KR20060054191A - 중성자 및 감마선 모니터 - Google Patents

중성자 및 감마선 모니터 Download PDF

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KR20060054191A
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Abstract

방사선의 선택적 검출용 장치는 중성자 방출체(emitter), 예컨대 플루토늄 등의 검출을 용이하게 하는 중성자 검출기, 감마선 공급원(source), 예컨대 우라늄 등의 검출을 용이하게 하는 감마선 검출기, 및/또는 방사성 공급원, 예컨대 납 등을 차폐할 수 있는 물질의 검출을 용이하게 하는 X-선 분석기를 포함한다.

Description

중성자 및 감마선 모니터 {NEUTRON AND GAMMA RAY MONITOR}
본 출원은 2003년 6월 5일자로 출원된 미국 분할 출원 제60/476,101호의 이익을 향유하고자 하며, 그 전체 교시는 본 명세서에 참고로 병합된다.
테러리즘의 증가로 질량 파괴의 방사성 무기 또는 그 방사성 형태의 검출을 차폐(shield)하는 데 이용되는 물질, 예컨대 고원자량 원소를 위한 효과적인 검출기에 대한 수요가 점증하고 있다. 특별한 관심의 대상이 되는 세 가지 무기로는 이른바 "더러운 폭탄(dirty bombs)", 우라늄계 원자 폭탄 및 플루토늄계 원자 폭탄이 있다. 예컨대, 더러운 폭탄은 폭발과 동시에 분산되어 주위를 오염시키는 방사성 물질에 의하여 둘러싸인 화학성 폭발물을 포함한다. 더러운 폭탄은 가장 통상적인 신호가 되는 그 방출된 방사선, 감마선 및 제동복사선(bremsstrahlung radiation)에 의하여 검출될 수 있다. 우라늄계 원자 폭탄은 원칙적으로 235U 또는 238U의 감마선 신호에 의하여 확인될 수 있다. 무기 등급의 235U로부터의 방사성 플럭스가 낮고, 따라서 우수한 효율 및 양호한 에너지 분해능(resolution)은 배경 감마선 및 방사성이 없는 공급원(source)으로부터 235U 또는 238U 신호의 감마선을 구별하기 위하여 바람직하다. 플루토늄계 원자 폭탄은 중성자 방출에 의하여 검출될 수 있다. 중성자 방출체(emitter)는 충분히 희소하여 배경 중성자 수준보다 몇 배의 중성자 공급원이 검출된다는 것은 플루토늄의 존재에 대한 일응의 추정의 증거가 될 수 있다.
감마선과 중성자의 검출은 그 발견으로부터 유래하는 긴 역사를 가지고 있다. 많은 화제의 책들과 전문 논문들, 예컨대 글렌 놀(Glenn F. Knoll)의 "방사성 검출 및 측정(Radiation Detection and Mesurement), 3판, 1999, 윌리 출판사(Wiley Press)"가 이용 가능하며, 그 전체의 교시는 본 명세서에 참고로 병합된다. 최근까지 방사선 검출기는 거의 양성의(benign) 상업용 또는 연구 분야를 위해서만 배타적으로 이용되었다. 우수한 효율 및 에너지 분해능을 갖춘 감마선 장치는, 무기 신틸레이터(inorganic scintillator)로 널리 이용되는 NaI(Tl)가 1940년대 후반에 도입되었기 때문에 이용 가능했다. 이제 다양한 분야에 적응되는 구성으로 낮은 에너지와 높은 에너지의 감마선을 검출하는 데 상업적으로 이용 가능한 많은 반도체 검출기 뿐만 아니라 많은 무기 및 유기 신틸레이터가 있다. 신틸레이터로부터의 빛은 광학 검출기, 예컨대 광전자 배전관(photomultiplier), 포토다이오드(photodiode), 및 전하 결합 장치(charge-coupled devices; CCD) 등에 의하여 검출될 수 있다. 그러나, 이들 검출기는 충분한 질량의 높은 Z의 물질 , 예컨대 납, 텅스텐 등에 의하여 차폐된 감마선 공급원을 검출할 수 없다. 상업용 중성자 검출기도 역시 1960년대 전반에 이용 가능했다. 이들 비교적 대형 장치들은 BF3 또는 3He로 채워진 가스 비례형 카운터(gas-proportional counters)로 열 중성자(thermal neutron)를 검출한다. 높은 에너지의 중성자는, 활동적인 중성자가 수소 핵과 탄성적으로 충돌할 때 만들어지는 많이 이온화하는 양성자를 검출하는 플라스틱 및 액체 신틸레이터에 의하여 전형적으로 측정될 수 있다. 또한, 고속 중성자의 존재는 수소 함유 물질(hydrogenous material)로 중성자의 속도를 열중성자화(thermalizing)하거나 모더레이팅(moderating)함으로써 결정되어, 효율적인 열 중성자 검출기로 그에 따른 열 중성자를 검출하게 된다. 리튬 또는 붕소를 함유하는 플라스틱 및 액체 신틸레이터는 이 방법을 채택하는 검출기의 예이다.
기존의 상업용 방사선 검출기는 선택도(selectivity), 효율성, 휴대성을 포함하는 기존의 방사성 무기 검출기 및 세 주요 유형의 방사성 무기의 검출에 대한 요구를 충족하지 못한다. 나아가, 기존의 방사선 검출기는 차폐된 무기, 예컨대 납에 의하여 차폐된 무기로부터의 감마선을 검출할 수 없다. 그러므로, 차폐된 무기를 포함하여 질량 파괴의 방사성 무기의 효과적인 검출에 대한 수요가 있다.
본 발명의 다양한 실시예에서, 장치는 중성자 방출체, 예컨대 플루토늄 등의 검출을 용이하게 하는 중성자 검출기와, 감마선 공급원, 예컨대 우라늄 등의 검출을 용이하게 하는 감마선 검출기, 및/또는 방사성 공급원, 예컨대 납 등을 차폐할 수 있는 물질의 검출을 용이하게 하는 X-선 분석기를 포함한다.
한 실시예에서, 선택적 방사선 검출용 장치는 중성자 신틸레이터, 광학 검출기, 및 중성자 신틸레이터를 광학 검출기로 결합시키는 광 안내기(light guide)를 포함한다. 광 안내기는 액체 또는 고체, 전형적으로는 고체이다. 다양한 실시예에서, 중성자 신틸레이터는 고속 중성자, 열 중성자 또는 그 모두에 반응할 수 있다.
다른 실시예에서, 선택적 방사선 검출용 장치는 광학 검출기와 결합되는 중성자 또는 감마선 신틸레이터와 X-선 형광 분석기를 포함한다.
또다른 실시예에서, 선택적 방사선 검출용 장치는 광학 검출기와 결합되는 중성자 신틸레이터와 감마선 신틸레이터, 및 X-선 형광 분석기를 포함한다.
또다른 실시예에서, 선택적 방사선 검출용 장치는 광학 검출기에 결합되는 중성자 신틸레이터와 감마선 신틸레이터를 포함한다.
다양한 실시예에서, 각 선행하는 장치는 포켓용(handheld use)으로 적응될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 각 선행하는 장치는 제어기, 예컨대 전자식 제어기에 의하여 제어될 수 있다. 예컨대, 제어기는 광학 검출기에 결합되어 열 중성자, 고속 중성자, 및/또는 감마선을 선택적으로 검출할 수 있고, 또는 제어기는 X-선 형광 분석기에 결합되어 X-선 형광을 검출할 수 있으며, 예컨대 X-선으로 표적에 조사(照射)하고, 표적으로부터 X-선 형광을 선택적으로 검출할 수 있다.
또한, 선택적으로 방사선을 검출하는 방법도 역시 포함된다.
본 명세서에 개시된 실시예는 종래의 상업적 방사선 검출기에 비하여, 특히 방사선의 검출 및 질량 파괴의 무기와 관련된 방사선 차폐를 위하여 필요한 특징의 관점에서 많은 장점을 제공한다.
예를 들면, 상이한 방사선 공급원을 위한 다수 개의 검출기, 예컨대 열 중성자 검출기, 고속 중성자 검출기, 및/또는 감마선 검출기는 단일한 검출기로 결합될 수 있다. 또한, 그러한 방사선 검출기는 전형적인 방사선 차폐 물질의 존재를 검출할 수 있는 X-선 형광 분석기와 결합될 수 있다.
고속 중성자 신틸레이터 및/또는 고속 중성자 써말라이저(thermalizer)로도 기능할 수 있는 광 안내기에 의하여, 신틸레이션 광(scintillation light)이 광학 검출기로 안내될 수 있는 새로운 중성자 검출기가 개시되어 있다. 이 새로운 중성자 검출기는 종래의 3He 중성자 검출기에 비하여, 동일한 효율에 대하여 보다 무게가 가볍고, 보다 저렴하며, 감마선에 대하여 중성자를 위한 선택도가 보다 높고, 온도에 덜 민감하며, 운송의 제한이 보다 없는 것을 포함하는 중요한 장점을 가지고 있다. 나아가, 검출기는 장치와 관련하여 중성자 공급원의 방향의 검출을 가능하게 하는 구성으로 제작될 수 있다.
광 안내기와 신틸레이터를 위한 광학적으로 투과성이 있는(transparent) 물질의 제공은 둘 이상의 공급원(예컨대, 고속 중성자, 열 중성자, 및/또는 감마선)으로부터 신틸레이션이 발생할 수 있도록 하여, 동일한 광학 검출기로 안내될 수 있다. 나아가, 채용된 신틸레이션 물질은, 전자식 제어기가 다양한 유형의 방사선을 그 신틸레이션 신호에 의하여 시간의 함수로서 식별할 수 있게 한다.
개개의 방사선 검출기와 X-선 형광 분석기는 동일한 제어기에 의하여 제어될 수 있다. 무게를 보다 가볍게 하는 앞의 다른 특징과 결합하거나 다수의 기능과 결합하여, 본 명세서에서 다양한 실시예는 무게가 가벼우며, 포켓용이고, 자동화된 다기능 선택적 방사선 검출기를 제시한다.
따라서, 본 명세서에서 다양한 실시예는 더러운 폭탄, 우라늄계 원자 폭탄 및 플루토늄계 원자 폭탄의 존재를 동시에 검출하고, 방사선 공급원의 방사선 수준을 확인 및 측정하며, 이러한 방사선 공급원을 검출로부터 차폐하는 데 사용될 수 있는 물질을 검출한다.
본 발명의 전술한 것 및 다른 목적, 특징 및 장점들은, 유사한 참조 부호가 동일한 부품을 여러 도면을 통하여 나타내는 첨부 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예의 후술하는 보다 구체적인 설명으로부터 명백하게 될 것이다. 도면들은 반드시 축척에 부합하는 것은 아니며, 그 대신에 본 발명의 원리를 설명하는 데 강조점을 두고 있다.
도 1은 감마선과 중성자를 검출하는 데 장착되는 선택적 방사선 검출 장치(10)의 실시예를 나타낸다.
도 2는 방사선 물질, 예컨대 감마선 공급원(56)을 차폐할 수 있는 높은 원자량(높은 Z)의 물질(54)을 검출하기 위하여, 제어기(70)에 결합된 택일적인 X-선 형광(XRF; X-ray fluorescence) 검출기(40)를 나타낸다.
도 3은 광 안내기(82) 및 열 중성자 신틸레이터 층(80)의 구성을 채용하는 새로운 중성자 검출 장치(120)의 실시예를 나타낸다.
도 4는 하나의 광학 검출기(26)에 의하여 보이는 중성자와 감마선의 선택적 검출용 장치(130)의 구성품을 나타낸다.
도 5는 새로운 중성자 신틸레이터/광 안내기 장치(150)의 실시예의 등축도를 나타낸다.
도 6은 다수의 광 안내기 세그먼트(160)가 채용되어 중성자 검출기에 방향성능(directional capability)을 제공하는 중성자 신틸레이터/광 안내기 장치(168)의 또다른 실시예를 나타낸다.
도 7은 중성자 및 감마 검출기와 X-선 형광 분석기가 제어기와 함께 단일의 콤팩트 유닛로 일체화되어 포켓용 본토 안전부(Homeland Security) 폭탄 검출을 위하여 적응된 장치(700)를 나타낸다.
본 발명의 바람직한 실시예의 설명은 다음과 같다.
다양한 실시예는 본 명세서에서 표적, 예컨대 중성자와 감마선과 같은 방사성 무기의 신호와, 감마선 공급원을 검출로부터 차폐할 수 있는 납, 텅스텐 등과 같은 높은 원자량의 물질을 검출하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 명세서에 기재된 다양한 실시예는 이러한 표적을 확인할 수 있는 "보편적인" 휴대용, 포켓용, 테러리스트 위협용 검출기의 많은 구성의 예이다. 많은 실시예에서, 감마선, 예컨대 특정 방사성 동위원소의 감마선 특성과, 플루토늄의 중성자 특성과, 감마선 공급원과 같은 방사성 물질을 차폐할 수 있는 높은 원자량(높은 Z)의 물질과 같은 하나 이상의 표적에 대한 검출이 가능하다. 몇몇 실시예에서, 단일의 포켓용 검출기가 이들 표적의 존재를 기록하고 작업자에게 그 존재를 경고하는 데 채용된다.
도 1은 감마선과 중성자를 검출하기 위하여 장착되는 선택적 방사선 검출 장치(10)의 실시예를 나타낸다. 중성자 신틸레이터(14)는 광 안내기(22) 및 감마선 신틸레이터(18)에 결합된다. 광학 검출기(26)가 중성자 신틸레이터(14) 및 감마선 신틸레이터(18)로부터 신틸레이션을 검출하기 위하여 결합될 수 있다. 또한, 본 장치는 선택적으로, 고속 중성자를 열중성자화하는 물질이 될 수 있는 모더레이터(moderator; 38)에 의하여 덮일 수 있다. 검출기(26)는 전치증폭기(preamplifier; 30)를 통하여, 데이터 획득, 제어, 디스플레이 및 출력을 제공할 수 있는 제어기(70)에 결합될 수 있다. 제어기(70)는 포켓용 방사선 검출 기기, 예컨대 상업용 X-선 형광 유닛(Xli, Niton LLC, Billerica, Massachusetts) 내에 데이터 획득, 제어 및 디스플레이 시스템을 위하여 당업계에 알려진 전자식 제어기로부터 쉽게 적응될 수 있다. 전형적으로, 장치(10)는 포켓용으로, 예컨대 모든 구성품들이 총질량이 약 2.5 kg보다 작거나 보다 전형적으로 약 1.5 kg보다 작은 하나의 컴팩트한 유닛에 포함될 수 있도록 적응될 수 있다.
본 명세서에 기재된 바와 같이, 감마선 검출기로는 당업계에 알려진 임의의 감마선 검출기, 예컨대 광학 검출기(예컨대, 26)와 결합한 고체 상태 반도체 검출기 또는 감마선 신틸레이터(예컨대, 18)가 될 수 있다. 전형적으로, 감마선 검출기는 감마선 신틸레이터를 포함한다. 감마선 신틸레이터가 기재되어 있는 개시된 실시예 중에서, 감마선 신틸레이터가 고체 상태 감마선 검출기로 대체되는 다른 실시예도 고려된다.
중성자 신틸레이터(14)는 고속 중성자, 열 중성자 또는 중성자의 양 유형에 응답하는 물질의 조합에 응답하여 신틸레이팅(scintillating)하는 물질을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 열 중성자는 kT(k는 볼츠만 상수이 고, T는 절도 온도를 나타냄)의 차수로 운동 에너지를 가지는 중성자이고, 고속 중성자는 운동 에너지가 kT보다 더 큰 중성자를 말하며, 전형적으로는 훨씬 더 크며, 예컨대 전자 볼트의 수천배 내지 수백만배의 범위에 있다. 전형적으로 중성자 신틸레이터(14)의 물질은 열 중성자를 검출하는 효율은 우수하고, X-선 또는 감마선을 검출하는 효율은 무시할 정도가 될 수 있다. 이 물질은 신틸레이션 구성품에 결합된 열 중성자의 포획(capturing) 동위원소를 포함할 수 있으며, 이 구성품은 열 중성자의 포획 동위원소의 노출된 상태에 신틸레이팅 작용을 한다. 이 포획 동위원소는 당업계에 알려진 임의의 열 중성자의 포획 동위원소, 예컨대 6Li, 10B, 113Cd, 157Gd 등, 일반적으로는 6Li 또는 10B, 또는 보다 전형적으로는 6Li가 될 수 있다. 신틸레이션 구성품은 포획 동위원소에 의하여 열 중성자 포획의 반응 산물에 응답하여 당업계에 신틸레이션으로 알려진 임의의 구성품, 예컨대 신틸레이션 구성품은 ZnS가 될 수 있다. 중성자 신틸레이터(14)의 물질은 포획하는 동위원소 및 신틸레이션 구성품의 임의의 조합, 예컨대 ZnS와 결합되는 6Li, 10B, 113Cd, 또는 157Gd 중에 하나 이상을 포함하는 화합물이 될 수 있다. 전형적으로, 중성자 신틸레이터는 6LiF 및 ZnS의 결합이다. 예를 들면, 다양한 실시예에서, 중성자 신틸레이터(14)는 LiF 및 ZnS의 혼합물로부터 제작된 두께 약 0.5 mm의 상업적으로 이용 가능한 스크린 물질[영국 할로우(Harlow)의 어플라이드 신틸레이션 테크놀로지(Applied Scintillation Technologies)]이다. 리튬은 동위원소 측면에서 열 중성 자를 포획하기 위하여 횡단면이 940 반(barn)인 동위원소 6Li가 풍부하고, 4.78 MeV의 총 에너지 방출(release)로 헬륨 핵 4He 및 트리톤(triton) 3H로 즉시 분열한다. 활동적인 알파 및 트리톤은 ZnS 내의 에너지를 상실할 수 있고, 이는 알파와 트리톤이 정지하게 됨에 따라 상실되는 에너지의 모든 킬로볼트에 대하여 그것을 약 50 광자(optical photon)의 방출과 함께 신틸레이팅하게 한다. 따라서, 각 포획된 중성자는 수십 만의 광양자(optical light quanta)를 생산할 가능성이 높을 수 있다.
6LiF/ZnS 스크린의 시험은, 이들이 다른 방사선, 예컨대 감마선, X-선 등에 비하여 열 중성자에 대하여 선택적이고, 예컨대 이들 스크린은 열 중성자를 검출하는 내재적 효율이 약 50%인 한편, 감마선을 검출하는 이들의 효율은 무시할 정도, 예컨대 약 10-8보다 작은 정도일 수 있다는 것을 결정하였다. 열 중성자 대 감마선의 선택도는 비교적 흔한 감마선 공급원(의학적 동위원소, 산업 시험 장비에서의 방사성 공급원 등)으로 인한 "잘못된 경보"의 비율을 감소시키면서, 질량 파괴의 무기와 관련된 중성자 방출체로 인한 타당한 경보에 대해서는 유리할 수 있다. 열 중성자 대 감마선의 검출에 대한 이러한 선택도는 비율로서 표현될 수 있다. 전형적인 구성에서, 열 중성자 대 감마선 선택도는 약 10,000:1 이상이고, 보다 전형적으로는 약 1,000,000:1 이상이며, 몇몇 실시예에서, 약 10,000,000:1 이상이다.
광학 중성자 모더레이터(38)는 고속 중성자를 열중성자화하는 물질로 제작될 수 있다. 당업자는 많은 적절한 모더레이터 물질을 알 것이고 모더레이터 물질, 두께 및 위치를 선택하여 중성자 검출 효율을 최대화할 수 있는 한편, 감마선을 검출하는 효율에서의 임의의 손실을 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 전형적인 중성자 모더레이터로는 물과 같은 수소 함유 물질, 유기 용매[알코올, 에테르(예컨대, 디에틸 에테르, 테트라히드로푸란), 케톤(예컨대, 아세톤, 메틸 에틸 케톤), 알칸(예컨대, 헥산, 데칸), 아세토니트릴, N,N'디메틸포름아미드, 디메틸 술폭사이드, 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등], 오일 및 왁스(예컨대, 미네랄 오일, 파라핀 등), 유기 폴리머[예컨대, 폴리알칸(예컨대, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등), 폴리에스테르, 폴리비닐렌(예컨대, 폴리비닐클로라이드), 폴리아크릴레이트(예컨대, 폴리메티메타크릴레이트), 폴리스티렌, 폴리알킬실로산(예컨대, 폴리 디메틸 실로산) 등], 물 또는 유기 용매와 폴리머의 복합체(composite) 또는 젤(예컨대, 젤라틴의 물 젤, 폴리아크릴릭 산, 히알루로닉 산 등) 및 당업계에 알려진 많은 이러한 다른 모더레이터가 있다.
예를 들면, 몇몇 실시예에서, 모더레이터(38)는 유기 폴리머, 예컨대 고밀도 폴리에틸렌으로 제작될 수 있고, 들어오는 고속 중성자를 모더레이팅(열중성자화하는)하는 장치(10) 위에 배치될 수 있어서, 이들은 중성자 신틸레이터(14)에 의하여 효율적으로 포획될 수 있다. 다른 실시예에서, 모더레이터(38)는 액체 모터레이터 커버링 장치(10)의 충분히 두꺼운 층, 예컨대 물, 유기 용매, 물 젤 등을 유지하는 용기가 될 수 있다. 다양한 실시예에서, 중성자 모더레이터 내의 수소 핵은 2H 동위원소가 풍부할 수 있으며, 환언하면 모더레이터 내의 2H의 분율이 자연 존재 수준 (natural abundance level)보다 높다. 몇몇 실시예에서, 중성자 모더레이터 내의 수소 핵의 약 50% 이상, 보다 전형적으로는 약 90% 이상 또는 바람직하게는 약 95% 이상이 2H 동위원소이다.
광 안내기(22)는 중성자 신틸레이터(14)에 결합되어 신틸레이션을 광학 검출기(26)로 안내할 수 있다. 광 안내기(22)는 비교적 넓은 신틸레이션 표면적으로부터 신틸레이션 광자를 집적하여 이들을 검출기(26)의 보다 작은 면적으로 안내할 수 있다. 이는 주어진 검출기 표면적에 대하여 보다 높은 신틸레이션 집적 효율이라는 결과를 발생시킬 수 있다. 다른 구성이 가능하지만, 광 안내기(22)가 신틸레이터(14)의 표면에 평행할 수 있는 전술한 구성[검출기(26)의 검출 표면에 대하여 수직일 수도 있음]은 포켓형 유닛용으로 충분한 콤팩트한 구조를 제공한다.
신틸레이션 광자를 광학 검출기(26)로 안내할 뿐만 아니라, 광 안내기(22)는 선택적으로 다음의 추가적인 기능 중의 하나 또는 모두를 수행할 수 있다.
첫째, 광 안내기 물질은 고속 중성자의 모더레이터 또는 써말라이저로 작용할 수 있고, 따라서 이들의 열 에너지를 낮추어서 이들이 중성자 신틸레이터(14)에 의하여 효율적으로 포획될 수 있다. 따라서, 광 안내기(22)는 투명성 기준을 충족할 수 있는 전술한 임의의 중성자 모더레이터, 예컨대 전형적으로는 물과 같은 수소 함유 물질, 유기 용매, 투과성이 있는 유기 폴리머(예컨대, 폴리아크릴릭, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리알킬실로산), 폴리머를 포함하는 물 또는 유기 용매의 복합체 또는 젤, 미네랄 오일 등을 포함할 수 있다. 전형적으로, 광 안내기 (22)의 물질로는 고체, 예컨대 유기 폴리머, 일반적으로 폴리아크릴레이트, 예컨대 몇몇 실시예에서는 폴리메틸 메타크릴레이트가 될 수 있다. 다양한 실시예에서, 광 안내기(22)의 물질 내의 수소 핵은 2H 동위원소가 많을 수 있고, 환언하면 모더레이터 내의 2H 분율이 자연 존재 수준보다 높다. 몇몇 실시예에서, 중성자 모더레이터 내의 수소 핵의 약 50% 이상, 보다 전형적으로는 약 90% 이상, 또는 바람직하게는 약 95% 이상이 2H 동위원소이다.
둘째, 위의 단락에서 설명한 광 안내기의 물질은 고속 중성자에 응답하여 신틸레이팅하는 효율이 유한하며, 예컨대 고속 중성자가 수소 핵과 충돌할 때 수소 핵은 충분한 에너지를 가지고 분산되어 광학 검출기(26)에 의하여 검출될 수 있는 이온화 신호(ionizing signal)를 줄 수 있다. 몇몇 실시예에서, 광 안내기(22)는 고속 중성자 신틸레이터로 기능하고 따라서 중성자 신틸레이터(14)를 포위한다. 따라서, 다양한 실시예에서, 장치(10)는 고속 중성자, 열 중성자 또는 광 안내기(22)와 중성자 신틸레이터(14)의 선택과 물질에 좌우되는 고속 및 열 중성자를 검출할 수 있다.
감마선 검출기(18)로는 당업계에 알려진 임의의 다양한 감마선 신틸레이터, 예컨대 탈륨으로 도핑(doping)된 요오드화 나트륨[NaI(Tl)], 탈륨으로 도핑된 요오드화 세슘[CsI(Tl)], 비스무트 저마네이트(BGO), 바륨 플로라이드(BaF2), 세슘으로 도핑된 루테튬 옥시오소실리케이트[LSO(Ce)], 카드뮴 텅스테이트(CWO), 세륨으로 도핑된 이트륨 알루미늄 페로브스카이트[YAP(Ce)], 세륨으로 도핑된 가돌리늄 실리케이트(GSO) 등이 될 수 있다. 예를 들면, NaI(Tl)는 고속이고 효율적이며 저렴하지만, 흡습성이며(hygroscopic) 전형적으로 습기에 대하여 밀봉된다. BaF2, BGO 또는 LSO 등과 같은 비-흡습성 결정도 역시 채용될 수 있다. 이러한 물질은 전형적으로 더러운 폭탄으로부터의 감마선을 검출하는 양호한 효율을 가지기 위하여 선택된다. 예컨대, 137Cs(더러운 폭탄에서 방사성 위협으로 종종 인용됨)로부터의 662 keV 감마선은 2.5 cm(1 인치) 두께의 LSO 결정에서 흡수 효율(absorption efficiency)이 80%보다 클 수 있으며, 이것은 약 10,000 개의 검출 가능한 광자를 생산할 수 있다. 일반적으로, 감마선 신틸레이터는 NaI(Tl), CsI(Tl), BGO, BaF2, LSO 또는 CdWO4 또는 보다 전형적으로는 BGO, BaF2 또는 LSO 중의 하나를 포함한다. 몇몇 실시예에서 감마선 신틸레이터는 BaF2이며, 다른 실시예에서 감마선 신틸레이터는 LSO이다.
다양한 실시예에서, 감마선 신틸레이터(18) 및 광 안내기(22)는 임의의 신틸레이션 경우에 의하여 생성된 광 파장(optical wavelength)에 투과성이 있다(tranparent). 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "투과성이 있는" 또는 "투과성(transparency)"이라는 용어는 광 물질, 예컨대 신틸레이션 광에서 단위 경로 길이당 투과도(transmittance)를 말한다. 전형적으로, 신틸레이션 광에 투과성이 있는 물질은 물질의 단위 미터당 약 90% 이상, 일반적으로는 약 95%, 보다 전형적으로는 약 98%의 신틸레이션으로 투과한다. 전형적으로, 투과된 신틸레이션은 약 400 나노미터(nm) 내지 약 600 nm, 일반적으로는 약 350 내지 약 600 nm, 또는 보다 전형적으로는 약 300 내지 약 600 nm의 범위 내에 있다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 투과성이 있는 물질(예컨대, 광 안내기, 감마선 신틸레이터 등)은 약 350 nm 내지 약 600 nm 사이의 미터당 약 95%의 신틸레이션으로 투과하거나, 보다 전형적으로는 약 300 nm 및 약 600 nm 사이의 약 98%의 신틸레이션으로 투과한다.
다양한 실시예에서, 신틸레이터(18) 및 광 안내기(22)의 각 굴절율은 동일한 범위, 예컨대 약 1.4 내지 약 2.4 사이 또는 보다 전형적으로는 약 1.5 내지 약 1.8 사이에 있을 수 있고, 일반적으로 신틸레이터(18)와 광 안내기(22) 사이의 인터페이스에서의 반사를 최소화하기 위하여 유사하도록 선택할 수 있다.
따라서, 다양한 실시예에서, 광 안내기(22) 및/또는 감마선 신틸레이터(18)는 신틸레이션에 투과성이 있고, 이는 광학 검출기(26)에서 검출 효율에 유리할 수 있다. 나아가, 이것은 다수의 신틸레이션 공급원으로부터의 광이 검출기(26)의 광학 면 상에 집적 및 전달될 수 있기 때문에, 단일의 광학 검출기(26)의 사용을 가능하게 할 수 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 중성자 신틸레이터(14)로 상호작용하는 열 중성자로부터의 신틸레이션은 광 안내기(22) 및 감마선 신틸레이터(18)를 통하여 검출기(26)로 통과할 수 있다. 또한 광 안내기(22)가 고속 중성자 신틸레이터로 기능할 수 있는 실시예에서, 그 신틸레이션은 또한 감마선 신틸레이터(18)를 통하여 검출기(26)로 통과할 수 있고, 따라서 세 공급원[광 안내기(22) 내의 고속 중성자, 신틸레이터(14) 내의 저속 중성자 및 신틸레이터(18) 내의 감마선]으로부터의 신틸레이션은 단일의 광학 검출기(26)에 의하여 검출될 수 있다. 나아가, 몇몇 실시예에서, 이들 구성품이 번갈아 배치되는 것도 가능할 수 있으며, 예컨대 광 안내기(22)와 감마선 신틸레이터(18)의 순서는 역전될 수 있고 감마선 신틸레이션은 신틸레이터(18)로부터 광 안내기(22)를 통하여 검출기(26)로 통과할 수 있다.
둘 이상의 유형의 신틸레이션이 검출기(26)에서 검출되는 다양한 실시예에서, 이들은 그 시간적 특성, 즉 시간의 함수로서의 특성에 따라 구별될 수 있다. 예를 들면, 고속 중성자, 열 중성자 및 감마선을 검출하도록 장착된 장치(10)의 실시예에서, 제어기(70)는 그 시간적 특성, 예컨대 상승 시간(rise time), 붕괴 시간(decay time) 등의 특징에 따라 검출된 신호를 분류하도록 프로그래밍될 수 있다. 예를 들면, 몇몇 실시예에서 광 안내기(22)를 위하여 폴리메틸 메타크릴레이트를 채용하는 것은 고속 중성자 신틸레이션 붕괴 시간이 약 2 나노 초(nanosecond)가 되고, 신틸레이터(18)를 위하여 LSO를 채용하는 것은 감마선 신틸레이션 붕괴 시간이 약 40 나노 초(20배 더 느림)가 되며, 신틸레이터(14) 내에 6LiF/ZnS를 채용하는 것은 열 중성자 신틸레이션 붕괴 시간이 약 30 마이크로 초가 된다(고속 중성자 신틸레이션 붕괴보다 약 15000배 더 느리고 감마선 신틸레이션 붕괴보다 약 700배 더 느림). 당업계에 알려진 표준 상승 시간 검출 회로는 이렇게 시간적으로 분리된 신호를 쉽게 구별할 수 있고, 따라서 다수의 신틸레이션 유형은 제어기(70)에 의하여 전형적으로는 분명하게 분류되어, 분리된 데이터, 예컨대 각 신틸레이션 유형에 대한 펄스 높이 스펙트럼을 산출할 수 있다. 당업계에 알려진 표준 회로는, 다수의 신틸레이션 공급원으로부터의 실질적으로 모든 신호가 처리될 수 있을 정도로 충분히 고속일 수 있는 제어기(70)에 의하여 채용될 수 있다.
도 2는 방사성 물질, 예컨대 감마선 공급원(56)을 차폐할 수 있는 높은 원자량(높은 Z)의 물질(54)을 검출하기 위하여 제어기(70)에 결합된 선택적인 X-선 형광(XRF) 검출기(40)을 나타낸다.
XRF 분석기(40)는 당업계에 알려진 상업적인 XRF 검출기, 예컨대 Xli XRF 분석기[매사츄세츠주의 빌러리카(billerica)의 니톤(Niton) LLC]로부터 쉽게 적응될 수 있다. XLi는 방사성 형광 공급원을 포함하는 1 kg(2 파운드)보다 무게가 작은 포켓용 유닛이며, 예컨대 그것은 57Co의 강한 공급원을 포함할 수 있고, 이는 텅스텐, 납, 우라늄, 플루토늄 등을 포함하는 높은 Z의 다양한 무거운 원소의 특징적인 X-선을 여기시킬 수 있는 122 keV 감마선을 방출한다. 방출된 X-선 형광 방사선은 검출기, 예컨대 냉각된 CdTe 검출기에서 검출될 수 있으며, 이는 높은 Z의 물질의 특징적인 X-선을 검출하는 우수한 효율과 분해능을 가질 수 있다. 처리된 정보는 디스플레이 상에, 예컨대 액정 디스플레이에 나타날 수 있다. 펄스 높이 스펙트럼을 포함하는 집적된 정보는 유닛(70)에 저장될 수 있고, 원거리에서 원격측정할 수 있으며, 작업자에게 잠재적 위험에 대하여 자동적으로 경고할 수 있다.
따라서, XRF 분석기(40)는 선택적으로 방사선 공급원(48)[전형적으로는 차폐물(shield; 64) 내에 케이싱됨]을 포함하여 표적 물질, 예컨대 폭탄(52) 내에 방사 선 공급원(56)을 둘러싸는 차폐 물질(54)에 X-선 형광을 자극할 수 있다. 예를 들면, 한 실시예에서 방사선 공급원(48)(선택적인 이중 공급원으로 도 2에 도시됨)은 57Co가 될 수 있고, 이는 약 90%의 붕괴로 122 keV 감마선을 방출할 수 있다. 122 keV 감마선은 방사선 공급원(56)을 위한 차폐물로 적절할 수 있는 높은 원자량/높은 Z 물질(54), 예컨대 텅스텐, 납, 우라늄, 플루토늄 등과 같은 높은 Z 물질의 K X-선의 효율적인 여진기(exciter)가 될 수 있다. XRF 분석기(40)는 검출기(60)를 포함하며, 이는 당업계에 알려진 임의의 X-선 검출기일 수 있고, 예컨대 다양한 실시예에서 검출기(60)는 전치증폭기(68)에 연결된 두께 약 2 mm의 CdTe(카드뮴 텔루라이드) 반도체 검출기일 수 있다. 두께 2 mm의 CdTe 검출기는 높은 원자량/높은 Z 원소의 K 선을 검출하는 내재적 효율(intrinsic efficiency)이 약 80%보다 클 수 있다. 상업적으로 이용 가능한 CdTe 검출기의 에너지 분해능은 100 keV의 감마선에 대하여 약 2 keV보다 더 클 수 있고, 이는 다양한 무거운 원소의 K X-선을 분리시키고, 적어도 부분적으로는 차폐 물질(54)의 원소 조성(element composition)을 식별하기에 충분할 수 있다. 당업자는 몇몇 실시예에서 1 cm2, 두께 2 mm의 CdTe 검출기와 함께 57Co의 상업적으로 이용 가능한 100 mCi 링 공급원이, 6.4 mm(1/4 인치)에 이르는 두께의 강으로 제작된 용기 내에 검출기로부터 일 피트 간격에서 납 차폐물의 존재를 결정할 수 있다는 것을 판단할 수 있을 것이다.
각 가능한 방사선 검출의 조합도 다양한 실시예의 방법과 장치에서 고려된다. 예를 들면, 다양한 실시예에서 XRF 및 고속 중성자 검출과, XRF 및 열 중성자 검출과, XRF 및 감마선 검출과, XRF, 고속 중성자 및 감마선 검출과, XRF, 열 중성자 및 감마선 검출과, XRF, 고속 중성자, 열 중성자 및 감마선 검출과, 고속 중성자 및 감마선 검출과, 열 중성자 및 감마선 검출과, 고속 중성자 및 열 중성자 검출과, 고속 중성자, 열 중성자 및 감마선 검출 등이 포함된다. 나아가, 이들 각각은 다양한 실시예에서 자동 제어식, 예컨대 단일의 제어기(70)에 의하여, 수 작업(handheld operation)에 적응되는 방식, 예컨대 단일한 포켓형 유닛으로 고려된다.
다른 실시예에서, 하나 이상의 검출기는 유선(umbilical cord) 또는 무선 통신 링크 등에 의하여 제어기(70)에 연결될 수 있다. 예를 들면, 단일의 포켓형 장치는 감마/중성자 검출기 서브유닛(subunit)에 결합된 XRF 분석기와 제어기를 포함할 수 있으며, 이 서브유닛은 제어기와 XRF 유닛을 포함하는 메인 유닛으로 분리될 수 있고, 유선 또는 무선 통신 링크를 통하여 제어기와 연통할 수 있다. 이것은 보다 유연한 검출 방법을 허용할 수 있으며, 예컨대 분리 가능한 감마/중성자 프로브(probe)는 차량 또는 갇힌 공간 내의 영역에 도달하기 어려운 수색에 채용될 수 있다.
도 3은 광 안내기(82)와 열 중성자 신틸레이터 층(80)의 구성을 채용하는 새로운 중성자 검출 장치(120)의 실시예를 나타낸다. 장치(120)는 도 1 내의 장치(10)를 위하여 나타낸 바와 같은 다른 특징과 선택적으로 결합하는 중성자 검출기로 채용될 수 있다. 새로운 검출기는 광학적으로 투과성이 있고 가벼운 원소이며, 바람직하게는 수소 함유 물질의 광 안내기 플레이트(82)로 열 중성자 포획 신틸레이터 물질(80)의 층 또는 시트를 인터리빙(interleaving)한다.
광 안내기 플레이트(82)는 중성자 신틸레이터(80)에 결합되어 신틸레이션을 광학 검출기(26)로 안내할 수 있다. 광 안내기(82)는 신틸레이터(80)의 다수의 층에 의하여 제공되는 비교적 넓은 신틸레이션 표면적으로부터 신틸레이션 광자를 집적하고 이들을 검출기(26)의 보다 작은 면적으로 안내하는 기능을 할 수 있다. 이것은 주어진 검출기 표면적에 대하여 보다 높은 신틸레이션 집적 효율로 귀결될 수 있다. 다른 구성도 가능하지만, 광 안내기(82)가 신틸레이터 층(80)의 표면에 대하여 평행한 도시된 구성[검출기(26)의 검출 표면에 대하여 수직일 수도 있음]은 포켓형 유닛을 위하여 적합한 콤팩트한 구조를 제공한다.
광 안내기(82)는 두 개의 독립한 기능을 가질 수 있다. 이들은 고속 중성자를 열중성자화(모더레이팅)하여 이들은 광자를 생산하는 열-중성자 검출기 신틸레이터(80)에 의하여 포획되고, 이들은 신틸레이션 광을 광학 검출기(26)로 안내할 수 있다. 바람직한 실시예는 6LiF:ZnS로 제작된 약 0.5 mm 두께의 신틸레이션 검출 스크린으로 열-중성자 신틸레이터(80)를 이용한다. 상업적으로 이용 가능한 0.5 mm 두께의 신틸레이션 물질[영국 할로우(Harlow)의 어플라이드 신틸레이션 테크놀로지(Applied Scintillation Technologies)]은 열 중성자에 대하여 약 50%의 포획 능력(capture probability)을 가질 수 있다. 광 안내기(82)는 고속 중성자의 양호한 모더레이터도 되는 임의의 광학적으로 투과성이 있는 물질, 예컨대 아크릴릭 플라스틱, 예컨대 폴리메틸 메타크릴레이트일 수 있다.
광 안내기(82)는 또한 임의의 투과성이 있는 플라스틱 신틸레이터, 예컨대 당업계에 알려진 다양한 화합물로 도핑된 플라스틱의 광학적으로 투과성이 있는 시트로 되어, 열 중성자, 고속 중성자 및/또는 다른 관심의 대상이 되는 방사선에 응답하여 신틸레이팅할 수 있다. 전형적인 신틸레이터는 스스로 고속 중성자의 잘 알려진 검출기이고, 내재적 고속 중성자 신틸레이터로서, 중성자 모더레이터로서 그리고 광학 검출기(26)로의 광 안내기로서의 삼중 기능을 수행할 수 있다. 추가적으로, 광 안내기(82)는 물, H2O, 또는 중수, D2O조차도 될 수 있고, 여기서 수소는 수소의 동위원소 2H로 교체될 수 있다. 물은 특히 효과적인 중성자 모더레이터가 될 수 있고, 중수는 중성자를 흡수하는 가능성이 매우 작다. 광 안내기(82)를 위하여 채용될 수 있는 당업계에 여전히 알려진 다른 물질로는 액체 신틸레이터가 있고, 이는 또한 양호한 중성자 모더레이터도 될 수 있으며, 고속 중성자에 응답하여 신틸레이팅할 수 있고, 그 신틸레이션을 감마선 신틸레이션과 구별할 수 있다. 열-중성자 신틸레이터(80)는, 예컨대 스크린과 직접 접촉하는 액체 결합제(coupling agent) 및/또는 실리콘, 에폭시의 광학적으로 투과성이 있는 층과 함께 전형적으로 폴리메틸 메타크릴레이트 광 안내기(82)에 결합될 수 있다. 광학적으로 불투명일 수 있는 선택적인 중성자 모더레이터(84), 예컨대 고밀도의 폴리에틸렌이 중성자 검출의 효율을 증가시키기 위하여 채용될 수 있다.
도 4는 단일의 광학 검출기(26)에 의하여 보이는 중성자 및 감마선의 선택적 검출을 위한 장치(130)의 구성품을 나타낸다. 감마선과 중성자가 분리되어 검출되는 것이 필요한 분야에서, 감마선 신틸레이션 검출기(18)는 광 안내기/신틸레이터 (80/82)의 일 단부에 부착될 수 있다. 감마선 검출기 및 중성자 검출기로부터의 신호는 전술한 바와 같은 그들의 상이한 시간적 특성에 의하여 분리된다. 광 안내기/신틸레이터(80/82)에 의하여 형성된 장치(130)의 일부가 길다면, 예컨대 길이 면에서 약 30 cm보다 더 길면, 결합된 감마선과 중성자 검출기의 양 단부에 광학 검출기를 설치하는 것이 유리할 수 있다. 두 광학 검출기로부터의 신호는 추가될 수 있고, 그 결합된 신호는 전술한 바와 같은 시간적 특성에 따라 중성자 및 감마선 신호로 분리되어 분석될 수 있다.
나아가, 장치(130)의 실시예는 고속 중성자를 검출하는 것이 요구되는 분야에서 유용할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 중성자 신틸레이터(82)는 고속 중성자에 응답하여 신틸레이팅하는 물질, 예컨대 유기 폴리머로 제작될 수 있다. 다른 실시예에서, 6LiF:ZnS 중성자 신틸레이터 물질은 액체 신틸레이터, 예컨대 물, 유기 용매, 미네랄 오일 등 내에서 부유될 수 있는데, 여기서 감마선 또는 전자가 검출될 때 방출되는 신틸레이션 광의 붕괴 시간은 고속 양자(예컨대, 고속 중성자 신틸레이션 때문임)가 검출될 때 방출되는 신틸레이션 광의 붕괴 시간과 상당히 다를 수 있다. 액체 신틸레이터의 두 붕괴 시간 상수는 감마선 검출기(18) 또는 광 안내기/신틸레이터(80/82)의 붕괴 시간 상수와 상당히 다르기 때문에, 단일의 광학 검출기(또는 출력치가 함께 추가되는 하나 이상의 광학 검출기)를 이용하여 모든 네 개의 신호를 분리하고 이에 따라 고속 중성자, 열 중성자 및 감마선을 완전히 구별해 내는 것이 가능할 수 있다.
도 5는 새로운 중성자 신틸레이터/광 안내기 장치(150)의 실시예의 등축도를 나타낸다. 약 5.1 cm의 폭과 약 30.5 cm 길이와 약 1.25 cm 두께로서 모든 면이 폴리싱(polishing) 처리된 광학적으로 투과성이 있는 폴리메틸 메타크릴레이트의 네 시트(110, 112, 114, 116)는 각 5.1 cm X 30.5 cm 면과 상부 및 저부 사이에 적층된 열 중성자 신틸레이터 물질 6LiF:ZnS(116)을 구비할 수 있다. 이 6LiF:ZnS 스크린을 갖춘 네 개의 슬랩(slap)은 5.1 cm X 30.5 cm에 높이 약 5.6 cm의 다층 샌드위치(150)를 만들 수 있다. 장치(150)는 광학 검출기에 결합될 수 있고, 예컨대 장치(150)는 도 4에 중성자 신틸레이터/광 안내기(80/82)를 교체할 수 있다. 위에서와 같이 매우 긴 검출기 및/또는 희미한 신호의 검출이 요구되는 분야에 대하여, 두 개의 검출기를 채용함으로써 검출되는 광의 양을 증가시키기 위하여 또 하나의 광학 검출기, 예컨대 광전자 배전관 튜브를 이러한 광 안내기/신틸레이터 장치의 각 단부에 부착하는 것이 유용할 수 있다.
실험에 의하여 확인되는 몬테 카를로 시뮬레이션(Monte Carlo simulation)은 폴리메틸 메타크릴레이트가 열중성자화하는 중성자를 위하여 고밀도 폴리에틸렌로서 약 75% 정도로 효과적일 수 있다는 것을 보여준다. 따라서, 중성자 신틸레이터/광 안내기(150)는 도시된 바와 같이 효율적인 중성자 검출기일 수 있다. 그것은 중성자 모더레이터(134)의 층, 예컨대 고밀도 폴리에틸렌으로 검출기의 길이를 덮음으로써, 그리고 훨씬 더 효과적으로는 광 안내기/신틸레이터(150)와 중성자 모더레이터(134) 사이에 중성자-신틸레이터 물질의 층을 배치함으로써 약 30% 더 효과 적으로 제작될 수 있다.
광 안내기/신틸레이터(150)의 감마선에 대하여 중성자 선택도는 5 x 108:1로 측정되었다. 현재 중성자 검출기의 "골드 스탠다드"인 상업용 3He 가스 비례형 카운터는 리젝션 비율(rejection ratio)이 103 내지 106에 이른다. 따라서, 본 검출기는 현재 최고의 상업용 3He 검출기보다 감마선 리젝션 비율이 1000배 더 크다.
위에서 지적한 바와 같이, 감마선에 대한 중성자를 위한 선택도는 중성자 공급원, 예컨대 플루토늄을 검출하는 한편, 감마선 공급원으로부터 잘못된 경보를 최소화하는 데 필수적일 수 있다. 예를 들면, 한 현재의 안전 표준은 중성자 검출기가 2 미터의 거리에서 0.455 kg(1 파운드)의 플루토늄의 존재를 검출할 것을 요구한다. 0.455 kg(1 파운드)의 플루토늄은 초당 약 20,000 고속 중성자를 방출한다. 2 미터 거리에서, 초당 검출기의 cm2당 최대한 0.04 중성자가 통과한다. 광 안내기/신틸레이터(150)를 위하여 달성될 수 있는, 중성자를 검출하는 효율이 50%라면, 카운터 비율은 단지 0.02/sec/cm2이다. 감마선을 검출하는 중성자 검출기의 효율이 10-3이라면, 적당한 공급원으로부터 20 감마선/sec/cm2는 0.455 kg(1 파운드)의 플루토늄으로부터의 중성자와 동일한 신호를 주고, 경보를 할 것이다. 효율이 단지 2 x 10-9의 감마선을 검출하는 중성자 광 안내기/신틸레이터(150)는, 전형적으로 플루토늄으로부터의 중성자 방출을 위한 선행하는 안전 표전에 비교되는 적당한 감마 선 공급원에 의하여 경보가 울리지는 않을 것이다. 사실, 중성자 광 안내기/신틸레이터(150)는, 감마선 공급원이 스스로 심각한 건강상 위험이 되지 않는다면, 통상적으로 중성자/플루토늄 안전 표준과 동등한 감마선 공급원을 검출하지 못할 것이다.
광 안내기/신틸레이터(150)는 종래의 3He 검출기에 대하여 다른 실용적인 장점을 가지고 있다. 상업용 3He 검출기는 통상적으로 고밀도의 폴리에틸렌의 5.1 cm 두께의 덮개와 같은 두꺼운 중성자 모더레이터에 의하여 둘러싸이지 않는다면, 중성자를 검출하는 효율은 단지 약 10%보다 크다. 광 안내기, 예컨대 중성자 광 안내기/신틸레이터(150) 내의 폴리메틸 메타크릴레이트 광 안내기(110, 112, 114, 116)에 의하여 제공된 내재적 중성자 모더레이션을 갖춘 개시된 중성자 검출기는 고밀도 폴리에틸렌 덮개 없이 거의 40%의 효율을 가질 수 있다. 나아가, 충분히 모더레이팅된 3He 검출기의 효율을 달성하기 위하여 필요하다면, 개시된 중성자 검출기는 충분한 모더레이션을 얻기 위하여 훨씬 더 얇은 모더레이터(예컨대, 폴리에틸렌)를 채용할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 검출기는 동일한 효율의 상업적인 3He 검출기보다 상당히 가벼울 수 있는데, 이는 장치를 포켓용 장치로 적응시키는 데 매우 중요하다.
또한, 광 안내기/신틸레이터(150)는 매우 로부스트(robust)하고 이동상 제약이 없다. 3He 검출기는 통상적으로 약 2 내지 4 대기압의 압력에서 동위원소 3He를 포함한다. 많은 경우에, 운송 규약은 이러한 검출기를 운송하는 특별한 절차를 필요로 한다.
또한, 상업용 3He 검출기는 +10℃ 내지 +50℃의 범위의 작동 온도로 제한되는데, 여기서 검출은 여전히 온도 변화에 의하여 영향을 받을 수 있다. 광 안내기/신틸레이터(150)는 적어도 약 -10℃ 내지 약 50℃의 범위에 걸쳐 온도에 둔감할 수 있다.
여전히 또다른 장점으로는, 개시된 검출기는 본토 보안부 요구조건을 충족할 정도로 충분히 커서, 비교할 만한 물질, 예컨대 광 안내기 물질의 비용은 통상적으로 종래의 검출기 내의 3He의 비용과 비교해 볼 때 훨씬 더 저렴하기 때문에, 비교할 만한 효율의 상업용 3He 검출기보다 더 저렴할 수 있다.
당업자는 하나 이상의 광 안내기 및 하나 이상의 중성자 신틸레이션 층의 많은 가능한 배치가 광학 검출기와 결합되어 중성자 검출기를 형성할 수 있다는 것, 예컨대 중성자 신틸레이션 층은 광 안내기 물질의 블록의 전방에 도포될 수 있고, 광학 검출기는 광 안내기 물질의 블록의 후방에 결합될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 그러나, 도 3 내지 도 5에 제공된 바와 같이 하나 이상의 광학 검출기과 결합하는 광 안내기 및 중성자 신틸레이션의 다수의 층의 배치는 전술한 바와 같이 특히 효과적이다.
도 6은 다수의 광 안내기 세그먼트(160)가 채용되어 방향 능력이 있는 중성자 검출기를 제공하는, 중성자 신틸레이터/광 안내기 장치(168)의 또다른 실시예를 나타낸다. 광 안내기 세그먼트(160)는 육각형(hexagon; 164) 세그먼트의 형태로 6개의 파이(pie)와 유사한 섹션으로 배치된다. 6LiF:ZnS 열 중성자 신틸레이터 물질(166)은 도포되어 각 광 안내기 세그먼트(160)를 둘러쌀 수 있다. 각 세그먼트로부터[광 안내기 물질 내의 고속 중성자 신틸레이션으로부터, 물질(166) 내의 열 중성자 신틸레이션으로부터 또는 그 모두로부터] 집적된 신틸레이션 광은, 예컨대 상업적으로 이용 가능한 세그먼트형 광학 검출기를 채용함으로써 또는 별도의 광학 검출기를 이용하여, 분리되어 검출될 수 있다. 상이한 세그먼트에서 집적된 광은, 예컨대 적절한 모델링에 의하여 또는 보정(calibration) 실험을 수행함으로써 중성자 공급원의 방향과 서로 관련될 수 있다. 당업자는 도 6에 나타난 육각형 세그먼트는 검출기와 비교하여 중성자 공급원의 방향에 근거하여 신틸레이션의 차이 검출(differential detection)을 허용할 수 있는 많은 구성 중의 하나라는 것을 이해할 것이다. 예컨대, 도 4 내지 도 5의 중성자 신틸레이션 물질(80)과 광 안내기(82)의 배치는 동일한 기능을 가질 수 있다.
도 7은 중성자 및 감마 검출기와 X-선 형광 분석기가 제어기와 함께 단일의 콤팩트 유닛으로 일체화되어 포켓형 본토 안전부의 폭탄 검출용으로 적응된 장치(700)를 나타낸다. 이 장치(700)는 실험 테스트와 몬테 카를로 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 설계되었다. 본 장치(700)는 감마선에 둔감한 선택적 중성자 검출기와, 중성자에 둔감한 선택적 감마선 검출기와, 3.1 mm(1/8 인치) 강으로 제작된 상자 내에 약 30.5 cm(12 인치) 이상의 물질로 차폐된 물질을 찾을 수 있는 XRF 검출기 를 포함한다.
총 치수가 5.1 cm X 5.1 cm X 25.4 cm인 중성자 검출기는, 폴리싱 처리된 투과성이 있는 폴리메틸 메타크릴레이트 광 안내기(710)인 4개의 시트로 이루어지며, 각각은 1.25 cm X 5.1 cm X 25.4 cm 이며 두께가 0.43 mm인 6LiF/ZnS 중성자 신틸레이터(712)로, 광전자 배전관인 5.1 cm 광학 검출기(714)의 면과 인접하는 단부를 제외한 모든 면의 안내기(710)를 덮는다. 검출기의 외부는 1.25 cm 두께의 고밀도 폴리에틸렌의 중성자 모더레이터(716)에 의하여 덮이는데, 이는 폴리메틸 메타크릴레이트 광 안내기(710)와 함께 들어오는 고속 중성자를 모더레이팅하여 6LiF/ZnS 중성자 신틸레이터(712)에 의하여 효율적으로 포획된다. 감마선 신틸레이터(718)는 직경 5.1 cm, 길이 5.1 cm의 BaF2 단일 결정인데, 이는 감마선을 검출하는 양호한 효율과 방출하는 동위원소를 확인하는 양호한 에너지 분해능을 가질 수 있다. 예컨대, 알루미늄 또는 플라스틱 약 0.8 mm 두께의 얇은 윈도우(720)는, 감마선 신틸레이터(718)의 전방에 그리고 광학 검출기(714)와 평행하게 위치하여 감마 검출기를 50 keV 내지 수 MeV의 감마 방사선에 민감하도록 적응시킬 수 있다. 당업자는 감마 검출기를 다른 방사선 범위에 적응시키기 위하여 다른 물질 또는 두께의 윈도우를 선택하는 방법을 알 것이다. 나타낸 실시예에서, 신틸레이터(718)는 안내기/신틸레이터(710/712)로부터 대향하는 검출기(714)에 위치한다. [다른 실시예에서, BaF2 감마 신틸레이터(718)의 보다 높은 에너지 분해능은 검출기(714)와 안내기/신 틸레이터(710/712) 사이에 신틸레이터(718)를 배치함으로써 얻을 수 있다. 얇은 층, 예컨대 알루미늄 또는 플라스틱 약 0.8 mm 두께의 층은, BaF2 감마 신틸레이터(718) 주위에 검출기(714)의 면에 수직으로 밴드로 배치될 수 있다.] BaF2로부터의 신틸레이션 광은 광 안내기(710)를 통하여 검출기(714)로 통과한다.
BaF2 감마 신틸레이터(718)로부터의 신호는 각각 0.63 마이크로 초 내지 30 마이크로 초의 그 상이한 붕괴 시간에 의하여 6LiF/ZnS 중성자 신틸레이터(712)로부터 이들로부터 분리된다.
중성자/감마 조립체(722)는 수정된 모델 XLp XRF 분석기(724)(Niton, 위와 같음)의 상단부로 장착되는데, 이는 디지탈화된 펄스 처리를 채용하여 두 검출기(714)와 XRF 검출기(726)를 동시에 분석하고, 4,096 채널 데이터의 스펙트럼과 결과를 저장하며, 이 모두는 중앙 명령 지점으로 무선으로 원격측정될 수 있다.
XRF 분석기(724)는 잘 차폐된 100 mCi와, 셔터(728)가 트리거(trigger; 730)에 의하여 개방될 때 방출하는 57Co 공급원(726)과, 무거운 원소를 차폐하는 특징적인 X-선을 여기시키는 122 keV 감마선을 사용하며, 이 특징적인 X-선은 넓은 면적의 CdTe 검출기(732) 내에 검출된다. 장치(700)의 크기는, 배터리 파워 공급기를 포함하여 무게가 약 3 kg인 큰 무선 드릴의 그것과 유사하다. 배터리를 완전히 충전하면 연속 작업으로 12 시간 또는 그 이상이 지나야 소진된다.
제어기(734)는 장치(700)의 검출기를 작동하고 디스플레이 스크린(736) 상에 방사선 검출 결과를 표시한다. 휴대용 파워 공급원(738), 예컨대 배터리, 연료 전지가 포함될 수 있다.
다양한 실시예에서, 각 검출기/분석기는 모듈 설계를 통하여 서로 또는 제어기로부터 분리되어 작동할 수 있다. 예를 들면, 중성자/감마선 검출기는 XRF 분석기와 제어기를 포함하는 베이스 유닛으로부터 분리 가능한 모듈이 될 수 있고, 중성자/감마선 검출기는 유선, 무선 등을 통하여 제어기와 연통할 수 있다. 따라서, 중성자/감마선 검출기는 전적으로 독립 모듈이 되거나 바람직하게는 장치(700)의 균형과 도킹(docking)할 수 있다. 당업자는 이러한 원격 작업을 위하여, 예컨대 유선 작업의 경우에 적절한 전치증폭기 회로를 채용하거나, 무선 작업의 경우에 오프더쉘프(off-the-shelf) 방식의 무선 통신 모듈을 제어기 및 XRF 검출기와 결합시킬 수 있다.
정부 당국은 원하는 검출 사양, 예컨대 테러방지 목적, 환경 감시 등을 얻을 수 있다. 다양한 실시예는 다음의 사양 중에 하나 이상을 충족할 수 있다. 예를 들면, 다음과 같다.
1. 2 미터 거리에서 초당 20,000 이상의 중성자를 방출하는 차폐되지 않은 중성자 공급원을 10 초만에 검출하라.
2. 2 미터 거리에서 차폐되지 않은 10μCi137Cs 공급원을 10초만에 검출하라.
3. 방출되는 감마선에 근거하는 특정한 방사성 동위원소를 확인하라.
4. 검출기로부터 1 피트(30.5 cm)에 이르는 높은 Z의 차폐물을, 강 또는 흡 수율이 동등한 물질의 1/4"(6.4 mm) 후방에서 검출하라.
이 발명은 특히 그 바람직한 실시예와 관련하여 도시 및 기재를 하였지만, 당업자라면 거기에 첨부된 청구범위에 의하여 획정되는 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 형태 및 세부에서 다양한 변형이 있을 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (104)

  1. 선택적 방사선 검출용 장치로서,
    중성자 신틸레이터(scintillator)와,
    광학 검출기와,
    상기 중성자 신틸레이터를 상기 광학 검출기에 연결시키는, 고체 또는 액체인 광 안내기(light guide)
    를 포함하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 장치는 포켓용(handheld)으로 적응되는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 중성자 신틸레이터는 감마선에 대하여 약 10,000:1 이상의 인자(factor)로 열 중성자에 선택적으로 반응하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 장치는 감마선에 대하여 약 1,000,000:1 이상의 인자로 열 중성자에 선택적으로 반응하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  5. 제1항에 있어서, 복수 개의 광 안내기를 더 포함하는 것인 선택적 방사선 검 출용 장치.
  6. 제1항에 있어서, 복수 개의 중성자 신틸레이터를 더 포함하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 중성자 신틸레이터는 고속 중성자에 반응하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 중성자 신틸레이터는 열 중성자에 반응하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 중성자 신틸레이터는 신틸레이션 구성품에 연결되는 열 중성자 포획 동위원소(capturing isotope)를 포함하고, 상기 구성품은 이 포획 동위원소를 열 중성자에 노출시킬 때 신틸레이팅(scintillating)하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 포획 동위원소는 6Li, 10B, 113Cd 및 157Gd로부터 선택되는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 신틸레이션 구성품은 ZnS인 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  12. 제9항에 있어서, 상기 중성자 신틸레이터는 6LiF 및 ZnS를 포함하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  13. 제7항에 있어서, 상기 광 안내기는 굴절율이 약 1.4 내지 약 2.4인 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 광 안내기는 고속 중성자를 열중성자화하는 수소 함유 물질을 포함하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 광 안내기는 물, 유기 용매, 미네랄 오일 및 유기 폴리머로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 포함하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  16. 제13항에 있어서, 상기 광 안내기는 폴리메틸 메타크릴레이트인 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  17. 제14항에 있어서, 상기 광 안내기 내의 수소 핵은 수소의 2H 동위원소가 많은 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  18. 제1항에 있어서, 상기 장치는 적어도 부분적으로는 고속 중성자를 열중성자화하는 물질에 의하여 덮이는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 장치는 적어도 부분적으로는 물, 유기 용매, 미네랄 오일 및 유기 폴리머로부터 선택된 물질에 의하여 덮이는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 광 안내기 내의 수소 핵은 수소의 2H 동위원소가 많은 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  21. 제1항에 있어서, 상기 장치는 적어도 부분적으로는 고밀도의 폴리에틸렌에 의하여 덮이는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  22. 제8항에 있어서, 상기 광학 검출기와 연결되는 제어기를 더 포함하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  23. 제22항에 있어서, 방사선 검출 결과를 표시하기 위하여 상기 제어기에 연결되는 디스플레이를 더 포함하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  24. 제22항에 있어서, 상기 광 안내기는 고속 중성자 신틸레이터를 포함하고, 상기 제어기는 고속 중성자에 대응하는 신틸레이션과 열 중성자에 대응하는 신틸레이션을 구별하기 위하여 신틸레이션의 시간적 특성을 검출하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  25. 제22항에 있어서, 복수 개의 중성자 신틸레이터와 복수 개의 광 안내기를 더 포함하고, 상기 중성자 신틸레이터의 주표면은 실질적으로 상기 광학 검출기의 광학 축과 정렬되는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 광 안내기는 폴리메틸 메타크릴레이트의 평면형 시트인 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  27. 제25항에 있어서, 상기 제어기는 광학 검출기에서 두 개 이상의 광 안내기 각각으로부터 신틸레이션 신호를 독립적으로 검출하고, 신틸레이션 신호의 상대적 강도를 장치에 입사하는 중성자 공급원의 방향과 서로 관련시키는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  28. 제8항에 있어서, 상기 광학 검출기에 결합되는 감마선 신틸레이터를 더 포함하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  29. 제28항에 있어서, 상기 감마선 신틸레이터는 굴절율이 약 1.4 내지 약 2.4인 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  30. 제28항에 있어서, 상기 감마선 신틸레이터는 약 300 nm 내지 약 600 nm의 광에 대하여 미터당 약 95% 이상의 투명도(transparency)를 가지는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  31. 제28항에 있어서, 상기 감마선 신틸레이터는 NaI(Tl), CsI(Tl), BGO, BaF2, LSO 및 CdWO4로부터 선택된 물질을 포함하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  32. 제28항에 있어서, 상기 감마선 신틸레이터는 BaF2인 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  33. 제28항에 있어서, 중성자와 감마선을 선택적으로 검출하기 위하여 상기 광학 검출기에 결합된 제어기를 더 포함하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  34. 제33항에 있어서, 상기 제어기는 중성자와 감마선을, 이들의 신틸레이션 신호의 시간적 특성에 의하여 선택적으로 검출하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  35. 제28항에 있어서, X-선 형광 분석기를 더 포함하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  36. 제35항에 있어서, 상기 X-선 형광 분석기는 유선(umbilical cord) 또는 무선 통신에 의하여 독립된 작업을 위하여 적응되는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  37. 제35항에 있어서, 중성자 및 감마선을 선택적으로 검출하기 위하여 상기 광학 검출기에 결합되고,
    X-선 형광을 검출하기 위하여 상기 X-선 형광 분석기에 결합되는
    제어기를 더 포함하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  38. 제37항에 있어서, 상기 제어기는 상기 X-선 형광 분석기에 결합되어, X-선으로 표적에 조사(照射)하고 이 표적으로부터 X-선 형광을 선택적으로 검출하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  39. 제1항에 있어서, X-선 형광 분석기를 더 포함하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  40. 제39항에 있어서, 상기 X-선 형광 분석기는 유선 또는 무선 통신에 의하여 독립된 작업을 위하여 적응되는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  41. 제39항에 있어서, 중성자를 선택적으로 검출하기 위하여 상기 광학 검출기에 결합되는 제어기를 더 포함하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  42. 제41항에 있어서, 상기 제어기는 상기 X-선 형광 분석기에 결합되어 X-선으로 표적에 조사하고 이 표적으로부터 X-선 형광을 선택적으로 검출하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  43. 제8항에 있어서, 고체 상태의 감마선 검출기를 더 포함하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  44. 선택적 방사선 검출용 장치로서,
    X-선 형광 분석기와,
    하나 이상의 광학 검출기에 결합되는 감마선 신틸레이터
    를 포함하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  45. 제44항에 있어서, 상기 X-선 형광 분석기는 유선 또는 무선 통신에 의하여 독립된 작업을 위하여 적응되는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  46. 제44항에 있어서, 상기 감마선 신틸레이터는 BaF2인 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  47. 제46항에 있어서, 감마선을 선택적으로 검출하기 위하여 상기 광학 검출기에 결합되고,
    X-선으로 표적에 조사하고 이 표적으로부터 X-선 형광을 선택적으로 검출하기 위하여 상기 X-선 형광 분석기에 결합되는
    제어기를 더 포함하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  48. 제46항에 있어서, 상기 장치는 포켓용으로 적응되는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  49. 선택적 방사선 검출용 장치로서,
    X-선 형광 분석기와,
    광학 검출기에 결합된 중성자 신틸레이터
    를 포함하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  50. 제49항에 있어서, 상기 X-선 형광 분석기는 유선 또는 무선 통신에 의하여 독립된 작업을 위하여 적응되는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  51. 제49항에 있어서, 시간의 함수로서 신틸레이션에 의하여 고속 중성자와 열 중성자를 선택적으로 검출하기 위하여 상기 광학 검출기에 결합되고,
    X-선으로 표적에 조사하고 이 표적으로부터 X-선 형광을 선택적으로 검출하기 위하여 상기 X-선 형광 분석기에 결합되며,
    방사선 검출 결과를 표시하기 위한 디스플레이에 결합되는
    제어기를 더 포함하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  52. 제50항에 있어서, 상기 장치는 포켓용으로 적응되는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  53. 선택적 방사선 검출용 장치로서, 감마선 검출기와, 광학 검출기에 결합된 중성자 신틸레이터를 포함하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  54. 제53항에 있어서, 상기 감마선 검출기는 상기 광학 검출기에 결합된 감마 신틸레이션 검출기인 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  55. 제54항에 있어서, 중성자와 감마선을 이들의 시간적 특성에 의하여 선택적으 로 검출하기 위하여 상기 광학 검출기에 결합되는 제어기를 더 포함하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  56. 제54항에 있어서, 상기 제어기는 고속 중성자, 열 중성자 및 감마선을 이들의 시간적 특성에 의하여 선택적으로 검출하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  57. 제56항에 있어서, X-선으로 표적에 조사하고 이 표적으로부터 X-선 형광을 선택적으로 검출하기 위하여 X-선 형광 분석기에 결합되고,
    방사선 검출 결과를 표시하기 위한 디스플레이에 결합되는
    제어기를 더 포함하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  58. 제57항에 있어서, 상기 장치는 포켓용으로 적응되는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  59. 제1항에 있어서, 상기 광학 검출기에 결합되는 감마선 신틸레이터와,
    X-선 형광 분석기
    를 더 포함하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  60. 제59항에 있어서, 상기 광학 검출기에 결합되는 중성자 신틸레이터와 감마선 신틸레이터는 유선 또는 무선 통신에 의하여 X-선 형광 분석기로부터 독립된 작업 을 위하여 적응되는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  61. 제59항에 있어서, 고속 중성자, 저속 중성자 및 감마선을 이들의 신틸레이션 신호의 시간적 특성에 의하여 선택적으로 검출하기 위하여 상기 광학 검출기에 결합되고,
    X-선으로 표적에 조사하여 이 표적으로부터 X-선 형광을 선택적으로 검출하기 위하여 상기 X-선 형광 분석기에 결합되며,
    방사선 검출 결과를 표시하기 위하여 디스플레이에 결합되는
    제어기를 더 포함하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  62. 제61항에 있어서, 상기 장치는 포켓용으로 적응되는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  63. 선택적 방사선 검출용 장치로서,
    약 1,000,000:1 이상의 인자에 의하여 감마선에 대하여 열 중성자에 선택적으로 반응하는 중성자 신틸레이터와,
    광학 검출기와,
    상기 중성자 신틸레이터를 상기 광학 검출기에 결합시키는 광 안내기
    를 포함하는 것인 선택적 방사선 검출용 장치.
  64. 포켓용 선택적 방사선 검출용 장치로서,
    약 1,000,000:1 이상의 인자에 의하여 감마선에 대하여 열 중성자에 선택적으로 반응하는 중성자 신틸레이터 물질과,
    감마선 신틸레이터와,
    상기 중성자 신틸레이터와 상기 감마선 신틸레이터에 결합되는 광학 검출기와,
    평면형 시트의 형태로서, 상기 중성자 신틸레이터 물질과 인터리빙(interleaving)하여 중성자 신틸레이션을 상기 광학 검출기에 결합시키는 복수 개의 광 안내기와,
    X-선 형광 분석기와,
    상기 광학 검출기 및 X-선 분석기에 결합되는 제어기
    를 포함하는 것인 포켓용 선택적 방사선 검출기용 장치
  65. 방사선의 선택적 검출 방법으로서,
    중성자 신틸레이터를 중성자 방사선 공급원에 노출시키는 단계와,
    신틸레이션을 상기 중성자 신틸레이터로부터 광학 검출기로 광 안내기를 통하여 안내하는 단계와,
    약 10,000:1 이상의 인자에 의하여 감마선에 비교되는 중성자를 선택적으로 검출하는 단계
    를 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 방법.
  66. 제65항에 있어서, 상기 중성자는 포켓용 장치에 검출되는 것인 방사선의 선택적 검출 방법.
  67. 제65항에 있어서, 약 1,000,000:1 이상의 인자에 의하여 감마선에 비교되는 중성자를 선택적으로 검출하는 단계를 더 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 방법.
  68. 제65항에 있어서, 복수 개의 광 안내기를 이용하여 상기 신틸레이션을 상기 광학 검출기로 안내하는 단계를 더 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 방법.
  69. 제65항에 있어서, 복수 개의 중성자 신틸레이터를 중성자 방사선의 공급원에 노출시키는 단계를 더 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 방법.
  70. 제65항에 있어서, 고속 중성자를 검출하는 단계를 더 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 방법.
  71. 제65항에 있어서, 열 중성자를 검출하는 단계를 더 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 방법.
  72. 제65항에 있어서, 상기 광 안내기로 고속 중성자를 열중성자화하는 단계로서, 상기 광 안내기는 물, 유기 용매, 미네랄 오일 및 유기 폴리머로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함하는 단계를 더 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 방법.
  73. 제71항에 있어서, 상기 광 안내기는 폴리메틸 메타크릴레이트인 것인 방사선의 선택적 검출 방법.
  74. 제72항에 있어서, 상기 광 안내기 내의 수소 핵은 수소의 2H 동위원소가 많은 것인 방사선의 선택적 검출 방법.
  75. 제65항에 있어서, 상기 중성자가 상기 중성자 신틸레이터 또는 상기 광 안내기와 접촉하기 전에 고속 중성자를 열중성자화하는 단계를 더 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 방법.
  76. 제65항에 있어서, 6Li, 10B, 113Cd 및 157Gd로부터 선택된 포획 동위원소로 열 중성자를 포획하는 단계를 더 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 방법.
  77. 제76항에 있어서, 상기 열 중성자의 반응 산물과 상기 포획 동위원소를 ZnS 로 접촉시킴으로써 신틸레이션을 일으키는 단계를 더 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 방법.
  78. 제65항에 있어서, 자동적으로 방사선을 선택적으로 검출하는 단계를 더 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 방법.
  79. 제78항에 있어서, 방사선 검출 결과를 자동으로 표시하는 단계를 더 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 방법.
  80. 제78항에 있어서, 신틸레이션의 시간적 특성을 검출함으로써, 고속 중성자에 대응하는 신틸레이션을 열 중성자에 대응하는 신틸레이션과 자동적으로 구별하는 단계를 더 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 방법.
  81. 제78항에 있어서, 둘 이상의 광 안내기로부터 안내되는 신틸레이션을 상기 광학 검출기와 비교함으로써,상기 광학 검출기와 관련하여 중성자 공급원의 방향을 자동적으로 결정하는 단계를 더 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 방법.
  82. 제65항에 있어서, NaI(Tl), CsI(Tl), BGO, BaF2, LSO 및 CdWO4로부터 선택된 감마선 신틸레이터를 감마선과 접촉시키고, 감마선 신틸레이션을 상기 광학 검출기 로 안내하며, 상기 감마선 신틸레이션을 검출하는 단계를 더 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 방법.
  83. 제82항에 있어서, 상기 광학 검출기에서 자동적으로 중성자와 감마선 신틸레이션을 선택적으로 검출하는 단계를 더 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 방법.
  84. 제83항에 있어서, 감마선과 중성자를 이들의 신틸레이션 신호의 시간적 특성을 비교함으로써 선택적으로 검출하는 단계를 더 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 방법.
  85. 제84항에 있어서, X-선으로 표적에 자동으로 조사하고, 높은 원자량의 원소를 포함하는 방사성 차폐 물질의 증거를 위하여 상기 표적으로부터 X-선 형광을 선택적으로 검출하는 단계를 더 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 방법.
  86. 제85항에 있어서, 유선 또는 무선 통신에 의하여 독립적으로 X-선 형광 분석을 수행하는 단계를 더 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 방법.
  87. 방사선의 선택적 검출 방법으로서,
    표적으로부터 X-선 형광을 분석하는 단계와,
    감마선 신틸레이션을 감마선과 접촉시키고 신틸레이션을 검출시킴으로써 감 마선을 검출하는 단계
    를 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 방법.
  88. 제87항에 있어서, X-선으로 표적에 자동으로 조사하여 이 표적으로부터 X-선 형광을 선택적으로 검출하는 단계를 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 방법.
  89. 제87항에 있어서, 상기 방사선 검출 결과를 자동적으로 표시하는 단계를 더 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 방법.
  90. 제87항에 있어서, 유선 또는 무선 통신에 의하여 상기 X-선 형광 분석을 독립적으로 수행하는 단계를 더 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 방법.
  91. 방사선의 선택적 검출 방법으로서,
    표적으로부터 X-선 형광을 분석하는 단계와,
    중성자 신틸레이터를 중성자와 접촉시키고 신틸레이션을 검출시킴으로써 중성자를 검출하는 단계
    를 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 방법.
  92. 제91항에 있어서, 자동적으로 표적에 X-선으로 조사하여 이 표적으로부터 X-선 형광을 선택적으로 검출하는 단계를 더 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 방 법.
  93. 제91항에 있어서, 상기 방사선 검출 결과를 자동적으로 표시하는 단계를 더 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 방법.
  94. 제91항에 있어서, 상기 중성자 신틸레이터 내의 신틸레이션을 중성자로부터 자동적으로 검출하는 단계로서, 중성자는 약 1,000,000:1 이상의 비율로 감마선에 비교되는 중성자 신틸레이터 내에서 선택적으로 검출되는 단계를 더 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 방법.
  95. 제91항에 있어서, 유선 또는 무선 통신에 의하여 상기 제어기와 통신하는 별도의 모듈 내에서 상기 중성자 검출을 수행하는 단계를 더 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 방법.
  96. 방사선의 선택적 검출 방법으로서,
    중성자 신틸레이터를 중성자와 접촉시키는 단계와,
    감마선 신틸레이터를 감마선과 접촉시키는 단계와,
    상기 중성자와 감마선으로부터 신틸레이션을 선택적으로 검출하는 단계
    를 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 방법.
  97. 제96항에 있어서, 자동적으로 중성자와 감마선을, 이들의 신틸레이션의 시간적 특성을 비교함으로써 선택적으로 검출하는 단계를 더 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 방법.
  98. 제96항에 있어서, 자동적으로 고속 중성자, 열 중성자 및 감마선을, 이들의 신틸레이션의 시간적 특성을 비교함으로써 선택적으로 검출하는 단계를 더 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 방법.
  99. 제96항에 있어서, 상기 중성자 신틸레이터 내의 신틸레이션을 중성자로부터 자동적으로 검출하는 단계로서, 중성자는 약 1,000,000:1 이상의 비율로 감마선에 비교되는 중성자 신틸레이터 내에서 선택적으로 검출되는 단계를 더 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 방법.
  100. 질량 파괴 또는 그 차폐물(shield)의 방사성 무기의 선택적 검출 방법으로서,
    중성자 신틸레이터를 의심되는 중성자 공급원에 노출시키고 이 중성자 신틸레이터 내의 신틸레이션을 위하여 중성자로부터 분석하는 단계로서, 중성자는 약 1,000,000:1 이상의 비율로 감마선에 비교되는 상기 중성자 신틸레이터 내에서 선택적으로 검출되는 단계와,
    감마선 신틸레이터를 의심되는 감마선 공급원에 노출시키고 이 감마선 신틸 레이터 내에 신틸레이션을 위하여 감마선으로부터 분석하는 단계와,
    X-선으로 표적에 조사하고, 높은 원자량의 차폐 물질의 증거를 위하여 이 표적으로부터 X-선 형광을 선택적으로 분석하는 단계
    를 포함하는 것인 질량 파괴 또는 그 차폐물의 방사성 무기의 선택적 검출 방법.
  101. 방사선의 선택적 검출 수단으로서,
    중성자 신틸레이터를 중성자 방사선의 공급원에 노출시키는 수단과,
    신틸레이션을 상기 중성자 신틸레이터로부터 광학 검출기로 안내하는 수단과,
    약 10,000:1 이상의 인자에 의하여 감마선에 비교되는 중성자를 선택적으로 검출하는 수단
    을 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 수단.
  102. 방사선의 선택적 검출 수단으로서,
    표적으로부터 X-선 형광을 분석하는 수단과,
    감마선을 검출하는 수단
    을 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 수단.
  103. 방사선의 선택적 검출 수단으로서,
    표적으로부터 X-선 형광을 분석하는 방법과,
    중성자를 검출하는 수단
    을 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 수단.
  104. 방사선의 선택적 검출 수단으로서,
    중성자를 검출하는 수단과,
    감마선을 검출하는 수단
    을 포함하는 것인 방사선의 선택적 검출 수단.
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