(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１ＭｅＶから１５ＭｅＶの範囲のエネルギーを有する線形加速装置を備えた複数のパルスＸ線源と、
複数の第１Ｘ線検出器を備えた第１検出器アレイと、
複数の第２Ｘ線検出器を備えた第２検出器アレイと、
制御装置とを有し、
前記制御装置は、前記第１検出器アレイにおける複数の第１Ｘ線検出器の少なくとも一つから検出された最低Ｘ線透過レベルを受取り、及び、特定し、
前記制御装置は、前記最低Ｘ線透過レベルを既定の閾透過レベルと比較し、
前記制御装置は、前記比較に基づいて、後続する放射線パルスのための調整信号を生成し、
前記制御装置は、前記第１検出器アレイによって検出された放射線でなく、前記第２検出器アレイによって検出された放射線から透過画像を生成するように構成され、
前記パルスＸ線源は、前記後続する放射線パルスのための調整信号を受信し、前記後続する放射線パルスのための調整信号に基づきＸ線のパルスの持続時間をパルス毎に調整することにより要求される線源強度を生成することを特徴とする貨物のＸ線写真撮影のためのＸ線走査システム。
【請求項２】
前記制御装置は、最低Ｘ線透過レベルと第１の既定の閾値とを比較し、前記最低Ｘ線透過レベルが前記第１の既定の閾値より小さければ、前記制御装置は、前記パルスＸ線源にＸ線パルスの持続期間を増加させる調整信号を生成することを特徴とする請求項１に記載のＸ線走査システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記最低Ｘ線透過レベルと、第１の既定の閾値および第２の既定の閾値とを比較し、前記最低Ｘ線透レベルが前記第１の既定の閾値より大きく、前記第２の既定の閾値より小さければ、前記制御装置は、前記パルスＸ線源にＸ線のパルスの持続時間を変更しないようにさせる調整信号を生成することを特徴とする請求項１に記載のＸ線走査システム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記最低Ｘ線透過レベルと、第１、２の既定の閾値とを比較し、前記最低Ｘ線透レベルが前記第２の既定の閾値より大きければ、前記制御装置は、前記パルスＸ線源にＸ線のパルスの持続時間を減少させる調整信号を生成することを特徴とする請求項１に記載のＸ線走査システム。
【請求項５】
前記制御装置は、処理装置を有するコンピュータを有し、
前記処理装置は、前記第１検出器アレイの前記複数の第１Ｘ線検出器の少なくとも一つから信号を受信する入出力ボードと連動することを特徴とする請求項１に記載のＸ線走査システム。
【請求項６】
前記処理装置は、フィールドプログラマブルゲートアレイまたは特定用途向け集積回路の少なくとも一つであることを特徴とする請求項５に記載のＸ線走査システム。
【請求項７】
１ＭｅＶから１５ＭｅＶの範囲のエネルギーを有する線形加速装置を備えたパルスＸ線源と、複数の第１Ｘ線検出器を備えた第１検出器アレイと、複数の第２Ｘ線検出器を備えた第２検出器アレイと、を有する貨物のＸ線写真撮影のためのＸ線走査システムの組み込み方法において、
制御装置を組み込み、
前記制御装置は、前記第１検出器アレイにおける複数の第１Ｘ線検出器の少なくとも一つから、最低Ｘ線透過レベルを受取り、特定し、前記制御装置は、前記最低Ｘ線透過レベルを既定の閾透過レベルと比較し、前記制御装置は、前記比較に基づいて、調整信号を生成し、前記第２検出器アレイからのデータは前記調整信号を決定するためでなく透過画像を生成するために用いられ、前記調整信号は、Ｘ線のパルスの持続時間をパルス毎に調整することにより後続するＸ線パルスに対する線源強度を変化させるように構成されることを特徴とする方法。
【請求項８】
前記制御装置は、最低Ｘ線透過レベルと第１の既定の閾値とを比較し、前記最低Ｘ線透過得レベルが前記第１の既定の閾値より小さければ、前記制御装置は、前記パルスＸ線源にＸ線パルス持続期間を増加させる調整信号を生成することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記制御装置は、前記最低Ｘ線透過レベルと、第１の既定の閾値および第２の既定の閾値とを比較し、前記最低Ｘ線透レベルが前記第１の既定の閾値より大きく、前記第２の既定の閾値より小さければ、前記制御装置は、前記パルスＸ線源にＸ線のパルスの持続時間を変更しないようにさせる調整信号を生成することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記制御装置は、前記最低Ｘ線透過レベルと、第１の既定の閾値および第２の既定の閾値とを比較し、前記最低Ｘ線透レベルが前記第２の既定の閾値より大きければ、前記制御装置は、前記パルスＸ線源にＸ線のパルス持続時間を減少させる調整信号を生成することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記制御装置は、処理装置を有するコンピュータを有し、
前記処理装置は、前記第１検出器アレイにおける前記複数の第１Ｘ線検出器の少なくとも一つから信号を受信する入出力ボードと連動することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２００８年８月１１日付出願の米国暫定特許出願番号６１／０８７，８１０に基づく。
【０００２】
本発明は、概して、放射エネルギー画像システムの分野に関する。詳細には、高強度のＸ線源を用いて、特殊核物質（ＳＮＭ：special nuclear materials）、および、その他の禁制品を検出するシステム及び技術とに関する。特に、本発明は、貨物を透過するのに十分な最低Ｘ線強度を提供し、ＳＮＭやその他の禁制品を検出する改良方法、および、改良システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
特殊核物質（ＳＮＭ）やその他の禁制品を検出するための貨物コンテナや、トラックのＸ線画像は、高強度のＸ線放射線源を必要とする。特定の線源のエネルギーの強度が高ければ高いほど、Ｘ線ビームが透過できる物質の量は増え、良好なコントラストと解像を得ることができる。従来では、検査システムのX線源強度は、システムに固有の環境や検査領域の下で許容される最も高いレベルに設定されていた。ここで、システムに固有の環境や検査領域の下で許容される最も高いレベルは、Output Set Point （OSP）と呼ばれる。貨物の正確な検査がかかる強度を必要とするかどうかにかかわらず、全ての貨物は、かかる固定強度を用いて検査されていた。OSPは、通常、線源が生成できる最高の強度ではない。大抵、OSPは、線源が所定の除外範囲の境界に存在する既定の放射線量限度を超えないように設定されているか、または、（トラックドライバーが自身のトラックを運転して検査システムを通過する）ポータル検査システムの場合には、検査されるトラックのドライバーの放射線量限度以下になるように設定される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の検査システムは貨物に対する高い透過性を提供している。しかしながら、これらのシステムは、定格の線源の最高強度（通常OSPより高い）を生かしていないという点で不十分である。さらに、従来の検査システムは、ある貨物（あるいは、その部分）に対して必要とされる強度よりかなり高い強度を用いており、検査システムの周囲において、平均して不必要に高い放射線レベルを用いることになっていた。
【０００５】
従って、必要とされるのは、貨物を撮影し、かつ／または、貨物を透過するのに十分な最低のＸ線強度を与えるものである。
【０００６】
さらに必要とされるのは、重量負荷及び遮蔽条件を考慮した強度変調された６MeV以上のＸ線源を用いることが可能な可動性の検査システム、または、トラックに搭載される検査システム及び方法である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、複数の検出器と、制御装置と、Ｘ線源とを有し、前記制御装置は、複数の検出器の少なくとも一つから、最低Ｘ線透過レベルを検出、及び、特定し、前記制御装置は、前記最低Ｘ線透過レベルを少なくとも一つの既定の閾透過レベルと比較し、前記制御装置は、前記比較に基づいて、調整信号を生成し、前記Ｘ線源は、前記調整信号を受信し、前記調整信号に基づきＸ線のパルスの持続時間を調整することを特徴とするＸ線走査システムを提供する。
【０００８】
好ましくは、前記Ｘ線源は、１ＭｅＶから１５ＭｅＶの範囲のエネルギーを有する線形加速装置である。また、制御装置は、前記調整信号を受信し、前記調整信号に基づいてＸ線のパルスの持続時間を調整する。また、前記制御装置は、最低Ｘ線透過レベルと第１の既定の閾値とを比較し、前記最低Ｘ線透過得レベルが前記第１の既定の閾値より小さければ、前記制御装置は、前記Ｘ線源にＸ線パルスの持続期間を増加させる調整信号を生成する。また、前記制御装置は、前記最低Ｘ線透過レベルと、第１の既定の閾値および第２の既定の閾値とを比較し、前記最低Ｘ線透レベルが前記第１の既定の閾値より大きく、前記第２の既定の閾値より小さければ、前記制御装置は、前記Ｘ線源にＸ線のパルスの持続時間を変更しないようにさせる調整信号を生成する。また、前記制御装置は、前記最低Ｘ線透過レベルと、第１、２の既定の閾値とを比較し、前記最低Ｘ線透レベルが前記第２の既定の閾値より大きければ、前記制御装置は、前記Ｘ線源にＸ線のパルスの持続時間を減少させる調整信号を生成する。
【０００９】
好ましくは、制御装置は、処理装置を有するコンピュータを有し、前記処理装置は、前記複数の検出器の少なくとも一つから信号を受信する入出力ボードと連動する。また、処理装置は、フィールドプログラマブルゲートアレイまたは特定用途向け集積回路の少なくとも一つである。
【００１０】
好ましくは、前記複数の検出器は第１の検出器アレイと第２の検出器アレイとを有し、前記第１の検出器アレイは後続するＸ線のパルスの要求される線源強度を測定し、前記第２の検出器アレイは、透過像を測定するが、要求された線源強度を測定しない。また、前記Ｘ線源は、第１のＸ線パルスから生成された調整信号に基づいて、第２のＸ線パルスの持続期間を調し、前記第１のＸ線パルスは、前記第２のＸ線パルスの直前に発生したものである。
【００１１】
別の実施の形態において、本発明は、Ｘ線源と、透過能力と、放射線到達範囲と、複数の検出器とを有するＸ線走査システムの組み込み方法において、制御装置を組み込み、前記制御装置は、複数の検出器の少なくとも一つから、最低Ｘ線透過レベルを検出、特定し、前記制御装置は、前記最低Ｘ線透過レベルを少なくとも一つの既定の閾透過レベルと比較し、前記制御装置は、前記比較に基づいて、調整信号を生成し、前記調整信号は、Ｘ線のパルスの持続時間を調整することを特徴とする方法を提供する。
【００１２】
好ましくは、前記Ｘ線源は、１ＭｅＶから１５ＭｅＶの範囲のエネルギーを有する線形加速装置である。また、前記透過能力は、１ｃｍから１０ｃｍの距離範囲で増加する。また、前記放射線到達範囲は、１から９の値の因数分改善する。また、前記制御装置は、最低Ｘ線透過レベルと第１の既定の閾値とを比較し、前記最低Ｘ線透過得レベルが前記第１の既定の閾値より小さければ、前記制御装置は、前記Ｘ線源にＸ線パルス持続期間を増加させる調整信号を生成する。また、前記制御装置は、前記最低Ｘ線透過レベルと、第１の既定の閾値および第２の既定の閾値とを比較し、前記最低Ｘ線透レベルが前記第１の既定の閾値より大きく、前記第２の既定の閾値より小さければ、前記制御装置は、前記Ｘ線源にＸ線のパルスの持続時間を変更しないようにさせる調整信号を生成する。また、前記制御装置は、前記最低Ｘ線透過レベルと、第１の既定の閾値および第２の既定の閾値とを比較し、前記最低Ｘ線透レベルが前記第２の既定の閾値より大きければ、前記制御装置は、前記Ｘ線源にＸ線のパルス持続時間を減少させる調整信号を生成する。
【００１３】
好ましくは、制御装置は、処理装置を有するコンピュータを有し、前記処理装置は、前記複数の検出器の少なくとも一つから信号を受信する入出力ボードと連動する。また、前記複数の検出器は第１の検出器アレイと第２の検出器アレイとを有し、前記第１の検出器アレイは後続するＸ線のパルスの要求される線源強度を測定し、前記第２の検出器アレイは、透過像を測定するが、要求された線源強度を測定しない。また、Ｘ線源は、第１のＸ線パルスから生成された調整信号に基づいて、第２のＸ線パルスの持続期間を調整し、前記第１のＸ線パルスは、前記第２のＸ線パルスの直前に発生したものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本発明の、上記及びそれ以外の特徴と効果とは、以下の詳細な説明が、添付の図面とともに考慮、理解されたときに評価されるものである。
【図１ａ】貨物検査システムの一つの実施の形態を示す図。
【図１ｂ】貨物のＸ線画像と、従来の６ＭｅＶ線形加速装置（linac）Ｘ線源を用いた貨物検査システムを用いて固定の強度によって得られた線グラフと、強度変調された線源を用いて得られた別の線グラフとを示す図。
【図２】１０００個の画像による解析結果を示すグラフである。当該画像は、放射線到達範囲（footprint）減少因数を示し、本発明の強度変調システムを用いた従来の画像システムより得られたものである。
【図３】２つのタイプの電子銃に用いられる電子回路を示す図。
【図４ａ】特定の厚さを持つ球体の鉛遮蔽物のシミュレーション結果を示す図。
【図４ｂ】鉛遮蔽物が無い場合のシミュレーション結果を示す図。
【図４ｃ】図４ａに示す結果と図４ｂに示す結果との比を示す図。
【図５ａ】鉛の完全遮蔽による結果から遮蔽物の必要とされる量を示す図。
【図５ｂ】タングステンの完全遮蔽による結果から遮蔽物の必要とされる量を示す図。
【図６】一つの実施の形態における、６ＭｅＶのＸバンド加速装置による遮蔽物の設計を示す図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
危険物および禁制品を検査し、照合するＸ線貨物検査システムは競合する性能要件に対処するものでなければならない。高いＸ線強度は高密度の貨物を透過するために必要とされる。一方で、低い強度は、放射線の到達範囲（footprint）（制御する領域の大きさ）、要求される遮蔽、及び、職員の放射線量を最小化するのに望ましい。
【００１６】
貨物検査の目的のために用いられるほとんどのＸ線源は、線形加速装置に基づくものであり、電子が電子銃からパルス状に出力される。これらの電子は、特定の運動エネルギーまで線形加速装置によって加速される。産業で用いられる典型的な線源では、運動エネルギーは、１MeV、４MeV、４．５MeV、６MeV、９MeVなどの、１〜１５MeVの値に設定される。加速された電子は、タングステン（タングステンのみに限定されないが）などの高密度物質からなる標的に衝突し、Ｘ線を開放する。開放されたＸ線は、検査システムに用いられる。Ｘ線ビームの平均強度は、標的に衝突する電子の一秒あたりの数に正比例する。電子は帯電している。標的に衝突する全電荷を加速装置における平均電子カレント（MeV）と呼ぶ。
【００１７】
線形加速装置はパルスを発する装置であり、各パルスは、典型的には数マイクロ秒間持続する。平均カレントは、加速装置の最大カレント、一秒間のパルス数、各パルスの持続時間を用いて決定される。加速装置の最大カレントは、実際のパルスの持続している間に計測される電子の流れである。各パルスは短い時間持続するので、一秒間にそれほど多くのパルスは存在せず（高々４００程度）、加速装置の平均カレントは最大カレントより十分に小さく、ほとんどの時間加速装置には電子カレントが存在しない。
【００１８】
従って、加速装置における平均電子カレント、即ち、線源の平均Ｘ線出力強度を制御する３つの方法、最大カレント、一秒あたりのパルス数、パルスの持続時間がある。従来の線源を用いた場合には、線源は、予め固定して設定される。かかる設定において、加速装置の最大カレント、その他の性質の数、また、Ｘ線源だけでなく（適切な位相とラジオ周波数（ＲＦ：radio-frequency）の電磁波であって、電子を加速する電磁波を提供する）変調器とＲＦ源それ自体を調整している。通常、これは、パルスの持続時間も電子の運動エネルギーも変えることなく行われる。事後的に線源の強度を変化させるためには、通常、製造業者からのサービスを要請する電話が必要となる。
【００１９】
既存の線源は、Output Set Point（OSP）と呼ばれる固定Ｘ線強度で動作する。多くの典型的な画像では、OSPは必要とされるより高い。放射線の到達範囲（footprint）を低減させるために線源の最大定格出力より低いものがOSPとして選択された場合には、性能が制限されるかもしれない。
【００２０】
従って、強度変調されたＸ線源は、貨物検査システムの画像透過性能を著しく強化する。同時に、除外範囲と、貨物と職員とに対する放射線量とに関する放射線の平均到達範囲（footprint）を同じに維持することができる。
【００２１】
本発明は、SNMやその他の禁制品を検出するために、貨物に十分に透過した画像を得るためのＸ線強度をパルス毎に提供するための改良された方法およびシステムに関する。好ましくは、本発明は、パルスの持続時間を変調することにより、最大カレントを変更することによって生じるエネルギーの変動を取り除き、パルス繰返し数を変更することによる複雑さを避けている。
【００２２】
本発明は、前回のパルスの間に検査システムの検出器アレイによって測定された信号強度に基づいて、線源のＸ線強度をパルス毎に変化させるための改良された方法およびシステムに関する。
【００２３】
本発明は、フィードバックシステムに関するものである。当該フィードバックシステムにおいて、標準線形加速装置に基づいたパルス状のＸ線源の強度が様々な方法によって変化される。この方法は、コンピュータによる一つのパルスから次のパルスへの制御の下で、パルスの幅、最大ビームカレントを変化させることを含んでいる。従って、システムは、Ｘ線源の強度を変調するために、フィードバックループの一部として測定されたＸ線の強度を用いている。
【００２４】
本発明は、線形加速装置によるＸ線源を用いた貨物検査システムに関する。ここで、６ＭｅＶの線源を用いることにより、従来のシステムより鉄（または、鉄の等価物）に対して最大２インチの透過能力の向上を達成しつつ、放射線の到達範囲（footprint）を平均して現在の固定強度線源以下にすることができる。特に、本発明は、既存のＸ線システムを改良して用いることができ、平均して放射線の到達範囲（footprint）を１〜３倍改良することができ、鉄あるいは鉄の等価物に対する等価能力を１〜５ｃｍ改良することができる。
【００２５】
６ＭｅＶ以外のエネルギーの線源を用いると、上記の性能は変化するものの、性能はＸ線源のエネルギーの増加に伴って改良される。例えば、電子が１ＭｅＶから１５ＭｅＶの範囲の運動エネルギーに加速されるシステムにおいて、１ＭｅＶは通常低い透過能力を意味しているが、本発明のシステムおよび方法は、１ＭｅＶのエネルギーの線源に対して１．０５から２という低い因数分から、１５ＭｅＶのエネルギーの線源に対して５から１０という高い因数分までの放射線の到達範囲（footprint）の改善（減少）の見込みがあり、かつ、１ＭｅＶのエネルギーの線源に対して０．５〜１ｃｍの透過能力の向上、及び１５ＭｅＶのエネルギーの線源に対して約５〜１０ｃｍの透過能力の向上の見込みがある。
【００２６】
本発明は貨物検査システムに関するものであり、貨物検査システムにおける検出器アレイによる前回のパルスの評価を行うことによって、各パルスの必要とされるＸ線強度を予測することができる。
【００２７】
本発明は、線形加速装置（linac）に基づいたＸ線源に関するものであり、１）電気信号を介して一つのパルス強度から次のパルス強度を変化させ、２）検出器アレイのエレクトロニクスを介して次のパルスの必要とされる線源強度を決定している。
【００２８】
さらに、本発明は、貨物検査システムに関するものであり、従来の線源と比較して、相対的に小さい線形加速システムであって、それぞれ遮蔽物を有するものである。
【００２９】
本発明は、可動性またはトラックに搭載される検査システムおよび方法に関するものであって、重量負荷及び遮蔽要件を考慮しつつ６ＭｅＶ以上の強度変調されたＸ線源を用いることができる。
【００３０】
本発明は、多数の実施の形態に関するものである。本発明の特定の実施の形態に関して説明する。ここで述べる実施の形態は、特定の実施の形態を否定するものではなく、請求項に用いられる語句の意味を制限するために用いられるものでもない。注意すべきことは、本発明は、あらゆるタイプの放射線源および検出器アレイを有する任意の検査システムに用いることができるものの、本発明は、通常線形加速装置に基づくパルス状の高エネルギーＸ線源を用いた貨物検査システムについて記載している。従って、本記載は、決して限定を行うように解釈されてはならない。
【００３１】
図１ａに示されるように、一つの実施の形態では、本発明の貨物検査システム１００は、Ｘ線源１０２と検出器アレイ１０４とを有する。検出器アレイ１０４は、複数の検出器１０６と、線源強度コントローラー（ＳＩＣ：Source Intensity Controller）１０８とを有する。ＳＩＣ１０８は、相応の電子機器を有し、与えられたＸ線パルスに対して、複数の検出器１０６にＸ線透過をさせ、最低透過レベルを記録した検出器を特定するように相互に接続される。ＳＩＣ１０８は、最低透過レベルが、前もってプログラムされた既定の第１のレベルＡより小さいかを判断する。ＳＩＣ１０８は、最低透過レベルが、前もってプログラムされた既定の第１のレベルより大きく、かつ、前もってプログラムされた既定の第２のレベルＢより小さいかを判断する。ＳＩＣ１０８は、最低透過レベルが第２のレベルＢより大きいかを判断する。一つの実施の形態では、任意の単位において、Ａの値は３００であり、Ｂの値は６００である。
【００３２】
当業者にとって自明であるが、ＳＩＣは、多数の実施の形態で実施されることができる。一つの実施の形態では、本発明は、商業的に利用可能なＦＰＧＡを有する組込型コンピューターである。ＦＰＧＡは、検出器アレイから信号を読むＩ／Ｏボードと接続される。ＦＰＧＡは特別のファームウェアを有し、当該ファームウェアは、上記の計算を実行し、Ｘ線源に送信する必要のある要求された信号を決定し、当該信号をＸ線源に送信する。当業者にとって自明であるが、ＦＰＧＡに代わってＡＳＩＣを用いることも可能である。
【００３３】
いずれの場合もＳＩＣ１０８は、電気的接続、または／かつ、光学的接続により、Ｘ線源１０２に対して信号を送る。最低透過レベルが、前もってプログラムされた既定の第１レベルＡより小さければ、第１の信号はＸ線源１０２に次のパルスのＸ線強度を増やすように指示する。最低透過レベルが、前もってプログラムされた既定の第１レベルＡより大きく、しかし、前もってプログラムされた既定の第２のレベルＢより小さければ、第２の信号が、現在の強度を維持するように線源に指示する。しかし、第２の信号は用いられず、線源が同じ強度を維持するようにデフォルト設定してもよい。最低透過レベルが、前もってプログラムされた既定の第２のレベルＡより大きければ、第３の信号が、次のパルスのＸ線強度を減少させるように線源に指示する。第４の信号は、線源にＸ線パルスを自分自身で生成するように支持するときに用いられる。既定の時間経過した後、第４の信号が、線源に新しい強度の設定を定めさせるために送信される。
【００３４】
本発明は、パルス毎（即ち、数ミリ秒の間）にＸ線源１０２の強度を変調することが可能である。一つの実施の形態では、Ｘ線源１０２は変調されて、パルスからパルスへと強度が変化する。一つの実施の形態では、Ｘ線源１０２は、線形加速装置１０３を有する。一つの実施の形態では、Ｘ線源１０２は、線源強度制御受信器（ＳＩＣＲ：Source Intensity Control Receiver）１１２を有する。ＳＩＣＲ１１２は、電気回路であり、ＳＩＣからの信号を受信し、次のパルスに対して要求される強度レベルのためのＸ線源１０２の準備に必要な機能を実行する。一つの実施の形態では、Ｘ線源１０２は、さらに、次のパルスの線源の強度を物理的に変化させる装置と方法とを有する。他の実施の形態では、Ｘ線源１０２は、さらに、参照／監視検出器１１４を有する。参照／監視検出器１１４は、各パルスを読み、パルスの持続している間に線源の正確な強度を与える。監視検出器はＸ線源に関する当業者に良く知られているためここで詳細は述べない。
【００３５】
パルス状の線形加速装置に基づいたＸ線源において、線源強度は、以下の３つの要素に依存している。パルスの持続時間、線形加速器における電子の最大カレント、パルスの繰返し数である。第１の好ましい形態では、図３を用いて詳細に述べるように、線源強度はパルスの持続時間を変化させることによって変調される。Ｘ線源の変調方法として、パルスの持続時間を変化させることは、多くの複雑さを回避する。パルスの繰返し数（一秒当たりのパルス数）を変化させることは可能であるが、検査システムの運用の大掛かりな変更を必要とする。加速装置における電子の最大カレントを変化させることは可能であるが、後に述べるようにビーム負荷と呼ばれる加速装置の性質を変化させることになり、加速された電子のエネルギーに影響を与える。パルスの持続時間を変化させるときは、エネルギーは相対的に影響を受けない。
【００３６】
第２の実施の形態では、線源強度は、最大カレントを変化させることによって変調される。しかしながら、最大カレントを変化させると、ビーム負荷を変化させることになる。電子は、加速装置の構造から引かれたエネルギーであり、利用可能なエネルギーは低下し、その後に電子は低いエネルギーを得る。最大カレントを変化させることは、加速される電子の数を変化させ、ビーム負荷が変化し、加速に利用できる電子の量が変化する。従って、ビーム負荷を変化させると電子が加速される最終エネルギーが変化することになる。電子機器を追加して、変調器とＲＦ線源との設定を変更することにより、このことを補間することも可能である。
【００３７】
第３の実施の形態では、一秒当たりのパルス数を変化させることで線源強度を変調している。この方法は本発明に利用してもよいが、従来のＸ線写真システムは単一の線形加速装置パルスを用いてＸ線写真における画素の１列を生成している。従って、従来のシステムにおいて、一秒あたりのパルス数と、（スキャン方向に沿った）長手方向の解像度とは、直接的な関係がある。この方法を用いるため、本発明は、従来の線源より一秒当たりにより多くのパルスを発生させることができ、検出システムは、画像における画素の列を生成するために、固定時間間隔において、異なったパルスから信号を統合する。即ち、従来は各パルスが画像の列として用いられていたのに対して、今や、画像の各列は、多数のＸ線パルスの和からなる。
【００３８】
強度変調されたＸ線源を用いることの利点は以下のようである。
・強度変調された線源のＯＳＰが従来の線形加速装置のＸ線源と同等である場合は、要求されるＸ線強度が貨物の低い濃度領域では小さくなるために、強度変調された線源によって発生した放射線の平均量は、平均して（上記のように）かなりの因数分減少される。
・強度変調された線源のＯＳＰは、強度変調された平均放射線量が同等の従来の線源とおよそ同じになるように、従来の同等の線形加速装置Ｘ線源に対して因数Ｆ分高くなるように選択される。６ＭｅＶの線源では、Ｆ＝４とするとこの目標を達成できる。事実、放射線の到達範囲（footprint）は従来の線源よりやや小さくなる。これは、平均して、Ｆ＝４による増加が画像の小さい部分にのみ必要とされるからである。しかしながら、濃度の高い貨物における透過能力は、鉄５ｃｍ相当分増加する。これは、鉄の板の後に鉛のブロックを用いて測定した場合には、６ＭｅＶの線源を使った４０ｃｍの鉄の最先端の透過能力に対して約１３パーセントの改善を意味している。
・これら２つの極端な例の中間として様々な構成が可能である。例えば、といってもこの例に限定されるわけではないが、６ＭｅＶのＸ線源において、因数１．６５分だけ平均放射線の到達範囲（footprint）を低下させて、２．５ｃｍの鉄に相当する透過能力を得ることができる。
【００３９】
貨物検査システムは、動作中、以下のような本発明の線源変調システムと方法を用いる。ＯＳＰは、上述のような概略に沿ったものに相当するように選択され、詳細には、従来の線源と同等か、（６ＭｅＶの）従来の線源より４倍大きいか、または、これら２つの間をとるかである。強度変調された線源において、ＯＳＰは、許容される出力の最大強度として定義される（定格強度より小さくてもよい）。
【００４０】
強度変調システムは、最低強度の設定で初期化される。かかる強度で、１回の垂直ラインスキャンがシステムにより実行される。上述のように、貨物検査システムにおいて、システムの検出器のいずれかが、線源強度制御電子機器が特定の既定の閾信号Ａより小さい信号を受信したかどうかを判断する。もしそうなら、電子機器は、強度変調線源システムに数倍、例えば２倍分増加した出力をするように指示する。第２の垂直ラインが、新しい高い強度で実行される。もし検出器のいずれかが閾信号Ａより小さい信号を受信したら、電子機器は、強度変調線源に２倍分強度の増加を繰返し指示する。この処理は、強度変調線源がＯＳＰに達するか、各検出器の信号が閾信号Ａになるまで繰り返される。
【００４１】
選択肢として、最低透過レベルが、前もってプログラムされた既定の第１のレベルＡより大きく、前もってプログラムされた既定の第２のレベルＢより小さいときには、異なった信号が、線源に同じ強度に維持するように指示する。しかしながら、この信号は用いられず、線源は信号からの指示がないときには、同じ強度を維持するようにデフォルト設定されていてもよい。
【００４２】
最低透過レベルが、前もってプログラムされた既定の第２のレベルＢより大きければ、信号は、次のパルスの強度を減少させるよう線源に指示する。
【００４３】
選択肢として、Ｘ線走査システムは、互いに隣接する２つの検出器アレイを有してもよい。第１のアレイは、（透過像ではなく）次のパルスの要求された線源強度を測定するように構成され、第２のアレイは、（要求された線源の強度でなく）透過画像を測定するように構成される。この技術を用いることにより、次のパルスの要求された強度が正確に測定される。検出器のアレイの数を増やすとコストが増加するが、検査システムの処理能力を増加させることもできる。当業者であれば、その他の専門の検出アレイが追加され、本発明に含まれることが可能であることを理解できる。
【００４４】
変形例として、線源から固定因数分の増加を要求する代わりに、次のパルスにおいて線源に要求された強度を伝達する直接的な信号を送信することも可能である。本発明は、線源の強度を因数分だけ変化するように述べたが、線源に対して特定の強度変化を示すようにしてもよい。
【００４５】
理想的な線源強度は最低線源レベルが常にＡである。従って、次回のパルスの適切な強度Inewは以下のようになる。
Inew = Icur * A / Dmin            (1)
【００４６】
ここで、Inewは、線源の最小可能強度Iminと最大可能強度Imaxの間である。Dminは、測定された検出器レベルの最低値である。Icurは、現在の線源強度である。一つの実施の形態において、この新しい強度値は、アナログまたはデジタル形式で電気的な接続、或いは、デジタル形式で光学的な接続を経て、ＩＭＡＸＳ線源に送信される。上記の式は、Ｘ線源が、IminとImaxとの間で、任意の強度、または、要求された強度に近い強度を生成できることを前提にしている。このように微調整された強度調整は、著しく性能を向上させない。事実、（貨物の低い吸収率を示す）明るい領域と、（高い吸収率を示す）暗い領域との間の閾値において、このような微調整された強度調整は弊害をもたらす。強度調整は結局、前回のパルスの間に測定された検出器のレベルに基づくものである。前回のパルスにおいて測定された検出器レベルから予想されるより大きい強度が必要とされる場合を予測する、強度について（２倍程度の）大きい差（ステップ）を設けるのがよい。
【００４７】
従って、一つの実施の形態では、以下の式を用いてより適切な強度が計算される。
【００４８】
Inew
= Imax * exp (-log(2)*floor[log((Imax * Dmin)/(A * Icur))/log(2)])   (2)
【００４９】
ここで、関数floor(x)は、xより小さい整数で、xに最も近いものを見つける。式（２）は、関数floor()が無ければ、式（１）になる。式（２）を用いると、（因数として２以外が選ばれるものの）強度は最大強度の２乗に変換される。IminとImaxとの間のこの新しい強度は、電気的にあるいは光学的に直接Ｘ線源に送信される。Imaxは、任意に１に規格化される。ここで、１は慣例によりIMAXS線源のＯＳＰとされる。さらに、上記の２つの式において、ＳＩＣは、現在の強度Icurの履歴を維持しなければならない。最後に、Dmin> 2 * Aでない、即ち、閾値Ｂが、実質的に2 * Aに設定されていれば、強度の変化は起こらない。
【００５０】
別の信号は、線源に対して、Ｘ線パルスを自分自身で生成するように指示する。この最後の信号は、十分な時間が経過した後に、線源が新たな強度設定を定めるように送られる。この処理は、走査の最後まで続けられ、線源は、最低強度設定に戻ることになる。
【００５１】
本発明は、従来の６ＭｅＶの線形加速装置Ｘ線源を用いた貨物検査システムに用いられる例のみに基づき説明する。本発明の上述の強度変調Ｘ線源技術は、任意の線形加速装置のエネルギー（通常は１〜１５ＭｅＶ）に用いられても良い。
【００５２】
図１ｂは、従来の６ＭｅＶの線形加速装置線源を用いた貨物検査システムによって得られた、貨物Ｘ線画像である。グラフ１１０は、最低透過パターン１１５、最大透過ライン１２０、標準線源強度ライン１２５、最大強度変調線源パターン１３０を示している。透過信号は、Ｘ線画像の垂直列を、画像全体に渡って測定されている。Ｘ線画像は、Ｘ線の１パルスあたり１列を有する。強度変調された線源が用いられたときには、強度変調された線源パターン１３０は、線源強度ライン構造を描く。画像に示されるように、最低透過がかなり高い（画像において任意の単位の１，０００〜１０，０００）多くの領域が存在し、最低透過が極めて小さい領域はわずかである。従来の線源は、同じ固定強度１２５を用いるが、強度変調された線源は、強度プロフィール１３０を有する。
【００５３】
図２は、６ＭｅＶの固定強度のＸ線源を有するRapsican Systems, Inc. MSCS Eagle (登録商標) system によって得られた１０００の画像を用いてIMAXS線源が有する効果を計算した結果を示すグラフ２００である。上述のように、そして、グラフに示されるように、平均放射線量は因数３で減少しているが、画像透過は同等に維持されている。これらの画像のさらなる解析によって、従来の放射線の到達範囲（footprint）と同じでありながら、本発明の強度変調された線源を用いたシステムの画像における透過量は、鉄の等価物に対して約２インチ以上になる。
【００５４】
上述のように、本発明は、パルス毎（数ミリ秒内に）に線源の強度を変調することができる。一つの実施の形態では、Ｘ線源は、システムがパルスからパルスへ強度を変化させるように変更できる。一つの実施の形態では、Ｘ線源は、さらにＳＩＣＲを有する。ＳＩＣＲは、電気回路であり、ＳＩＣから信号を受信し、次のパルスの要求される信号強度レベルの線源を準備するための必要な機能を実行する。上述のように、一つの実施の形態では、線源はパルスの持続時間を変化させることにより変調される。
【００５５】
背景として、パルス状の電子加速装置は２つのタイプの電子銃のうち一つを有する。ダイオード銃か、３極管銃として知られるグリッド銃である。ダイオード銃が用いられる場合には、陰極における負の高電圧パルスによって電子が放射される。３極管銃の場合には、陰極は、より小さい負の高電圧に固定され、それ自体では電子を放出することができない。陰極の前におかれたグリッドは相対的に小さい正の電圧のパルスを発する。陰極とグリッドとを組合せた電圧により、電子は、陰極から逃げ出すことができる。いずれの場合も、加速構造において、ＲＦパルスが同時に存在すると、電子は加速され、標的に衝突し、Ｘ線を生成する。これらの銃は、加速装置のタイプ、階調度、長さと独立に設計され、従って、任意の加速装置エネルギーやＸバンド、Ｓバンドに用いられる。
【００５６】
図３は、両方の電子銃に含まれる電子回路の図である。図３に示すように、図３０５は、ダイオード銃を伴った加速装置の回路であり、図３１０は、３極管銃、または、グリッド銃を伴った加速装置の回路である。図３は、本発明の強度変調線源能力と共に用いられる電子銃の両方を考慮した、改良電子回路３０６、３１１の設計例をさらに描いている。これらの設計は、単なる例であり、本発明はこの設計に限定されるものではない。
【００５７】
図３に示すように、改良電子回路３０６、３１１は共に遅延生成器３１５を用いている。パルス間において、検査システム検出アレイからの情報が用いられ、遅延生成器３１５を特定の遅延値に設定する。かかる遅延値は、一つの実施の形態では０から加速装置のＲＦパルスの幅の間の範囲になる。ダイオード銃回路配列３０５が用いられた場合には、銃のパルスは、遅延の後、サイラトロン３２０を用いてグランド（ground）に固定され、効果的にパルスを短くする。ここで、遅延が短くなることによって、より少ない電子が生成され、従って、強度を減少させる。３極管回路３１０が用いられた場合には、少し異なった方法が用いられる。即ち、遅延によって、ＲＦパルスはグリッドパルスのタイミングからずれる。この場合には、同数の電子が各パルスにおいて生成され、ＲＦパルス内に放出された電子のみが加速される。遅延を変化させることにより、グリッドパルスとＲＦパルスとの重なりを変化させる。これにより、加速される電子の数を変化させ、強度を変化させる。別の３極管銃の選択は、グリッドパルスの幅を変化させることにより投入するパルスの幅を変化させることである。これにより、加速装置への電子の注入を減らすことができる。好ましい実施の形態では、３極管銃またはグリッド銃３１０は、相対的に低いグリッド電圧を有し、正確に時間を決めることができる。
【００５８】
固定されたポータル検査システムに関して強度変調線源システムおよび方法を説明してきたが、本発明の強度変調線源を（トラックに搭載する）可動性の適用例に利用するこができる。可動性の応用例において、最大トラック重量と車輪毎の重量の制限により、遮蔽重量は、利用可能なＸ線源を制限する要素の一つである。高エネルギーの線源は、検出器の後ろにより多くの遮蔽と、より重いビームストップを必要とする。従って、現在利用できる可動性の検査システムは、〜４．５ＭｅＶまでの最大線源エネルギーを有している。本発明の強度変調線源は、画像装置の放射線の到達範囲（footprint）を全体で低くすることができるため、同じビームストップに対して高い線源を用いることが可能になる。従って、可動性の応用例に本発明を用いる際には、従来の４．５ＭｅＶ線源に変わって、６ＭｅＶ以上の線源を用いてもよい。
【００５９】
伝統的に、線形加速装置において遮蔽物は、標的に近いタングステンのコリメーターを除いて鉛で構成されていた。鉛は廉価であるため好まれるが、以下で説明するように、ほとんどが鉛で構成された遮蔽物の重量は、全てタングステンで構成された遮蔽物よりはるかに大きい。
【００６０】
理想的な遮蔽物は、密度が高く、高Ｚ物質（high-Z material）であって、標的の回りに球状をなすものである。制動放射性スペクトルは、前方に高い強度と、高いエネルギーをもつため、球体は、標的の中心ではなく、前方に距離Ｄずらして配置される。図４ａは、半径Ｒ＝２５ｃｍの球状の鉛の遮蔽物、標的の空洞半径ｒ＝２ｃｍ、ズレ量Ｄ＝１．５ｃｍのシミュレーションの結果を示している。グラフ４０１において、線源から放射されたエネルギーは、前方からの角度の関数として示される。これは図４ｂと比較すべきものであり、図４ｂのグラフ４０３は、遮蔽されていない線源の同様なグラフを示している。図４ｃのグラフ４０５は２つのグラフ４０１，４０３の比を示している。グラフ４０５は、放射線が、全ての方角で、基本的に定数因数５．８  １０−５分減少していることを示している。要求された減少因数が例えば２．５  １０−６である場合には、下記の式を用いた補外法によって、鉛の遮蔽物として要求される半径Ｒｄｅｓｉｒｅｄが見出される。
0006000549.tif 000002
【００６１】
図５ａは、鉛におけるこのタイプのシミュレーションの最終結果を示している。図５ａのグラフ５０１は、各角度における必要とされる鉛の量（ｃｍに比例）を示している。興味のあるエネルギー領域において、鉛とタングステンとの質量減衰係数は非常に似ているため、タングステンの結果は、鉛の結果に比重の比率をかけることによって計算可能である。９０％の純度のタングステンでは、比重は、１７．１ｇ／ｃｃであり、比率は０．６６４である。図５ｂのグラフ５０３は、必要とされるタングステンの量（ｃｍに比例）の計算結果を示している。
【００６２】
可動性の応用例における本発明を用いた６MeVの線源の遮蔽物に関する要求について再検討すると、３５ｃｍの半径の鉛の球体は、２３ｃｍのタングステンの球体と同じ遮蔽量を提供することがわかる。半径は、比重の逆数に対応する。しかし、球体の体積は、半径の３乗に対応し、従って、比重の３乗の逆数に対応する。球体の重量は、比重の二乗の逆数に対応する。球体のタングステンの重量（〜９００ｋｇ）は鉛の球体の重量（〜２０００ｋｇ）よりかなり小さい。
【００６３】
様々な障害、すなわち、加速器それ自身と制御信号の接続、ＲＦパワーと冷却水などから、完全な球体の遮蔽物は実際的でない。図６は、６ＭｅＶのＸバンド加速装置における好ましい遮蔽物の設計６００を示している。この全てタングステンを使った遮蔽物において、遮蔽物、支持部、筐体、ＲＦユニットを含んだ加速装置の全重量は約１５４０ｋｇと見積もられる。これは、４．５ＭｅＶの現在使用されているＳバンド加速装置（支持部、筐体、ＲＦユニットを含む）の重量である約２６３０ｋｇと比較されるべきものである。従って、全てタングステンの遮蔽物を用いることにより、６ＭｅＶのＸバンド線源の重量が４．５ＭｅＶのＳバンド線源と比較して約４０％減少している。これは、（高価な）タングステンの遮蔽物のいくつかを鉛に変更する余地を残すものである。
【００６４】
強度変調された線源を使用すると、貨物検査システムの放射線の到達範囲（footprint）を改善し、画像透過能力をかなり向上させることができる。また、可動性の検査の応用例における本発明の強度変調された線源とともに、高エネルギーの線源を許容する遮蔽物の設計を用いることも可能である。あるいは、同じ高エネルギー加速装置を用いつつ、重量を低くあるいは同等にすることができる。
【００６５】
本発明の強度変調システムおよび方法は、任意の検査システムに利用できる。特に、本発明のシステムおよび方法は、二重エネルギー線形加速装置Ｘ線源において利用可能である。当該二重エネルギー線形加速装置Ｘ線源では、第１のエネルギーから第２のエネルギーに切り替るとともに強度が変調される。さらに、本発明のシステムおよび方法は、線形加速装置に基づいたＸ線源において利用可能である。当該線形加速装置に基づいたＸ線源は、ポータルシステム、固定システム、可動性システム、様々な環境を走査するシステムを含む。ポータルシステムのように職員が散乱されたＸ線にさらされるシステムは最もこの技術の利益を得る。
【００６６】
上記の例は、本発明のシステムの様々な応用例を説明するための単なる例にすぎない。本発明のわずかな実施の形態のみがここに記載されているが、本発明の精神と範囲とを逸脱しない範囲で、本発明は、多くのほかの形態で実施されうる。従って、ここに示す例と実施の形態とは、説明のためのものであり、制限を与えるものではなく、本発明は添付の請求項の範囲内で変更されるものである。
【図１ａ】
0006000549.tif 000003
【図１ｂ】
0006000549.tif 000004
【図２】
0006000549.tif 000005
【図３】
0006000549.tif 000006
【図４ａ】
0006000549.tif 000007
【図４ｂ】
0006000549.tif 000008
【図４ｃ】
0006000549.tif 000009
【図５ａ】
0006000549.tif 000010
【図５ｂ】
0006000549.tif 000011
【図６】
0006000549.tif 000012