하는 것; (d) 시간 제로 값들의 추정들, 드리프트 시간 전환 데이터 및 히트의 시간에 기초하여 드리프트 반경들을 결정하는 것; (e) 선형 트랙들을 특정 시간 제로 값에 대응하는 드리프트 반경에 대해 맞추는 것; 및 (f) 특정 대전 입자에 대해 수행되는 트랙 맞춤들의 최상과 연관되는 시간-제로 값 및 시간-제로 및 추적 파라미터에서의 계산 에러를 탐색하고 선택하는 것을 포함할 수 있다. 시간 제로 맞춤에 기초하는 트랙의 이러한 재구성은 고속 검출기들(예컨대 신틸레이터 패들(scintillator paddle)들을 가지는 광전자 증배관들과 같은) 또는 시간-제로를 제공하기 위해 가장 가까운 수 나노초까지 장치를 통한 뮤온의 통과를 검출하는 일부 다른 고속 검출기를 사용할 필요 없이 대전 입자 검출기를 통과하는 대전 입자의 재구성된 선형 궤적을 제공한다.

또한, 예를 들어, 검출기들로부터의 신호들에 기초하여 인입 또는 출력 뮤온들의 운동량을 측정하기 위한 프로세싱은, 예를 들어, (a) 복수의 위치 감지형 검출기를 그것을 통과하는 대전 입자를 산란시키도록 구성하는 것; (b) 위치 감지형 검출기들 내의 대전 입자들의 산란을 측정하는 것 ― 산란을 측정하는 것은 산란 대전 입자들의 적어도 3개의 위치 측정을 획득하는 것을 포함함 ― ; (c) 위치 측정들로부터 대전 입자의 적어도 하나의 궤적을 결정하는 것; 및 (d) 적어도 하나의 궤적으로부터 대전 입자의 적어도 하나의 운동량 측정을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 이 기법은 검출기 내의 추가적인 금속판들의 사용 없이 위치 감지형 검출기들 자체 내의 대전 입자의 산란으로부터 결정되는 대전 입자의 궤적에 기초하여 대전 입자의 운동량을 결정하기 위해 사용될 수 있다.

또한 예를 들어, 볼륨의 산란 밀도의 공간적 분포는: (a) 물체 볼륨을 통과하는 대전 입자들의 산란각들 및 추정되는 운동량에 대응하는 미리 결정된 대전 입자 단층촬영 데이터를 획득하는 것; (b) 기대치 최대화(expectation maximization)(ML/EM) 알고리즘에서의 사용을 위해 대전 입자 산란의 확률 분포를 제공하는 것 ― 확률 분포는 통계상의 다수의 산란 모델에 기초함 ― ; (c) 기대치 최대화(ML/EM) 알고리즘을 사용하여 물체 볼륨 밀도의 실질적으로 최대 우도 추정치를 결정하는 것; 및 (d) 재구성된 물체 볼륨 산란 밀도를 출력하는 것에 의해, 대전 입자 단층촬영 데이터로부터 결정될 수 있다. 재구성된 물체 볼륨 산란 밀도는 재구성된 볼륨 밀도 프로파일로부터 관심 있는 볼륨을 점유하는 물체의 존재 및/또는 타입을 식별하기 위해 사용될 수 있다. 다양한 응용예들은 차량 또는 화물이 뮤온 추적기에 의해 스캐닝될 수 있는 다양한 모국 보안 검사 응용예들을 위한 우주선에 의해 생성되는 뮤온 단층촬영을 포함한다.

신호 프로세싱 유닛의 단층촬영 프로세싱 부분은 검출기들(7 및 8)과 동일한 위치에서 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 대안적으로, 신호 프로세싱 유닛의 단층촬영 부분은 개인 네트워크와 같은 컴퓨터 네트워크 또는 인터넷과 같은 공용 네트워크 상에 접속되는 원격 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 원격 컴퓨터는 현장 밖의 고객들 또는 보안 시설에 위치될 수 있다. 원격 컴퓨터는 뮤온 단층촬영 스캐너로부터의 미가공 데이터를 포함할 수 있는 통합된 데이터 패키지를 수신할 수 있고, 따라서 신호 프로세싱 유닛의 단층촬영 프로세싱 부분은 미가공 데이터를 프로세싱하여 2-차원 이미지들 또는 3-차원 이미지들을 생성할 수 있다. 원격 컴퓨터는 또한 후속하는 항목들: 컨테이너 식별, 컨테이너 화물 목록, 컨테이너의 내용물들에 관련된 미가공 데이터 또는 컨테이너의 내용물들의 프로세싱된 이미지들, 컨테이너의 내용물들의 평가, 잠재적인 위협 재료들 또는 밀수 재료들이 컨테이너 내에 존재하지 않는다고 결정하는 것에 응답하는 허가 신호, 또는 잠재적인 위협 재료 또는 밀수 재료들이 컨테이너 내에 존재한다고 평가하는 것에 응답하는 경보 신호 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있는 통합된 데이터 패키지를 수신할 수 있다. 허가 신호 또는 경보 신호는 세관 또는 보안이 특정 행동들을 취하도록 한다. 예를 들어, 허가 신호의 경우, 컨테이너는 야드 크레인에 의한 픽업을 위해 스캐닝 시스템 밖으로 실려나갈 수 있다.

따라서, 우주선에 의해 생성되는 뮤온들의 다수의 산란은 정상적인 화물의 배경에서 높은-Z 재료를 선택적으로 검출하기 위해 사용될 수 있다. 유리하게는, 이 기법은 수동적이며, 배경 위에 어떠한 복사 선량도 전달하지 않고, 높은-Z 밀도 재료들에 대해 선택적이다.

도 3b는 우주선을 이용하여 물체를 검출하는 또다른 검출 시스템의 측면도를 예시하고, 시스템(100)은 샘플(109) 위에 위치되는 뮤온 검출기들(107)의 2개 면(103) 및 샘플(109) 아래에 위치되는 뮤온 검출기들(108)의 2개 면(104)을 가진다. 시스템(100)에서, 103 및 104 각각에서의 뮤온 검출기들의 2개 면은 27 cm의 이격만큼 분리된다.

도 4는 위치 감지형 검출기들(203)이 샘플 고정면(211) 위에 배열되고 위치 감지형 검출기들(204)이 샘플 고정면(211) 아래에 배열되는 또다른 대전 입자 검출기(200)의 상세화된 투시도를 예시한다. 위치 감지형 검출기들의 각각의 세트는 X 방향으로 배열되는 드리프트 관들(203 또는 204)의 제1 이중층(220) 및 Y 방향으로 배열되는 드리프트 관들(203 또는 204)의 제2 이중층(221)을 포함한다. 층들(220, 221) 각각에서, 드리프트 관들(203 또는 204)은, 서로로부터 튜브 직경의 절반만큼 떨어지는, 2개 행으로 배열된다.

드리프트 관 모듈들(203 및 204)은 우주선에 의해 생성된 뮤온들 및 감마선들 모두를 검출하도록 동작가능하다. 도 4의 시스템에서, 드리프트 관 모듈들은 X 및 Y 좌표 방향들로 인입 및 출력 뮤온 트랙들의 위치 및 각을 측정하도록 구성되는 12 피트 길이의 알루미늄 드리프트 관들로 구성된다. 검출기들 내의 알루미늄은 감마선 및 활발한 전자들이 흡수되거나 산란되는 상당량의 질량을 제공한다. 이들 프로세스들에서 생성되는 활발한 전자들은 더 많은 활발한 우주선들이 검출되는 것과 동일한 방식으로 드리프트 관들에서 국부적으로 검출된다.

관들은 상이한 방식들로 배열될 수 있다. 예를 들어, 층들은 서로 90도이어야 할 필요는 없지만, 더 작은 넌-제로 각들일 수 있다. 또한 예로서, 최상부층은 0도에 있을 수 있고, 중간 층은 제1로부터 45도에 있고, 제3층은 제1로부터 90도에 있다. 이는 동일한 시간 인스턴스에서 발생하는 다수의 트랙의 해상도를 허용한다.

또한, 그것을 통과하는 대전 입자를 산란시키고 전체 적어도 3개의 개별 위치 측정을 제공할 수 있는 다른 위치 감지형 검출기 배열들은 도 2의 검출기들의 배열 대신 채택될 수 있다. 하나가 입자를 추적할 수 있는 자유 파라미터에 맞는 라인을 가능하게 하기 위해 적어도 3개의 위치 측정들이 요구된다.

일 예시적인 구현예에서, 데이터 취득 전자 장치(212)가 드리프트 관들에 동작가능하게 커플링된다. 도 4의 검출기 시스템(200)의 드리프트 관들은 (드리프트 관을 통과하는 우주선에 의해 생성된 뮤온과 연관된) 퇴적된 신호의 전압을 증가시키는 각자의 전자 증폭기들(미도시됨)에 접속된다. 각각의 드리프트 채널에 대해, 증폭된 신호는 판별기라 명명되는 전자 장치의 일부를 이용하여 디지털 신호(히트가 존재하는 경우 온(on), 히트가 없는 경우 오프(off))로 바뀌는데, 이는 히트의 정확한 시간을 보존한다. 증폭기와 판별기의 이 조합은 "프론트-엔드" 전자 장치이다. 시간-대-디지털-컨버터(TDC)들에 의해 디지털 신호가 가장 가까운 나노초에 대해 등록되는 시간 및 채널 번호. 각각의 드리프트 관은 자신만의 프론트-엔드 전자 장치 및 TDC를 가진다. 일부 실시예들에서, TDC들은 자동 임계화를 수행할 수 있다. 자동 임계화는 관 펄스 히트가 검출되는 임계 레벨을 적절하게 변경함으로써 통계적으로 높은 또는 통계적으로 낮은 히트들을 가지는 관들에 대한 임계 조정들을 수행할 수 있다. TDC는 성능 모니터링의 목적으로 관 히트율의 최솟값, 높은 전압 상태, 및 싱크 상태를 송신할 수 있다.

프론트-엔드 전자 장치는 드리프트-관들로부터 신호들을 프로세싱할 목적으로 커스텀 구축될 수 있다. 아날로그-대-디지털 전자 회로는 드리프트-관들의 와이어들 상의 전류 펄스들을 식별한다. 이 회로는 펄스를 와이어 상의 전류의 전류 이계들의 교차에 대응하는 디지털 레벨들로 전환시킨다. 이들 디지털 레벨들은 TDC 내에 시간-태그되고, 추가적인 프로세싱을 위해 CPU에 전달된다. 데이터는 우주선 이벤트들을 식별하도록 프로세싱된다. 후보 뮤온-트랙-이벤트들은 그것이 검출기들을 횡단할 때 뮤온에 대한 측정된 궤적을 재구성하도록 프로세싱된다. 이벤트 데이터, 추적 데이터, 및 적절한 진단 데이터가 또한 하드 드라이버 상에 저장된다. 도 4의 시스템의 데이터 취득 유닛, 또는 그에 링크된 다른 신호 프로세싱 유닛에 의한 검사 중인 볼륨(예를 들어, 패키지, 컨테이너 또는 차량)에서의 우주선에 의해 생성된 뮤온들에 대한 측정들의 프로세싱은 도 3a의 시스템에 대해 위에서 설명된 것과 유사할 수 있다. 예를 들어, 프로세싱 측정들은 볼륨을 통하는 뮤온의 궤적을 재구성하는 것, 검출기들로부터의 신호들에 기초하여 인입 뮤온의 운동량을 측정하는 것, 검출기들로부터의 신호들에 기초하여 출력 뮤온의 운동량을 측정하는 것, 및 볼륨의 산란 밀도의 공간적 분포를 결정하는 것일 수 있다.

유리하게는, 도 4의 시스템(200)은 우주선에 의해 생성되는 뮤온들의 다수의 산란으로부터 볼륨을 점유하는 방사능 재료의 고밀도 차폐를 선택적으로 검출하는 한편 또한 방사능 재료로부터 나오는 감마선을 카운팅할 수 있다. 납, 금, 텅스텐, 우라늄 및 플루토늄과 같은 고밀도 재료들을 검출하는 것뿐만 아니라, 시스템은, 고밀도 재료들보다는 다소 더 낮은 정확성을 가지는, 강철, 철 및 구리와 같은 중간 밀도 재료들, 및 또한 물, 플라스틱, 콘크리트 및 알루미늄과 같은 전 밀도 재료들을 검출하기 위해 사용될 수 있다. 이 능력은 스캐너가 핵 물질들 및 차폐가 아닌 물체를 검출하고, 판별하고 그리고/또는 식별하도록 할 수 있다.

추가로, 다른 스캐닝 시스템들은 도 2의 컨테이너 터미널에서의 컨테이너 스캐닝 동작을 구현하기 위해 사용될 수 있다. 도 2의 내장된 컨테이너 스캐너(208)의 다양한 특징들의 예들은 출원인의 선행 특허 문서들인, "Material Discrimination Using Scattering and Stopping of Muons and Electrons"라는 명칭의 미국 특허 공보 번호 US 2016/0041297 A1, "Particle Detection and Applications in Security and Portal Monitoring"라는 명칭의 미국 특허 번호 8,247,767 B2, "Imaging and Sensing Based on Muon Tomography"라는 명칭의 미국 특허 번호 8,288,721 B2, 및 "Imaging Based On Cosmic-Ray Produced Charged Particles"라는 명칭의 미국 특허 번호 8,536,527 B2에 부분적으로 제공되며, 이들 모두는 모든 목적으로 그 전체가 참조로 본원에 포함된다.

후속하는 섹션들은 개시된 컨테이너 터미널에서 구현될 수 있는 스캐너 특징들의 예들을 제공한다.

도 5는 개시된 컨테이너 터미널에 대해 도 3a, 3b 및 4에 예시된 우주선에 의해 생성된 뮤온들을 이용하는 뮤온 검출 시스템에서 사용되는 검출기들을 구성하기에 적합한 드리프트 관 모듈(204)의 일부의 단면도를 예시한다. 이 특정 예에서의 드리프트 관 모듈은 원통형이며, 아르곤-이소부탄(230)과 같은 검출기 기체로 채워져서 뮤온들과 같은 우주선에 의해 생성된 대전 입자들의 검출을 가능하게 한다. 시스템은 접지에 있는 관을 가지는 원통형 관의 길이를 따라 확장하는 중심 애노드 와이어(231)에 약 +2-3 kV의 양의 고전압을 인가하도록 구성되며, 따라서 고전압 정지 필드가 또한 존재한다. 대전 입자가 기체 원자들과 상호작용할 때, 많은 전자들(233)은 관의 현(chord)을 통해 대전 입자의 직선을 따라 그 원자로부터 유리된다(liberate). 정지 필드는 전자들의 "스트링"이 데이터 취득 전자 장치(212)의 TDC(시간-대-디지털 컨버터)들을 이용하여 전자적으로 판독되는 양으로 대전된 애노드 와이어 쪽으로 드리프트하도록 한다.

도 5의 예시적인 실시예의 드리프트 관에서, 검출기 기체가 아르곤-이소부탄(230)이지만, 다른 동작 기체 혼합물들은 아르곤/이산화탄소 또는 아르곤/이소부탄/이산화탄소일 수 있고, 메탄, 프로판, 펜탄 등과 같은 탄화수소들을 포함할 수 있다. 동작 기체 혼합물의 예는 10% 메탄, 90% 아르곤이다. 또한, 아르곤-탄소-이산화물-사불화메탄(CF4)과 같은 비-가연성 기체 혼합물들이 동작 기체로서 대안적으로 사용될 수 있다. 또한, 에탄 또는 다른 기체들이 기체 혼합물들 내에서 채택될 수 있다. 예를 들어, 5%의 에탄, 45%의 CF4 및 50%의 아르곤의 혼합물이 적절한 비-가연성 동작 기체이다. 아르곤이 아닌 비활성 기체들이 기체 혼합물에서 사용될 수 있다.

또한, 도 5의 드리프트 관이 알루미늄으로 제조되지만, 내부 전도성 코팅을 가지는 탄소 복합체와 같은 다른 재료가 알루미늄 대신 채택될 수 있다. 드리프트 관들은 원형 단면들을 가질 필요는 없다. 예를 들어, 드리프트 관들은 다수의 비-원형 단면들을 가지는 알루미늄 돌출부들로부터 구성될 수 있다.

대안적으로, 예를 들어, 삼각형 드리프트 셀들과 같은, 드리프트 관들이 아닌 드리프트 셀들이 채택될 수 있다.

도 6 및 7은 우주선에 의해 생성되는 뮤온 검출 시스템을 이용한 1분 동안 1000 cm3의 우라늄을 측정한 것의 예시적인 실험 범위 데이터 및 다중 쿨롱 산란 이론적 결과들을 각자 예시한다. 이들 측정들 및 계산들은, 대전 입자(뮤온) 단층촬영이, 지리학적 과부담의 측정 및 이집트 피라미드에서의 은닉된 챔버들을 탐색할 시에 이전에 사용된 범위 방사선 촬영보다 훨씬 더 민감함을 보여준다.

도 8의 표를 참조하면, 이 표는 다양한 재료들에 대한 이론적 에너지 손실율(dE/dx) 및 복사 길이(X)를 예시한다. 카운팅의 1분은 이들의 상이한 X 값들을 기반으로 6개의 표준 편차들에서 10 cm 철의 정육면체를 10 cm 납의 정육면체와 구별한다.

도 9는 일 실시예에 따라 차량들 내의 화물 및 항구들 및 국경들에서의 컨테이너들을 모니터링하도록 적응되고 배열되는 입자 검출 시스템(300)을 예시한다. 입자 검출 시스템(300)은 볼륨(306)을 점유하는 차량(306)의 화물 또는 내용물들에 의해 산란되는 우주선에 의해 생성되는 뮤온들(304)을 추적하도록 구성되고 차량 내용물들로부터 반사되는 임의의 중성자들(314)을 동시에 검출하도록 구성되는 복수의 검출기 드리프트 관들(303)을 가지는 뮤온 단층촬영 시스템을 사용한다. 시스템(300)은 완전히 조립된 핵무기들로부터 소량의 고도로 차폐된 핵 물질들까지를 범위로 할 수 있는 핵 위협 물체들에 대해 국경에서 점유된 차량들을 검사하기 위해 배치될 수 있다. 시스템(300)은 30초 미만 내에 무고한 차량들을 통과시키고, 60초 미만에(차폐 또는 비차폐) 수 Kgs의 고농축 우라늄(HEU)을 검출하고, 60초 미만에(차폐 또는 비차폐) 플루토늄 또는 HEU 핵 디바이스들을 검출하는 데 이용될 수 있다.

유리하게는, 드리프트 관들(303)을 사용하여 차량(306) 또는 컨테이너(미도시됨)로부터 방출되는 감마 복사(312)를 수동으로 카운트하고 또한 산란된 우주선에 의해 생성되는 대전 입자들(304)을 추적하는 것은 시스템이 짧은 스캐닝 시간들을 가지고 그리고 선량 복사 없이 컨테이너들 또는 점유된 승용차량들의 수동 스캐닝을 수행할 수 있도록 한다.

일 실시예에 따른 도 9의 입자 검출 시스템(예컨대 포털 모니터링 시스템 또는 스캐닝 시스템)(300)을 동작시키는 방법은 드리프트 관들(303)을 이용하여 임의의 감마선들(312)과 함께 인입 및 출력 우주선에 의해 생성되는 대전 입자들(304)을 검출하는 것을 수반한다. 대전 입자들의 다수의 산란은 이후 볼륨(305)을 점유하는 재료, 특히 고밀도의 재료를 선택적으로 검출하도록 계산된다. 볼륨으로부터 방출되는 감마선(312)은 데이터 취득 전자 장치에 의해 카운트되어 임의의 방사능 소스가 볼륨(305)을 점유하고 있는지를 검출할 수 있다.

대안적인 실시예들에서, 시스템이 또한 장치 내에 감마선 또는 중성자 소스를 포함하여 차량의 오직 수동 질의보다는 능동 질의를 가능하게 하고 이에 의해 감마선 카운팅 레이트의 검출가능한 증가를 제공한다는 예외를 가지고 도 9의 포털 모니터링 시스템(300)과 동일한, 포털 모니터링 시스템(미도시됨)이 제공된다. 일부 실시예들에서, 감마선 또는 중성자 소스의 동작은 신호 프로세싱 유닛에 의해 제어될 수 있다.

또다른 대안적인 실시예에 따른 입자 검출 시스템(예를 들어, 포털 모니터링 시스템)이 도 10에 예시된다. 시스템(400)은 그것이 차량으로부터 방출되는 감마 복사를 수동으로 카운트하고 또한 산란된 우주선에 의해 생성되는 대전 입자들(404)을 추적하도록 구성된다는 점에서 도 9의 시스템(300)과 유사하다. 드리프트 관 검출기 어레이들(403)은 트럭(405)의 질의를 가능하게 하도록 16 피트 길이지만, 스캐닝되는 물체에 따라 다른 길이들일 수 있다. 레이트에서 주요 이득을 획득하기 위해, 입체각은 드리프트 관 검출기들(403)을 채움으로써 증가할 수 있다. 또한, 시스템은 운동량 측정들을 위해 잔여물 추적(404B)을 사용하도록 구성된다.

또다른 대안적인 실시예에서, 도 9의 시스템(300)과 동일한 포털 모니터링 시스템은 기체 핸들링 시스템에 대한 필요성을 제거함으로써 시스템의 비용 및 복잡성을 추가로 감소시키도록 유리하게 밀폐된 드리프트 관들을 가진다.

플루토늄 및 무기 등급 우라늄 모두는 자연적인 중성자 배경의 증폭으로부터("핵분열 연쇄(fission chain)") 또는 재료 내의 개별적인 자발 핵분열들로부터 중성자들의 소스들이다. 입자 추적 시스템(300)은 도 4의 시스템(200)에 대한 구성에서 유사하며, 시스템(300)에서, 드리프트 관들은 스캐닝될 볼륨(305) 주위에 박스 또는 사면 구조체(315)를 형성하도록 배열된다.

일 구현예에서, 드리프트 관들은 중성자 감지형 매질을 포함하여 드리프트 관들이 선적 컨테이너 또는 차량(306)으로부터 방출되는 임의의 중성자들을 동시에 검출할 수 있게 하도록 설계될 수 있다. 중성자 감지형 매질은 헬륨-3, 붕소 또는 리튬을 포함할 수 있고, 고체, 액체 또는 기체 형태일 수 있다. 수소 유기 재료(예를 들어, 폴리에틸렌 및 파라핀) 또는 물과 같은 수소 재료가 중성자들을 가두고 한정시키도록 사용될 수 있고, 따라서 이들은 드리프트 셀들을 여러번 통과하고, 스캐닝되고 있는 재료 또는 디바이스들로부터 격리된다. 이러한 수소 재료는 또한 중성자들을 늦춤으로써 중성자 에너지를 완화시켜서 매우 큰 인자들에 의해 이들의 상호작용 단면을 증가시킬 수 있다. 붕소 또는 붕소 화합물은 동위원소 붕소-10에서 농축될 수 있고, 리튬 또는 리튬 화합물은 동위원소 리튬-6에서 농축될 수 있다. 드리프트 관들의 동작 기체는 아르곤, 및 이산화탄소, 이소부탄, 사불화메탄 및 에탄으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 기체의 혼합물을 포함하여 감마선의 카운팅을 가능하게 할 수 있고, 따라서 사용 시, 시스템은 이로부터 방출되는 감마선으로부터 볼륨을 점유하는 임의의 방사능 소스들을 추가로 검출할 수 있다.

드리프트 관들은 감마선들의 검출을 가능하게 하기 위해 감마선 산란 고체 재료를 포함하도록 또한 구성될 수 있다. 헬륨-3이 이들 기체들 중 임의의 것에 추가되어 동일한 드리프트 관에 의한 동시적인 중성자 검출을 허용할 수 있다. 드리프트 관이 아르곤 및 사불화 메탄만을 포함하는 경우, 가능하게는 동위원소 붕소-10에서 유리하게 농축되는 삼불화 붕소가 추가되어 동일한 드리프트 관에 의한 동시적인 중성자 검출을 허용할 수 있다. 대안적으로, 중성자 검출기들은 그 목적을 위해 최적화된, 대전 입자들(뮤온들)의 검출을 위한 튜브들과는 다른, 드리프트 관들을 이용할 수 있다.

중성자들의 검출은 많은 방식들로 달성될 수 있다. 도 9의 예시적인 예에서, 추적 드리프트 관들(303)의 동작 기체는 헬륨-3(3He)의 부분 압력을 포함하는데, 이는 드리프트 관들이 임의의 중성자들을 동시에 검출할 수 있도록 하는 중성자 감지형 매질을 이룬다. 예를 들어, 동작 기체는 헬륨-3(3He) 에탄, 사불화메탄 및 아르곤의 조합일 수 있다. 검출기는 또한 충전 기체들의 다른 상이한 세트들과 결합하는 헬륨-3(3He)을 사용할 수 있다.

우주 뮤온선 검출 및 중성자 검출 기능의 이 조합된 사용이 도 9에 예시된다. 중성자들은 뮤온들보다 훨씬 더 큰 펄스들로서 정상 전자 장치에서 보여진다. 이는 헬륨-3과의 중성자 상호작용에 의해 생성되는 양성자들의, 또는 붕소-10 또는 리튬-6과의 중성자 상호작용에 의해 생성되는 대량의 대전 입자들의 높은 에너지 손실율로 인한 것이다. 드리프트 관들(303)은 기체 핸들링 시스템에 대한 필요성을 제거함으로써 시스템의 비용 및 복잡성을 추가로 감소시키기 위해 밀폐될 수 있다. 시스템은 또한 도 4의 시스템(200)과 동일한 방식으로 감마선들(312)을 검출하기 위해 사용될 수 있다.

드리프트 관들(303)을 사용하여 차량(306) 또는 컨테이너로부터 방출되는 중성자 및 임의로 감마 입자들(314)을 수동으로 카운트하고 또한 산란된 우주선에 의해 생성되는 대전 입자들(304)(뮤온들)을 추적하는 것은, 시스템이, 위협 물체뿐만 아니라 우주선 이미징에 의해 방출되는 복사의 효율적인 모니터로서 기능하도록 하여, 국경 및 항구들에서 핵 디바이스들 및 재료들을 찾기 위한 더 소형의 그리고 비용 효과적인 검출기 시스템을 제공한다. 추적 드리프트 관들(303)에 대한 중성자 감지형 매질의 추가는 뮤온 추적에 대해 어떠한 영향도 주지 않고 효율적인 선택적 중성자 검출을 제공하고, 차량들 및 컨테이너들 내의 차폐되지 않은 중성자 소스들의 검출을 허용한다. 이는 중성자들 및 방사선 촬영 차량들을 검출하기 위해 별도의 시스템들을 사용하는 것보다 다양한 이점들을 가진다. 예를 들어, 단일 검출기 시스템은 몇몇 시스템들보다 더 싸다. 또다른 예를 들면, 시스템은 제한된 공간보다 더 적게 점유한다. 제3 예로서, 검출기 시스템은 뮤온 신호와는 무관한, 중성자 소스에 관한 위치 정보를 제공할 수 있다. 일 실시예에 따른 도 9의 입자 검출 시스템(300)을 동작시키는 방법은 드리프트 관들(303)을 이용하여, 임의의 감마선들(312)과 함께 인입 및 출력 우주선에 의해 생성되는 대전 입자들(304)을 검출하는 것을 수반한다. 대전 입자들의 다수의 산란은 이후, 볼륨(305)을 점유하는 재료, 특히 고밀도 재료를 검출하도록 계산된다. 볼륨(305)으로부터 방출되는 임의의 중성자 입자들이 데이터 취득 전자 장치(미도시됨)에 의해 카운트되어, 임의의 차폐되지 않은 중성자 소스가 볼륨을 점유하고 있는지를 검출한다. 볼륨으로부터 방출되는 임의의 감마선(312)이 또한 데이터 취득 전자 장치에 의해 카운트되어, 임의의 방사능 소스가 볼륨(305)을 점유하고 있는지를 검출한다.

대안적으로 또는 추가로, 중성자 감지형 매질은 기체 매질 대신 중성자 민감 재료의 고체 층 또는 영역일 수 있다. 애노드 와이어를 가지는 드리프트 관은 드리프트 관의 내벽 상에 배치되는 전도성 중성자 감지층을 포함한다. 중성자 감지층은 예를 들어, 리튬 또는 붕소의 전도성 화합물일 수 있다. 중성자 감지층(604)은 검출기 기체 내에서 헬륨-3(3He)과 함께 또는 헬륨-3(3He) 없이 사용될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 중성자 민감 재료를 포함하는 드리프트 관들 또는 다른 드리프트 셀들은 도 9에 도시된 바와 같이 4면 구조체를 형성하도록 배열될 필요는 없다. 예를 들어, 중성자 감지형 드리프트 관들은 도 4의 검출기 시스템(200)과 같이 최상부 및 최하부면 구조체를 형성하도록 배열될 수 있다. 또다른 대안적인 실시예에서, 시스템이 차량의 오직 수동 질의보다는 능동 질의를 가능하게 하도록 장치 내에 감마선 및/또는 중성자 소스를 또한 포함하고 이에 의해 감마선 및/또는 중성자 카운팅 레이트의 검출가능한 증가를 제공한다는 예외를 가지고, 도 9의 입자 검출 시스템(300)과 동일한 입자 검출 시스템(미도시됨)이 제공된다.

예시적인 실시예들은 따라서 수동 또는 능동 카운팅과의 우주선 방사선 촬영의 조합이 핵 위협들에 대한 강건한 검출기를 제공하는 것을 보여준다. 종래의 단독 방사선 촬영은 방사선 촬영에 의해 분석되기에는 너무 작은 패키지들 내에 핵 물질을 패킹함으로써 무산된다. 수동 카운팅은 그 재료를 높은-z 재료로 차폐시킴으로써 무산될 수 있다. 차폐는 위협물들이 방사선 촬영상으로 가시적이도록 움직이게 하고, 많은 경우들에서 재료를 분산시키는 것은 수동 서명을 향상시킨다. 이들 기법들을 조합시키는 것은 잠재적인 차폐된 패키지의 부재 및 복사 서명의 부재를 측정함으로써 주어진 차량이 위협에서 자유로운지를 결정하도록 한다.

개시된 컨테이너 터미널을 구현하기 위해 우주선에 의해 생성되는 뮤온들을 이용하여 물체를 검출하는 뮤온 검출 시스템은 다양한 이미징 기법들을 사용하도록 구성될 수 있다. 뮤온들과 같은 통과 대전 입자들을 추적하는 것은 컨테이너의 내용물들을 결정하기 위한 하나의 메커니즘을 제공한다. 다른 메커니즘 역시 사용될 수 있다. 예를 들어, 차감 기법들이 사용되어 뮤온 단층촬영 데이터의 프로세싱을 향상시킬 수 있다. 단기 노출 데이터세트들(예를 들어, 수 뮤온 미만만큼 이동되는 몇몇 복셀들)에 대해 재구성들이 수행될 때, 두꺼운, 중간-Z 물체들로부터의 큰 통합된 산란이 단일 복셀 내에 배치되는 것은 일반적이다. 몇몇 복셀들에 걸쳐 전체 큰 중간-Z 물체를 횡단하여 몇몇 뮤온들을 생성하는 더 긴 노출들에 대해, 핵 밀도는 물체의 볼륨 상에 적절하게 분포할 수 있다. 낮은 위협 밀도 임계들을 가지고, 이들 짧은 노출 재구성들이 위협적인 것으로 발견되어, 그것이 무해한 장면들을 허가하는데 걸리는 평균 시간을 연장하는 것이 일반적이다. 특정 배경 차감 알고리즘의 구현예가 이 이슈를 완화시켜, 무해한 장면들을 허가하기 위한 평균 시간을 크게 줄인다.

일 양태에서, 입자 검출 시스템은, 물체 고정 영역 쪽으로 입사 뮤온들의 위치들 및 방향들을 측정하도록 물체 고정 영역의 제1 측 상에 위치되는 위치 감지형 뮤온 검출기들의 제1 세트, 물체 고정 영역을 빠져나가는 출력 뮤온들의 위치들 및 방향들을 측정하도록 제1 측에 대해 반대인 물체 고정 영역의 제2 측 상에 위치되는 위치 감지형 뮤온 검출기들의 제2 세트, 및 위치 감지형 뮤온 검출기들의 제1 세트로부터의 인입 뮤온들의 측정된 신호들 및 위치 감지형 뮤온 검출기들의 제2 세트로부터의 출력 뮤온들의 측정된 신호들의 데이터를 수신하기 위한, 예를 들어, 마이크로프로세서를 포함할 수 있는, 신호 프로세싱 유닛을 포함하도록 기술된다. 이 신호 프로세싱 유닛은 뮤온들의 측정된 인입 및 출력 위치들 및 방향들에 기초하여 물체 고정 영역 내의 재료들 내에서 뮤온들의 산란에 의해 야기되는 뮤온들의 산란 행태들을 분석하여 단층촬영 프로파일 또는 물체 고정 영역 내의 산란 중심들의 공간적 분포를 획득하도록 구성된다. 획득된 단층촬영 프로파일 또는 산란 중심들의 공간적 분포가 사용되어, 핵 물질들 또는 디바이스들을 포함하는 높은 원자 번호들을 가지는 재료들과 같은, 물체 고정 영역 내의 하나 이상의 물체의 존재 또는 부재를 드러낼 수 있다. 각각의 위치 감지형 뮤온 검출기는 뮤온들에 의해 이온화될 수 있는 기체로 채워진 드리프트 관들과 같은 드리프트 셀들을 포함하는, 다양한 구성들로 구현될 수 있다. 이러한 시스템이 사용되어 물체 고정 영역 내의 하나 이상의 물체를 검출하기 위한 뮤온들의 소스로서 자연적 우주선에 의해 생성되는 뮤온들을 이용할 수 있다. 일 구현예에서, 신호 프로세싱 유닛은 검사 중인 물체, 화물 또는 차량의 획득된 우주 뮤온 이미지로부터 물체 고정 영역 내의 검사 중인 물체, 화물, 컨테이너 또는 차량의 배경을 나타내는 기준 우주 뮤온 이미지를 차감하여 차감된 이미지를 획득하고; 그리고 차감된 이미지를 프로세싱하여 검사 중인 물체, 화물 또는 차량이 기준 우주 뮤온 이미지가 없는 타겟 물체를 포함하는지를 결정하도록 동작가능하다.

또다른 양태에서, 복사 소스로서 자연적 우주 뮤온들을 사용하여 검사 중인 물체, 화물 또는 차량의 뮤온 단층촬영 이미지들을 획득하는 방법이 제공된다. 이 방법은 검사 중인 물체, 컨테이너, 화물 또는 차량의 하나 이상의 우주 뮤온 이미지를 획득하는 것; 검사 중인 물체, 컨테이너, 화물 또는 차량의 획득된 우주 뮤온 이미지로부터 검사 중인 물체, 화물 또는 차량의 배경을 나타내는 기준 물체, 컨테이너, 화물 또는 차량의 기준 우주 뮤온 이미지를 차감하여 차감된 이미지를 획득하는 것; 및 차감된 이미지를 프로세싱하여 검사 중인 물체, 컨테이너, 화물 또는 차량이 기준 우주 뮤온 이미지가 없는 타겟 물체를 포함하는지를 결정하는 것을 포함한다.

또다른 양태에서, 뮤온 단층촬영을 사용하는 검사의 방법은: 뮤온 센서들을 사용하여 차량 또는 화물 컨테이너를 스캐닝하여 뮤온 단층촬영 이미징 데이터를 획득하는 것; 뮤온 단층촬영 이미징 데이터로부터 차량 또는 화물 컨테이너의 재구성을 생성하는 것; 차량 또는 화물 컨테이너의 재구성으로부터 차량 또는 화물 컨테이너에 대한 알려진 배경 모델의 재구성을 차감하여 차감된 이미지를 획득하는 것; 및 차감된 이미지를 분석하여 타겟 물체가 차량 또는 화물 컨테이너 내에 존재하는지를 검출하는 것을 포함한다.

종래 지식의 사용은 위협 물체들의 식별을 상당히 빠르게 한다. 종래 지식이 가정되지 않고 50% 운동량 지식이 사용되었을 때, 이들 수신기 동작 특성(ROC) 곡선들에 대해 사용되는 데이터 세트에 대한 제로 거짓 양성(zero false positive)들을 이용한 90% 검출은 ~60초의 카운팅 시간들을 요구한다. 주어진 시간 동안 빈 밴(van)의 많은 재구성들의 평균이 화물 장면들로부터 평균화되고 차감될 때, 짧은 스캐닝 시간들에 대한 거짓 양성들의 레이트가 현저하게 감소된다. 배치되는 디바이스는 데이터 베이스에서 공통 차량 모델들에 관한 등가적인 정보를 가질 것이다. 3 시그마 차감(평균 빈 밴 재구성 플러스 주어진 스캐닝 시간 동안 통계적으로 독립적인 재구성들의 세트 내의 표준 편차의 3배가 복셀별로(voxel by voxel) 차감됨)을 사용하여 획득되는 최대 재구성된 값들의 히스토그램들이 하기에 도 11에 도시되고, ROC 곡선들은 도 12에 도시된다. 이 절차를 이용하여 30초 ROC 곡선은 거의 완벽해진다. 요구되는 검사 시간들의 도해들이 도 13에 도시되는데, 이는 전술된 장면들의 혼합에 대해 종래 지식 없음(실선), 직접 차감(쇄선) 및 3 시그마 차감(점-쇄선)을 사용하여 평균 검사 시간들을 비교한다.

쇄선의 곡선은 ROC 곡선이 계산되기 이전에 많은 빈 밴 장면들의 평균이 각각의 실행으로부터 차감될 때 획득되는 결과들을 도시한다. 이는 무해한 장면들로부터 신호의 평균 레벨을 감소시키고, 평균 스캐닝 시간에서 2의 인자의 감소를 초래한다. 점-쇄선 곡선은 각각의 시간에서 재구성으로부터 평균 신호 플러스 3개의 표준 편차(3 시그마)를 차감함으로써 획득된다. 이는 거짓 양성들을 초래하는 통계적 변동(fluctuation)들의 확률이 가장 높은 고밀도의 영역들에서 과도하게 차감한다(over subtract). 이 방법은 거의 추가적인 2의 인자에 의해 검사 시간들을 감소시킨다.

적절한 복셀 이웃들에 대한 산란 신호의 속성에서의 모호성은 이산적인 노출 시간들에서 지속적인 효과들을 생성하지만, 시간 경과에 따라 용이하게 특성화되지는 않는다. 하나의 해법은 이산적인 노출 시간들에 대한 독립적인 배경 모델들을 전개하는 것이다. 노출 시간 종속적 배경 모델들은 이후 장면에 대해 수행되는 재구성으로부터 차감될 수 있다.

각각의 이산 노출 시간에 대해, 배경 재구성들의 세트는 무해한 장면들의 스캔들에 기초하여 구축된다. 이 배경 세트는 무해한 장면들의 가능한 많은 재구성들을 포함해야 하지만, 50-100개의 스캐닝된 장면을 이용하여 효과적이다. 배경 데이터세트로부터의 정보를 조합하는 상이한 방식들이 구현될 수 있다. 예들은 배경 데이터세트에서 각각의 재구성으로부터 각각의 복셀의 재구성된 값을 평균화함으로써 배경 모델을 구축하는 것, 중앙 재구성 값을 찾는 것, 및 제95 백분위 값(95th percentile value)을 찾는 것을 포함한다. 배경 모델은 모델링된 재구성을 사용하거나 또는 빈 차량 또는 컨테이너와 같은 무해한 장면의 측정된 재구성을 사용함으로써 종래 지식에 기초하여 구축될 수 있다.

무해한 장면들의 스캔들의 결과들을 배경 모델로 적절하게 조합하기 위해, 스캐닝된 차량 또는 컨테이너의 위치 및 배향은 스캐너 좌표 시스템에 대해 알려져야 한다. 이 측정의 정확성은 예를 들어, 1cm 내지 2cm인, 관심 있는 볼륨의 뮤온 추적의 예상되는 해상도과 동일한 정도(order)일 필요가 있다.

일단 배경 모델이 전개되면, 이미징 프로세싱에서 차감이 수행될 수 있다. 배경 모델에서의 복셀의 값은 고려되는 장면에서의 복셀에 대해 재구성된 값으로부터 차감된다. 위협물의 존재의 확률의 계산은 배경 모델이 없는 것으로서 진행한다. 위협물들은 배경 차감된 산란 밀도들에 적용되고, 위협물의 존재의 확률은 임계에 대해 복셀들이 발견되는 수 및 정도로부터 계산된다.

전체 물리 입자 이송 계산들은 시뮬레이트된 포드 사의 이코노라인(Ford Econoline) 밴 내의 몇몇 화물 구성들에 대해 수행되었다. 이 계산들에서, 뮤온 산란 데이터세트들은 장면 내의 재료와의 뮤온 상호작용들에 기초하여 생성되었다. 장면들은 빈 밴, 몇몇 화물들을 가지는 밴을 포함하고, 이들 동일한 장면들은 장면 내에 배치되는 고밀도의 위협 물체(10cm 텅스텐 정육면체)를 가진다. 배경 모델들은 몇몇 이산 노출 시간들에 대한 빈 밴의 100개의 시뮬레이트된 스캔들에 기초하여 전개되었다. 이들 배경 모델들은 이후 다른 장면들 각각의 100개 재구성들 및 생성된 배경 정정된 ROC 곡선들에 적용되었다.

도 14a 및 14b는 배경 차감 전후에 엔진 아래에 10 cm 텅스텐 블록을 가지는 시뮬레이트된 밴 노출을 도시한다. 위협 물체 신호 강도 대 배경의 비는 차량 컴포넌트들의 종래의 지식을 적용함으로써 크게 증가한다. 도 14b에서의 배경 모델은 제95 백분위 배경 모델(95th percentile background model)에 기초한다.

제95 백분위 배경 모델의 적용을 가지고 그리고 적용이 없이 세트들에 대해 계산되는 ROC 곡선들이 도 15a 및 15b에 도시된다. 시뮬레이트된 노출들은 배경 차감 전후에 콘크리트, 강철 및 알루미늄의 혼합된 화물 내에 은닉된 10 cm 텅스텐 블록을 가지는 밴에 대한 것이었다. 배경 차감된 장면들에 대한, 심지어 차감이 시작되지 않은 복잡한 화물을 가지는, ROC 곡선들은, 각각의 이산적 노출 시간에서 훨씬 더 높은 검출 확률 및 훨씬 더 낮은 거짓 경보의 확률을 보여준다.

이들 ROC 곡선들은 분석되어 95% 신뢰도의 스캐닝에 대한 평균 노출 시간들을 계산하였고, 이들은 배경 모델들의 적용 없이 계산된 시간들과 비교되었다. 평균 스캔 시간들 대 검출 확률이 도 13에 도식화된다. 계산들은 합판, 콘크리트, 무거운 강철 장비를 포함하는 다양한 화물들을 가지는 수백개의 시뮬레이트된 스캔들로부터 이루어졌다. 종래 지식의 이 적용은 주어진 검출 확률에 대한 평균 스캔 시간을 크게 감소시킨다. 예를 들어, 제95 백분위 모델의 적용은 1분 초과 내지 30초 미만까지 95% 신뢰도 스캐닝에 대해 평균 스캔 시간들을 감소시킨다.

재구성 시 종래의 지식의 사용의 효율성의 연구가 뮤온 단층촬영 시스템을 사용하여 수행되었다. 이 연구에서, 6-실린더 차 엔진(6-cylinder car engine)이 스캐너 내에 배치되었고 제95 백분위 배경 모델이 100개의 1-분 스캔으로부터 전개되었다. 스캔들은 엔진 상에 배치되는 10kg 중량의 납, 적용된 모델 및 전개된 ROC 곡선들을 가지고 수행되었다.

도 16a, 16b 및 16c는 이 연구에서 뮤온 단층촬영 시스템에서 취해지는 데이터로부터의 실제 뮤온 재구성을 도시한다. 도 16a는 배경 모델에 대한 배경의 뮤온 단층촬영 이미지의 예를 도시한다. 도 16b는 납 물체를 가지는 장면의 뮤온 단층촬영 이미지를 도시한다. 도 16c는 배경 모델의 적용 이후 재구성된 장면을 도시한다.

뮤온 단층촬영 데이터 세트는 1, 2 및 4분 간격으로 분할되고 각각 독립적으로 분석된다. 엔진만을 가지는 긴 실행으로부터의 평균 사진은 개별 짧은 실행 각각으로부터 차감되었고, 최대 10x10x10 cm3 복셀 값은 납을 가지는 그리고 납이 없는 실행들 모두에 대해 히스토그램화되었다. 예가 도 17에 도시된 바와 같은, 이들 히스토그램들은 도 18에 도시된 ROC 곡선들을 계산하기 위해 사용되었다.

95% 신뢰도를 가지는 자동 위협물 검출을 위한 평균 스캔 시간들은 장면의 배경 컴포넌트의 종래 지식이 없이 10분 초과의 노출 시간으로부터, 평균 배경 모델이 적용되어 배경 차감을 수행할 때 4초 미만의 현저하게 단축된 노출 시간으로 감소되었다. 3차원 재구성에 대한 무해한 배경 컴포넌트들의 모델의 적용은, 스캐너의 효율성을 감소시키지 않고, 높은-Z 위협 물체들의 장면들을 삭제하기 위해 평균 스캔 시간을 크게 감소시키는 것으로 도시된다. 제95 백분위 모델은 효과적이며, 그것의 동작은 짧은 노출 시간들을 가지고 작은 영역들로의 산란 신호의 집중을 효과적으로 설명한다.

뮤온 단층촬영은 이러한 재료들을 밀폐시키기 위해 사용되는 차폐 컨테이너들을 검출함으로써 높은-Z 재료 및 핵 물질과 같은 밀폐된 특정 재료들을 검출하기 위해 사용될 수 있다. 추가로, 뮤온 단층촬영은 포탄들과 같은, 독특한 형상들을 가지는, 강철과 같은 무해한 재료들로 구성되는 물체들을 검출할 수 있다. 이 검출 방식은 뮤온 단층촬영 이미지들에 존재하는 물체들의 형상들을 사용하여 특정 타겟화된 물체들을 식별한다. 이 형상 인식 방식은 뮤온 단층촬영 이미징이 높은-Z 또는 중간 Z 재료들을 검출하는 것을 넘어 광범위한 검출 응용예들에 사용되도록 한다.

뮤온들과 같은 통과 대전 입자들의 추적 및 위에 개시된 배경 차감에 더하여, 개시된 컨테이너 터미널을 구현하기 위한 검출 시스템이 또한 컨테이너 내의 내용물들을 결정하기 위해 컨테이너를 통과하는 대전 입자들의 에너지 손실을 측정하도록 구성될 수 있다. 이러한 견지에서, 대전 입자들에 노출된 볼륨을 감지하여, 볼륨에 진입하여 투과하는 또는 볼륨을 투과하지 않고 볼륨 내에서 정지되는 대전 입자들의 에너지 손실을 측정하기 위한 방법이 제공될 수 있다. 측정된 에너지 손실에 기초하여, 이 방법은 볼륨에 진입하여 투과하는 또는 볼륨을 통해 투과하지 않고 볼륨 내에 정지되는 대전 입자들의 공간적 분포를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 방법은 대전 입자들의 에너지 손실의 공간적 분포를 사용하여 검사 볼륨 내의 재료들의 3-차원 분포를 재구성하는 것을 포함한다. 방법은 또한 볼륨에 진입하여 이를 통해 투과하는 대전 입자들 및 볼륨 내에 정지하는 대전 입자들을 측정하는 것을 또한 포함한다. 대전 입자들의 에너지 손실의 측정들은 대전 입자들의 각 편향과 조합되어 볼륨 내의 하나 이상의 재료의 공간적 분포를 재구성한다.

신호 프로세싱 유닛은 검출된 궤적 정보에 기초하여 대전 입자 빔의 에너지 손실을 결정할 수 있다. 또한, 프로세싱 유닛은 복사 선량을 매핑할 뿐만 아니라(예를 들어, 에너지 손실 맵을 생성함) 해부적 이미지를 생성할 수 있다.

관심 있는 볼륨을 횡단하는 대전 입자들 및 관심 있는 볼륨 내의 대전 입자들의 정지에 대한 다중 쿨롱 산란 유도형 궤적 변경들(multiple Coulomb scattering induced trajectory changes)뿐만 아니라, 투과된 대전 입자들(예를 들어, 뮤온)의 에너지 손실이 특성화되어 단층촬영 재구성에서 사용될 수 있다. 대전 입자 추적 시스템으로부터 에너지 손실 정보를 취득하기 위한 기법들이 하기에 제공되며, 이 정보를 관심 있는 재료들의 단층촬영 재구성 및 관심 있는 볼륨 내의 이들의 분포에서 사용한다.

대전 입자 단층촬영은 대전 입자가 물질을 통과함에 따라 발생하는 다중 쿨롱 산란에 포함되는 정보를 사용하여 3-차원 사진들을 생성한다. 대전 입자가 물질을 지나감에 따라, 그것은 그것이 지나간 각각의 중성자로부터의 쿨롱의 힘에 당면한다. 대전 입자가 당면하는 핵의 원자 번호가 더 높을수록, 더 많이 통합된 산란이 가능하다. 그것의 궤적의 검출에 더하여, 대전 입자는 그것의 입사 에너지 및 그것이 지나가는 재료에 따른 그것의 에너지의 일부를 유실한다. 에너지 손실 상호작용은, 양성자들과의 상호작용들이 우세한 산란 신호보다는, 주로, 재료 내의 전자들과 입자의 상호작용들로부터의 효과이다.

도 3a의 시스템을 참조하면, 관심 있는 볼륨(5)의 내외로의 대전 입자들의 움직임을 검출하는 것에 더하여, 지나가는 대전 입자들의 에너지 손실이 검출되고 분석될 수 있다. 대전 입자들은 관심 있는 볼륨(5)에 진입하고 대전 입자들의 궤적들에 존재하는 물체들과 상호작용한다. 대전 입자들이 물체들과의 상호작용에 응답하여 산란할 때, 대전 입자들은 물체들의 특성에 기초하여 에너지를 유실한다.

도 19는 대전 입자들에 대한 정지 전력 대 대전 입자 입사 에너지의 예를 도시한다. 예시적인 정지 전력(=(dE/dx))은 운동 에너지(T)의 함수로서 구리 내의 양의 뮤온들에 대해 도시된다(12자릿수의 (12 orders of magnitude)범위).

에너지 손실은 뮤온의 나머지 질량 이하에서 이들의 운동 에너지를 가지는 뮤온들에 대해 높다(비-상대론적 뮤온들). 4 GeV의 평균 우주선 뮤온 운동 에너지 주위에서, 에너지 손실은 일부 추가된 정정들을 가지는 이온화 및 여기 손실들을 주로 기술하는 Bethe의 이론에 의해 기술된다. 평균 에너지 손실은 대략 2 MeV cm2/g이다. 에너지 손실은 다중 쿨롱 산란과는 상이하게 원자 크기 및 전하에 의존한다. 따라서, 에너지 손실의 측정은, 다중 쿨롱 산란 측정과 조합될 때, 관심 있는 볼륨 내의 재료들에 관한 추가 정보를 제공한다.

도 20은 재료들 내의 에너지 손실 측정 및 측정된 손실이 관심 있는 볼륨 내의 재료들의 특징들을 어떻게 조사하는지에 대한 예시적인 예시를 도시한다. 대전 입자의 궤적의 지식은 에너지 손실을 야기하는 재료들의 위치 및 분포에 대한 정보를 제공한다.

도 3a, 3b 및 4에 도시된 것과 같은 대전 입자 추적 검출기에서의 에너지 손실을 측정할 시, 대전 입자의 운동량은 검출기를 포함하는 재료에서의 그것의 다수의 산란에 따라 추적 검출기에서 측정될 수 있다. 대전 입자에 의해 생성되는 데이터와 직선 맞춤 사이의 합의의 정도를 평가함으로써, 입자의 운동량의 추정치가 추론될 수 있다. 운동량 측정은 인입 및 출력 궤적들에 대해 독립적으로 이루어져서, 관심 있는 볼륨을 지나가는 동안 손실된 에너지의 측정을 제공한다.

재구성 프로그램들은 복셀들을 사용하여 관심 있는 볼륨을 정의하고 단층촬영 재구성들에 에너지 손실을 포함시키도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 정수들(nx, ny 및 nz)이 사용되어 예시적인 직사각 볼륨의 측면들(x, y 및 z)을 정의할 수 있다. 각각의 복셀은 수(n)로 나뉘어지는 측면의 비(즉, dx=x/nx 등)에 의해 표현되는 각각의 측을 가지는 측들(dx, dy 및 dz)을 포함한다. 재구성에서 사용될 수 있는 또다른 파라미터는 복셀들에 할당되는 가중 인자인데, 이는 가중 인자 대 공간 내의 복셀들의 위치의 2D 또는 3D 도해가 생성될 때의 이미지를 초래한다.

가중 인자는 각각의 복셀 내의 물질의 평균 밀도로서 고려될 수 있다. 이는 각각의 복셀 내의 물질의 평균 복사 길이의 측정을 나타내는 가중 인자에 기초한다. 복사 길이는 물질의 밀도 및 기본 전하에 의존하며, 알려진 기본 조성의 화합물들의 시뮬레이션들로부터 획득될 수 있는 각각의 엘리먼트에 대해 측정가능하게 일정하다. 재구성 알고리즘은 이용되고 있는 관심 있는 볼륨의 조사에 기초하여 복셀들에 가중 인자들을 할당하도록 구현될 수 있다.

대전 뮤온들 및 전자들에 대해, 가중 인자들은 질의 볼륨의 이미징을 위해 사용될 수 있는 다른 프로세스들로서 산란, 에너지 손실, 정지 및 샤워잉(showering)을 포함할 수 있다. 가중 인자들이 대전 입자들에 의해 횡단되는 복셀들에 추가되고, 가중 인자들의 합산은 밀도 또는 복사 길이에 관련된다. 간단한 루틴들은 관심 있는 볼륨의 2개 측 상에 위치되는 검출기들(예를 들어, 검출기들(120 및 130))에 의해 측정되는 대전 입자들의 인입 궤적 및 임의의 출력 궤적들을 사용하도록 구현될 수 있다. 더 복잡한 루틴들은 대전 입자들의 작은 샘플의 통과 이후 밀도에 기초하여 복셀들의 크기의 동적 조정들; 및 이웃 복셀들의 밀도에 기초하여 스무딩 또는 클러스터링을 사용하도록 구현될 수 있다.

대전 입자 단층촬영(MT)에서, 산란 밀도의 3차원 표현들, 밀도의 측정 및 관심 있는 볼륨 내의 물질의 원자 번호(양성자 밀도)는 대전 입자 산란 데이터로부터 생성된다. 이 재구성의 충실도는 각각의 해상도 엘리먼트(복셀)를 통과하는 대전 입자들의 수 및 각각의 대전 입자로부터 이용가능한 정보의 양에 의해 결정된다. 대전 입자 궤적의 인입 투사와 출력 투사 사이의 산란각, 그것의 위치 및 가장 가까운 방식의 거리가 우도 함수 내에 포함된다. 이 함수는 관심 있는 볼륨 내의 재료 특징들 및 분포를 재구성하기 위해 설정되는 산란 데이터에 따라 최대화될 수 있다. 우도 함수에 대한 대전 입자의 에너지 손실의 추가는 전자 밀도의 관련된 그러나 부분적으로 독립적인 측정 및 관심 있는 볼륨 내의 재료들의 분포를 제공한다.

업데이트 기능은 주어진 시간 내에 관심 있는 볼륨을 통과하는 대전 입자들의 각각의 세트에 대해 정의된다. 이는 한번의 반복으로 간주된다. 각각의 반복은 이후 스캔의 종료까지 전체 횟수에 추가된다. 업데이트 기능은 복셀들의 수, 하나 이상의 가중 인자를 결정하는 측정들에 종속적이다. 각각의 복셀은 복셀을 통과하는 대전 입자들(예를 들어, 뮤온들 및/또는 전자들), 산란각들 및 변위들로부터 계산되는 일부 값을 이용하여 업데이트된다. 샤워들로부터의 정보는 각각의 반복에서 이 업데이트 기능에 추가될 수 있다. 이 방식으로, 모든 데이터는 별도로 각각(산란 및 샤워잉)을 계산하는 것 대신 동일한 우도 계산에서 고려된다. 고려될 수 있는 다른 정보는 정지 및 에너지 손실로부터의 정보를 포함한다.

구현예에서, 도 3a에서의 시스템은 투과된 대전 입자들(예를 들어, 투과된 뮤온들) 및 관심 있는 볼륨 내에 갇힌 정지된 대전 입자들에 대한 정보를 포함하는 측정된 데이터를 획득하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 정보에 기초하여, 프로세싱 유닛은 상이한 측정들에 기초하여 볼륨의 단층촬영 이미지들을 생성하고 이후 적어도 2개의 단층촬영 이미지 중 하나 또는 이들의 조합을 사용하여 최종 이미지를 생성한다.

도 21은 투과된 대전 입자들 및 갇힌 대전 입자들 모두에서 측정되는 정보에 기초하여 도 3a에서의 시스템의 동작을 도시한다. 투과된 그리고 정지된 대전 입자들이 측정들에 기초하여, 프로세싱 유닛은 투과된 대전 입자들(예를 들어, 투과된 뮤온들)의 궤적 변경들의 측정된 데이터들, 관심 있는 볼륨 내에 갇힌 정지된 대전 입자들에 대한 정보(예를 들어, 갇힌 뮤온들), 및 투과된 대전 입자들(예를 들어, 투과된 뮤온들)의 에너지 손실에 대한 정보 중 둘 또는 세가지 타입들을 조합하여 관심 있는 볼륨의 단층촬영 이미지를 구성한다. 이 프로세스는 관심 있는 볼륨 내의 상이한 프로세스들의 정보를 사용하여 관심 있는 볼륨에 대한 최종 이미지의 충실도 및 해상도를 개선시키고 거짓 검출을 감소시킨다. 일 구현예에서, 세가지 타입들의 측정들이 프로세싱 알고리즘에 입력되어 볼륨의 단일의, 최대 우도 재료 단층촬영 맵을 구성할 수 있다. 따라서, 도 3a의 시스템으로부터 이용가능한 3가지 타입들의 측정들을 이용하여, 관심 있는 볼륨의 생성된 단층촬영 이미지는 단독으로의 측정들 중 임의의 것으로부터의 이미지보다 더 정밀하고 정확할 수 있다.

대전 입자 스캐너를 사용하여 컨테이너 내의 내용물들을 결정하기 위한 추가적인 예로서, 컨테이너 내에 진입하지만 정지되는 대전 입자들은 또한 컨테이너 이미징 동작을 개선시키기 위해 사용될 수 있다. 이러한 견지에서, 프로세스는 우주선 대전 입자들과 같은 대전 입자들에 노출되는 관심 있는 볼륨(VOI)의 재료를 식별하기 위한 대전 입자 스캐너 내에서 구현될 수 있다. VOI는, 예를 들어, 컨테이너의 내용물들을 포함할 수 있다. 예시적인 프로세스는 VOI에 진입하고 빠져나가는 우주선 입자들의 제1 세트를 나타내기 위해 VOI와 상호작용하는 우주선 입자들의 산란 메트릭을 결정하는 것을 포함한다. 프로세스는 VOI 내에 진입하여 정지하는 우주선 대전 입자들의 제2 세트를 나타내기 위해 VOI와 상호작용하는 우주선 대전 입자들의 정지 메트릭을 결정하는 것을 포함한다. 프로세스는 산란 메트릭 대 정지 메트릭의 비를 계산하여 VOI에 대한 산란-대-정지 비를 획득하는 것을 포함한다. 프로세스는 산란-대-정지 비 및 산란 메트릭의 결정된 쌍을, 설정된 산란-대-정지 비 대 재료들의 범위에 대한 산란 메트릭 관계와 비교하여, VOI의 재료가 재료들의 범위 내의 재료에 매치하는지를 결정하는 것을 포함한다.

도 22는 개시된 컨테이너 터미널에서의 사용을 위해 우주선 입자들에 노출되는 VOI의 재료 또는 물체를 식별하는 예시적인 프로세스를 예시하는 플로우차트를 제시한다. 재료 식별 프로세스는 VOI에 진입하고 빠져나가는 우주선 대전 입자들의 제1 세트를 나타내기 위해 VOI와 상호작용하는 우주선 대전 입자들의 산란 메트릭을 결정하는 것을 포함한다(502). 예를 들어, 산란 메트릭 결정 프로세스는 표현(2)을 사용하여 산란 메트릭을 획득하는 것을 포함할 수 있다. 재료 식별 프로세스는 VOI 내에 진입하여 정지하는 우주선 대전 입자들의 제2 세트를 나타내기 위해 VOI와 상호작용하는 우주선 입자들의 정지 메트릭을 결정하는 것을 포함할 수 있다(504). 예를 들어, 정지 메트릭 프로세스는 표현(1)을 사용하여 산란 메트릭을 획득하는 것을 포함할 수 있다. 재료 식별 프로세스는 결정된 산란 메트릭 대 결정된 정지 메트릭의 비를 계산하여 VOI에 대한 산란-대-정지 비를 획득하는 것을 포함할 수 있다(506). 재료 식별 프로세스는 산란-대-정지 비 및 산란 메트릭의 결정된 쌍을, 산란-대-정지 비와 알려진 재료들 또는 물체들의 범위에 대한 산란 메트릭 사이의 설정된 관계와 비교하여 VOI의 재료가 알려진 재료들의 범위 내의 재료에 매치하는지를 결정하는 것을 포함한다(508). VOI의 재료를 알려진 재료로서 식별할 때, 프로세스는 산란-대-정지-비와 알려진 재료들의 범위에 대한 단위 두께 당 정규화된 정지 메트릭 사이의 설정된 관계에 기초하여 VOI의 재료 또는 물체의 두께를 추정하는 것을 포함할 수 있다(510).

일부 실시예들에서, 정지 전력은 표현:

정지 전력 = [(정지된 트랙들의 행 수/ 면적/ 시간) x <p>] / [(산란된 트랙들의 수/면적/ 시간) x 샘플 두께]

을 사용하여 계산될 수 있고, 여기서 <p>는 입사 우주선들의 평균 운동량이다.

일부 구현예들에서, 산란 메트릭은 다음 표현을 사용하여 계산된다:

λ=(<θ><p>)²/[샘플 두께]

여기서 <θ>는 평균 샘플 산란 각이다. 산란 메트릭의 이 표현이 샘플 두께의 제거를 위해 미지수로서 허용하는 것에 유의한다. 이는, 정지 전력 표현이, 위에서 도시된 바와 같이, 샘플 두께에 의해 또한 정규화되기 때문이고, 따라서 2의 비는 두께 변수를 제거한다. 일부 실시예들에서, 정지 전력 대 산란의 비는 재료 식별을 가능하게 하고, 평균 산란 각은 샘플 두께를 추론하기 위해 사용될 수 있다.

재료 식별 프로세스는 검출의 정확성을 개선하기 위해 검출되는 물체의 기하학적 효과들에 대한 보상 및 완화 프로세스를 포함할 수 있다. 수평면들과 유사한 형상의 물체들(예를 들어, 시트들, 평판들)에 대해, 우주선에 의해 생성되는 대전 입자들의 실질적으로 전부는 이들이 물체를 투과하는 것과 동일한 두께를 지나간다(또는 동일한 두께만큼 정지된다). 그러나, 그것의 수평 범위가 이들의 수직 두께와 비교가능하거나 더 작은 물체들은 모서리를 통해 자르는 궤적들을 가지는 상당 수의 우주선 대전 입자들을 가질 수 있고, 이러한 우주선 대전 입자들의 경로 길이들은 물체들의 전체 두께를 투과하는 우주선 대전 입자들의 경로 길이들보다 훨씬 더 짧을 수 있다. 이 효과는 관측된 산란 및 정지 전력을 왜곡할 수 있다. 그러나, 이 왜곡은 데이터 감소를 반복하여, 분석을 위해 VOI의 상이한-크기의 서브세트들(즉, 마스크들)을 선택함으로써 완화될 수 있다. 물체의 전체 수평 범위보다 훨씬 더 작은 마스크는 코너들을 자르는 우주선 대전 입자 궤적들의 더 작은 부분을 포함하고, 따라서 더 작은 시스템 에러를 가질 것이다. 마스크 크기를 변경하는 것은 에러를 수량화시키는 것뿐만 아니라 두께 및 수평 디멘젼들 모두의 더 양호한 추정들을 산출할 수 있다.

구현예들에서, 방법은 각각의 재료를 통과하는 입사 우주선 대전 입자들의 산란 및 정지에 기초하여 재료들의 범위를 특성화하기 위해 사용될 수 있다. 예시적인 방법은, 재료들의 범위 내의 주어진 재료에 대해: (a) 재료의 관심 있는 볼륨(VOI)을 생성하는 것, (b) VOI에 진입하고 빠져나오는 우주선 대전 입자들의 제1 세트를 나타내기 위해 VOI와 상호작용하는 우주선 대전 입자들의 산란 메트릭을 결정하는 것, (c) VOI 내에 진입하여 정지하는 우주선 대전 입자들의 제2 세트를 나타내기 위해 VOI와 상호작용하는 우주선 대전 입자들의 정지 메트릭을 결정하는 것, 및 (d) 산란 메트릭 대 정지 메트릭이 비를 계산하여 재료에 대한 산란-대-정지 비를 획득하는 것을 포함한다. 방법은 산란-대-정지 비 및 재료들의 범위에 대한 연관된 산란 메트릭의 결정된 쌍들에 기초하여 재료들의 범위에 대하 우주선 입자들의 산란-정지 관계를 설정하는 것을 또한 포함한다.

이 문서가 많은 특정 항목들을 포함하지만, 이들은 발명의 범위 또는 청구될 수 있는 것에 대한 제한으로서 해석되는 것이 아니라, 발명의 특정 실시예들에 대해 특정적인 특징들의 기재들로서 해석되어야 한다. 별도의 실시예들의 상황에서 이 문서에 기술되는 특정 특징들은 또한 단일의 실시예에서 조합하여 구현될 수 있다. 반면, 단일의 실시예의 상황에서 기술되는 다양한 특징들은 또한 별도로 또는 임의의 적절한 세부 조합으로 다수의 실시예에서 구현될 수 있다. 그러나, 특징들이 특정 조합들에서 작용하는 것으로서 기술되고 따라서 심지어 초기에 청구될 수 있지만, 청구되는 조합으로부터의 하나 이상의 특징은 일부 경우들에서 조합으로부터 구현될 수 있고, 청구되는 조합은 세부 조합 또는 세부 조합의 변형에 관한 것일 수 있다.

유사하게, 동작들이 특정 순서로 도면들에 도시되지만, 이는, 바람직한 결과들을 달성하기 위해, 이러한 동작들이 도시된 특정 순서로 또는 순차적 순서로 수행되는 것 또는 모든 예시된 동작들이 수행되는 것을 요구하는 것으로서 이해되지 않아야 한다. 또한, 이 특허 문서에 기술되는 실시예들에서의 다양한 시스템 컴포넌트들의 분리는 모든 실시예들에서 이러한 분리를 요구하는 것으로서 해석되지 않아야 한다.

이 문서에 기술되는 개시된 그리고 다른 실시예들, 모듈들 및 기능 동작들은 디지털 전자 회로에서, 또는 이 문서에 개시되는 구조들 및 이들의 구조적 등가물들을 포함하는 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어, 또는 하드웨어에서, 또는 이들 중 하나 이상의 조합으로 구현될 수 있다. 개시된 그리고 다른 실시예들은 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 제품들, 즉, 데이터 프로세싱 장치에 의한 실행을 위해 또는 데이터 프로세싱 장치의 동작을 제어하기 위해 컴퓨터 판독가능한 매체 상에 인코딩되는 컴퓨터 프로그램 명령들의 하나 이상의 모듈로서 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독가능한 매체는 머신-판독가능한 저장 디바이스, 머신-판독가능한 저장 기판, 메모리 디바이스, 머신-판독가능한 전파 신호를 실행하는 물질의 조합, 또는 이들의 하나 이상의 조합일 수 있다. 용어 "데이터 프로세싱 장치"는 예로서 프로그래밍가능한 프로세서, 컴퓨터, 또는 다수의 프로세서 또는 컴퓨터를 포함하는, 데이터를 프로세싱하기 위한 모든 장치, 디바이스들, 및 머신들을 포함한다. 장치는, 하드웨어에 더하여, 질의 시 컴퓨터 프로그램에 대한 실행 환경을 실행하는 코드, 예를 들어, 프로세서 펌웨어, 프로토콜 스택, 데이터베이스 관리 시스템, 운영 체제, 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 구성하는 코드를 포함할 수 있다. 전파 신호는 적절한 수신기 장치로의 전송을 위한 정보를 인코딩하도록 생성되는 인위적으로 생성된 신호, 예를 들어, 머신-생성된 전기, 광학, 또는 전자기 신호이다.

컴퓨터 프로그램(또한, 프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 애플리케이션, 스크립트, 또는 코드)은 컴파일된 또는 해석된 언어들을 포함하는, 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 기입될 수 있고, 그것은, 독립형 프로그램으로서 또는 모듈로서, 컴포넌트, 서브루틴, 또는 컴퓨팅 환경에서 사용하기에 적합한 다른 유닛을 포함하는 임의의 형태로 배치될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 파일 시스템 내의 파일에 반드시 대응하지는 않는다. 프로그램은 다른 프로그램들 또는 데이터를 보유하는 파일의 일부분(예를 들어, 마크업 언어 문서에 저장되는 하나 이상의 스크립트)에, 질문 시 프로그램에 전용인 단일 파일에, 또는 다수의 조정된 파일(예를 들어, 하나 이상의 모듈, 서브 프로그램, 또는 코드의 일부분들을 저장하는 파일들)에 저장될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 사이트에 위치되는 또는 다수의 사이트에 걸쳐 분배되고 통신 네트워크에 의해 상호접속되는 하나의 컴퓨터 또는 다수의 컴퓨터 상에서 실행되도록 배치될 수 있다.

이 문서에 기술되는 프로세스들 및 논리 흐름들은 하나 이상의 컴퓨터 프로그램을 실행하는 하나 이상의 프로그래밍가능한 프로세서에 의해 수행되어 입력 데이터를 동작시키고 출력을 생성함으로써 기능들을 수행할 수 있다. 특수 목적 논리 회로, 예를 들어, FPGA(필드 프로그래밍가능 게이트 어레이) 또는 ASIC(응용 특정적 집적 회로)에 의해 프로세스들 및 논리 흐름들이 또한 수행될 수 있고, 이들로서 장치가 또한 구현될 수 있다.

컴퓨터 프로그램의 실행에 적합한 프로세서들은, 예로서, 범용 및 특수 목적 마이크로프로세서, 및 임의의 종류의 디지털 컴퓨터의 임의의 하나 이상의 프로세서를 포함한다. 일반적으로, 프로세서는 판독 전용 메모리 또는 랜덤 액세스 메모리 또는 둘 모두로부터 명령들 및 데이터를 수신할 것이다. 컴퓨터의 필수 엘리먼트들은 명령들을 수행하기 위한 프로세서 및 명령들과 데이터를 저장하기 위한 하나 이상의 메모리 디바이스이다. 일반적으로, 컴퓨터는 또한 데이터를 저장하기 위한 하나 이상의 대용량 저장 디바이스, 예를 들어, 자기, 자기 광학 디스크, 또는 광학 디스크를 포함하거나 또는 이로부터 데이터를 수신하거나 또는 이에 데이터를 전달하거나, 둘 모두를 수행하도록 동작상으로 커플링될 수 있다. 그러나, 컴퓨터는 이러한 디바이스들을 가질 필요는 없다. 컴퓨터 프로그램 명령들 및 데이터를 저장하기에 적합한 컴퓨터 판독가능한 매체는, 예로서 반도체 메모리 디바이스들, 예를 들어, EPROM, EEPROM, 및 플래시 메모리 디바이스들을 포함하는, 모든 형태의 비휘발성 메모리, 미디어 및 메모리 디바이스들; 자기 디스크들, 예를 들어, 내부 하드 디스크들 또는 제거가능한 디스크들; 자기 광학 디스크들; 및 CD ROM 및 DVD-ROM 디스크들을 포함한다. 프로세서 및 메모리는 특수 목적 논리 회로에 의해 보완되거나, 또는 특수 목적 논리 회로에 포함될 수 있다.

단지 몇몇 구현예들만이 개시된다. 기술된 구현예들 및 다른 구현예들의 변형들 및 개선들은 이 문서에 기술되고 예시된 것에 기초하여 이루어질 수 있다.

Claims

항구의 컨테이너 터미널(container terminal) 내의 선박으로부터의 입항 컨테이너들(inbound containers)의 프로세싱의 일부로서 컨테이너들을 스캐닝하기 위한 방법으로서,
상기 선박에 가장 가까운 야드 스택(yard stack)의 하나의 종단 상으로 선박으로부터의 컨테이너들을 내리는(off-load) 단계;
컨테이너 식별 번호 및 컨테이너 화물 목록을 포함하는 각각의 컨테이너에 대한 정보를 획득하는 단계;
지상 선적(ground shipping)을 위해 상기 야드 스택에 컨테이너를 배치하기 이전에, 상기 선박에 가장 가까운 상기 야드 스택의 하나의 종단에서 컨테이너 스캐너를 동작시켜 상기 컨테이너를 스캐닝하여 상기 스캐닝된 컨테이너에 대한 정보를 획득하여 상기 컨테이너가 하나 이상의 수상한 지역들 또는 물체들(suspect regions or objects)을 포함하는지를 표시하는 단계 - 상기 컨테이너 스캐너는 우주선(cosmic ray)들로부터의 뮤온(muon)들에 기초하여 동작되는 대전 입자 단층촬영 스캐너(charged particle tomography scanner)를 포함하고, 상기 컨테이너 스캐너를 동작시켜 상기 컨테이너를 스캐닝하는 단계는:
상기 컨테이너의 내용물들에 진입하고 빠져나오는 우주선 입자들의 제1 세트를 나타내기 위해 상기 컨테이너의 내용물들과 상호작용하는 우주선 입자들의 산란 메트릭(scattering metric)을 결정하는 단계;
상기 컨테이너의 내용물들 내에 진입하여 정지하는 우주선 대전 입자들의 제2 세트를 나타내기 위해 상기 컨테이너의 내용물들과 상호작용하는 우주선 대전 입자들의 정지 메트릭(stopping metric)을 결정하는 단계;
상기 산란 메트릭 대 상기 정지 메트릭의 비를 계산하여 상기 컨테이너의 내용물에 대한 산란-대-정지 비(scattering-to-stopping ratio)를 획득하는 단계; 및
산란-대-정지 비 및 상기 산란 메트릭의 결정된 쌍을, 설정된 산란-대-정지 비 대 재료들의 범위에 대한 산란 메트릭 관계와 비교하여, 상기 컨테이너의 내용물들이 상기 재료들의 범위 내의 재료에 매치(match)하는지를 결정하는 단계
를 포함함 -;
상기 스캐닝의 완료 시, 상기 스캐닝된 컨테이너를 후속하는 지상 선적을 위한 보관을 위해 상기 야드 스택에, 또는 즉각적인 지상 선적을 위해 트럭 또는 기차에 배치하는 단계; 및
지상 선적에 대한 허가(clearance)를 위해 상기 스캐닝된 컨테이너의 정보를 제공하는 단계
를 포함하고, 상기 제공된 정보는 상기 컨테이너 식별 번호, 상기 컨테이너 화물 목록, 및 상기 스캐닝된 컨테이너가 하나 이상의 수상한 지역들 또는 물체들을 포함하는지를 표시하는 상기 스캐닝의 정보를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 각각의 컨테이너에 대한 정보의 획득은 상기 컨테이너들이 상기 선박으로부터 상기 야드 스택의 하나의 종단 상으로 내려지는 동안 수행되는 방법.
제1항에 있어서,
상기 선박에 가장 가까운 상기 야드 스택의 종단에 있는 상기 컨테이너 스캐너는 한번에 하나의 컨테이너를 스캐닝하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 선박에 가장 가까운 상기 야드 스택의 종단에 있는 상기 컨테이너 스캐너는 한번에 2개 이상의 컨테이너를 병렬로 스캐닝하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 선박에 가장 가까운 상기 야드 스택의 종단에 있는 상기 컨테이너 스캐너를 동작시키는 것은 상기 컨테이너를 스캐닝하기 위한 시간을 추가하는 것을 회피하기 위해 상기 야드 스택에서 컨테이너들을 핸들링하는 야드 크레인(yard crane)에 의한 2개의 인접한 픽업(pickup) 사이의 시간 동안 컨테이너를 스캐닝하는 것을 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 대전 입자 단층촬영 스캐너는 인입 및 출력 우주선에 의해 생성되는 대전 입자들 및 감마선들(incoming and outgoing cosmic-ray produced charged particles and gamma rays)을 검출하기 위한 드리프트 관들(drift tubes)을 포함하는 방법.
제6항에 있어서,
감마선 카운팅 레이트(gamma ray counting rate)에서 검출가능한 증가를 제공하도록 감마선 소스를 동작시키는 단계를 더 포함하는 방법.
제6항에 있어서,
드리프트 관들을 사용하여, 상기 컨테이너로부터 방출되는 중성자들을 검출하는 단계를 더 포함하고, 상기 드리프트 관들은 중성자 민감 재료(neutron sensitive material)를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 컨테이너 스캐너를 동작시켜 상기 컨테이너를 스캐닝하는 단계는:
검사 중인 상기 컨테이너의 하나 이상의 우주 뮤온 이미지(cosmic muon image)를 획득하는 단계;
검사 중인 상기 컨테이너의 획득된 우주 뮤온 이미지로부터 검사 중인 상기 컨테이너의 배경을 나타내는 기준 컨테이너의 기준 우주 뮤온 이미지를 차감(subtracting)하여 차감된 이미지를 획득하는 단계; 및
상기 차감된 이미지를 프로세싱하여 검사 중인 상기 컨테이너가 상기 기준 우주 뮤온 이미지가 없는 타겟 물체를 포함하는지를 결정하는 단계
를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 컨테이너 스캐너를 동작시켜 상기 컨테이너를 스캐닝하는 단계는:
볼륨(volume)에 진입하여 투과하는 대전 입자들 및 상기 볼륨을 투과하지 않고 상기 볼륨 내에 정지된 대전 입자들의 에너지 손실을 측정하는 단계; 및
상기 측정된 에너지 손실에 기초하여, 볼륨에 진입하여 투과하는 상기 대전 입자들 및 상기 볼륨을 투과하지 않고 상기 볼륨 내에 정지된 대전 입자들의 공간적 분포를 결정하는 단계
를 포함하는 방법.
항구를 통해, 선박으로부터 육지로 또는 환적(transshipment)의 경우 선박 상으로 나가는 컨테이너들의 흐름을 늦추지 않고 위협 재료(threat material) 또는 밀수 재료(contraband material)에 대해 항구를 경유하는 선적 컨테이너들의 스캐닝을 가능하게 하는 방법으로서,
선박으로부터 적어도 하나의 스캐닝 시스템으로 자동 경로안내 차량(automated guided vehicle)(AGV) 상에 도착하는 컨테이너를 실어나르는(shuttling) 단계 ― 상기 적어도 하나의 스캐닝 시스템은 부두에 가장 가까운 컨테이너들의 야드 스택의 종단에 위치되고, 상기 적어도 하나의 스캐닝 시스템은 우주선들로부터의 뮤온들에 기초하여 동작되는 대전 입자 단층촬영 스캐너를 포함함 ― ;
컨테이너 식별, 및 이용가능한 경우, 컨테이너 화물 목록을 수신하는 단계;
상기 컨테이너를 스캐닝하여 위협 재료 또는 밀수 재료의 존재에 대해 상기 컨테이너의 내용물들을 분석하는 단계 - 상기 컨테이너의 상기 스캐닝은:
상기 컨테이너의 내용물들에 진입하고 빠져나오는 우주선 입자들의 제1 세트를 나타내기 위해 상기 컨테이너의 내용물들과 상호작용하는 우주선 입자들의 산란 메트릭을 결정하는 단계;
상기 컨테이너의 내용물들 내에 진입하여 정지하는 우주선 대전 입자들의 제2 세트를 나타내기 위해 상기 컨테이너의 내용물들과 상호작용하는 우주선 대전 입자들의 정지 메트릭을 결정하는 단계;
상기 산란 메트릭 대 상기 정지 메트릭의 비를 계산하여 상기 컨테이너의 내용물에 대한 산란-대-정지 비를 획득하는 단계; 및
산란-대-정지 비 및 상기 산란 메트릭의 결정된 쌍을, 설정된 산란-대-정지 비 대 재료들의 범위에 대한 산란 메트릭 관계와 비교하여, 상기 컨테이너의 내용물들이 상기 재료들의 범위 내의 재료에 매치하는지를 결정하는 단계
를 포함함 -;
통합된 데이터 패키지를 현장 밖의 세관(customs) 또는 보안 시설에 송신하는 단계; 및
야드 크레인에 의한 픽업을 위해 상기 스캐닝 시스템 밖으로 상기 컨테이너를 실어나르는 단계
를 포함하고, 상기 통합된 데이터 패키지는: (a) 상기 컨테이너 식별, (b) 상기 컨테이너 화물 목록, (c) 상기 컨테이너의 내용물들에 관련된 미가공 데이터 또는 상기 컨테이너의 내용물들의 프로세싱된 이미지들; (d) 잠재적인 위협 재료 또는 밀수 재료들의 존재에 관한 상기 컨테이너의 내용물들의 평가, 또는 (e) 세관 또는 보안이 행동할 수 있는 클리어 신호(clear signal) 또는 경보 신호를 포함하는 방법.
제11항에 있어서, 상기 스캐닝 시스템은 복수의 컨테이너를 나란히 그리고 동시에, 상기 스캐닝 시스템에 의해 서비스되는 상기 야드 스택 내의 컨테이너 행들의 수까지 수용하도록 구성되고, 그리고
상기 스캐닝 시스템은 단일 스캔에서 이미징을 위해 전체 40 피트 길이의 컨테이너를 수용하는 방법.
제12항에 있어서, 상기 스캐닝 시스템은 상이한 시간 길이들에 대해 인접한 컨테이너들을 스캐닝하고, 그리고
각각의 컨테이너는 독립적으로 상기 대전 입자 단층촬영 스캐너 내로 그리고 상기 대전 입자 단층촬영 스캐너 밖으로 실려가는 방법.
제13항에 있어서, 상이한 시간 길이들에 대한 인접한 컨테이너들의 스캐닝은 컨테이너 내용물들, 이미지 품질, 및 검출 신뢰도 레벨 중 임의의 하나 이상에 의존하는 방법.
제13항에 있어서, 상기 스캐닝 시스템은 단일 스캔에서 20 피트 길이의 컨테이너를 스캐닝하도록 구성되고, 그리고
상기 스캐닝 시스템은 2개의 종단-대-종단 스캔(two end-to-end scans)에서 40 피트 길이의 컨테이너를 스캐닝하는 방법.
제15항에 있어서, 상기 컨테이너의 내용물들의 단일 재구성을 생성하기 위해 상기 종단-대-종단 스캔들로부터의 데이터가 결합되는 방법.
제11항에 있어서, 상기 스캐닝 시스템은 한번에 단일의 컨테이너를 수용하도록 구성되는 방법.
제13항에 있어서, 스캐닝 시스템들은 상기 항구 내의 모든 야드 스택의 종단에 설치되는 방법.
제11항에 있어서, 상기 프로세싱된 이미지들은 3-차원 이미지들을 포함하는 방법.
제11항에 있어서, 상기 대전 입자 단층촬영 스캐너는 인입 및 출력 우주선에 의해 생성되는 대전 입자들 및 감마선들을 검출하는 방법.
제20항에 있어서,
감마선 소스를 동작시켜 감마선 카운팅 레이트의 검출가능한 증가를 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
제11항에 있어서,
드리프트 관들을 사용하여, 상기 컨테이너로부터 방출되는 중성자들을 검출하는 단계를 더 포함하고, 상기 드리프트 관들은 중성자 민감 재료를 포함하는 방법.
제11항에 있어서, 상기 컨테이너의 스캐닝은:
검사 중인 상기 컨테이너의 하나 이상의 우주 뮤온 이미지를 획득하는 단계;
검사 중인 상기 컨테이너의 획득된 우주 뮤온 이미지로부터 검사 중인 상기 컨테이너의 배경을 나타내는 기준 컨테이너의 기준 우주 뮤온 이미지를 차감하여 차감된 이미지를 획득하는 단계; 및
상기 차감된 이미지를 프로세싱하여 검사 중인 상기 컨테이너가 상기 기준 우주 뮤온 이미지가 없는 타겟 물체를 포함하는지를 결정하는 단계
를 포함하는 방법.
제11항에 있어서, 상기 컨테이너의 스캐닝은:
볼륨에 진입하여 투과하는 대전 입자들 및 상기 볼륨을 투과하지 않고 상기 볼륨 내에 정지된 대전 입자들의 에너지 손실을 측정하는 단계; 및
상기 측정된 에너지 손실에 기초하여, 볼륨에 진입하여 투과하는 대전 입자들 및 상기 볼륨을 투과하지 않고 상기 볼륨 내에 정지된 대전 입자들의 공간적 분포를 결정하는 단계
를 포함하는 방법.
항구를 통해, 선박으로부터 육지로 또는 환적의 경우 선박 상으로 나가는 컨테이너들의 흐름을 늦추지 않고 위협 재료 또는 밀수 재료에 대해 항구를 경유하는 선적 컨테이너들의 스캐닝을 가능하게 하는 방법으로서,
선박으로부터 적어도 하나의 스캐닝 시스템으로 자동 경로안내 차량(AGV) 상에 도착하는 컨테이너를 실어나르는 단계 ― 상기 적어도 하나의 스캐닝 시스템은 부두에 가장 가까운 컨테이너들의 야드 스택의 종단에 위치됨 ― ;
컨테이너 식별, 및 이용가능한 경우, 컨테이너 화물 목록을 수신하는 단계;
상기 컨테이너를 스캐닝하여 위협 재료 또는 밀수 재료의 존재에 대해 상기 컨테이너의 내용물들을 분석하는 단계;
통합된 데이터 패키지를 현장 밖의 세관(customs) 또는 보안 시설에 송신하는 단계; 및
야드 크레인에 의한 픽업을 위해 상기 스캐닝 시스템 밖으로 상기 컨테이너를 실어나르는 단계
를 포함하고, 상기 통합된 데이터 패키지는: (a) 상기 컨테이너 식별, (b) 상기 컨테이너 화물 목록, (c) 상기 컨테이너의 내용물들에 관련된 미가공 데이터 또는 상기 컨테이너의 내용물들의 프로세싱된 이미지들; (d) 잠재적인 위협 재료 또는 밀수 재료들의 존재에 관한 상기 컨테이너의 내용물들의 평가, 또는 (e) 세관 또는 보안이 행동할 수 있는 클리어 신호(clear signal) 또는 경보 신호를 포함하고,
컨테이너 식별 및 컨테이너 화물 목록만이 상기 항구와 공유되고, 스캐닝 결과들은 오직 상기 현장 밖의 세관 또는 보안 시설과 공유되는 방법.
제25항에 있어서, 상기 적어도 하나의 스캐닝 시스템은 우주선들로부터의 뮤온들에 기초하여 동작되는 대전 입자 단층촬영 스캐너를 포함하는 방법.
제26항에 있어서, 상기 스캐닝 시스템은 복수의 컨테이너를 나란히 그리고 동시에, 상기 스캐닝 시스템에 의해 서비스되는 상기 야드 스택 내의 컨테이너 행들의 수까지 수용하도록 구성되고, 그리고
상기 스캐닝 시스템은 단일 스캔에서 이미징을 위해 전체 40 피트 길이의 컨테이너를 수용하는 방법.
제27항에 있어서, 상기 스캐닝 시스템은 상이한 시간 길이들에 대해 인접한 컨테이너들을 스캐닝하고, 그리고
각각의 컨테이너는 독립적으로 상기 대전 입자 단층촬영 스캐너 내로 그리고 상기 대전 입자 단층촬영 스캐너 밖으로 실려가는 방법.
제28항에 있어서, 상이한 시간 길이들에 대한 인접한 컨테이너들의 스캐닝은 컨테이너 내용물들, 이미지 품질, 및 검출 신뢰도 레벨 중 임의의 하나 이상에 의존하는 방법.
제28항에 있어서, 상기 스캐닝 시스템은 단일 스캔에서 20 피트 길이의 컨테이너를 스캐닝하도록 구성되고, 그리고
상기 스캐닝 시스템은 2개의 종단-대-종단 스캔에서 40 피트 길이의 컨테이너를 스캐닝하는 방법.
제30항에 있어서, 상기 컨테이너의 내용물들의 단일 재구성을 생성하기 위해 상기 종단-대-종단 스캔들로부터의 데이터가 결합되는 방법.
제25항에 있어서, 상기 스캐닝 시스템은 한번에 단일의 컨테이너를 수용하도록 구성되는 방법.
제28항에 있어서, 스캐닝 시스템들은 상기 항구 내의 모든 야드 스택의 종단에 설치되는 방법.
제25항에 있어서, 상기 프로세싱된 이미지들은 3-차원 이미지들을 포함하는 방법.
제26항에 있어서, 상기 대전 입자 단층촬영 스캐너는 인입 및 출력 우주선에 의해 생성되는 대전 입자들 및 감마선들을 검출하는 방법.
제35항에 있어서,
감마선 소스를 동작시켜 감마선 카운팅 레이트의 검출가능한 증가를 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
제26항에 있어서,
드리프트 관들을 사용하여, 상기 컨테이너로부터 방출되는 중성자들을 검출하는 단계를 더 포함하고, 상기 드리프트 관들은 중성자 민감 재료를 포함하는 방법.
제26항에 있어서, 상기 컨테이너의 스캐닝은:
검사 중인 상기 컨테이너의 하나 이상의 우주 뮤온 이미지를 획득하는 단계;
검사 중인 상기 컨테이너의 획득된 우주 뮤온 이미지로부터 검사 중인 상기 컨테이너의 배경을 나타내는 기준 컨테이너의 기준 우주 뮤온 이미지를 차감하여 차감된 이미지를 획득하는 단계; 및
상기 차감된 이미지를 프로세싱하여 검사 중인 상기 컨테이너가 상기 기준 우주 뮤온 이미지가 없는 타겟 물체를 포함하는지를 결정하는 단계
를 포함하는 방법.
제26항에 있어서, 상기 컨테이너의 스캐닝은:
볼륨에 진입하여 투과하는 대전 입자들 및 상기 볼륨을 투과하지 않고 상기 볼륨 내에 정지된 대전 입자들의 에너지 손실을 측정하는 단계; 및
상기 측정된 에너지 손실에 기초하여, 볼륨에 진입하여 투과하는 대전 입자들 및 상기 볼륨을 투과하지 않고 상기 볼륨 내에 정지된 대전 입자들의 공간적 분포를 결정하는 단계
를 포함하는 방법.
제26항에 있어서, 상기 컨테이너의 스캐닝은:
상기 컨테이너의 내용물들에 진입하고 빠져나오는 우주선 입자들의 제1 세트를 나타내기 위해 상기 컨테이너의 내용물들과 상호작용하는 우주선 입자들의 산란 메트릭을 결정하는 단계;
상기 컨테이너의 내용물들 내에 진입하여 정지하는 우주선 대전 입자들의 제2 세트를 나타내기 위해 상기 컨테이너의 내용물들과 상호작용하는 우주선 대전 입자들의 정지 메트릭을 결정하는 단계;
상기 산란 메트릭 대 상기 정지 메트릭의 비를 계산하여 상기 컨테이너의 내용물에 대한 산란-대-정지 비를 획득하는 단계; 및
산란-대-정지 비 및 상기 산란 메트릭의 결정된 쌍을, 설정된 산란-대-정지 비 대 재료들의 범위에 대한 산란 메트릭 관계와 비교하여, 상기 컨테이너의 내용물들이 상기 재료들의 범위 내의 재료에 매치하는지를 결정하는 단계
를 포함하는 방법.
항구에 있는 선박으로부터 입항 컨테이너들의 프로세싱의 일부로서 컨테이너 스캐닝을 수행하기 위한 컨테이너 터미널로서,
선박으로부터 컨테이너들을 내리도록 동작가능한 선박 크레인들을 포함하는 도킹 영역(docking area);
지정된 스태킹 위치들 내의 야드 스택들을 포함하는 스태킹 야드(stacking yard) ― 각각의 야드 스택은 상기 선박으로부터의 컨테이너들을 수용하기 위해 상기 선박에 가장 가까운 제1 종단 및 적어도 하나의 야드 크레인을 포함하고, 적어도 하나의 야드 크레인은 지상 수송을 위해 컨테이너들을 송달하기 위해 상기 선박으로부터 가장 먼 제2 종단 및 상기 제1 종단에 내려지는 컨테이너들을 핸들링하기 위한 것임 ― ;
상기 야드 스택들에 분배되는 컨테이너 스캐너들 ― 각각의 컨테이너 스캐너는 상기 선박에 가장 가까운 각각의 야드 스택의 제1 종단에 위치되고, 각각의 컨테이너 스캐너는 지상 선적을 위해 상기 야드 스택의 또다른 부분에 스캐닝된 컨테이너들을 배치하기 이전에 상기 야드 스택에 내려지는 각각의 컨테이너를 스캐닝하도록 구성되고, 각각의 컨테이너 스캐너는 상기 컨테이너가 하나 이상의 수상한 구역들 또는 물체들을 포함하는지를 나타내는 상기 스캐닝된 컨테이너에 대한 정보를 획득하도록 구성되고, 각각의 컨테이너 스캐너는 우주선들로부터의 뮤온들에 기초하여 동작되는 대전 입자 단층촬영 스캐너를 포함함 ― ; 및
컨테이너 스캐너들에 통신가능하게 커플링되는 신호 프로세싱 유닛
을 포함하고, 상기 신호 프로세싱 유닛은 데이터 및 명령들을 저장하도록 구성되는 메모리 및 적어도 하나의 프로세서를 포함하고, 상기 명령들은, 실행될 때 상기 적어도 하나의 프로세서로 하여금,
상기 컨테이너의 내용물들에 진입하고 빠져나오는 우주선 입자들의 제1 세트를 나타내기 위해 상기 컨테이너의 내용물들과 상호작용하는 우주선 입자들의 산란 메트릭을 결정하게 하고;
상기 컨테이너의 내용물들 내에 진입하여 정지하는 우주선 대전 입자들의 제2 세트를 나타내기 위해 상기 컨테이너의 내용물들과 상호작용하는 우주선 대전 입자들의 정지 메트릭을 결정하게 하고;
상기 산란 메트릭 대 상기 정지 메트릭의 비를 계산하여 상기 컨테이너의 내용물에 대한 산란-대-정지 비를 획득하게 하고;
산란-대-정지 비 및 상기 산란 메트릭의 결정된 쌍을, 설정된 산란-대-정지 비 대 재료들의 범위에 대한 산란 메트릭 관계와 비교하여, 상기 컨테이너의 내용물들이 상기 재료들의 범위 내의 재료에 매치하는지를 결정하게 하고; 그리고
지상 선적을 위한 허가를 위해 각각의 스캐닝된 컨테이너에 대한 정보를 제공하게 하며, 상기 제공되는 정보는 식별 번호, 컨테이너 화물 목록, 및 상기 스캐닝된 컨테이너가 하나 이상의 수상한 구역들 또는 물체들을 포함하는지를 나타내는 상기 스캐닝의 정보를 포함하는 컨테이너 터미널.
제41항에 있어서, 대전 입자 단층촬영 스캐너는 드리프트 관들을 포함하고, 상기 신호 프로세싱 유닛은 상기 드리프트 관들에 통신가능하게 커플링되고, 상기 명령들은, 실행될 때 상기 적어도 하나의 프로세서로 하여금:
인입 및 출력 우주선에 의해 생성되는 대전 입자들 및 감마선들을 검출하게 하는 컨테이너 터미널.
제42항에 있어서,
상기 신호 프로세싱 유닛에 통신가능하게 커플링되는 감마선 소스를 더 포함하고, 상기 명령들은, 실행될 때 상기 적어도 하나의 프로세서로 하여금:
감마선 카운팅 레이트의 검출가능한 증가를 제공하게 하는 컨테이너 터미널.
제42항에 있어서, 상기 드리프트 관들은 상기 컨테이너로부터 방출되는 중성자들을 검출하기 위한 중성자 민감 재료를 포함하는 컨테이너 터미널.
제41항에 있어서, 상기 신호 프로세싱 유닛은 상기 대전 입자 단층촬영 스캐너에 통신가능하게 커플링되고, 상기 명령들은, 실행될 때 상기 적어도 하나의 프로세서로 하여금:
검사 중인 상기 컨테이너의 하나 이상의 우주 뮤온 이미지를 획득하게 하고;
검사 중인 상기 컨테이너의 획득된 우주 뮤온 이미지로부터 검사 중인 상기 컨테이너의 배경을 나타내는 기준 컨테이너의 기준 우주 뮤온 이미지를 차감하여 차감된 이미지를 획득하게 하고; 그리고
상기 차감된 이미지를 프로세싱하여 검사 중인 상기 컨테이너가 상기 기준 우주 뮤온 이미지가 없는 타겟 물체를 포함하는지를 결정하게 하는 컨테이너 터미널.
제41항에 있어서, 상기 신호 프로세싱 유닛은 상기 대전 입자 단층촬영 스캐너에 통신가능하게 커플링되고, 상기 명령들은, 실행될 때 상기 적어도 하나의 프로세서로 하여금:
볼륨에 진입하여 투과하는 대전 입자들 및 상기 볼륨을 투과하지 않고 상기 볼륨 내에 정지된 대전 입자들의 에너지 손실을 측정하게 하고; 그리고
상기 측정된 에너지 손실에 기초하여, 볼륨에 진입하여 투과하는 상기 대전 입자들 및 상기 볼륨을 투과하지 않고 상기 볼륨 내에 정지된 대전 입자들의 공간적 분포를 결정하게 하는 컨테이너 터미널.
제1항에 있어서, 상기 컨테이너는 상기 컨테이너 스캐너의 하나의 종단 안으로 밀어넣어져서 상기 컨테이너를 스캐닝하고, 이후 상기 스캐닝의 종료 후에 상기 컨테이너 스캐너의 다른 종단 밖으로 밀려 나가게 되는 방법.
제11항에 있어서, 상기 컨테이너는 상기 스캐닝 시스템의 하나의 종단 안으로 밀어넣어져서 상기 컨테이너를 스캐닝하고, 이후 상기 스캐닝의 종료 후에 상기 스캐닝 시스템의 다른 종단 밖으로 밀려 나가게 되는 방법.
제25항에 있어서, 상기 컨테이너는 상기 스캐닝 시스템의 하나의 종단 안으로 밀어넣어져서 상기 컨테이너를 스캐닝하고, 이후 상기 스캐닝의 종료 후에 상기 스캐닝 시스템의 다른 종단 밖으로 밀려 나가게 되는 방법.
제41항에 있어서, 각각의 컨테이너는 컨테이너가 밀려 들어가는 하나의 종단 및 상기 컨테이너가 상기 컨테이너의 스캐닝의 종료 후에 밀려 나오는 다른 종단을 포함하는 컨테이너 터미널.