(57)【要約】ある領域中の放射性物質の検出方法および検出装置を開示する。装置は、電磁放射を発信するよう機能的に配置された発信器、電磁放射の強度を計測するよう機能的に配置された受信器、および該強度計測に基き放射性物質の存在を検知するよう機能的に配置された処理手段を有する。２つの受信器構成が可能である。第１は、放射性物質を探査する領域近傍の大気中のイオン軌跡が反射する電磁放射の強度を受信器は計測する。第２は、放射性物質を探査する領域近傍の大気により発信された電磁放射の強度を受信器は計測する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある領域中の放射性物質の検出装置であって：
電磁放射を発信するよう機能的に配置された発信器；
電磁放射の強度を計測するよう機能的に配置された受信器；および
該強度計測に基き該放射性物質の存在を検出するよう機能的に配置された処理手段を有することを特徴とする該検出装置。
【請求項２】
該受信器が該領域近傍の大気中のイオン軌跡により反射された該電磁放射の強度を計測することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
該受信器が該領域近傍の大気により発信された該電磁放射の強度を計測することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
該電磁放射が高周波であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
該高周波が３００ＭＨｚから３０ＧＨｚまでの範囲の周波数を有することを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
該電磁放射がパルスとして発信されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
該パルスが秒当たり９６８から１０００パルスの範囲のパルス繰り返し速度で発信されることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
ある領域中の放射性物質の検出方法であって：
該領域近傍の大気中に電磁放射を発信し；
該電磁放射の強度を計測し；そして
該計測された強度に基き放射性物質の存在を検出することを特徴とする該検出方法。
【請求項９】
該強度計測が、該領域近傍の該大気中のイオン軌跡により反射された該電磁放射の強度を計測することからなる請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
該強度計測が、該領域近傍の大気により発信された該電磁放射の強度を計測することからなる請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
該電磁放射が高周波であることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
該高周波が３００ＭＨｚから３０ＧＨｚまでの範囲の周波数を有することを特徴とする請求項１１に記載の方法
【請求項１３】
該電磁放射がパルスとして発信されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
該パルスが秒当たり９６８から１０００パルスの範囲のパルス繰り返し速度で発信されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放射性物質の検知に関する。より詳細には、本発明は電磁放射を利用した放射性物質の検知方法及び装置に関する。さらに詳細には本発明はアルファ線、ベータ線及びガンマ線により生じたイオン軌跡が反射した電磁放射線の検出による放射性物質の検知方法及び検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルファ及びベータ粒子及びガンマ線など、放射性物質からの放射線は植物にも動物にも非常に危険であることは広く知られている。放射性物質の存在を検知する種々の手段が開発されている。そのうち最も一般的で良く知られた放射線測定装置の１つがガイガー・カウンターである。ガイガー・カウンターはアルファ及びベータ粒子及びガンマ線の存在により大気中に発生するイオン化を検知する。ガイガー・カウンターは通常棒状陽極を囲む筒状陰極を封入した管からなっている。陰極と陽極は管の末端壁を通じて電力源に接続する。この管は通常、数センチメートル水銀程度の低圧のアルゴン、ネオンなどの不活性ガスと塩素、臭素などのハロゲンの混合ガスで、満たされている。５５０ボルトなどの高電圧が筒と陽極の間に掛けられている。この電圧は両電極間の放電を発生させるのに必要な電圧よりわずかに低い。
【０００３】
大きなエネルギーを持った荷電粒子が筒に入射するとき、ガスの原子から電子がはじき出される。マイナス電荷を有するこれらの電子は陽極に誘引され、電子を奪われた原子は（プラス荷電イオンとなり）陰極に誘引される。陽極と陰極の間に形成された高電圧は、高電圧勾配を生じさせ、十分に自由電子を加速しさらなる電子を原子からたたき出し、それは次いで高電圧勾配により加速されてまたさらなる電子を原子からたたき出し、電子の「雪崩（ａｖａｌａｎｃｈｅ）」を形成する。電子雪崩が継続し、陽イオンも陰極に向かって加速される。これらの陽イオンは十分なエネルギーをもって陰極壁を打ち、さらに電子を追加放出する。これらの電子全ては陽極に向かい、電流のパルスとして検出される。従ってこのパルスの発生が、荷電粒子が管を通過したことを示す。次いでこの電流パルスは適当な電子計数回路を用いて増幅、計数され、および／または可聴音響に変換され、ガイガー・カウンターが遭遇した荷電粒子の数の定量的および／または定性的尺度をガイガー・カウンターの使用者に与える。
【０００４】
ガイガー・カウンターその他の放射能検知装置に内在する問題は、検出には装置が放射性物質の近傍になければならないことである。即ち、検出領域にそれらを運ぶ必要があり、担当者が放射線に暴露されることを意味している。たとえ遠隔操作運搬具を使用する場合でも、運搬具は放射性物質に暴露され、担当者が接触する前に運搬具の洗浄が必要となる。
【０００５】
従って、装置および使用者の放射性物質への暴露を防止するため、遠方から放射性物質の存在を検知しうる放射性物質検知装置が長く望まれていたことは明白である。
【０００６】
本発明は広く、ある領域内の放射性物質の検出方法および検出装置に関する。この装置は、電磁放射線を発信するよう機能的に配置された発信器、電磁放射線の強度を測定するよう機能的に配置された受信器、および該強度測定に基き放射性物質の存在を検知するよう機能的に配置された処理手段からなっている。
【０００７】
本発明の一般的な目的は遠隔的に放射性物質を検出する方法および装置の提供である。
【０００８】
本発明の他の目的は雰囲気中のイオン軌跡を検出する方法および装置の提供である。
【０００９】
本発明のこれらおよびその他の目的、特徴および利益は、図面および請求の範囲を参照しつつ以下の発明の詳細説明を読むことで当業者には容易に明白となるであろう。
【００１０】
本発明の動作の本質および形態は添付した図面と共に以下の発明の詳細説明により詳細に記述される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下の発明の詳細説明において、異なる図面上の同じ参照番号の構成要素は本発明における同一の構成要素を各図において表示していると解釈される。
【００１２】
従来から知られているように、アルファ線、ベータ線およびガンマ線は空中を通ると空中の分子をイオン化し、イオン化分子の軌跡を生じさせる。アルファ粒子は約１−１０ｃｍの軌跡を生ずる。ガンマ線は直接空気分子をイオン化しないが、ガンマ線粒子はベータ粒子を生成し、周囲の空気をイオン化する。従ってガンマ線とベータ線の双方は類似のイオン軌跡を生じさせるが、それらは比較的長く、１０−１００ｃｍである。アルファまたはベータ粒子が生成したイオン軌跡は約１ミリ秒間存続する。
【００１３】
図１は、物体１１が放射線の放射を調査するためにガイガー・カウンター１０を使用している人を示す。上記したように、管１５は放射性物質の存在により発生するイオン軌跡を検出する。ユニット１２は管の陽極と陰極の間の電圧を維持するための電力を供給する。上記のように、放射性物質が含まれているか否かを測定するためには使用者は物体１１に接近しなければならず、使用者を放射線障害の危険に曝すこととなる。
【００１４】
図２は本発明の装置の一例を使用して物体２４にアルファ粒子を放射する放射性物質が含まれているかを調査している人を示す。装置２０は物体２４の方向に高周波（ｒａｄｉｏ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｗａｖｅｓ）２２を照射する。もし物体２４がアルファ粒子を放射する放射性物質を含む場合には、比較的短いイオン軌跡２１が生じる。もし高周波２２の波長が軌跡２１の長さと同等の場合には、軌跡２１はチャフ（ｃｈａｆｆ）と同様にしてアンテナとして機能する。約３から３０ＧＨｚの範囲の周波数の高周波２２を照射することにより、軌跡２１は高周波２２を反射する。反射された放射のレベルを検出することにより、空中のイオン化量を検出することができ、物体２４中のアルファ粒子を放射する放射性物質の存在を測定することができる。
【００１５】
図３は物体３４の近傍大気中に形成された、大気中のベータ線粒子の存在により形成された軌跡など、より長い軌跡３１を図示している。装置２０は高周波３２を照射し、物体３４中の放射性物質の存在を検出する。約３００ＭＨｚから３ＧＨｚの周波数を有する高周波の照射により装置２０はベータ線とガンマ線の検出が可能となる。好適例において、周波数を３００ＭＨｚから３０ＧＨｚの範囲内で変化させ、どの程度のアルファ粒子、ベータ粒子またはガンマ線を試験中の物体が放射しているかを測定する。しかし、３００ＭＨｚから３０ＧＨｚの範囲外の周波数の高周波を使用してもイオン軌跡を検出することができることは当業者には容易に明らかであり、これらの修正例は特許請求の範囲記載の発明の範囲に包含される。
【００１６】
上記のように、イオン軌跡は１ミリ秒間のオーダーで存在する。異なる軌跡からの戻りを分離するために、本発明の好適例では各発信パルス間に１ミリ秒の間隔が維持される。好適例において、パルス長さは、試験物体の長さ範囲の１０％である。従って、３０００ｍの試験試料では１μｍのパルス長さとなる。パルス間に１ミリ秒の休みを入れることで１／（０．００１００１秒）または９９９Ｈｚのパルスレート周波数となる。物体が試験される距離は１０ｍから１０ｋｍに及ぶので、パルス長さは３３ｎｓから３３μｓの範囲となる。従って好適例において、パルス繰り返し周波数は約９６８Ｈｚから１ｋＨｚの範囲である。しかし他のパルス長および速度をイオン軌跡の検出に使用することができ、これらの修正例は特許請求の範囲の発明に包含される。
【００１７】
図４は本発明の実施に使用可能な典型的なパルスードップラー・レーダー・システム１００の説明図である。装置１００は平面アレーアンテナ１０８を有し、高周波放射を送信しかつ受信するよう機能的に配置されている。励起装置１０２は所望の発信周波数と位相の発信器用の信号と、受信器が使用する参照信号を作成する。発信器１０４は励起装置から送られた信号を増幅し、高周波パルスを作成する。発信器１０４は通常、進行波管であり、当業者には良く知られている。送受切換器（Ｄｕｐｌｅｘｅｒ）１０６は発信波を発信器からアンテナに送らせ、受信波をアンテナから受信防護機器１１０に送らせるが、その他の全信号を減衰させる。アンテナ１０８は所望の方向に高周波を送り、その方向からの電磁放射線を受信する。アンテナ１０８に入射する高周波は、その高周波が予め決められた閾値以下のパワーレベルを有する限り受信防護機器１１０を通過し受信器１１２に達する。装置１１０は予め決められた閾値を越える信号を減衰させ、受信器１１２が受信回路に損害を与えるような信号に曝されるのを防止する。受信器は戻り信号を励起装置からの参照信号と混合し、ビデオ周波数信号を作成する。ビデオ信号は信号プロセッサ１１４に送られる。信号プロセッサ１１４はビデオ信号を分析し、目的とする信号が検出されているかどうか解析する。目的信号はディスプレー１１６に表示される。ディスプレーを観察している使用者は、表示された戻り信号に基き、試験物体中に何か放射性物質が存在するか否か判断する。制御装置１２０はアンテナに命令を送る。これらの命令は使用者が作成したものか、予め決められた調査原型（ｓｅａｒｃｈ  ｐａｔｔｅｒｎ）とすることができる。レーダーデータプロセッサ１１８は、もしレーダーシステムが地上に対し動いているならばこれら命令を修正する。修正された命令はアンテナの配置を調整するドライブ１２２に送られる。既知のその他の構成要素を本発明の実施に使用可能であることは当業者には容易に明らかであり、それらの修正は本願の特許請求の範囲記載の発明の範囲に包含される。放射性物質の存在を確認するために使用者がディスプレーの観察を必要とするよりも、予め定められたレベルの戻り信号が受信されたとき、本願装置が可聴および／または可視警報を活性化させうることは当業者には容易に明らかである。それらの修正も本願の特許請求の範囲記載の発明の範囲に包含される。
【００１８】
図５は高周波アンテナ７１を有する本発明の具体例７０を示している。図４に示すアンテナは矢印で示されるように、高周波放射７２を送信しかつ受信するよう機能的に配置される。放射７２は物体７４が放射する放射性粒子により形成されたイオン軌跡７３により反射される。ユニット７５は残りのその他の装置からなり、その一例が図４に示されている。装置７０はイオン軌跡７３により反射された高周波放射のレベルを測定し、この測定値から放射性物質の存在を検知する。
【００１９】
図６は本発明の他の具体例を示す。装置８０は高周波７２を放射するよう機能的に配置されたアンテナ７１を有する。受信器８２は物体７４近傍の大気中に発信された信号波７２を受信するよう機能的に配置されている。線８１は受信器８２を、残りの装置からなるユニット７５と結んでいる。従って、もし物体７４が放射性物質からなるならば、イオン軌跡７３がいくらかの高周波７２を反射する。受信器８２は従って発信器７１が放射した高周波中の減衰を検出する。減衰のレベルを測定することにより、物体７４中の放射性物質の存在を測定することができる。これらおよびその他の構成を物質が散乱し放射する高周波放射のレベルの測定に使用しうることは当業者には容易に明らかであり、それらの修正は本願の特許請求の範囲記載の発明の範囲に包含される。
【００２０】
さらに、もしレーダーのエネルギーが十分強い場合には、個々の軌跡を検出することができる。もしレーダーにより形成される電場が十分強くて第２次イオン化が生じ、放射線によりイオン化が増幅される場合にかかる現象が生じる。従って、本発明は、個々のイオン軌跡を測定し、イオン軌跡が散乱した放射線量を測定するか、物体近傍の大気中に発信された信号のイオン軌跡による減衰量を測定することにより、放射性物質の存在を測定する。散乱した戻り波または減衰の強度に基き、本発明は存在する放射性物質の強度も測定することができる。
【００２１】
上記発明は静的ユニットとして使用することができ、その場合反射した波または発信された波の周波数は発信波とほぼ等しい。本発明は動的にも使用することができ、その場合受信器が受信する反射された波または発信された波は、発信波からドップラー・シフトを受けている。この場合装置は、発信器および／または受信器の運動に起因するドップラー・シフトを計算するよう機能的に配置される。運動するか静止している発信器、受信器、またはトランシーバーと共に実施される本発明は特許請求の範囲に包含される。
【００２２】
従って、本発明の目的は効率的に達成され、当業者には本発明への修正、変更は明らかであり、これらの修正、変更はクレームされた本発明の範囲内であると意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】放射性物質を含む物体のテストに使用されているガイガー・カウンターの概略図である。
【図２】アルファ線を放射している物質をテストしている本発明の具体例の概略図である。
【図３】ベータ線および／またはガンマ線を放射している物質をテストしている本発明の具体例の概略図である。
【図４】本発明の典型的具体例の概略図である。
【図５】イオン化軌跡により反射された高周波放射の量を計測する本発明の具体例の概略図である。
【図６】イオン化軌跡により減衰を受けた高周波放射の量を計測する本発明の具体例の概略図である。
【符号の説明】
【００２４】
１０・・・ガイガー・カウンター、１１、２４・・・物体、１５・・・管、２１・・・軌跡、２２、３２、７２・・・高周波、１００・・・レーダー・システム、１０２・・・励起装置、１０４・・・発信器、１０６・・・送受切換器、１０８・・・アンテナ、１１０・・・受信防護機器、１１２・・・受信器、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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