KR20090133111A - 라디오그래피 측정 장치 및 라디오그래피 측정 방법 - Google Patents
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Abstract
입사창(20)의 알루미늄 기판(200)의 내측에는, 직접 중성자 반응체층(220)이 코팅되어 있다. 이 중성자 반응체층(220)의 내측에 제 1 신틸레이터층(201)이 형성되고, 제 1 신틸레이터층(201)의 내측에 광전 변환층(202)이 형성되어 있다. 중성자 반응체층(220)은, 농축 탄화붕소(10B4C)로 구성되고 농축 붕소의 (n, α)반응에 의해, 중성자로부터 α선을 발생시킨다. 그리고, 이 α선으로 제 1 신틸레이터층(201)을 발광시킨다.
입사창, 알루미늄 기판, 중성자 반응체층, 신틸레이터층
Description
본 발명은 X선, γ선, 중성자선 등의 방사선을 이용한 라디오그래피에 사용되는 라디오그래피 측정 장치 및 라디오그래피 측정 방법에 관한 것이다.
X선, γ선 등의 방사선이 물질을 투과할 때에는, 그 구성 물질의 종류나 형상에 따라 흡수나 산란이 달라진다. 이것을 영상으로서 사진이나 비디오, 디지털 파일 등으로 해서 기록하면, 물질의 파손 상태, 변화, 충전 상황 등을 파악할 수 있다. 이것은 일반적으로 X선으로는 뢴트겐(Roentgen) 사진으로서 인체의 내부의 상태를 진찰하는 방법으로서 이용되고 있다. 측정하려는 물체 또는 시료를 파괴하지 않고 내부의 상태를 측정하는 이 방법은 라디오그래피 또는 비파괴 방사선 촬영법이라 부르고 있다.
의료 진단이나 공업용 비파괴 검사 등에 이용되는 X선이나 γ선 촬영에서는, 통상, 촬영계의 감도를 향상시키기 위해서, 이미지 인텐시파이어(Image Intensifier)를 사용하고 있다. 이미지 인텐시파이어는, 방사선과 신틸레이터(scintillator)의 반응으로 발광시킨 광을 전기 신호로 해서 관측한다. 이미지 인텐시파이어의 감도를 향상시키기 위해서는, 이 신틸레이터와 방사선이 반응하는 영역을 크게 하는 것을 생각할 수 있다. 그러나 한편, 반응 영역을 크게 하면 측정의 위치 분해능은 반응 영역이 커진 만큼 나빠진다. 즉, 감도와 분해능을 서로 양호하게 하려고 하면 어느 쪽인가가 희생되지 않을 수 없다. 그래서, 종래는 신틸레이터의 반응 영역 즉 발광 영역을 크게 하지 않고, 광센서에서 전기 신호로 변환한 후에 전기 증폭하는 방법이 사용되고 있다. X선이나 γ선의 이미지 인텐시파이어는 바로 전자 증폭 기능을 이미지 센서에 포함한 것이다.
그 외에 저감도에서도 고해상도를 얻는 방법으로서는, 조사 시간을 길게 하여 적분 기능에 의해 측정하는 방법이 이용된다. 이들 방법으로서는, 필름이나 휘진성(輝盡性) 형광 시트 등을 이용한 방법이지만, 이들 방법은, 리얼 타임성이 없고, 현상이나 판독 등의 간접적인 조작이 없으면 데이터로서 얻을 수 없다.
한편, 측정하려는 방사선의 종류나 에너지의 차이, 자외선이나 광의 파장에 의한 차이를 측정하려고 했을 경우에는, 각각의 종류에 맞추어 개별적으로 측정해야만 한다. 예를 들면, 중성자와 X선을 측정하려고 하면, 각각의 방사선에 대하여 반응하는 신틸레이터를 바꾸지 않으면 측정을 할 수 없다. 그래서, 방사선의 종류마다 각각 감도를 가지는 복수의 신틸레이터로, 또한 각각이 상이한 색으로 발광하는 복수의 신틸레이터를 이용하여, 혼재하는 방사선을 색에 의해 구별할 수 있게 한 기술이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
그러나, 상기의 방법에서도 감도를 향상시키기 위한 방법에 관해서는 규정되어 있지 않고, 또한 고감도로 혼재하는 방사선을 측정할 수 있게 하는 것이 바람직하다. 종래의 사고 방식에서는, 반응하는 신틸레이터의 반응 영역을 확대시키거나 신틸레이터의 발광을 광검출기에서 읽어들이는 경우에 X선의 이미지 인텐시파이어나 마이크로 채널 플레이트 등 전기적으로 증폭하는 방법이 주로 생각되고 있었다.
이 전기 증폭을 생각했을 경우의 마이크로 채널 플레이트에서는, 채널간의 간격이 분해능이 된다. 그 때문에, 마이크론 사이즈에서의 채널 간격의 마이크로 채널 플레이트를 만들 필요가 있고, 또한 채널간의 증폭 특성을 맞추어야만 하는 과제가 있다. 또한, X선 이미지 인텐시파이어에서는, 증폭시키기 위한 전자 렌즈에 의한 전장(電場)에서의 등전위선의 관계로부터 입력면의 반응 신틸레이터와 광전 변환면은 곡면으로 하지 않으면 화상을 결상할 수 없다.
X선의 투과 상(像)은, 화상의 농담이 X선 경로의 전자 수(數)의 정보를 가지고 있기 때문에, 무거운 금속 등에 감도가 양호하다. 한편, 중성자를 이용했을 경우에는, 중성자와 질량이 거의 동일한 수소와의 산란 반응이 현저해서, 수소를 포함하는 물, 플라스틱 등에 감도가 높다. 또한, 가돌리늄(gadolinium), 카드뮴(Cadmium), 또는 붕소(boron) 등 특정한 중성자 흡수 재료의 영상화에도 적합하다.
중성자에 의한 투시 이미징의 구성은, 기본적으로는 X선과 동일하고, X선으로 바꾸어 중성자에 반응하는 형광판을 카메라 시스템으로 관찰함으로써 이루어진다. 이 형광판에는, ZnS:6LiF나 Gd2O2S:Tb가 사용되고, 카메라 시스템에는 SIT 관 카메라나 CCD 카메라가 이용되고 있다. X선에 비하면 역사는 짧고, 중성자원(源)의 제약도 있지만 중성자 라디오그래피로 해서 비파괴검사나 가시화 계측 등 연구 개발이나 응용 이용에서 많은 논문이나 국제 회의의 보고가 있다.
중성자 이미지 인텐시파이어에 관해서 일본국 내에서 사용된 예는 없지만, 해외에서는 1970년대 후반에 Rolls Royce사가 영국의 AWREＥ의 HERALD로(爐)나 AERE Harwell의 DIDO로에서 냉(冷)중성자원(0.004eV)에 의해 가스터빈 엔진의 연료나 윤활 오일의 리얼 타임 중성자 이미징을 중성자 이미지 인텐시파이어로 행하고 있다. 최근의 중성자 리얼 타임 이미징은, 독일 HMI(Hahn-Meitner-Institut Berlin)의 냉중성자(Flux:3×109n/㎠s)에 의해 리튬 전지나 에어크래프트 엔진 등 산업 분야에서의 이용에 관해서 발표하고 있지만, LiZnS 신틸레이터와 CCD 카메라의 조합 구성에 의한 이미지 인텐시파이어는 아니다.
중성자용의 이미지 인텐시파이어를 구성하기 위해서는, 입력 반응면의 형광체를 중성자로 반응하는 형광체로 변경할 필요가 있다. 이러한 형광체로서는, 6Li의 (n, α)반응에 의해 발광하는 ZnS:6LiF나 Gd의 (n, γ)반응에 의해 발광하는 Gd2O2S:Tb 등을 생각할 수 있다. 이전에 시판되고 있었던 THOMSON TUBES ELECTRONIQUES사의 NEUTRON-RADIATION IMAGE INTENSIFIER TUBE는, 입력 반응면에 Gd2O2S:Tb를 이용하고 있었다. 이 형광체는, X선용의 이미지 인텐시파이어에도 이용되고 있어, 중성자와 X선 또는 γ선과 혼재하는 경우에는 동일하게 반응하여, 중성자와 X선을 구별하여 측정할 수 없다.
특허문헌 1 : 일본국 특개 평11-271453호 공보
상술한 바와 같이, 종래의 기술에서는, 방사선이 혼재하는 경우, 예를 들면 X선과 중성자선이 혼재하는 바와 같은 경우, 중성자선만에 의한 투과 화상을 리얼 타임으로 관측하거나, 중성자선만에 의한 투과 화상과 X선만에 의한 투과 화상을 구별해서 리얼 타임으로 동시에 관측할 수는 없었다.
실제로, 방사선의 투과 화상은 X선이나 γ선과 중성자선에서는 크게 상이하고, 관측할 수 있는 재질도 상이하다. 특히 금속 재료 중에 있는 수소계 재료의 거동 등은 중성자선이 아니면 선명하게 관측할 수 없고, 반대로 알루미늄이나 금속계의 구조 등에 대해서는, X선이나 γ선이 적합하다. 또한, 이것들을, 서로 동시에 리얼 타임으로 관측할 수 있으면, 리얼 타임에서의 상관 관계를 얻을 수 있게 되어, 거동이나 구조 해석에 유효해진다.
본 발명은, 상기 종래 기술의 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 복수 종의 방사선이 혼재하고 있을 경우 등에 있어서도, 리얼 타임으로 또한 고감도로 라디오그래피를 행할 수 있는 라디오그래피 측정 장치 및 라디오그래피 측정 방법을 제공하고자 하는 것이다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
본 발명에 따른 라디오그래피 측정 장치는, 방사선의 입사창(窓)에 형성된 중성자 반응체층과, 상기 중성자 반응체층의 위에 형성되고, 상기 중성자 반응체층과 중성자의 반응에 의해 방출되는 α선 또는 전자선에 의해 발광하는 침상성(針狀性)의 제 1 신틸레이터층과, 상기 제 1 신틸레이터층의 위에 형성된 광전 변환층과, 상기 광전 변환층으로부터 방출된 전자를 가속하는 전자 렌즈와, 상기 전자 렌즈에 의해 가속된 전자에 의해 발광하는 제 2 신틸레이터층과, 상기 제 2 신틸레이터층의 발광을 촬상하는 카메라를 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 라디오그래피 측정 방법은, 방사선의 입사창에 형성된 중성자 반응체층과, 상기 중성자 반응체층의 위에 형성되고, 상기 중성자 반응체층과 중성자의 반응에 의해 방출되는 α선 또는 전자선에 의해 발광하는 침상성의 제 1 신틸레이터층과, 상기 제 1 신틸레이터층의 위에 형성된 광전 변환층에 의해서, 입사한 중성자로부터 전자를 발생시키고, 이 전자를 전자 렌즈에 의해 가속하고, 가속된 전자에 의해 제 2 신틸레이터층을 발광시키고, 당해 제 2 신틸레이터층의 발광을 카메라에 의해 촬상하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라디오그래피 측정 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 도면.
도 2는 도 1의 라디오그래피 측정 장치의 요부 단면 구성을 나타내는 도면.
도 3은 다른 실시예에 따른 라디오그래피 측정 장치의 구성을 나타내고, 도 3의 (a)는 개략 종단면도이고, 도 3의 (b)는 정면도.
도 4의 (a) 내지 도 4의 (c)는 각각 도 3의 라디오그래피 측정 장치에 의해 얻어진 촬영 화상의 예를 나타내는 사진.
도 5의 (a)는 종래의 라디오그래피 측정 장치의 요부 단면도, 도 5의 (b)는 도 5의 (a)의 A부분 확대 단면도.
도 6은 종래의 라디오그래피 측정 장치의 요부 확대 단면도.
이하, 본 발명의 라디오그래피 측정 장치 및 라디오그래피 측정 방법의 세부를 도면을 참조해서 실시예에 관하여 설명한다.
도 1은, 본 실시예에 따른 라디오그래피 측정 장치의 전체의 구성을 모식적으로 나타내는 것이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 라디오그래피 측정 장치(1)는 이미지 인텐시파이어(image intensifier)(2)를 구비하고 있다. 이미지 인텐시파이어(2)는, 방사선(3)이 입사하는 입사창(20)과, 입사창(20)에서 발생한 전자를 집속(集束)하는 전자 렌즈(21)와, 전자 렌즈(21)에 의해 집속된 전자에 의해 발광하는 신틸레이터(scintillator)층으로 이루어지는 출력 형광면(22)을 구비하고 있다. 전자 렌즈(21)는 집속 전극(25), 양극(26) 등으로 구성되어 있다.
상기 이미지 인텐시파이어(2)의 출력 형광면(22)의 후방에는, 미러(mirror)(4)와 카메라(5)가 설치되어 있고, 출력 형광면(22)의 발광을, 카메라(5)에 의해 촬상하도록 구성되어 있다. 출력 형광면(22)을 구성하는 신틸레이터층(제 2 신틸레이터층)으로서는, 녹색 등의 단색으로 발광하는 흑백(monochrome)의 신틸레이터층, 또는, RGB의 각 색으로 발광하는 컬러 신틸레이터층을 사용할 수 있다. 본 실시예에서는, 출력 형광면(22)은, 전자 렌즈(21)에 의해 가속된 전자에 의해 다색으로 발광하는 컬러 신틸레이터층으로 구성되어 있다. 또한, 카메라(5)는, 컬러 신틸레이터층으로 이루어지는 출력 형광면(22)의 발광을 컬러 화상으로서 촬상하기 때문에, 컬러 카메라가 이용되고 있다.
여기에서, 도 5를 참조해서 종래부터 있는 X선을 대상으로 한 이미지 인텐시파이어의 구성을 설명한다. 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 입사창(20)에는, 알루미늄 기판(200)이 설치되어 있고, 알루미늄 기판(200)의 내측에는, 신틸레이터층(201)이 형성되어 있다. X선을 대상으로 한 이미지 인텐시파이어의 경우, 신틸레이터층(201)으로서 X선과 반응하기 쉬운 CsI 신틸레이터가 이용되고 있다. 또한, 해상도를 양호하게 하는 고안으로서 침상성(針狀性)의 구조로 이루어져 있다. 그리고, 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이, 신틸레이터층(201)의 위에는, 신틸레이터층(201)에서 발생한 광으로부터 전자를 발생시키는 광전 변환층(202)이 형성되어 있다.
한편, 중성자선에 대한 이미지 인텐시파이어의 경우, 중성자와 효율적으로 반응하는 재료를 사용할 필요가 있다. 도 6은, (n, γ)반응을 이용한 타입의 신틸레이터층(211)을 이용했을 경우의 구성을 나타내고 있다. 이 경우, 신틸레이터층(211)에 산황화 가돌리늄을 모제로 하고, 테르븀(terbium)을 부활(賦活)한 재료(Gd2O2S:Tb)를 이용하고 있다. 이 재료는, 종래의 X선용의 이미지 인텐시파이어의 개발 당초에, 침상성 신틸레이터 CsI가 개발되기 전에 이용되고 있었던 것이며, X선과 반응하지만, 중성자에 대해서는, Gd의 (n, γ)반응에 의해 동시에 발생하는 내부 전환 전자로 테르븀을 발광시키는 메커니즘으로 이루어진다.
그러나, 이 신틸레이터를 반응체로서 이용할 경우에는, 신틸레이터의 밀도가 높고, X선과의 반응도 생기기 때문에, 중성자선과, X선이나 γ선을 구별해서 측정 하는 것이 어렵다. 예를 들면, 일반적인 중성자 조사(照射) 에어리어로서 원자로의 조사 포트(irradiation port)나 가속기의 조사 포트, 칼리포르늄(Californium)(Cf) RI 선원(線源) 등에서는 중성자의 이외에 반드시 γ선이나 X선이 혼재하게 된다. 이 혼재하는 γ선도 상당한 강도를 가질 경우가 있다. 따라서, 중성자에 의한 이미지 인텐시파이어를 구성했을 경우에, 혼재한 γ선의 영향을 배제하기 어렵다.
본 실시예에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 입사창(20)의 알루미늄 기판(200)의 내측에는, 직접 중성자 반응체층(220)이 코팅되어 있다. 그리고, 이 중성자 반응체층(220)의 내측에, 신틸레이터층(제 1 신틸레이터층)(201)이 형성되고, 신틸레이터층(201)의 내측에 광전 변환층(202)이 형성되어 있다. 본 실시예에서, 중성자 반응체층(220)은, 농축 탄화붕소(boron carbide)(10B4C)로 구성되어 있다. 이 농축 탄화붕소는, 농축 붕소(10B)의 (n, α)반응에 의해, 중성자로부터 α선을 발생시킨다. 그리고, 이 α선으로 신틸레이터층(201)을 발광시킨다.
농축 붕소와 중성자의 반응의 효율은 높고, 중성자 반응체층(220)(농축 탄화붕소막)은, 이 막 내에서 중성자와 반응하여 α선을 투과시키기 때문에, 막 두께는 가능한 얇게, 수㎛로부터 두꺼워도 10㎛ 정도로 하는 것이 바람직하다. 이 농축 붕소막을 형성하기 위해서는, 분말(粉末) 형상의 농축 탄화붕소를 일단 펠릿(pellet) 형상으로 고온 고압에서 소결하고, 전자총에 의해 증발시켜 증착하는 방법을 이용할 수 있어서, 그 막 두께의 제어를 행할 수 있다.
상기의 α선과 반응시키는 신틸레이터층(201)으로서는, 침상성의 CsI를 이용할 수 있지만, α선의 레인지(range;飛程)로부터, 신틸레이터층(201)의 두께는 수㎛ 내지 100㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 이 신틸레이터층(201)은 증착에 의해 형성될 수 있다. 이 농축 탄화붕소와 CsI 신틸레이터의 조합은, 종래의 산황화 가돌리늄의 신틸레이터를 이용하는 타입에 비해서 막의 두께를 가능한 얇게 할 수 있고, X선이나 γ선의 영향을 가능한 적게 할 수 있다. 산황화 가돌리늄의 신틸레이터를 이용했을 경우에는, 형광 발광시키는 내부 전환 전자의 레인지가 α선에 비해서 길어지기 때문에, 중성자에서의 감도를 높이려고 하면 신틸레이터층의 두께로서 100㎛ 내지 200㎛ 정도의 두께가 필요해지지만, 농축 탄화붕소의 반응체는, 그 자체로 발광하지도 않고, α선을 내보내며, 그 레인지는 수 미크론 정도로 된다. 따라서, 신틸레이터층(201)의 두께는, 산황화 가돌리늄의 신틸레이터를 이용했을 경우에 비해서 약 2자리 가까이 얇게 할 수 있다.
또한, 도 5에 나타내는 바와 같은 일반적인 X선용의 이미지 인텐시파이어에서는, 신틸레이터층(201)의 두께가 약 400㎛ 정도이고, γ선 타입의 경우에는 1mm 내지 2mm이다. 따라서, 도 2에 나타낸 실시예의 경우, 신틸레이터층(201)의 두께를 얇게 함으로써, X선이나 γ선에 대한 감도는 극단적으로 적게 할 수 있다. 본 실시예의 장치를 이용한 측정에서는, 특히 X선이나 γ선에 대하여 감도를 가능한 억제할 수 있으므로, 측정 대상물이 X선이나 γ선을 내보낼 경우에, 중성자로 투과 화상을 측정하고, 검사하는 것이 가능해진다.
또한, 농축 탄화붕소를 대신해서, 중성자 반응체층(220)으로서 금속 가돌리 늄(Gd)을 코팅하고, 그 위에 전자선에 의해 발광하는 CsI로 이루어지는 신틸레이터층(201)을 설치하는 방법도 생각할 수 있다. 이 경우, 금속 가돌리늄층(중성자 반응체층(220))의 두께는, 농축 탄화붕소보다 두껍게 십수㎛ 내지 수십㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.
상기의 실시예에서는, 중성자용의 이미지 인텐시파이어로서, 백그라운드(background)로 되는 X선이나 γ선의 영향을 가능한 작게 해서 측정할 수 있는 구성을 나타냈다. 이하에는, 중성자와 X선 또는 γ선을 동시에 리얼 타임으로 측정할 수 있는 구성으로 한 실시예에 관하여 설명한다.
도 6에 나타낸 (n, γ)타입의 경우, 반응체로 되는 신틸레이터층(211)(Gd2O2S:Tb)의 두께를 두껍게 함으로써 γ선에도 대응이 가능해진다. 그러나, 중성자의 발광은 입력측에서 발광하여, 신틸레이터층(211) 내를 광이 투과하기 때문에, 신틸레이터층(211)의 자기(自己) 흡수가 커지고, 투과의 비율이 나빠지며, 중성자의 검출 효율이 나빠진다. 또한, 분체(粉體) 형상의 신틸레이터(Gd2O2SS:Tb)를 두껍게 하면 발광한 광이 산란해서 공간 분해능이 저하한다.
그래서, 본 실시예에서는, 도 2에 나타낸 (n, α)반응 타입에 의해 중성자 반응체층(220)의 농축 탄화붕소(10B4C)의 두께는, 전술한 실시예와 동일하게, 수㎛ 내지 두꺼워도 10㎛ 정도로 하고, 신틸레이터층(201)(침상성 신틸레이터층 CsI)을 0.4mm 이상으로 결정 성장시켜서 제작한다. 특히 고에너지의 γ선에 대해서는, 신틸레이터층(201)(침상성 신틸레이터층 CsI)의 두께를 1mm 이상으로 하는 것이 바람 직하다.
이에 따라, 중성자는, 농축 붕소와 반응하고, X선이나 γ선은 CsI 신틸레이터와 반응한다. 농축 붕소와 반응한 중성자에 의한 α선은, 신틸레이터층(201)의 입사측의 입구 부근에서 반응하지만, CsI의 침상성 결정 때문에, 광이 확산하기 어렵고, 화질이 흐릿해지는 경우는 적다.
이상과 같이 이미지 인텐시파이어(2)를 구성했을 경우, 전술한 실시예와는 달리 X선도 γ선에 반응하게 된다. 그래서, 도 3의 (a)에 나타내는 라디오그래피 측정 장치(1a)와 같이, 회전 원반(6)을 이미지 인텐시파이어(2)의 입사창(20)의 앞에 세트한다. 이 회전 원반(6)은, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 90도 마다 개구로 되는 (아무것도 없는) 창(60)과 중성자 흡수체가 들어간 창(61)이 설치되어 있고, 도시 생략한 구동 기구에 의해 회전됨으로써, 창(60, 61)이 번갈아 이미지 인텐시파이어(2)의 입사창(20)의 앞에 세트되게 되어 있다. 이것에 의해 중성자의 통과 상태를 차단, 개방하는 개폐 기구가 구성되어 있다.
이 창(60, 61)의 세트되는 상황을, 도시 생략한 센서 등에 의해 검출하고, 컬러 카메라(5)의 화상 취득의 타이밍을 일치시킨다. 예를 들면, 컬러 카메라(5)의 1/30초에 1코마(coma)를 아무것도 없는 창(60)에 동기시키고, 다음 1/30초에 중성자 흡수체가 들어간 창(61)과 동기시킨다. 즉, 아무것도 없는 창(60)인 때는 중성자선과 γ선이 입사하고, 중성자 흡수체가 들어간 창(61)에서는 γ선만이 이미지 인텐시파이어(2)에 입사한다. 이 γ선만의 화상을, 중성자선과 γ선이 혼재하고 있는 이미지 인텐시파이어의 화상으로부터 뺄셈함으로써 중성자만의 화상을 얻을 수 있고, 중성자선 화상과 γ선 화상을, 각각 독립하여 리얼 타임으로 관측하는 것이 가능해진다. 상기 중성자 흡수체로서는, 예를 들면 탄화붕소나 리튬을 포함하는 시트, Cd판, Gd판이나 Gd를 포함하는 화합물을 시트 형상으로 가공한 것 등을 사용할 수 있다. 또한, 도 3의 라디오그래피 측정 장치(1a)에서, 전술한 도 1의 라디오그래피 측정 장치(1)와 대응하는 부분에는, 대응하는 부호를 부여하고, 중복된 설명은 생략한다.
도 4에, 도 3에 나타낸 라디오그래피 측정 장치(1a)에 의해, 중성자 라디오그래피용의 인디케이터(indicator)와 아크릴 수지에 조각한 문자 및 스케일에 탄화붕소(B4C)의 분말을 매립한 메저(measure) 등을 촬영한 화상의 일례를 나타낸다. 도 4의 (a)는 중성자와 γ선이 혼재한 상황에서 촬영된 결과로, 중성자 흡수체로 되는 카드뮴(Cd) 디스크나 Cd 바, 질화붕소(BN) 디스크, 아크릴 스텝, 메저의 B4C 문자와 γ선의 흡수체로 되는 납 스텝 등이 모두 찍혀 있다.
이 화상만으로는, 중성자 흡수의 재질 등을 식별할 수 없지만, 중성자 흡수체를 넣은 창(61)을 통해서(중성자를 차폐한 상황) 촬영한 도 4(b)의 결과에서는, 아크릴 스텝이나 B4C의 문자, BN 디스크 등은 찍히지 않고, 납의 스텝, Cd 디스크, Cd 바만이 찍혀 있다. 이 결과를 바탕으로 도 4의 (a) 내지 도 4(b)의 화상을 뺄셈하면, 도 4의 (c)의 중성자만의 화상이 얻어지고, 중성자 흡수체로 되는 Cd 디스크나 Cd 바, BN 디스크, 아크릴 스텝, 메저의 B4C 문자를 확인할 수 있다. 납 스텝은 이 화상에서는 찍히지 않게 된다. 종래는, 필름 등에 의해, 상기와 같은, 중성 자와 γ선의 동시 라디오그래피를 행한 예는 있지만, 이 경우 정지화상 밖에 얻을 수 없었다. 이에 대하여 본 실시예에 의하면, 동영상에 의해 리얼 타임으로 중성자와 γ선의 동시 라디오그래피를 행할 수 있다.
또한, 이상은 중성자와 γ선에 관해서 기술했지만, 창 내의 흡수체를 저에너지 X선의 흡수체로 해서 γ선과의 에너지 차분법에도 이용이 가능해진다. 여기에서, 에너지 차분법이란, 상이한 대소의 에너지의 X선이나 γ선에 의한 투과 화상으로부터 서로의 화상을 빼거나, 나눗셈함으로써 재질이 상이한 물질을 분류하거나, 인체에서는 혈관과 뼈 등 움직이고 있는 조직에서의 리얼 타임 화상으로서 각각 상이한 재질만을 추출하는 방법이다.
이 에너지 차분법을 이용할 경우, X선에서는 관(管)전류의 값을 일정하게 하면, X선의 에너지에 상당하는 관전압의 값을 대소 변화시킨다. 이때, 투과 휘도 값은 관전압이 높은 쪽이 높아진다. 관전압의 차이에 의해 투과 휘도값의 차이가 커지기 때문에, 그대로 연산하는 것은 어렵다. 그래서, 대상물이 없는 배경의 투과 휘도값을 가능한 한 동일하게 하기 위해서는, 높은 에너지 즉 관전압이 높은 상태인 때에 투과 휘도값을 낮추기 위한 필터를 선원(線源)과 이미지 인텐시파이어의 사이에 설치한다. 이 필터는 텅스텐이나 납 등의 X선 흡수체가 바람직하다. 이 필터를 삽입한 상황과 필터를 분리해서 관전압을 낮춘 상황을 순시에 전환하지 않으면 리얼 타임으로 차분 상황을 확인할 수 없다. 그래서, 도 3에 나타낸 회전 원반(6)에, 아무것도 없는 창 또는 두께가 얇은 X선 흡수창과, 두께가 두꺼운 X선 흡수창을 텅스텐이나 납이나 금속판에 의해 작성하고, 카메라와 동기를 취해 촬영할 수 있도록 한다.
또한, 상기의 실시예의 방법에 의하면, 측정 대상물의 선량(線量)이 높은 경우, 예를 들면 재처리 연료나 고레벨 폐기물 등에서 그 내부의 상황이나 밀도 등을 측정할 경우에 있어서도, 아무것도 없는 창에서 측정 대상물로부터의 선량에 의한 화상과, 중성자 또는 γ선에 의한 투과 화상과 비교해서 백그라운드의 선량에 의한 영향을 적게 하여, 노이즈가 적은 화상을 얻는 것이 가능해진다.
본 발명의 라디오그래피 측정 장치 및 라디오그래피 측정 방법은, 의료 진단이나 공업용 비파괴 검사의 분야 등에서 이용할 수 있다. 따라서, 산업상의 이용 가능성을 가진다.
Claims (14)
- 방사선의 입사창(窓)에 형성된 중성자 반응체층과,상기 중성자 반응체층의 위에 형성되고, 상기 중성자 반응체층과 중성자의 반응에 의해 방출되는 α선 또는 전자선에 의해 발광하는 침상성(針狀性)의 제 1 신틸레이터(scintillator)층과,상기 제 1 신틸레이터층의 위에 형성된 광전 변환층과,상기 광전 변환층으로부터 방출된 전자를 가속하는 전자 렌즈와,상기 전자 렌즈에 의해 가속된 전자에 의해 발광하는 제 2 신틸레이터층과,상기 제 2 신틸레이터층의 발광을 촬상(撮像)하는 카메라를 구비한 것을 특징으로 하는 라디오그래피(radiography) 측정 장치.
- 제 1 항 있어서,상기 제 2 신틸레이터층은 상기 전자 렌즈에 의해 가속된 전자에 의해 다색으로 발광하는 컬러 신틸레이터층이고,상기 카메라는 상기 컬러 신틸레이터층의 발광을 촬상하는 컬러 카메라인 것을 특징으로 하는 라디오그래피 측정 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 중성자 반응체층이, 10B의 (n, α)반응에 의해 중성자로부터 α선을 발생시키는 농축 탄화붕소(boron carbide)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 라디오그래피 측정 장치.
- 제 3 항에 있어서,농축 탄화붕소로 이루어지는 상기 중성자 반응체층의 두께가, 수㎛ 내지 10㎛인 것을 특징으로 하는 라디오그래피 측정 장치.
- 제 4 항에 있어서,농축 탄화붕소로 이루어지는 상기 중성자 반응체층이, 분말(粉末) 형상의 농축 탄화붕소를 펠릿(pellet) 형상으로 굳히고, 이 고형 형상의 농축 탄화붕소를 전자총에 의해 증발시켜, 증착에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 라디오그래피 측정 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 중성자 반응체층이, 금속 가돌리늄(gadolinium)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 라디오그래피 측정 장치.
- 제 6 항에 있어서,금속 가돌리늄으로 이루어지는 상기 중성자 반응체층의 두께가, 십수㎛ 내지 수십㎛인 것을 특징으로 하는 라디오그래피 측정 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 신틸레이터층의 두께가, 수㎛ 내지 100㎛인 것을 특징으로 하는 라디오그래피 측정 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 신틸레이터층의 두께가, 수백㎛ 내지 수mm이고, 상기 입사창의 앞에, 중성자 흡수체가 설치된 상태와, 상기 중성자 흡수체가 설치되어 있지 않은 상태를 소정 시간마다 반복해서 형성하는 개폐 기구를 가지고,상기 카메라에 의해, 상기 개폐 기구에 동기시킨 화상을 얻음으로써, 상기 중성자 흡수체가 설치된 상태의 화상과, 상기 중성자 흡수체가 없는 상태의 화상을 번갈아 취득할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 라디오그래피 측정 장치.
- 제 9 항에 있어서,상기 개폐 기구가, 개구로 이루어지는 창과, 중성자 흡수체를 설치한 창을 번갈아 배치한 원형의 기판과,상기 기판을 회전시키는 구동 기구와,상기 기판의 회전 상황을 검지하는 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 라디 오그래피 측정 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 신틸레이터층의 두께가, 수백㎛ 내지 수mm이고, 상기 입사창의 앞에, X선 흡수체가 설치된 상태와, 상기 X선 흡수체가 설치되어 있지 않은 상태를 소정 시간마다 반복해서 형성하는 개폐 기구를 가지고,상기 카메라에 의해, 상기 개폐 기구에 동기시킨 화상을 얻음으로써, 상기 X선 흡수체가 설치된 상태의 화상과, 상기 X선 흡수체가 없는 상태의 화상을 번갈아 취득할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 라디오그래피 측정 장치.
- 제 11 항에 있어서,상기 개폐 기구가, 개구로 이루어지는 창과, X선 흡수체를 설치한 창을 번갈아 배치한 원형의 기판과,상기 기판을 회전시키는 구동 기구와,상기 기판의 회전 상황을 검지하는 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 라디오그래피 측정 장치.
- 방사선의 입사창에 형성된 중성자 반응체층과,상기 중성자 반응체층의 위에 형성되고, 상기 중성자 반응체층과 중성자의 반응에 의해 방출되는 α선 또는 전자선에 의해 발광하는 침상성의 제 1 신틸레이 터층과,상기 제 1 신틸레이터층의 위에 형성된 광전 변환층에 의해서,입사한 중성자로부터 전자를 발생시키고,이 전자를 전자 렌즈에 의해 가속하고, 가속된 전자에 의해 제 2 신틸레이터층을 발광시키고, 당해 제 2 신틸레이터층의 발광을 카메라에 의해 촬상하는 것을 특징으로 하는 라디오그래피 측정 방법.
- 제 13 항에 있어서,상기 제 2 신틸레이터층은 상기 전자 렌즈에 의해 가속된 전자에 의해 다색으로 발광하는 컬러 신틸레이터층이고,상기 카메라는 상기 컬러 신틸레이터층의 발광을 촬상하는 컬러 카메라인 것을 특징으로 하는 라디오그래피 측정 장치.
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