KR20090046765A - Method and apparatus for imaging object 3-dimensionally - Google Patents

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Abstract

본 발명은 물체의 구성원소를 비파괴식으로 분석하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 물체에 의한 방사선의 컴프턴 산란을 계수하여 물체의 구성원소를 분석하고, 이를 토대로 물체의 원소 구성을 3차원 영상화시키는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for non-destructive analysis of an element of an object, and to analyze the element of the object by counting the Compton scattering of the radiation by the object, based on which three-dimensional imaging of the element composition of the object It's about technology.

본 발명인 물체 구성의 3차원 영상화 장치는, 영상화 대상인 물체를 가상적으로 분할한 복수의 복셀 중 어느 한 복셀로 감마선을 입사시키기 위한 감마선원과, 감마선원으로부터 조사되는 감마선을 집속하는 입사집속기와, 물체를 지지하며 감마선원으로부터 조사되는 감마선을 한 축으로 하여 3차원적으로 가동되는 테이블과, 입사되는 감마선에 대해 미리 정해진 고정 각도에서 복셀로부터 산란된 감마선을 계측하는 검출기와, 검출기로 산란되는 감마선을 집속하는 산란집속기와, 검출기로부터 입력받은 산란된 감마선의 에너지 분포로부터 복수의 복셀 각각의 구성원소로 판별하는 연산부와, 테이블의 작동을 제어하는 테이블 제어부와, 복수의 복셀 각각에 대해 연산부로부터 구성원소를 입력받고 테이블 제어부로부터 해당 복셀의 좌표값을 입력받아 서로 매칭시키는 영상화부를 포함한다.The three-dimensional imaging apparatus of the object configuration of the present invention includes a gamma ray source for injecting gamma rays into any one of a plurality of voxels virtually dividing an object to be imaged, an incident condenser for focusing the gamma rays irradiated from the gamma rays source, and an object. A table that operates in three dimensions with the gamma rays irradiated from the gamma rays source as one axis, a detector for measuring gamma rays scattered from the voxel at a predetermined fixed angle with respect to the incident gamma rays, and a gamma ray scattered by the detectors. A component is input from a scattering collimator and an energy distribution of scattered gamma rays inputted from a detector to each component of the plurality of voxels, a table controller to control the operation of the table, and a component from the computing unit for each of the plurality of voxels. Receive coordinates from the table control And an imaging unit that matches each other.

컴프턴, 산란, 감마선, 비파괴, 구성원소, 운동량분포함수, 에너지분포함수, 3차원, 영상화 Compton, scattering, gamma rays, nondestructive, member element, momentum distribution function, energy distribution function, 3D, imaging

Description

물체 구성의 3차원 영상화 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR IMAGING OBJECT 3-DIMENSIONALLY}3D imaging method and apparatus of object composition {METHOD AND APPARATUS FOR IMAGING OBJECT 3-DIMENSIONALLY}

본 발명은 물체의 구성원소를 비파괴식으로 분석하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 물체에 의한 방사선의 컴프턴 산란을 계수하여 물체의 구성원소를 분석하고, 이를 토대로 물체의 원소 구성을 3차원 영상화시키는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for non-destructive analysis of an element of an object, and to analyze the element of the object by counting the Compton scattering of the radiation by the object, based on which three-dimensional imaging of the element composition of the object It's about technology.

방사선을 이용한 비파괴 검사 및 영상화 기술의 원리는 물체의 방사선 흡수 및 투과에 기반을 두고 있다. 예컨대, 감마(γ)선을 이용하여 물체의 구성원소를 판별하고자 할 경우, 집속된 감마선원을 이용하여 물체 상의 특정 지점으로 감마선을 조사한 후, 반대방향으로 투과되어 나오는 감마선을 계수하여, 입사 감마선과 투과 감마선의 각 에너지를 비교하면, 물체를 투과하면서 감쇠된 감마선의 에너지를 산출할 수 있다. 이와 같은 감마선의 감쇠(attenuation)는 물체의 밀도와 같은 물성에 따라 그 양이 달라지므로, 이로부터 물체의 밀도 분포를 판별할 수 있다. 나아가 물체에 대해 감마선을 3차원적으로 스캐닝함으로써, 물체의 구성원소에 대한 3차원 영상을 얻을 수도 있다.The principles of nondestructive testing and imaging techniques using radiation are based on the absorption and transmission of radiation from objects. For example, when a component of an object is to be determined using gamma (γ) ray, the gamma ray is irradiated to a specific point on the object by using a focused gamma ray source, and then the gamma ray that is transmitted in the opposite direction is counted, and the incident gamma ray Comparing the respective energies of the transmitted gamma rays, it is possible to calculate the energy of the attenuated gamma rays while passing through the object. Since the amount of the attenuation of the gamma rays varies depending on physical properties such as the density of the object, the density distribution of the object can be determined therefrom. Furthermore, by scanning the gamma ray three-dimensionally on the object, it is possible to obtain a three-dimensional image of the element of the object.

그러나 이와 같이 입사 방사선과 투과 방사선을 비교하여 물체의 구성을 분 석하는 기술에 있어서 가장 큰 단점은 물체의 구성원소를 직접 판별하기에는 부족하다는 것이다. 예로서, 총이든 가방을 촬영했을 경우 총의 모습은 명확히 보이나 이것이 납으로 만들었는지 또는 구리로 만들었는지 판별할 수가 없다. 또한 밀도가 큰 물체 속에 밀도가 작은 물체를 넣을 경우에도 영상재구성이 어렵다. 즉, 상대적으로 밀도가 높은 부분과 낮은 부분을 구별할 수 있을 뿐이다.However, the biggest disadvantage in the technique of analyzing the composition of the object by comparing the incident radiation and transmitted radiation is that it is insufficient to directly determine the element of the object. For example, if you're shooting a gun or bag, the gun's appearance is clearly visible, but you can't tell if it's made of lead or copper. In addition, the image reconstruction is difficult even if a low density object is put in a high density object. That is, it can only distinguish between a relatively dense part and a low part.

이를 보완하기 위해 감마선의 컴프턴 산란을 이용한 영상기술이 소개되었다. 감마선이 물체와 충돌할 때 일어나는 컴프턴 산란(Compton Scattering)은 감마선과 물체 내 전자와의 반응이므로 물체 내 전자밀도에 대한 정보를 제공한다. 각 물체마다 고유한 전자밀도를 가지므로 전자밀도의 정보는 곧 물체의 종류를 판별할 수 있는 중요한 단서라 할 수 있다. 따라서 컴프턴 산란을 이용한 비파괴 영상기술은 물체의 구조 뿐만 아니라 물체의 구성원소까지 직접 판별할 수 있는 한 차원 높은 비파괴 영상기술이라 할 수 있다.To compensate for this, the imaging technique using Compton scattering of gamma rays was introduced. Compton Scattering, which occurs when a gamma ray collides with an object, provides information about the electron density in the object because it is the reaction between the gamma ray and the electrons in the object. Since each object has a unique electron density, the information of the electron density is an important clue for determining the type of the object. Therefore, the nondestructive imaging technique using Compton scattering is a high-level nondestructive imaging technique that can directly determine not only the structure of an object but also its members.

그러나 이 기술이 지닌 문제점은 컴프턴 산란된 감마선의 계수를 통해서 컴프턴 산란 확률을 산출하고, 이로부터 물체의 전자밀도를 구한다는 점이다. 물체 내의 특정 위치에 대한 컴프턴 산란확률을 구할 때 입사 감마선의 경로와 산란 감마선의 경로에 위치한 전자분포의 영향이 포함되므로, 이 영향을 제거하기 위해서는 추가적인 계측기기가 필요하고 복잡한 수치적 분석과정을 거치게 되므로 오류를 범하기 쉽다. 또한 전자의 밀도는 구성원소의 조성비에 대해 선형적이지 않으므로 각 물체에 따른 전자밀도를 데이터베이스화하여야 하는 문제가 있다.The problem with this technique, however, is that it computes the Compton scattering probability from the coefficients of the Compton scattered gamma rays and from this the electron density of the object. Computing the probability of Compton scattering for a specific location within an object involves the effects of the path of the incident gamma rays and the electron distribution located on the paths of the scattered gamma rays, which requires additional instrumentation and complex numerical analysis to eliminate this effect. It is easy to make an error. In addition, since the electron density is not linear with respect to the composition ratio of the element, there is a problem that the electron density of each object must be made into a database.

본 발명은 물체의 구성원소의 종류를 분석하여 이를 3차원 영상화할 수 있는 물체 구성의 3차원 영상화방법 및 장치를 제공하는 데에 있다.An object of the present invention is to provide a three-dimensional imaging method and apparatus for constructing an object capable of analyzing three kinds of member elements of an object and performing three-dimensional imaging.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.Other objects, specific advantages and novel features of the invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 물체 구성의 3차원 영상화 장치로서, 영상화 대상인 물체를 가상적으로 분할한 복수의 복셀 중 어느 한 복셀로 감마선을 입사시키기 위한 감마선원과, 상기 감마선원으로부터 조사되는 감마선을 집속하는 입사집속기와, 상기 물체를 지지하며 상기 감마선원으로부터 조사되는 감마선을 한 축으로 하여 3차원적으로 가동되는 테이블과, 상기 입사되는 감마선에 대해 미리 정해진 고정 각도에서 상기 복셀로부터 산란된 감마선을 계측하는 검출기와, 상기 검출기로 산란되는 감마선을 집속하는 산란집속기와, 상기 검출기로부터 입력받은 상기 산란된 감마선의 에너지 분포로부터 상기 복수의 복셀 각각의 구성원소로 판별하는 연산부와, 상기 테이블의 작동을 제어하는 테이블 제어부와, 상기 복수의 복셀 각각에 대해 상기 연산부로부터 구성원소를 입력받고 상기 테이블 제어부로부터 해당 복셀의 좌표값을 입력받아 서로 매칭시키는 영상화부를 포함한다.The present invention for solving the above problems is a three-dimensional imaging device of the object configuration, comprising a gamma ray source for injecting gamma rays into any one of a plurality of voxels virtually divided by the object to be imaged, and gamma rays irradiated from the gamma source A three-dimensionally movable table including an incident focusing device belonging to the object, a gamma ray irradiated from the gamma ray source, and a gamma ray scattered from the voxel at a predetermined fixed angle with respect to the incident gamma ray And a detector configured to focus the gamma rays scattered by the detector, an arithmetic unit for discriminating each of the plurality of voxels from the energy distribution of the scattered gamma rays received from the detector, and the operation of the table. And a table control unit for each of the plurality of voxels And an imaging unit for receiving a member element from the operation unit, receiving a coordinate value of the corresponding voxel from the table control unit, and matching each other.

또한, 상기 연산부는 상기 계측된 산란 감마선의 에너지 분포를 함수의 형태로 표현하여 계측된 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하고, 상기 검출기의 응답함 수를 구하며, 상기 계측된 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 상기 검출기의 응답함수를 디컨벌루션하여 상기 물체 내의 미지 원소에 의한 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하고, 상기 이론상 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 상기 물체 내의 미지 원소의 산란전 전자 운동량 분포함수를 구하며, 기지의 각 원소에 대해 전자 운동량 분포함수를 구하고, 상기 미지 원소의 산란전 전자 운동량 분포함수에 가장 근접하는 전자 운동량 분포함수를 가진 기지의 원소를 상기 물체 내의 미지 원소로 판정할 수 있다.In addition, the calculation unit expresses the measured energy distribution of the scattered gamma rays in the form of a function to obtain a measured scattering gamma ray energy distribution function, obtains the response function of the detector, from the measured energy distribution function of the scattered gamma rays Deconvolution of the response function of the detector to obtain a theoretical scattered gamma ray energy distribution function due to unknown elements in the object, and from the theoretical energy distribution function of scattered gamma rays to obtain the scattering electron momentum distribution function of the unknown elements in the object, An electron momentum distribution function is obtained for each element, and a known element having an electron momentum distribution function closest to the prescattered electron momentum distribution function of the unknown element can be determined as an unknown element in the object.

또한, 상기 연산부는 상기 계측된 산란 감마선의 에너지 분포를 함수의 형태로 표현하여 계측된 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하고, 상기 검출기의 응답함수를 구하며, 상기 계측된 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 상기 검출기의 응답함수를 디컨벌루션하여 상기 물체 내의 미지 원소에 의한 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하고, 기지의 각 원소에 대해 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하며, 상기 미지 원소의 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수에 가장 근접한 산란 감마선 에너지 분포함수를 갖는 기지의 원소를 상기 물체 내의 미지 원소로 판정할 수 있다. In addition, the calculating unit expresses the measured energy distribution of the scattered gamma rays in the form of a function to obtain the measured scattering gamma ray energy distribution function, obtains the response function of the detector, from the measured energy distribution function of the scattered gamma rays Deconvolution of the response function to obtain the theoretical scattered gamma-ray energy distribution function by the unknown elements in the object, the theoretical scattered gamma-ray energy distribution function for each known element, and the theoretical scattering gamma-ray energy distribution function of the unknown elements A known element having an adjacent scattered gamma ray energy distribution function can be determined as an unknown element in the object.

또한, 상기 연산부는 상기 계측된 산란 감마선으로부터 상기 검출기의 응답함수인 계측된 응답함수를 구하고, 상기 검출기의 분해능을 구하며, 기지의 원소에 대해 이론상 산란 감마선 에너지분포함수를 산출하고, 상기 검출기의 분해능과 기지의 원소에 대한 산란 감마선 에너지 분포함수로부터 상기 검출기의 이론상 응답함수를 구하고, 상기 검출기의 이론상 응답함수와 계측된 응답함수 사이의 편차를 구하고, 상기 구해진 편차 중 최소 편차값을 구하며, 기지의 각 원소에 대해 상기 편차산출단계와 최소편차값산출단계를 반복하여 복수의 기지 원소에 대한 최소편차값들을 산출하고, 상기 복수의 기지 원소에 대한 최소편차값들 중에서 최소의 최소편차값을 가지는 기지의 원소를 상기 물체의 미지 원소로 판정할 수 있다.In addition, the operation unit obtains the measured response function which is the response function of the detector from the measured scattering gamma ray, obtains the resolution of the detector, theoretically calculates the scattering gamma ray energy distribution function for a known element, and resolves the resolution of the detector. The theoretical response function of the detector is obtained from the scattered gamma ray energy distribution function for the known elements, and the deviation between the theoretical response function of the detector and the measured response function is obtained, and the minimum deviation value of the obtained deviations is obtained. The deviation calculation step and the minimum deviation value calculation step are repeated for each element to calculate minimum deviation values for a plurality of known elements, and have a minimum minimum deviation value among the minimum deviation values for the plurality of known elements. The element of can be determined as an unknown element of the object.

또한, 상기 검출기는 복수 개가 상기 감마선이 입사되는 복셀을 중심으로 하는 반원상 등간격으로 배치될 수 있다.In addition, the plurality of detectors may be arranged at semi-circular equal intervals centering on the voxels to which the gamma rays are incident.

또한, 상기 검출기는 게르마늄 검출기로 마련될 수 있다.In addition, the detector may be provided as a germanium detector.

또한, 상기 감마선원은 137Cs 선원으로 마련될 수 있다.In addition, the gamma source may be provided as a 137 Cs source.

또한, 상기 입사집속기는 원형단면을 가진 구멍이 형성되어 있고, 상기 산란집속기는 상기 입사집속기에 형성된 구멍의 직경과 같은 폭을 가진 슬릿이 형성될 수 있다. In addition, the incidence collector may have a hole having a circular cross section, and the scattering collector may have a slit having a width equal to the diameter of a hole formed in the incidence collector.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 물체 구성의 3차원 영상화 방법으로서, 영상화대상인 물체를 복수의 복셀(voxel)로 분할하는 복셀분할단계와, 상기 복수의 복셀 중 어느 한 복셀에 감마선을 입사시켜 상기 복셀의 구성원소를 분석하는 복셀분석단계와, 상기 복수의 복셀 모두에 대해 구성원소 분석이 완료되었는지 판단하는 종료여부판단단계와, 상기 종료여부판단단계에서 복수의 복셀에 대한 구성원소 분석이 완료되지 않은 경우, 상기 영상화대상인 물체를 상기 감마선을 입사시키기 위한 감마선원에 대해 상대적으로 이동시키는 상대이동단계를 포함하여 이루어질 수 있다.The present invention for solving the above problems is a three-dimensional imaging method of the object configuration, a voxel dividing step of dividing the object to be imaged into a plurality of voxel (voxel), and by entering a gamma ray to any one of the plurality of voxel A voxel analysis step of analyzing the components of the voxel, an end determination step of determining whether the component analysis has been completed for all of the plurality of voxels, and a component analysis of the plurality of voxels is not completed at the end determination step If not, it may include a relative movement step of moving the object to be imaged relative to the gamma ray source for entering the gamma ray.

또한, 상기 복셀분석단계는 상기 물체에 에너지를 알고 있는 상기 감마선을 입사시키는 감마선입사단계와, 상기 입사되는 감마선에 대해 미리 정해진 고정 각도에서 상기 물체에 의해 산란된 산란 감마선을 검출기로 계측하는 산란감마선계측단계와, 상기 계측된 산란 감마선의 에너지 분포를 함수의 형태로 표현하여 계측된 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하는 계측에너지분포함수산출단계와, 상기 산란감마선계측단계에서 사용된 검출기의 응답함수를 구하는 응답함수산출단계와, 상기 계측된 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 상기 검출기의 응답함수를 디컨벌루션하여 상기 물체 내의 미지 원소에 의한 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하는 이론에너지분포함수산출단계와, 상기 이론상 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 상기 물체 내의 미지 원소의 산란전 전자 운동량 분포함수를 구하는 미지원소운동량산출단계와, 기지의 각 원소에 대해 전자 운동량 분포함수를 구하는 기지원소운동량산출단계와, 상기 미지 원소의 산란전 전자 운동량 분포함수에 가장 근접하는 전자 운동량 분포함수를 가진 기지의 원소를 상기 물체 내의 미지 원소로 판정하는 원소판정단계를 포함하여 이루어질 수 있다.The voxel analysis step may include a gamma ray incident step of injecting the gamma rays having energy into the object, and scattering gamma rays measuring scattering gamma rays scattered by the object at a predetermined fixed angle with respect to the incident gamma rays. A measurement energy distribution function for calculating the measured scattering gamma ray energy distribution function by expressing the measured energy distribution of the scattered gamma ray in the form of a function, and obtaining a response function of the detector used in the scattering gamma ray measurement step A response function calculation step, a theoretical energy distribution calculation step of deconvolving the response function of the detector from the measured energy distribution function of the scattered gamma ray, and calculating a theoretical scattering gamma ray energy distribution function by an unknown element in the object; Phase from the scattering gamma ray energy distribution function An unsupported momentum calculation step of obtaining the pre-scattering electron momentum distribution function of an unknown element, a supporting support momentum calculation step of obtaining the electron momentum distribution function for each known element, and a pre-scattering electron momentum distribution function of the unknown element. And an element determination step of determining the known element having the closest electron momentum distribution function as an unknown element in the object.

또한, 상기 미지원소운동량산출단계와 상기 미지원소운동량산출단계에서 구하는 전자 운동량 분포함수는,In addition, the electronic momentum distribution function obtained in the unsupported momentum calculation step and the unsupported momentum calculation step,

Figure 112009019206045-PAT00001
......(E1)
Figure 112009019206045-PAT00001
(E1)

(여기서,Eγ은 입사 감마선의 에너지, Eγ'는 산란 감마선의 에너지, θ는 산란 감마선의 입사 감마선에 대한 산란각도, Pz는 산란 전 전자의 운동량, m0은 전자의 질량)에 의해 구할 수 있다. Where E γ is the energy of the incident gamma ray, E γ ' is the energy of the scattering gamma ray, θ is the scattering angle with respect to the incident gamma ray of the scattering gamma ray, P z is the momentum of the electron before scattering, and m 0 is the mass of the electron. You can get it.

또한, 상기 복셀분석단계는 상기 물체에 에너지를 알고 있는 상기 감마선을 입사시키는 감마선입사단계와, 상기 입사되는 감마선에 대해 미리 정해진 고정 각도에서 상기 물체내의 미지의 원소에 의해 산란된 산란 감마선을 검출기로 계측하는 산란감마선계측단계와, 상기 계측된 산란 감마선의 에너지 분포를 함수의 형태로 표현하여 계측된 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하는 계측에너지분포함수산출단계와, 상기 산란감마선계측단계에서 사용된 검출기의 응답함수를 구하는 응답함수산출단계와, 상기 계측된 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 상기 검출기의 응답함수를 디컨벌루션하여 상기 물체 내의 미지 원소에 의한 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하는 이론에너지분포함수산출단계와, 기지의 각 원소에 대해 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하는 기지원소에너지분포함수산출단계와, 상기 미지 원소의 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수에 가장 근접한 산란 감마선 에너지 분포함수를 갖는 기지의 원소를 상기 물체 내의 미지 원소로 판정하는 원소판정단계를 포함할 수 있다.In addition, the voxel analysis step includes a gamma ray incident step of injecting the gamma rays having energy into the object, and scattered gamma rays scattered by an unknown element in the object at a predetermined fixed angle with respect to the incident gamma rays. A scattering gamma ray measurement step to measure, a scattering gamma ray energy distribution function to obtain a measured scattering gamma ray energy distribution function by expressing the measured energy distribution of the scattered gamma ray in the form of a function, and the detector used in the scattering gamma ray measurement step A response function calculation step of obtaining a response function, and a theoretical energy distribution calculation step of calculating a theoretical scattering gamma ray energy distribution function by an unknown element in the object by deconvolving the response function of the detector from the measured energy distribution function of the scattered gamma ray And theoretical scattering for each known element An element determination step of calculating an energy distribution function for a support energy source and determining a known element having a scattering gamma ray energy distribution function closest to the theoretical scattering gamma ray energy distribution function of the unknown element as an unknown element in the object It may include.

또한, 상기 복셀분석단계는 분석대상인 상기 물체에 에너지를 알고 있는 상기 감마선을 입사시키는 감마선입사단계와, 상기 입사되는 감마선에 대해 미리 정해진 고정 각도에서 상기 물체에 의해 산란된 산란 감마선을 검출기로 계측하는 산 란감마선계측단계와, 상기 계측된 산란 감마선으로부터 상기 검출기의 응답함수인 계측된 응답함수를 구하는 계측응답함수산출단계와, 상기 산란감마선계측단계에서 사용된 검출기의 분해능을 구하는 분해능산출단계와, 기지의 원소에 대해 이론상 산란 감마선 에너지분포함수를 산출하는 기지원소에너지분포함수산출단계와, 상기 검출기의 분해능과 기지의 원소에 대한 산란 감마선 에너지 분포함수로부터 상기 검출기의 이론상 응답함수를 구하는 이론응답함수산출단계와, 상기 검출기의 이론상 응답함수와 계측된 응답함수 사이의 편차를 구하는 편차산출단계와, 상기 구해진 편차 중 최소 편차값을 구하는 최소편차값산출단계와, 기지의 각 원소에 대해 상기 편차산출단계와 최소편차값산출단계를 반복하여 복수의 기지 원소에 대한 최소편차값들을 산출하는 복수원소편차값산출단계와, 상기 복수의 기지 원소에 대한 최소편차값들 중에서 최소의 최소편차값을 가지는 기지의 원소를 상기 물체의 미지 원소로 판정하는 원소판정단계를 포함할 수 있다.The voxel analysis step may include a gamma ray incident step of injecting the gamma rays having energy into an object to be analyzed and measuring scattered gamma rays scattered by the object at a predetermined fixed angle with respect to the incident gamma rays. A scattering gamma ray measurement step, a measurement response function calculation step of obtaining a measured response function which is a response function of the detector from the measured scattering gamma ray, a resolution calculation step of obtaining a resolution of the detector used in the scattering gamma ray measurement step, A theoretical response function for calculating the theoretical response function of the detector from a step of calculating a support energy distribution function for calculating a scattering gamma ray energy distribution function for a known element, and a scattering gamma ray energy distribution function for the known element. Calculating and a theoretical response function of the detector The deviation calculation step of calculating the deviation between the measured response functions, the minimum deviation value calculation step of obtaining the minimum deviation value among the obtained deviations, and the deviation calculation step and the minimum deviation value calculation step are repeated for each known element. Calculating a plurality of element deviation values for calculating the minimum deviation values for the known elements, and determining a known element having a minimum minimum deviation value among the minimum deviation values for the plurality of known elements as an unknown element of the object. An element determination step may be included.

또한, 상기 이론응답함수산출단계는 상기 검출기의 에너지 분해능 σ(E)을 측정에 의해 결정하는 단계와, 상기 산란 감마선에 대한 상기 검출기의 응답함수 RA(E)를 수학식In addition, the theoretical response function calculation step may be determined by measuring the energy resolution σ (E) of the detector by the measurement, and the response function R A (E) of the detector for the scattering gamma rays

Figure 112009019206045-PAT00002
Figure 112009019206045-PAT00002

(여기서, C는 계측데이터의 이벤트 수를 보정하는 값, fA(E) 기지의 원소 A에 대한 산란 감마선의 에너지 분포함수)에 의해 구하는 단계를 포함할 수 있다.Where C is a value for correcting the number of events of the measurement data, and the energy distribution function of scattered gamma rays for the element A known as f A (E).

본 발명은 감마선의 컴프턴 산란을 이용하여 물체 내 원자에 속박된 전자의 운동량 정보를 획득하므로 물체의 구성원소의 종류까지 파악할 수 있다. 또한 물체를 이동시켜가면서 물체 내부의 각 지점에 대한 구성원소의 종류를 파악하고, 이를 도식화 또는 이미지화함으로써 물체의 내부 구성원소의 종류별 분포를 3차원 영상화할 수 있다.The present invention obtains the momentum information of the electrons bound to the atoms in the object by using the Compton scattering of the gamma rays, it is possible to determine the type of the element of the object. Also, by moving the object, it is possible to grasp the type of the member for each point inside the object, and to image or image the distribution of the element by the type of the internal member of the object.

또한 본 발명은 영상구성을 위한 정보가 감마선의 경로에 의존하지 않으며 또한 구성원소의 특성에 의존하므로 조성비에 따라 선형성이 보장된다. 따라서 물체구성원소의 판별 및 영상재구성이 용이하다.In addition, in the present invention, since the information for the image composition does not depend on the path of gamma rays and also depends on the characteristics of the element, linearity is ensured according to the composition ratio. Therefore, it is easy to identify the object components and reconstruct the image.

도 1은 물체의 구성원소 분석방법의 제1 실시예를 도시한 순서도이다.1 is a flowchart showing a first embodiment of a method for analyzing elemental elements of an object.

먼저 분석대상인 물체를 향해 감마(γ)선을 입사시킨다(S101, 감마선입사단계). 물체에 입사시키는 감마선은 그 에너지를 알고 있거나 측정을 통해 알 수 있는 것이어야 한다. 이 입사 감마선은 물체를 구성하는 원자에 속해 있는 전자와 충돌하면서 컴프턴 산란(Compton Scattering)을 일으킨다. 산란된 감마선은 입사 감마선에 대해 일정한 각도를 가진 방향으로 진행하게 된다.First, a gamma (γ) ray is incident toward an object to be analyzed (S101, gamma ray incident step). The gamma rays incident on an object must be known or can be known from measurements. The incident gamma rays collide with electrons belonging to the atoms that make up the object, causing Compton Scattering. Scattered gamma rays travel in a direction with an angle with respect to the incident gamma rays.

이렇게 산란 감마선의 진행 경로에 검출기를 위치시켜 산란 감마선를 계측한다(S102, 산란감마선계측단계). 이때 검출기에서 계측되는 구체적인 대상은 산란 감마선의 에너지 및 산란 감마선의 검출 수이다. 산란 감마선의 진행방향은 임의적이라 볼 수 있지만, 반복적인 실험이나 수학적 계산을 통해 산란확률이 가장 높은 각도를 구할 수 있으므로, 검출기는 입사 감마선의 입사축에 대해 산란확률이 가장 높은 각도에 배치되는 것이 바람직하다. 또한 검출기의 배치 위치는 입사 감마선의 입사축에 대해 고정된 지점이어야 하는데, 그 이유를 설명하면 다음과 같다.The detector is placed on the propagation path of the scattered gamma rays, and the scattered gamma rays are measured (S102, scattering gamma ray measurement step). At this time, the specific objects measured by the detector are the energy of the scattered gamma rays and the number of detection of the scattered gamma rays. Although the direction of scattering gamma rays is arbitrary, the angle with the highest scattering probability can be obtained through repeated experiments or mathematical calculations. Therefore, the detector is arranged at the angle with the highest scattering probability with respect to the incident axis of the incident gamma rays. desirable. In addition, the arrangement position of the detector should be a fixed point with respect to the incident axis of the incident gamma ray. The reason for this is as follows.

움직이는 전자에 의한 컴프턴 산란공식에 의하면, 아래 수학식 1과 같이, 산란된 감마선의 에너지(Eγ')는 입사감마선에 대한 산란방향(θ)과 산란 전 전자의 운동량(Pz)에 의존하게 된다. According to the Compton scattering equation by moving electrons, as shown in Equation 1 below, the energy E γ ' of the scattered gamma ray depends on the scattering direction θ relative to the incident gamma ray and the momentum of the electron before scattering P z . Done.

Figure 112009019206045-PAT00003
Figure 112009019206045-PAT00003

여기서, Eγ은 입사감마선의 에너지이고, m0은 전자의 질량이다.Where E γ is the energy of the incident gamma ray and m 0 is the mass of the electron.

산란방향(θ)이란 입사 감마선의 입사축을 수직축으로 보았을 때 산란 감마선이 입사 감마선에 대해 가지는 수평면상의 각도를 의미한다. 만일 이 각도를 고정한다면 산란 감마선의 에너지(Eγ')는 산란전 전자의 운동량(Pz)에만 의존하게 된다.The scattering direction θ means an angle on the horizontal plane of the scattered gamma ray with respect to the incident gamma ray when the incident axis of the incident gamma ray is viewed as a vertical axis. If this angle is fixed, the energy E γ ' of the scattering gamma rays depends only on the momentum P z of the scattering electrons.

산란전 전자의 운동량(Pz)은 각 원소에 대해 이미 알려져 있거나 통상의 방법으로 알 수 있으므로, 산란방향(θ)을 고정한 상태에서, 즉 산란 감마선을 계측하는 위치를 고정한 상태에서 입사 감마선의 에너지(Eγ)만 측정한다면, 위 수학식 1을 통해 각 원소에 대한 이론적인 산란 감마선의 에너지(Eγ')를 구할 수 있다.Since the momentum P z of the pre-scattering electrons is known for each element or can be known in a conventional manner, the energy of the incident gamma ray in the state where the scattering direction θ is fixed, that is, the position where the scattering gamma ray is measured is fixed. If only (E γ ) is measured, the theoretical scattering gamma ray energy (E γ ' ) for each element can be obtained from Equation 1 above.

따라서 산란감마선계측단계(S102)에서 산란 감마선을 계측하기 위한 검출기의 위치는 입사 감마선의 입사축에 대해 미리 정해진 각도로 고정되어 있어야 한다.Therefore, the position of the detector for measuring the scattered gamma ray in the scattering gamma ray measurement step S102 should be fixed at a predetermined angle with respect to the incident axis of the incident gamma ray.

전자는 원자 내에서 핵 주위를 빠른 속도로 궤도운동하고 있으므로, 전자의 운동량도 일정한 값이 아니라 일정영역에 걸쳐 분포하게 되므로, 산란방향(θ)이 고정된 상태에서 산란 감마선의 에너지는 전자의 운동량에만 의존하므로, 산란 감마선의 에너지 또한 일정영역에 걸쳐 분포된 형태를 보인다. 도 2는 365 keV의 입사 감마선이 30도로 컴프턴 산란되었을 때 납(Pb) 및알루미늄(Al)에 의해 각각 산란되는 산란 감마선의 에너지 분포를 예시한 그래프이다. 그러므로 계측에너지분포함수산출단계(S103)에서는 산란감마선계측단계(S102)에서 계측된 산란 감마선의 에너지 분포를 함수의 형태로 변환한다. 이하에서는 이 함수를 계측된 산란 감마선의 에너지분포함수라 한다.Since electrons are orbiting around the nucleus at high speed within the atom, the momentum of the electrons is also distributed over a certain region rather than a constant value, so that the energy of the scattered gamma ray is fixed when the scattering direction θ is fixed. Since it depends only on the scattered gamma rays, the energy of the scattered gamma rays is distributed over a certain region. 2 is a graph illustrating the energy distribution of scattered gamma rays scattered by lead (Pb) and aluminum (Al), respectively, when the incident gamma ray of 365 keV is Compton scattered at 30 degrees. Therefore, in the calculation energy distribution calculation step (S103), the energy distribution of the scattered gamma rays measured in the scattering gamma ray measurement step (S102) is converted into a function form. This function is hereinafter referred to as the energy distribution function of measured scattered gamma rays.

원자 내 전자의 운동량분포는 원자핵과 전자의 전자기력에 기인하므로, 원소의 종류에 따라 각각 고유한 운동량 분포를 나타내게 된다. 도 3은 납(Pb)과 알루미늄(Al) 각각의 원자 내 전자의 운동량분포를 예시한 것으로, 원소의 종류가 다르 면 전자의 운동량 분포 또한 다르게 나타나고 있음을 보여주고 있다. 각 원소에 대한 산란전 전자의 운동량 분포는 수학적으로 가우시안 선모양(Gaussian Line Shape)으로 모델링할 수 있으며 함수의 형태로 표현할 수 있다. 이하에서는 이 함수를 산란전 전자의 운동량 분포함수라 한다.Since the momentum distribution of electrons in an atom is due to the atomic force of the atomic nucleus and the electrons, each of the elements exhibits its own distribution of momentum depending on the type of element. FIG. 3 illustrates the momentum distribution of electrons in atoms of Pb and aluminum, respectively, and shows that the momentum distribution of electrons is also different when the types of elements are different. The momentum distribution of prescattered electrons for each element can be mathematically modeled as a Gaussian line shape and can be expressed in the form of a function. Hereinafter, this function is referred to as the momentum distribution function of the electron before scattering.

각 원소에 대한 산란전 전자의 운동량분포함수를 이용하여 위 수학식 1을 통해 이론적으로 계측되어야 할 산란 감마선의 에너지(Eγ') 또한 함수의 형태로 구해낼 수 있는데, 이 함수는 로렌츠 선모양(Lorentzian Line Shape)을 가지게 된다. 이하에서는 이 함수를 이론상 산란 감마선의 에너지 분포함수라 한다.Using the momentum distribution function of the scattering electrons for each element, the energy of the scattered gamma ray (E γ ' ), which should be theoretically measured by Equation 1, can also be obtained in the form of a function, which is a Lorentz line shape ( Lorentzian Line Shape. Hereinafter, this function is called the energy distribution function of the scattered gamma ray in theory.

한편, 검출기는 그 시스템 고유의 특성으로 인해 산란 감마선의 에너지를 그대로 출력하는 것이 현실적으로 불가능하며, 그 출력값은 실제 산란 감마선의 에너지와는 차이가 있다. 이는 검출기의 물리적, 전자적인 특성, 바꾸어 말해 응답 특성 때문인데, 이 응답 특성을 수학적으로 모델링하면 가우시안 선모양이 되고 함수의 형태, 즉 응답함수로 표현할 수 있다. 요컨대, 검출기에서 계측된 산란 감마선의 에너지 분포는 가우시안 함수 꼴인 검출기 응답함수와 로렌츠 함수 꼴인 이론상 산란 감마선의 에너지 분포함수가 컨벌루션(convolution)된 결과가 된다. 이때 감안해야 할 부분은, 전자 운동량에 의한 에너지 불확정성이 약 3 keV(FWHM) 이상 된다는 점이다. 검출기의 에너지 분해능은 이보다 작은 값을 가져야 하므로, 고순도 게르마늄 검출기인 것이 바람직하다. 또한 검출기의 에너지 분해능을 적절한 수준으로 얻기 위해, 물체에 감마선을 입사시키는 감마선원은 컴프턴 산란이 상대적으 로 우세한 높은 에너지의 감마선을 입사시켜야 한다. 따라서 감마선원으로는 662 keV의 단일 감마선을 방출하는 137Cs 선원이 적합하다.On the other hand, due to the inherent characteristics of the system, the detector cannot realistically output the energy of the scattered gamma rays as it is, and its output value is different from the energy of the scattered gamma rays. This is due to the physical and electronic characteristics of the detector, in other words, the response characteristic. The mathematically modeled response characteristic is a Gaussian line shape and can be expressed as a function, that is, a response function. In other words, the energy distribution of the scattered gamma rays measured by the detector is the result of convolution of the detector response function of Gaussian and the theoretical scattering gamma rays of the Lorentz function. At this time, a part to be considered is that the energy uncertainty due to the electron momentum becomes about 3 keV (FWHM) or more. Since the energy resolution of the detector should have a value smaller than this, it is preferable that it is a high purity germanium detector. In addition, in order to obtain the detector's energy resolution at an appropriate level, a gamma source that injects gamma rays into an object must inject a high energy gamma ray with relatively high Compton scattering. Therefore, as a gamma source, a 137 Cs source that emits a single gamma ray of 662 keV is suitable.

도 4는 금(Au)에 대해 산란 감마선의 에너지를 계측한 결과를 예시한 그래프로서, 계측된 산란 감마선의 에너지 분포(Au)의 대표값으로 도시된 그래프(G+L)가 검출기의 응답함수의 그래프(G)와 이론상 산란 감마선의 에너지 분포함수의 그래프(L)가 컨벌루션된 형태로 나타나는 것을 보여주고 있다. 즉,FIG. 4 is a graph illustrating the results of measuring the energy of scattered gamma rays with respect to gold (Au), in which a graph (G + L) represented as a representative value of the measured energy distribution (Au) of scattered gamma rays is a response function of a detector. The graph (G) and the graph (L) of the energy distribution function of the scattered gamma ray are shown in convolutional form. In other words,

(계측된 산란 감마선의 에너지 분포) = (검출기의 응답함수) * (이론상 산란 감마선의 에너지 분포)(Energy distribution of measured scattered gamma rays) = (response function of detector) * (theoretical energy distribution of scattered gamma rays)

*와 같은 관계에 있는 것으로 정리할 수 있으며, 수학식 2를 구성하고 있는 세 개의 요소들 중 두 개의 요소를 구하거나 알 수 있다면, 나머지 하나를 구할 수 있게 된다. 예컨대, 산란감마선계측단계(S102)에서 사용된 검출기의 응답함수를 구하면(S104) 이 검출기 응답함수를 계측된 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 디컨벌루션(deconvolution)함으로써 이론상 산란 감마선의 에너지 분포함수를 구할 수 있다(S105, 이론에너지분포함수산출단계).If you can find or know two of the three elements constituting Equation 2, the other one can be found. For example, when the response function of the detector used in the scattering gamma ray measurement step (S102) is obtained (S104), the energy distribution function of the scattered gamma ray is theoretically determined by deconvolution of the detector response function from the measured energy distribution function of the scattered gamma ray. (S105, theoretical energy distribution calculation step).

이 이론상 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 위 수학식 1을 통해 역산하면, 분석대상인 물체 내의 미지의 원소의 산란전 전자의 운동량 분포함수를 얻게 되며, 이 단계가 미지원소운동량산출단계(S106)이다. 획득된 산란전 전자의 운동 량 분포함수는 곧 계측된 물체를 구성하는 원소의 산란전 전자의 운동량 분포함수가 된다. 따라서 기지의 각 원소에 대해 전자 운동량 분포함수를 구한(S107, 기지원소운동량산출단계) 다음, 미지 원소의 산란전 전자 운동량 분포함수를 기지의 각 원소에 대한 전자의 운동량 분포함수와 비교하여, 가장 근접한 산란전 전자의 운동량 분포함수를 가진 원소를 계측된 물체의 구성 원소라고 판정할 수 있다. 이 단계가 원소판정단계(S108)이다.In theory, the inverse of the scattering gamma ray energy distribution function through Equation 1 above gives a momentum distribution function of the scattering electrons of an unknown element in the object to be analyzed, and this step is an unsupported momentum calculation step (S106). The obtained momentum distribution function of the scattering electrons becomes the momentum distribution function of the scattering electrons of the elements constituting the measured object. Therefore, the electron momentum distribution function for each known element is obtained (S107, the support momentum calculation step), and then the electron momentum distribution function for the unknown elements is compared with the electron momentum distribution function for each known element. An element having a momentum distribution function of adjacent scattering electrons can be determined as a constituent element of the measured object. This step is an element determination step (S108).

앞서 설명한 바와 같이 검출기가 배치된 위치가 고정적이라면, 산란방향(θ)이 고정되어 있는 것이므로, 이론상 산란 감마선의 에너지 분포함수는 산란전 전자의 운동량 분포함수에만 의존하게 되어, 이론상 산란 감마선의 에너지 분포함수 자체가 각 원소에 따라 고유한 값을 가지게 된다. 따라서 기지의 각 원소에 대한 산란 감마선의 에너지 분포함수를 알고 있는 상태에서는 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 산란전 전자의 운동량 분포함수를 구하는 과정을 생략할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 물체의 구성원소 분석방법의 제2 실시예를 도시한 도 5에 나타난 바와 같이, 앞서 설명한 본 발명에 따른 물체의 구성원소 분석방법의 제1 실시예에서 미지원소운동량산출단계(S106)와 기지원소운동량산출단계(S107)를 생략하는 대신, 이론에너지분포함수산출단계(S105) 이후에 곧바로 기지의 각 원소에 대해 산란 감마선의 에너지 분포함수를 구하는 단계(S114, 기지원소에너지분포함수산출단계)를 수행하고, 그 이후에 원소판정단계(S115)에서는 기지의 각 원소에 대한 산란 감마선의 에너지 분포함수를 이론에너지분포함수산출단계(S105)에서 구한 이론상 산란 감마선의 에너지 분포함수와 비교하여, 가장 근접하는 산란 감마선의 에너지 분 포함수를 가지는 원소를 분석대상인 물체의 구성원소로 판정하는 것이 가능하다.As described above, if the position of the detector is fixed, the scattering direction θ is fixed. Therefore, the energy distribution function of the scattered gamma ray depends only on the momentum distribution function of the scattering electrons. The function itself has a unique value for each element. Therefore, when the energy distribution function of the scattered gamma rays for each known element is known, the process of obtaining the momentum distribution function of the scattering electrons from the energy distribution function of the scattered gamma rays can be omitted. That is, as shown in FIG. 5 showing the second embodiment of the method for analyzing elemental elements of an object according to the present invention, the unsupported element momentum calculation step in the first embodiment of the method for analyzing elemental elements of an object according to the present invention described above. Instead of omitting (S106) and the calculation of the support momentum calculation step (S107), the step of calculating the energy distribution function of the scattering gamma ray immediately after each theoretical energy distribution calculation step (S105) (S114, support energy) Distribution function calculation step), and thereafter, in the element determination step (S115), the energy distribution function of the theoretical scattering gamma ray obtained by calculating the energy distribution function of the scattering gamma ray for each known element in the theoretical energy distribution calculation step (S105). In comparison with the above, it is possible to determine the element having the energy distribution number of the scattering gamma ray that is closest to the element of the object to be analyzed.

그런데, 앞서 설명한 디컨벌루션 과정은 수학적으로 지난한 작업을 필요로 한다. 이하에서는 도 6을 참조로, 이와 같은 디컨벌루션 과정을 용이하게 수행할 수 있도록 하는, 물체의 구성원소 분석방법의 제3 실시예에 대해 상세히 설명한다.However, the deconvolution process described above requires mathematically past work. Hereinafter, with reference to FIG. 6, a third embodiment of the method for analyzing elemental elements of an object to facilitate the deconvolution process will be described in detail.

검출기의 응답함수 RA(E)는 수학식 3과 같은 형태로 얻어진다.The response function R A (E) of the detector is obtained in the form of equation (3).

Figure 112009019206045-PAT00004
Figure 112009019206045-PAT00004

여기서 fA(E)는 기지의 원소 A에 대한 이론상 산란 감마선의 에너지 분포함수이고, σ(E)는 검출기의 에너지 분해능이며, E1은 원소 A에 대해 산란 감마선의 에너지값이 0이 아닌 구역의 최소값이고, C는 그래프에 있어서 세로축 비율을 보정하기 위한 스케일링 팩터(scaling factor)로서 임의로 지정할 수 있는 상수이다.Where f A (E) is the theoretical energy distribution function of the scattered gamma ray for the known element A, σ (E) is the energy resolution of the detector, and E 1 is the region where the energy value of the scattered gamma ray for element A is not zero Is a minimum value, and C is a constant that can be arbitrarily designated as a scaling factor for correcting the vertical axis ratio in the graph.

산란방향(θ)이 고정된 상태에서는, 기지의 원소 중 임의로 선택된 원소 A에 대한 이론상 산란 감마선의 에너지 분포함수 fA(E)를 위 수학식 1을 통해 구할 수 있고, E1 또한 알려져 있으므로, 검출기의 에너지 분해능 σ(E)을 구하면, 이론상 검출기의 응답함수 RA Cal(E)를 C를 팩터로 하는 함수형태로 구할 수 있다. 이론상 검출기의 응답함수 또한 각 원소별로 고유한 형태를 갖게 된다.Since the scattering direction θ is fixed, the energy distribution function f A (E) of the scattered gamma ray for the randomly selected element A among the known elements can be obtained from Equation 1, and E 1 is also known. When the energy resolution σ (E) of the detector is obtained, in theory, the response function R A Cal (E) of the detector can be obtained as a function having C as a factor. In theory, the response function of the detector also has a unique form for each element.

따라서 본 실시예에서는 앞선 제1 실시예에서 설명한 감마선입사단계(S101), 산란감마선계측단계(S102)와 각각 동일한 단계를 거친 후, 계측된 산란 감마선으로부터 검출기의 계측된 응답함수 RA Exp(E)를 얻는다(S203, 계측응답함수산출단계). 미리 다양한 에너지의 감마선원을 이용하여 산란감마선계측단계(S102)에서 사용된 검출기의 분해능을 구해 놓는다(S204, 분해능산출단계). 또한 기지원소에 대해 이론상 산란 감마선 에너지분포함수를 산출한 다음(S205, 기지원소에너지분포함수산출단계), 산출된 검출기의 분해능과 기지원소의 이론상 산란 감마선 에너지분포함수를 가지고 수학식 3을 통해 검출기의 이론상 응답함수를 구한다(S205, 이론응답함수산출단계).Therefore, in the present exemplary embodiment, after performing the same steps as the gamma ray incident step S101 and the scattered gamma ray measuring step S102 described in the first embodiment, the measured response function R A Exp (E) of the detector is measured from the measured scattered gamma rays. (S203, measurement response function calculation step). Using a gamma ray source of various energy in advance, the resolution of the detector used in the scattering gamma ray measurement step S102 is obtained (S204, resolution calculation step). In addition, the theoretical scattering gamma-ray energy distribution function is calculated for the support center (S205, the energy distribution calculation step of the energy support station), and then the detector is obtained through the equation 3 with the resolution of the calculated detector and the theoretical scattering gamma-ray energy distribution function of the support station. Calculate the theoretical response function of (S205, theoretical response function calculation step).

이렇게 얻어진 검출기의 이론상 응답함수 RA CAl(E)와 계측된 검출기의 응답함수 RA Exp(E)와 비교함으로써, 분석대상인 물체의 구성 원소를 판별할 수 있다. 이를 구체적으로 설명하자면, 먼저 아래 수학식 4와 같이 계측된 검출기의 응답함수 RA Exp(E)와 이론상 검출기의 응답함수 RA Cal(E) 사이의 편차 χ를 구한다(S207, 편차산출단계).By comparing the theoretical response function R A CAl (E) of the detector thus obtained with the response function R A Exp (E) of the measured detector, the constituent elements of the object to be analyzed can be determined. In detail, first, the deviation χ between the response function R A Exp (E) of the detector and the theoretical response function R A Cal (E) of the detector measured as shown in Equation 4 below is calculated (S207, deviation calculation step). .

Figure 112009019206045-PAT00005
Figure 112009019206045-PAT00005

여기서 N은 미지의 원소, 즉 분석대상인 물체의 구성 원소를 의미하며, χA는 기지의 원소 A에 대한 검출기의 응답함수와 미지의 원소 N에 대한 검출기의 응답함수 사이의 편차이다.Where N is an unknown element, that is, a constituent element of the object to be analyzed, and χ A is a deviation between the detector's response function to the known element A and the detector's response function to the unknown element N.

구해진 편차χA에 대해 C값을 변화시켜가면서 최소 편차값 mimχ2 A를 구한다(S208, 최소편차값산출단계). mimχ2 A가 구해지면, 기지의 원소들 중 임의로 선택된 다른 원소B에 대하여 최소 편차값을 구하며, 이 과정을 모든 기지의 원소에 대해 반복한다(S209, 복수원소편차값산출단계). 각 기지의 원소에 대한 최소 편차값들 중에서도 최소의 편차값을 가지는 원소를 찾게 되면, 이 원소가 미지의 원소 N, 즉 분석대상인 물체의 구성 원소가 된다(S210, 원소판정단계).The minimum deviation value mimχ 2 A is obtained by changing the C value with respect to the obtained deviation χ A (S208, calculating the minimum deviation value). If mimχ 2 A is found, the minimum deviation value is obtained for another randomly selected element B among the known elements, and this process is repeated for all known elements (S209, multi-element deviation value calculating step). If an element having a minimum deviation value is found among the minimum deviation values for each known element, this element becomes an unknown element N, that is, a constituent element of the object to be analyzed (S210, element determination step).

이하에서는 본 발명에 따른 물체 구성의 3차원 영상화 방법의 바람직한 실시예를 도 7을 참조로 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the three-dimensional imaging method of the object configuration according to the present invention will be described with reference to FIG.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 물체의 구성원소 분석방법은 물체 내의 특정 지점, 구체적으로는 입사 감마선이 산란되는 지점에 위치한 원소의 종류를 판별할 수 있게 된다. 따라서 도 7에 도시된 바와 같이, 영상화대상인 물체를 복수개의 복셀(voxel)로 분할하고(S301, 복셀분할단계), 분할된 복수의 복셀 중 임의로 선택된 하나의 복셀에 대해 앞서 설명한 본 발명에 따른 물체의 구성원소 분석방법을 적용하여 복셀의 구성원소를 분석한다(S302, 복셀분석단계). 즉, 복셀분석단계(S302)에서 선택된 복셀은 본 발명에 따른 물체의 구성원소 분석방법에서의 분석대상인 물체에 해당하는 것이다. 또한 복셀분석단계(S302)의 구체적인 내용은 본 발명에 따른 물체의 구성원소 분석방법과 동일하다.As described above, the method for analyzing the elements of an object according to the present invention can determine the type of elements located at a specific point in the object, specifically, a point at which the incident gamma ray is scattered. Therefore, as illustrated in FIG. 7, the object to be imaged is divided into a plurality of voxels (S301, a voxel dividing step), and an object according to the present invention described above with respect to a randomly selected one of the plurality of divided voxels. Analyze the component of the voxel by applying the component analysis method of (S302, voxel analysis step). That is, the voxel selected in the voxel analysis step S302 corresponds to an object to be analyzed in the method for analyzing elemental elements of the object according to the present invention. In addition, the specific content of the voxel analysis step (S302) is the same as the method for analyzing the element of the object according to the present invention.

그런 다음 물체 내의 모든 복셀에 대해 원소분석이 완료되었는지 판단하여(S303, 종료여부판단단계) 그렇지 않은 경우에는 감마선원을 영상화대상인 물체에 대해 상대적으로 이동시킨다(S304, 상대이동단계). 이동에 의해 감마선은 다른 복셀로 입사되며, 그 다른 복셀에 대해 원소분석단계(S302)를 반복하여 수행한다. 상대이동단계(S304)에서는 영상화대상인 물체를 고정하고 감마선원을 이동시킬 수도 있으나, 감마선원을 이동시킨다면, 산란 감마선을 계측하는 지점도 함께 이동되어야 하므로, 감마선원은 고정시킨 채 영상화대상인 물체를 이동시키는 것이 바람직하다. 또한 1회의 이동량은 각 복셀 사이의 피치(pitch)에 대응시키는 것이 바람직하다.Then, it is determined whether elemental analysis is completed for all voxels in the object (S303, determination of whether to end). Otherwise, the gamma ray source is moved relative to the object to be imaged (S304, relative movement step). The gamma rays are incident on the other voxels by the movement, and the elemental analysis step S302 is repeated for the other voxels. In the relative movement step (S304), the object to be imaged may be fixed and the gamma source may be moved. However, if the gamma source is moved, the scattered gamma ray must also be moved together, so it is preferable to move the object to be imaged while the gamma source is fixed. Do. In addition, it is preferable that the one movement amount corresponds to the pitch between each voxel.

종료여부판단단계(S303)에서 모든 복셀에 대해 원소분석단계(S302)가 완료된 것으로 판단되면 이로써 모든 단계가 종료되며, 각 복셀의 좌표값과 구성원소로부터 영상화대상인 물체의 3차원적인 원소 분포를 알 수 있다. 각 복셀의 좌표값과 구성원소를 통상의 데이터 처리과정 또는 이미지화 과정을 통해 물체 구성의 3차원 영상화가 완료된다.If it is determined in the step S303 that the element analysis step S302 has been completed for all voxels, all the steps are terminated, and the three-dimensional element distribution of the object to be imaged is known from the coordinate values of each voxel and the elements. Can be. Three-dimensional imaging of the object configuration is completed through the normal data processing or imaging process of the coordinate values and the element of each voxel.

도 8은 물체의 구성원소 분석장치의 일실시예를 개략 도시한 구성도이다.8 is a configuration diagram schematically showing an embodiment of an element analysis apparatus of an object.

감마선원(110)은 분석대상인 물체(50)에 대해 감마선을 입사시키기 위한 것으로, 앞서 설명한 바와 같이 662 keV의 단일 감마선을 방출하는 137Cs선원인 것이 바람직하다. 도 8에는 감마선원으로부터의 입사 감마선의 진행방향을 점선 화살표로 표시하고 있다.The gamma ray source 110 is for injecting gamma rays into the object 50 to be analyzed, and as described above, the gamma ray source 110 is preferably a 137 Cs source that emits a single gamma ray of 662 keV. In FIG. 8, the traveling direction of the incident gamma ray from the gamma ray source is indicated by a dotted arrow.

입사집속기(120)는 감마선원(110)으로부터 무작위적인 방향으로 방출되는 감마선 중 일부를 특정 방향으로 집속하기 위한 것으로, 원형단면을 가진 구멍(121)이 형성되어 있어 이 구멍(121)을 통해 감마선이 방출되도록 한다. 입사집속기(120)의 주재질은 텅스텐인 것이 바람직하다.The incident concentrator 120 is for concentrating a part of gamma rays emitted in a random direction from the gamma ray source 110 in a specific direction, and a hole 121 having a circular cross section is formed and thus gamma rays through the hole 121. To be released. The main material of the incident concentrator 120 is preferably tungsten.

검출기(130)는 감마선원(110)으로부터의 감마선이 물체의 구성원자와 충돌하여 컴프턴 산란되는 산란 감마선을 계측하기 위한 것으로, 입사 감마선의 입사축에 대해 미리 정해진 고정된 각도에 배치된다. 검출기(130)의 입사 감마선에 대한 각도는 산란확률이 가장 높은 각도를 미리 측정하거나, 계산에 의해 정할 수 있다. 이 검출기(130)는 복수 개 구비되어 있는 것이 바람직한데, 이는 데이터 측정의 시간 단축을 위한 것이다. 도 8에는 검출기(130) 3개가 반원상 등간격으로 배열되어 있는 것으로 도시되어 있는데, 이와 같이 복수 개의 검출기(130)가 구비되면 같은 감마선원(110)에 대해 단위시간당 획득할 수 있는 산란 감마선이 배가된다. 계측되는 산란 감마선이 적은 경우에는 물체의 구성원소 분석에 오차가 많이 생기므로, 산란 감마선은 일정정도 이상 계측하여야만 유의미한 분석이 가능하다는 점에서, 계측에 소요되는 시간을 단축하는 것은 장치의 실용화를 위해 매우 중요하다. 복수 개의 검출기(130)를 구비하는 경우 계측 시간을 현저히 단축시킬 수 있으므로, 실용성을 향상시킬 수 있다.The detector 130 measures scattering gamma rays in which gamma rays from the gamma ray source 110 collide with members of the object and are scattered comptons, and are disposed at a predetermined fixed angle with respect to the incident axis of the incident gamma rays. The angle with respect to the incident gamma ray of the detector 130 may be determined in advance by measuring the angle with the highest scattering probability or by calculation. It is preferable that a plurality of detectors 130 are provided for the purpose of shortening the time of data measurement. FIG. 8 illustrates that three detectors 130 are arranged at semi-circular equidistant intervals. When the plurality of detectors 130 are provided, scattering gamma rays that can be obtained per unit time for the same gamma ray source 110 are doubled. do. When the scattered gamma rays are measured, there are many errors in the component analysis of the object. Therefore, the scattered gamma rays can be meaningfully analyzed by measuring more than a certain amount. Therefore, shortening the time required for the measurement is necessary for the practical use of the device. very important. When the plurality of detectors 130 are provided, the measurement time can be significantly shortened, so that the practicality can be improved.

산란집속기(140)는 검출기(130)로 진입하는 산란 감마선을 집속하기 위한 것으로, 슬릿이 형성되어 있다. 산란 감마선의 에너지는 입사 감마선의 입사축에 대한 수평 방위각(azimuthal angle)에만 의존하므로, 산란집속기(140)는 입사집속기(120)와는 달리 슬릿(141)이 형성되어 있는 것으로 충분하다. 다만 검출기(130)에서의 계수 효율을 향상시키기 위해 이 슬릿(141)의 폭은 입사집속기(120)에 형성된 구멍(121)의 직경과 같은 값을 가지는 것이 바람직하다. 산란집속기(140)의 재질은 납을 주성분으로 하는 것이 바람직하다.The scattering concentrator 140 is for focusing scattering gamma rays entering the detector 130, and slits are formed. Since the energy of the scattered gamma ray depends only on the horizontal azimuthal angle with respect to the incident axis of the incident gamma ray, the scattering concentrator 140 is different from the incident concentrator 120, so that the slit 141 is sufficient. However, in order to improve the counting efficiency of the detector 130, the width of the slit 141 preferably has a value equal to the diameter of the hole 121 formed in the incident concentrator 120. The material of the scattering concentrator 140 preferably contains lead as a main component.

연산부(150)는 각 검출기(130)와 전기적으로 연결되어 있으며, 검출기(130)로부터 계측된 산란 감마선의 에너지 분포를 입력받아 이로부터 물체(50)의 구성원소를 판별한다.The calculation unit 150 is electrically connected to each detector 130, and receives the energy distribution of the scattered gamma rays measured by the detector 130 to determine the element of the object 50 therefrom.

연산부(150)가 물체(50)의 구성원소를 판별하는 구체적인 방식은 앞서 설명한 본 발명에 따른 물체의 구성원소 분석방법의 제1, 제2, 제3 실시예 중에서 택일하여 구성할 수 있다. 예컨대, 연산부(150)는, 본 발명에 따른 물체의 구성원소 분석방법의 제1 실시예에 따라, 검출기(130)에서 계측된 산란 감마선의 에너지 분포를 함수의 형태로 표현하여 계측된 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하고, 검출기(130)의 응답함수를 구하며, 계측된 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 검출 기의 응답함수를 디컨벌루션하여 물체(50) 내의 미지 원소에 의한 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하고, 이론상 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 물체(50) 내의 미지 원소의 산란전 전자 운동량 분포함수를 구하며, 기지의 각 원소에 대해 전자 운동량 분포함수를 구하고, 미지 원소의 산란전 전자 운동량 분포함수에 가장 근접하는 전자 운동량 분포함수를 가진 기지의 원소를 상기 물체 내의 미지 원소로 판정한다. 또한 연산부(150)는, 본 발명에 따른 물체의 구성원소 분석방법의 제2 실시예에 따라, 검출기(130)에서 계측된 산란 감마선의 에너지 분포를 함수의 형태로 표현하여 계측된 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하고, 검출기(50)의 응답함수를 구하며, 계측된 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 검출기(50)의 응답함수를 디컨벌루션하여 물체(50) 내의 미지 원소에 의한 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하고, 기지의 각 원소에 대해 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하며, 미지 원소의 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수에 가장 근접한 산란 감마선 에너지 분포함수를 갖는 기지의 원소를 물체(50) 내의 미지 원소로 판정할 수도 있다. 또한 연산부(150)는, 본 발명에 따른 물체의 구성원소 분석방법의 제3 실시예에 따라, 물체에 에너지를 알고 있는 감마선을 입사시키고, 고정된 산란방향에서 산란 감마선을 계측함으로써 검출기(50)의 계측된 응답함수를 구하고, 검출기(50)의 분해능을 구하며, 검출기(50)의 분해능과 기지의 원소에 대한 산란 감마선 에너지 분포함수로부터 검출기(50)의 이론상 응답함수를 구하고, 검출기(50)의 이론상 응답함수와 계측된 응답함수 사이의 편차를 구하고, 구해진 편차 중 최소 편차값을 구하며, 기지의 각 원소에 대해 상기 편차산출과 최소편차 값산출을 반복하여 복수의 기지 원소에 대한 최소편차값들을 산출하고, 복수의 기지 원소에 대한 최소편차값들 중에서 최소의 최소편차값을 가지는 기지의 원소를 물체의 미지 원소로 판정할 수도 있다. 일일이 열거하지는 않았으나, 연산부(150)는 본 발명에 따른 물체의 구성원소 분석방법의 각 실시예가 가지는 세부적인 특징을 더 가질 수 있음은 자명하다.The method of determining the member of the object 50 by the operation unit 150 may be alternatively configured among the first, second, and third embodiments of the method for analyzing the member of the object according to the present invention. For example, the calculation unit 150, according to the first embodiment of the method for analyzing the element of the object according to the present invention, the scattered gamma ray energy measured by expressing the energy distribution of the scattered gamma ray measured by the detector 130 in the form of a function The distribution function is obtained, the response function of the detector 130 is obtained, and the theoretical scattering gamma-ray energy distribution function due to the unknown elements in the object 50 is obtained by deconvolving the response function of the detector from the measured energy distribution function of the scattered gamma ray. Theoretically, the scattering electron momentum distribution function of the unknown element in the object 50 is calculated from the energy distribution function of the scattered gamma ray, the electron momentum distribution function of each known element is obtained, and A known element having an adjacent electron momentum distribution function is determined as an unknown element in the object. In addition, the calculation unit 150, according to the second embodiment of the method for analyzing the element of the object according to the present invention, the scattered gamma ray energy distribution measured by expressing the energy distribution of the scattered gamma rays measured by the detector 130 in the form of a function Calculates the response function of the detector 50, deconvolves the response function of the detector 50 from the measured energy distribution function of the scattered gamma ray, and calculates the theoretical scattered gamma ray energy distribution function due to an unknown element in the object 50 Obtain a theoretical scattering gamma-ray energy distribution function for each known element, and determine a known element having a scattering gamma-ray energy distribution function closest to the theoretical scattering gamma-ray energy distribution function of the unknown element as an unknown element in the object 50. It may be. In addition, according to the third embodiment of the method for analyzing elemental elements of an object according to the third embodiment of the present invention, the calculation unit 150 injects a gamma ray having energy known to the object and measures the scattered gamma ray in a fixed scattering direction. The measured response function of the detector 50 is obtained, the resolution of the detector 50 is obtained, and the theoretical response function of the detector 50 is obtained from the resolution of the detector 50 and the scattered gamma ray energy distribution function for a known element. Find the deviation between the theoretical response function and the measured response function, obtain the minimum deviation value among the obtained deviations, and repeat the calculation of the deviation and the minimum deviation value for each known element by repeating the minimum deviation value for a plurality of known elements. The known element having the minimum minimum deviation value among the minimum deviation values for the plurality of known elements may be determined as an unknown element of the object. Although not listed separately, it is obvious that the calculation unit 150 may further have detailed features of each embodiment of the method for analyzing elemental elements of an object according to the present invention.

테이블(160)은 분석대상인 물체(50)를 지지하기 위한 것으로, 반드시 구비되어야 하는 것은 아니다.The table 160 is for supporting the object 50 to be analyzed and is not necessarily provided.

이하에서는 본 발명에 따른 물체 구성의 3차원 영상화 장치에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the three-dimensional imaging apparatus of the object configuration according to the present invention will be described in detail.

도 9는 본 발명에 따른 물체 구성의 3차원 영상화 장치의 일실시예를 개략 도시한 구성도이다.9 is a configuration diagram schematically showing an embodiment of a three-dimensional imaging apparatus of the object configuration according to the present invention.

본 발명에 따른 물체 구성의 3차원 영상화 장치는, 감마선원(210)과, 입사집속기(220)와, 검출기(230)와, 산란집속기(240)와, 연산부(250)와, 테이블(260)과, 테이블 제어부(270)와, 영상화부(280)를 포함하여 이루어진다.The three-dimensional imaging apparatus of the object configuration according to the present invention includes a gamma ray source 210, an incident concentrator 220, a detector 230, a scattering concentrator 240, an operation unit 250, and a table 260. ), A table controller 270, and an imaging unit 280.

이 중 감마선원(210)과, 구멍(221)이 형성된 입사집속기(220)와, 검출기(230)와, 슬릿(241)이 형성된 산란집속기(240)는 영상화대상인 물체(60)를 가상적으로 분할한 복셀에 대해 구성원소를 분석하기 위한 구성이라는 점을 제외하고는 앞서 설명한 본 발명에 따른 물체의 구성원소 분석장치에서 설명한 감마선원(110)과, 구멍(121)이 형성된 입사집속기(120)와, 검출기(130)와, 슬릿(141)이 형성된 산란집속기(140)와 각각 동일한 구성 및 특징을 가지므로 설명의 중복을 피하기 위해 상세한 설명은 생략한다. 즉, 본 발명에 따른 물체 구성의 3차원 영상화 장치에서 영상화대상인 물체(60)의 복셀은 본 발명에 따른 물체의 구성원소 분석장치에서 지칭하는 분석대상인 물체(50)에 상응한다.Among them, the gamma ray source 210, the incident concentrator 220 having the hole 221, the detector 230, and the scattering concentrator 240 having the slit 241 formed the virtual object 60 to be virtualized. The incident concentrator 120 having the gamma ray source 110 and the hole 121 described in the element analysis apparatus for an object according to the present invention described above, except that the component is analyzed for the divided voxels. Since the detector 130 and the scattering concentrator 140 having the slit 141 have the same configuration and features, detailed descriptions thereof will be omitted in order to avoid duplication of description. That is, in the three-dimensional imaging apparatus of the object configuration according to the present invention, the voxel of the object 60 to be imaged corresponds to the object 50 to be analyzed as referred to by the element analysis apparatus of the object according to the present invention.

연산부(250) 또한 각 복셀의 구성원소를 판정한다는 점, 테이블 제어부(270)및 영상화부(280)와의 상호작용이 있다는 점과 같은 차이점 이외에는 본 발명에 따른 물체의 구성원소 분석장치의 연산부(150)와 동일한 바, 이와 같은 차이점에 대한 설명은 테이블 제어부(270) 및 영상화부(280)에 대한 설명으로 대체한다.The calculation unit 150 also determines the component of each voxel, except that there is interaction with the table control unit 270 and the imaging unit 280, and the operation unit 150 of the component analysis apparatus of the object according to the present invention. As described above, the description of the difference is replaced with the description of the table controller 270 and the imaging unit 280.

테이블(260)은 영상화대상인 물체(60)를 지지하며, 감마선원(210)으로부터 조사되는 입사 감마선의 입사축을 한 축으로 하여 3차원적으로 물체(60)를 이동시킨다. 테이블(260)의 작동 정밀도는 결과적으로 얻어지는 물체(60)의 3차원 영상의 정밀도를 결정하게 되므로, 가능한 높은 정밀도로 작동되는 것이 바람직하다. 예컨대 3차원상 각 축을 따라 50㎛ 단위로 작동되는 테이블은 100㎛ 단위로 작동되는 테이블에 비해 2배 높은 해상도로 물체(60)의 3차원 영상을 얻을 수 있게 해준다. 테이블(260)이 작동되는 기구적 구성은 통상의 기술로 구현 가능하므로 상세한 설명을 생략한다.The table 260 supports the object 60 to be imaged and moves the object 60 in three dimensions with the axis of incidence of the incident gamma ray irradiated from the gamma ray source 210 as one axis. Since the operating precision of the table 260 determines the precision of the three-dimensional image of the resultant object 60, it is preferable to operate with as high a precision as possible. For example, a table operated in units of 50 μm along each axis in three dimensions allows a three-dimensional image of the object 60 to be obtained at twice the resolution of the table operated in units of 100 μm. The mechanical configuration in which the table 260 is operated may be implemented by conventional techniques, and thus detailed description thereof will be omitted.

테이블 제어부(270)는 테이블(260)의 작동을 제어하기 위한 것으로, 영상화대상인 물체(60)을 가상적으로 분할한 복셀의 피치를 기본값으로 하여 테이블(260)이 작동되도록 제어한다. 여기서 복셀의 피치는 테이블(260)의 작동 정밀도 이상의 크기로 설정되어야 한다. 또한 테이블 제어부(270)는 모든 복셀에 대해 연산 부(250)가 구성원소를 분석할 수 있도록, 모든 복셀이 적어도 1회 이상 감마선을 입사받도록 물체(60)을 간헐적으로 이동시키게 한다.The table controller 270 controls the operation of the table 260. The table controller 270 controls the table 260 to operate based on the pitch of the voxel obtained by virtually dividing the object 60 to be imaged. Here, the pitch of the voxels should be set to a size greater than or equal to the operating precision of the table 260. In addition, the table control unit 270 intermittently moves the object 60 so that all the voxels receive the gamma ray at least once, so that the operation unit 250 can analyze the components of all the voxels.

영상화부(280)는 각 복셀에 대한 구성원소 판정 결과를 연산부(250)로부터 입력받으며, 테이블 제어부(270)로부터는 해당 복셀의 3차원 좌표를 입력받아 이들을 서로 매칭시킨다. 즉, 영상화부(280)는 임의의 복셀에 대해 그 구성원소 및 좌표값을 매칭시키는 것이다. 그러면 통상의 데이터 처리기법을 통해 영상화대상인 물체(60)를 구성하는 원소의 3차원적 배치관계를 파악할 수 있으며, 데이터를 영상화하는 통상의 기법을 통해 그 3차원적 배치관계를 이미지화할 수도 있다. 따라서 영상화부(280)는 이와 같은 통상의 데이터 처리기법 및 데이터를 영상화하는 통상의 기법을 더 수행하는 것이 바람직하다.The imaging unit 280 receives the result of determining the elements of each voxel from the operation unit 250, and receives the 3D coordinates of the corresponding voxels from the table control unit 270 and matches them with each other. That is, the imaging unit 280 matches the component and coordinate values with respect to any voxel. Then, it is possible to grasp the three-dimensional arrangement relationship of the elements constituting the object 60 to be imaged through a conventional data processing technique, and to image the three-dimensional arrangement relationship through a conventional technique of imaging data. Accordingly, the imaging unit 280 may further perform such a conventional data processing technique and a conventional technique of imaging data.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예들은, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.Embodiments of the present invention described above and illustrated in the drawings should not be construed as limiting the technical spirit of the present invention. The protection scope of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art can change and change the technical idea of the present invention in various forms. Therefore, such improvements and modifications will fall within the protection scope of the present invention, as will be apparent to those skilled in the art.

도 1은 물체의 구성원소 분석방법의 제1 실시예를 도시한 순서도,1 is a flowchart showing a first embodiment of a method for analyzing the elements of an object;

도 2는 365 keV의 입사 감마선이 30도로 컴프턴 산란되었을 때 납(Pb) 및 알루미늄(Al)에 의해 각각 산란되는 산란 감마선의 에너지 분포를 예시한 그래프,2 is a graph illustrating an energy distribution of scattered gamma rays scattered by lead (Pb) and aluminum (Al), respectively, when the incident gamma ray of 365 keV is Compton scattered at 30 degrees,

도 3은 납(Pb)과 알루미늄(Al) 각각의 원자 내 전자의 운동량분포를 예시한 그래프,3 is a graph illustrating the momentum distribution of electrons in atoms of each of lead (Pb) and aluminum (Al),

도 4는 금(Au)에 대해 산란 감마선의 에너지를 계측한 결과를 예시한 그래프,Figure 4 is a graph illustrating the results of measuring the energy of the scattered gamma ray for gold (Au),

도 5는 물체의 구성원소 분석방법의 제2 실시예를 도시한 순서도,5 is a flowchart showing a second embodiment of a method for analyzing the elements of an object;

도 6은 물체의 구성원소 분석방법의 제3 실시예를 도시한 순서도,6 is a flowchart showing a third embodiment of a method for analyzing the elements of an object;

도 7은 본 발명에 따른 물체 구성의 3차원 영상화 방법의 일실시예를 도시한 순서도,7 is a flowchart showing an embodiment of a three-dimensional imaging method of the object configuration according to the present invention;

도 8은 물체의 구성원소 분석장치의 일실시예를 개략 도시한 구성도,8 is a configuration diagram schematically showing an embodiment of an element analysis apparatus of an object;

도 9은 본 발명에 따른 물체 구성의 3차원 영상화 장치의 일실시예를 개략 도시한 구성도이다.9 is a configuration diagram schematically showing an embodiment of a three-dimensional imaging apparatus of the object configuration according to the present invention.

Claims (14)

영상화 대상인 물체를 가상적으로 분할한 복수의 복셀 중 어느 한 복셀로 감마선을 입사시키기 위한 감마선원과,A gamma ray source for injecting gamma rays into any one of a plurality of voxels virtually dividing an object to be imaged; 상기 감마선원으로부터 조사되는 감마선을 집속하는 입사집속기와,An incident concentrator for focusing gamma rays irradiated from the gamma rays source, 상기 물체를 지지하며 상기 감마선원으로부터 조사되는 감마선을 한 축으로 하여 3차원적으로 가동되는 테이블과,A table which supports the object and is operated in three dimensions with a gamma ray irradiated from the gamma ray source as one axis; 상기 입사되는 감마선에 대해 미리 정해진 고정 각도에서 상기 복셀로부터 산란된 감마선을 계측하는 검출기와,A detector for measuring gamma rays scattered from the voxel at a predetermined fixed angle with respect to the incident gamma rays; 상기 검출기로 산란되는 감마선을 집속하는 산란집속기와,A scattering concentrator for focusing gamma rays scattered by the detector; 상기 검출기로부터 입력받은 상기 산란된 감마선의 에너지 분포로부터 상기 복수의 복셀 각각의 구성원소로 판별하는 연산부와,An arithmetic unit for discriminating each component of the plurality of voxels from the energy distribution of the scattered gamma rays received from the detector; 상기 테이블의 작동을 제어하는 테이블 제어부와,A table controller for controlling the operation of the table; 상기 복수의 복셀 각각에 대해 상기 연산부로부터 구성원소를 입력받고 상기 테이블 제어부로부터 해당 복셀의 좌표값을 입력받아 서로 매칭시키는 영상화부를 포함하여 이루어진 물체 구성의 3차원 영상화 장치.And an imaging unit for inputting a component of the plurality of voxels from the calculator and receiving coordinate values of the corresponding voxels from the table controller to match each other. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 연산부는 상기 계측된 산란 감마선의 에너지 분포를 함수의 형태로 표 현하여 계측된 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하고,The calculation unit expresses the measured energy distribution of the scattered gamma rays in the form of a function to obtain a measured scattering gamma ray energy distribution function, 상기 검출기의 응답함수를 구하며,Obtaining a response function of the detector, 상기 계측된 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 상기 검출기의 응답함수를 디컨벌루션하여 상기 물체 내의 미지 원소에 의한 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하고,Deconvoluting the response function of the detector from the measured energy distribution function of the scattered gamma ray to obtain a theoretical scattered gamma ray energy distribution function due to an unknown element in the object, 상기 이론상 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 상기 물체 내의 미지 원소의 산란전 전자 운동량 분포함수를 구하며,The theoretical scattering electron momentum distribution function of the unknown element in the object is calculated from the energy distribution function of the scattered gamma ray, 기지의 각 원소에 대해 전자 운동량 분포함수를 구하고,Find the electron momentum distribution function for each known element, 상기 미지 원소의 산란전 전자 운동량 분포함수에 가장 근접하는 전자 운동량 분포함수를 가진 기지의 원소를 상기 물체 내의 미지 원소로 판정하는 것을 특징으로 하는 물체 구성의 3차원 영상화 장치.And a known element having an electron momentum distribution function closest to the scattering electron momentum distribution function of the unknown element as an unknown element in the object. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 연산부는 상기 계측된 산란 감마선의 에너지 분포를 함수의 형태로 표현하여 계측된 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하고,The calculation unit calculates the measured scattering gamma ray energy distribution function by expressing the measured energy distribution of the scattered gamma rays in the form of a function, 상기 검출기의 응답함수를 구하며,Obtaining a response function of the detector, 상기 계측된 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 상기 검출기의 응답함수를 디컨벌루션하여 상기 물체 내의 미지 원소에 의한 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하고,Deconvoluting the response function of the detector from the measured energy distribution function of the scattered gamma ray to obtain a theoretical scattered gamma ray energy distribution function due to an unknown element in the object, 기지의 각 원소에 대해 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하며,Theoretical scattering gamma ray energy distribution function is calculated for each known element, 상기 미지 원소의 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수에 가장 근접한 산란 감마선 에너지 분포함수를 갖는 기지의 원소를 상기 물체 내의 미지 원소로 판정하는 것을 특징으로 하는 물체 구성의 3차원 영상화 장치.And a known element having a scattering gamma ray energy distribution function closest to the theoretical scattering gamma ray energy distribution function of the unknown element as an unknown element in the object. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 연산부는 상기 계측된 산란 감마선으로부터 상기 검출기의 응답함수인 계측된 응답함수를 구하고,The operation unit obtains a measured response function which is a response function of the detector from the measured scattering gamma ray, 상기 검출기의 분해능을 구하며,Finding the resolution of the detector, 기지의 원소에 대해 이론상 산란 감마선 에너지분포함수를 산출하고,Calculate the theoretical scattering gamma ray energy distribution function for a known element, 상기 검출기의 분해능과 기지의 원소에 대한 산란 감마선 에너지 분포함수로부터 상기 검출기의 이론상 응답함수를 구하고,The theoretical response function of the detector is obtained from the resolution of the detector and the scattering gamma ray energy distribution function for a known element, 상기 검출기의 이론상 응답함수와 계측된 응답함수 사이의 편차를 구하고,Calculate a deviation between the theoretical response function and the measured response function of the detector, 상기 구해진 편차 중 최소 편차값을 구하며,Obtaining a minimum deviation value of the obtained deviations, 기지의 각 원소에 대해 상기 편차산출단계와 최소편차값산출단계를 반복하여 복수의 기지 원소에 대한 최소편차값들을 산출하고,Calculating the minimum deviation values for a plurality of known elements by repeating the deviation calculation step and the minimum deviation value calculation step for each known element, 상기 복수의 기지 원소에 대한 최소편차값들 중에서 최소의 최소편차값을 가지는 기지의 원소를 상기 물체의 미지 원소로 판정하는 것을 특징으로 하는 물체 구성의 3차원 영상화 장치.And a known element having a minimum minimum deviation value among the minimum deviation values for the plurality of known elements as an unknown element of the object. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 검출기는 복수 개가 상기 감마선이 입사되는 복셀을 중심으로 하는 반원상 등간격으로 배치된 것을 특징으로 하는 물체 구성의 3차원 영상화 장치.And a plurality of detectors are arranged at semi-circular equal intervals centering on the voxels to which the gamma rays are incident. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 검출기는 게르마늄 검출기인 것을 특징으로 하는 물체 구성의 3차원 영상화 장치.And the detector is a germanium detector. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 감마선원은 137Cs 선원인 것을 특징으로 하는 물체 구성의 3차원 영상화 장치.And the gamma source is a 137 Cs source. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 입사집속기는 원형단면을 가진 구멍이 형성되어 있고,The incidence collector is formed with a hole having a circular cross section, 상기 산란집속기는 상기 입사집속기에 형성된 구멍의 직경과 같은 폭을 가진 슬릿이 형성된 것을 특징으로 하는 물체 구성의 3차원 영상화 장치.The scattering collector is a three-dimensional imaging device of the object configuration, characterized in that the slit having a width equal to the diameter of the hole formed in the incident collector. 영상화대상인 물체를 복수의 복셀(voxel)로 분할하는 복셀분할단계와,A voxel dividing step of dividing an object to be imaged into a plurality of voxels; 상기 복수의 복셀 중 어느 한 복셀에 감마선을 입사시켜 상기 복셀의 구성원소를 분석하는 복셀분석단계와,A voxel analysis step of analyzing a component of the voxel by injecting gamma rays into any one of the plurality of voxels; 상기 복수의 복셀 모두에 대해 구성원소 분석이 완료되었는지 판단하는 종료여부판단단계와,An end-determination step of determining whether member analysis has been completed for all of the plurality of voxels; 상기 종료여부판단단계에서 복수의 복셀에 대한 구성원소 분석이 완료되지 않은 경우, 상기 영상화대상인 물체를 상기 감마선을 입사시키기 위한 감마선원에 대해 상대적으로 이동시키는 상대이동단계를 포함하여 이루어진 물체 구성의 3차원 영상화 방법.Three-dimensional object configuration including a relative movement step of moving the object to be imaged relative to the gamma ray source for injecting the gamma ray, if the component analysis of the plurality of voxels is not completed in the determination step whether or not Imaging Method. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 복셀분석단계는 상기 물체에 에너지를 알고 있는 상기 감마선을 입사시키는 감마선입사단계와,The voxel analysis step includes a gamma ray incident step of injecting the gamma ray having energy into the object; 상기 입사되는 감마선에 대해 미리 정해진 고정 각도에서 상기 물체에 의해 산란된 산란 감마선을 검출기로 계측하는 산란감마선계측단계와,A scattering gamma ray measurement step of measuring scattering gamma rays scattered by the object at a predetermined fixed angle with respect to the incident gamma rays with a detector; 상기 계측된 산란 감마선의 에너지 분포를 함수의 형태로 표현하여 계측된 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하는 계측에너지분포함수산출단계와,A measurement energy distribution function calculating step of calculating the measured scattering gamma ray energy distribution function by expressing the measured energy distribution of the scattered gamma ray in the form of a function; 상기 산란감마선계측단계에서 사용된 검출기의 응답함수를 구하는 응답함수산출단계와,A response function calculation step of obtaining a response function of the detector used in the scattering gamma ray measurement step; 상기 계측된 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 상기 검출기의 응답함수를 디컨벌루션하여 상기 물체 내의 미지 원소에 의한 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하는 이론에너지분포함수산출단계와,Calculating a theoretical scattering gamma ray energy distribution function based on an unknown element in the object by deconvolving the response function of the detector from the measured energy distribution function of the scattered gamma ray; 상기 이론상 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 상기 물체 내의 미지 원소의 산란전 전자 운동량 분포함수를 구하는 미지원소운동량산출단계와,An unsupported momentum calculation step of obtaining an electron scattering momentum distribution function of an unknown element in the object from the theoretical energy distribution function of the scattered gamma ray; 기지의 각 원소에 대해 전자 운동량 분포함수를 구하는 기지원소운동량산출단계와,A base station momentum calculation step of obtaining an electronic momentum distribution function for each element of the known element; 상기 미지 원소의 산란전 전자 운동량 분포함수에 가장 근접하는 전자 운동량 분포함수를 가진 기지의 원소를 상기 물체 내의 미지 원소로 판정하는 원소판정단계를 포함하여 이루어진 물체 구성의 3차원 영상화 방법.And an element determination step of determining a known element having an electron momentum distribution function closest to the scattering electron momentum distribution function of the unknown element as an unknown element in the object. 제10항에 있어서, The method of claim 10, 상기 미지원소운동량산출단계와 상기 미지원소운동량산출단계에서 구하는 전자 운동량 분포함수는,The electronic momentum distribution function obtained in the unsupported momentum calculation step and the unsupported momentum calculation step,
Figure 112009019206045-PAT00006
......(E1)
Figure 112009019206045-PAT00006
(E1) (여기서,Eγ은 입사 감마선의 에너지, Eγ'는 산란 감마선의 에너지, θ는 산란 감마선의 입사 감마선에 대한 산란각도, Pz는 산란 전 전자의 운동량, m0은 전자의 질량)에 의해 구하는 것을 특징으로 하는 물체 구성의 3차원 영상화 방법.Where E γ is the energy of the incident gamma ray, E γ ' is the energy of the scattering gamma ray, θ is the scattering angle with respect to the incident gamma ray of the scattering gamma ray, P z is the momentum of the electron before scattering, and m 0 is the mass of the electron. 3D imaging method of the object composition, characterized in that obtaining. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 복셀분석단계는 상기 물체에 에너지를 알고 있는 상기 감마선을 입사시키는 감마선입사단계와,The voxel analysis step includes a gamma ray incident step of injecting the gamma ray having energy into the object; 상기 입사되는 감마선에 대해 미리 정해진 고정 각도에서 상기 물체내의 미지의 원소에 의해 산란된 산란 감마선을 검출기로 계측하는 산란감마선계측단계와,A scattering gamma ray measuring step of measuring scattering gamma rays scattered by an unknown element in the object with a detector at a predetermined fixed angle with respect to the incident gamma rays; 상기 계측된 산란 감마선의 에너지 분포를 함수의 형태로 표현하여 계측된 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하는 계측에너지분포함수산출단계와,A measurement energy distribution function calculating step of calculating the measured scattering gamma ray energy distribution function by expressing the measured energy distribution of the scattered gamma ray in the form of a function; 상기 산란감마선계측단계에서 사용된 검출기의 응답함수를 구하는 응답함수산출단계와,A response function calculation step of obtaining a response function of the detector used in the scattering gamma ray measurement step; 상기 계측된 산란 감마선의 에너지 분포함수로부터 상기 검출기의 응답함수를 디컨벌루션하여 상기 물체 내의 미지 원소에 의한 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하는 이론에너지분포함수산출단계와,Calculating a theoretical scattering gamma ray energy distribution function based on an unknown element in the object by deconvolving the response function of the detector from the measured energy distribution function of the scattered gamma ray; 기지의 각 원소에 대해 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수를 구하는 기지원소에너지분포함수산출단계와,A step of calculating the energy distribution function of the supporting station to obtain the theoretical scattering gamma ray energy distribution function for each known element; 상기 미지 원소의 이론상 산란 감마선 에너지 분포함수에 가장 근접한 산란 감마선 에너지 분포함수를 갖는 기지의 원소를 상기 물체 내의 미지 원소로 판정하는 원소판정단계를 포함하여 이루어진 물체 구성의 3차원 영상화 방법.And an element determination step of determining a known element having a scattering gamma ray energy distribution function closest to the theoretical scattering gamma ray energy distribution function of the unknown element as an unknown element in the object. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 복셀분석단계는 분석대상인 상기 물체에 에너지를 알고 있는 상기 감마선을 입사시키는 감마선입사단계와,The voxel analysis step may include a gamma ray incident step of injecting the gamma rays having energy into the object to be analyzed; 상기 입사되는 감마선에 대해 미리 정해진 고정 각도에서 상기 물체에 의해 산란된 산란 감마선을 검출기로 계측하는 산란감마선계측단계와,A scattering gamma ray measurement step of measuring scattering gamma rays scattered by the object at a predetermined fixed angle with respect to the incident gamma rays with a detector; 상기 계측된 산란 감마선으로부터 상기 검출기의 응답함수인 계측된 응답함수를 구하는 계측응답함수산출단계와,A measurement response function calculation step of obtaining a measured response function which is a response function of the detector from the measured scattering gamma ray; 상기 산란감마선계측단계에서 사용된 검출기의 분해능을 구하는 분해능산출단계와,A resolution calculation step of obtaining a resolution of the detector used in the scattering gamma ray measurement step, 기지의 원소에 대해 이론상 산란 감마선 에너지분포함수를 산출하는 기지원소에너지분포함수산출단계와,A step of calculating the energy distribution function of the supporting station, which theoretically calculates the scattered gamma ray energy distribution function for the known elements; 상기 검출기의 분해능과 기지의 원소에 대한 산란 감마선 에너지 분포함수로 부터 상기 검출기의 이론상 응답함수를 구하는 이론응답함수산출단계와,Calculating a theoretical response function of the detector from the resolution of the detector and scattering gamma ray energy distribution function for a known element; 상기 검출기의 이론상 응답함수와 계측된 응답함수 사이의 편차를 구하는 편차산출단계와,A deviation calculation step of obtaining a deviation between the theoretical response function and the measured response function of the detector; 상기 구해진 편차 중 최소 편차값을 구하는 최소편차값산출단계와,A minimum deviation value calculating step of obtaining a minimum deviation value of the obtained deviations; 기지의 각 원소에 대해 상기 편차산출단계와 최소편차값산출단계를 반복하여 복수의 기지 원소에 대한 최소편차값들을 산출하는 복수원소편차값산출단계와,A multi-element deviation value calculation step of repeating the deviation calculation step and the minimum deviation value calculation step for each known element to calculate minimum deviation values for a plurality of known elements; 상기 복수의 기지 원소에 대한 최소편차값들 중에서 최소의 최소편차값을 가지는 기지의 원소를 상기 물체의 미지 원소로 판정하는 원소판정단계를 포함하여 이루어진 물체 구성의 3차원 영상화 방법.And an element determination step of determining a known element having a minimum minimum deviation value among the minimum deviation values for the plurality of known elements as an unknown element of the object. 제13항에 있어서, The method of claim 13, 상기 이론응답함수산출단계는,The theoretical response function calculation step, 상기 검출기의 에너지 분해능 σ(E)을 측정에 의해 결정하는 단계와,Determining the energy resolution σ (E) of the detector by measurement; 상기 산란 감마선에 대한 상기 검출기의 응답함수 RA(E)를 수학식The response function R A (E) of the detector with respect to the scattered gamma rays
Figure 112009019206045-PAT00007
Figure 112009019206045-PAT00007
 (여기서, C는 계측데이터의 이벤트 수를 보정하는 값, fA(E) 기지의 원소 A에 대한 산란 감마선의 에너지 분포함수)에 의해 구하는 단계를 포함하는 것을 특 징으로 하는 물체 구성의 3차원 영상화 방법.Where C is a value that corrects the number of events in the measurement data, f A (E), the energy distribution function of the scattered gamma ray for the known element A. Imaging Method.
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