(57)【要約】【課題】より高い位置分解能を備え、価格を抑えることのできる透視装置を提供する。【解決手段】本発明に係る透視装置は、積層された第一のシンチレーター層と第二のシンチレーター層を有する第一の光発生部と、積層された第三のシンチレーター層及び第四のシンチレーター層を有する第二の光発生部と、を備えた透視装置とする。またこの場合において、第一のシンチレーター層、第二のシンチレーター層、第三のシンチレーター層及び第四のシンチレーター層の少なくともいずれかは、一の方向に延伸方向が沿うよう配置された複数の第一の柱状シンチレーター層と、一の方向とは異なる方向に延伸方向が沿うよう配置された複数の第二の柱状シンチレーター層と、を有することが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された第一のシンチレーター層と第二のシンチレーター層を有する第一の光発生部と、
積層された第三のシンチレーター層及び第四のシンチレーター層を有する第二の光発生部と、を備えた透視装置。
【請求項２】
前記第一乃至第四のシンチレーター層に接続される光伝送部材と、前記光伝送部材に接続される検出装置と、を備えた請求項１記載の透視装置。
【請求項３】
前記第一のシンチレーター層、前記第二のシンチレーター層、前記第三のシンチレーター層及び前記第四のシンチレーター層の少なくともいずれかは、
一の方向に延伸方向が沿うよう配置された複数の第一の柱状シンチレーター層と、
前記一の方向とは異なる方向に延伸方向が沿うよう配置された複数の第二の柱状シンチレーター層と、を有する請求項１記載の透視装置。
【請求項４】
前記第一の柱状シンチレーター層及び前記第二の柱状シンチレーター層の少なくともいずれかは、複数の柱状シンチレーターが間隙をおいて複数配置されており、かつ、これが位置をずらして二層以上積層してなる請求項３記載の透視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線による透視装置は、航空機に搭乗する前に身体や荷物のＸ線検査を受けるように、現代社会で公共の安全を確保するための基本的な検査である。
【０００３】
一般に、Ｘ線の透過長は数ｇ／ｃｍ２＝１ｍ２当り数１０ｋｇであり、身体や手荷物の検査には有効であるが、１ｍ２当り数１００ｋｇの乗用車の透視は困難である。
【０００４】
上記の観点から、米国では透視長が２０ｇ／ｃｍ２程度のγ線を用いた乗用車透視検査装置が実用化されている。
【０００５】
しかしながら、貨物用トラックやコンテナは１ｍ２当り１ｔ程度の物質があるため、γ線でも透視は困難で、原理的に透視できる放射線は高速中性子か宇宙線μ粒子だけである。
【０００６】
そのため、麻薬の密輸入や不法移民の密入国に悩む米国では高速中性子取り出し用の窓を開けた原子炉や重水素＋三重水素核融合装置を税関付近に設置してトラック透視を行うというアイデアさえ提案されている。
【０００７】
ところで、宇宙線μ粒子の透過長は１０ｋｇ／ｃｍ２程度であり、厚さ１ｍの鉄や１０ｍの水で１／１０が散乱する。福島第一原発ではメルトダウンした核燃料デブリの位置を測定するため大面積μ測定器が建設中であり、火山の噴火予知のため火道を上昇するマグマをμ粒子で観測する計画も存在するなど、大質量の物体をμ粒子で透視できることは実証されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、現在福島第一原発で製作中のμ測定器の使用は公開されていないが、例えば有効面積が３ｍ×３ｍで１面当たりの価格が数億円と予想できる。一般の海上輸送用コンテナは幅８ｆｔ×長さ４８ｆｔ×高さ９．６ｆｔであり、コンテナ透視には有効面積８０ｍ２程度である。福島第一原発で製作中の測定器と同じタイプなら価格は数１００億円以上とになると思われ、現実的ではない。
【０００９】
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、高い位置分解能を備え、価格を抑えることのできる透視装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する本発明の一観点に係る透視装置は、積層された第一のシンチレーター層と第二のシンチレーター層を有する第一の光発生部と、積層された第三のシンチレーター層及び第四のシンチレーター層を有する第二の光発生部と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
以上、本発明により、高い位置分解能を備え、価格を抑えることのできる透視装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る透視装置の外観図である。
【図２】実施形態に係る透視装置の図１におけるＡ−Ａ’断面図である。
【図３】実施形態に係るシンチレーター層同士の積層のイメージ図
【図４】実施形態に係るシンチレーター層による発光位置特定のイメージ図（上面図）である。
【図５】実施形態に係る一のシンチレーター層の積層のイメージ図である。
【図６】実施形態に係る光伝送部材のイメージ図である。
【図７】実施形態に係る柱状のシンチレーターからの透明光ファイバーの分岐のイメージを示す図である。
【図８】実施形態に係る光電管による柱状シンチレーター特定のイメージを示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態、実施例の具体的な例示にのみ限定されるわけではない。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る透視装置（以下「本装置」という。）１の外観図であり、図２は本装置１のＡ−Ａ’断面図である。
【００１５】
本図で示すように、本装置１は、積層された第一のシンチレーター層２１と第二のシンチレーター層２２を備えた第一の光発生部２と、積層された第三のシンチレーター３１層と第四のシンチレーター層３２を備えた第二の光発生部３と、第一乃至第四のシンチレーター層に接続される光伝送部材４と、光伝送部材４に接続される検出装置５と、を備える。
【００１６】
本装置１では、第一の光発生部２と第二の光発生部３の間に測定対象物Ｍを配置する。そして、第一の光発生部２では装置外部から入ってくるμ粒子の進行方向を推定し、第二の光発生部３では装置内部から外部に出ていくμ粒子の進行方向を推定する。この結果、これらの進行方向の交点を測定対象物Ｍの位置として推定することができる。これは、装置内部に入ったμ粒子が測定対象物Ｍによって進行方向が変化した後、装置外部に出ていく、という原理に基づくものである。
【００１７】
また本装置１において、第一の光発生部２は、上記の通りμ粒子の入射方向を観測するために用いられるものであって、μ粒子が入射されると光を発することができるものである。本装置１は、この光の発光位置を特定することで、μ粒子の入射、出射方向を推定する。
【００１８】
より具体的に説明すると、本装置１における第一の光発生部２は、上記の通り、第一のシンチレーター層２１と第二のシンチレーター層２２を備えており、これらが所定の間隔をあけて固定配置されている。そして、第一のシンチレーター層２１、第二のシンチレーター層のそれぞれは、二次元的（平面的）な広がりをもって存在し、μ粒子が入射された場合、その位置を二次元的に検出することができる。そして、第一のシンチレーター層２１、第二のシンチレーター層２２の発光位置をそれぞれ二次元的に把握し、所定の距離だけ離れた二つの発光位置を結ぶことで、μ粒子の発光方向を三次元的な直線として推定することができる。なお、間隔を固定する方法は特に限定されないが、鉄等の金属やプラスチック等の硬い材質からなる枠部材で固定されていることは好ましい一例である。
【００１９】
また、第一の光発生部２において第一のシンチレーター層２１、第二のシンチレーター層２２の形状は、平面的な広がりをもって存在していればよく、これらの図で示すように、折れ曲った部分を備えていてもよい。折れ曲った部分を備えていても、第一のシンチレーター層２１及び第二のシンチレーター層２２の位置関係さえ明確であれば、三次元的に入射方向を推定することができる。特に、折れ曲った部分を備えていることで、後述の第三のシンチレーター層、第四のシンチレーター層を備えた第二の光発生部３と組み合わせて、測定対象物Ｍ全体をもれなく覆うことが可能となる。なおこの場合において、折れ曲った部分ではあるが、第一のシンチレーター層は、細かい部分に分割された平面的なシンチレーター層を複数組み合わせて構成されていることとしてもよい。このようにすることで様々な複雑な形状に合わせて構成することが可能となる。
【００２０】
さらに、本装置１において、第一のシンチレーター層２１は、一の方向に延伸方向が沿うよう配置された複数の第一の柱状シンチレーター層２１１と、当該一の方向とは異なる他の方向に延伸方向が沿うよう配置された複数の第二の柱状シンチレーター層２１２と、を有している。この積層のイメージ図を図３に示しておく。本図は、上記図２のさらなる一部の斜視拡大図である。なお本図は、それぞれの延伸方向が略垂直に交差している場合のイメージを示している。すなわち、異なる方向とするのは、異なる二つの軸であることにより、平面上の一点を特定するためである。
【００２１】
ところで本装置１において「シンチレーター」とは、放射線、具体的にはμ粒子の入射に基づき蛍光を発することができ、その蛍光を伝搬させて外部に取り出させることができる物質をいう。シンチレーターの具体的な例としては、上記の機能を有する限りにおいて限定されるわけではないが、ポリスチレンやポリビニルトルエン等のプラスチック中に蛍光物質が分散されたものが好適である。また、「柱状シンチレーター」とは、一方向に延伸した柱状のシンチレーターである。なお、柱状シンチレーターの断面は円形状であってもよいが、配置の安定性の観点から四角形等の多角形状であることが好ましい。
【００２２】
また、本装置１のシンチレーターにおける発光物質としては限定されるわけではないが、例えば有機蛍光物質、無機蛍光物質であることが好ましい。有機蛍光物質の場合は、例えばアントラセンやスチルベン等を例示することができるがこれに限定されない。また、無機蛍光物質の場合は、例えばケイ酸ガドリニウム、ヨウ化セシウム、ゲルマニウム酸ビスマス、ケイ酸ルテチウム、タリウム活性化ヨウ化ナトリウム、フッ化セリウム、タングステン酸鉛、フッ化バリウム、フッ化鉛等を例示することができるがこれに限定されない。
【００２３】
また本図で示すように、第一の柱状シンチレーター層２１１は、所定の方向に延伸方向が沿うよう配置されているため、ここに配置されるシンチレーターのいずれかにμ粒子が入射された場合、そのμ粒子が透過した柱状のシンチレーターのみが発光する。すなわち、発光したシンチレーターを特定することで、少なくともμ粒子の入射位置を直線状の範囲として把握することができる。
【００２４】
一方、第二の柱状シンチレーター層２１２の構造も上記第一の柱状シンチレーター層２１１と同様である。ただし、第二の柱状シンチレーター層２１２と第一の柱状シンチレーター層２１１は、上記の通り、そのシンチレーター層が配置される方向が異なるのみである。この結果、方向を異ならせることで、それぞれ直線状の範囲としてμ粒子の入射位置を把握し、この交差位置を二次元的に透過位置であると推定できる。この場合のイメージ図（上面図）を図４に示しておく。
【００２５】
ところで、上記図３で示すように、本装置１の第一のシンチレーター層２１における第一の柱状シンチレーター層２１１は、更に具体的には、複数の柱状シンチレーターが間隙をおいて複数配置されており、かつ、これが位置をずらして二層以上積層して構成されている。これにより、本装置１ではより高解像度を達成することができる。この原理について、図５を用いて説明する。
【００２６】
まず、本図で示すように、柱状シンチレーター一つの幅を３Ｗ、間隙の幅をＷとして複数配置し、一つの層を形成している。一方、この層の上に、同じ幅（３Ｗ）の柱状シンチレーターを、幅Ｗだけずらし、下の層が形成する間隙の上に一部重なるように配置する。なお、この層においても、柱状シンチレーター同士の間隙の幅は下の層と同様に幅Ｗとして配置する。この結果、下の層と上の層では幅Ｗずつシンチレーターが重複する部分、しない部分が繰り返し生ずることとなる。
【００２７】
より具体的に説明すると、図中、（Ａ）の位置では、上の層のみ柱状のシンチレーターが発光し、（Ｂ）の位置では、上の層（図中左側）及び下の層の柱状のシンチレーター双方が発光し、（Ｃ）の位置では下の層の柱状のシンチレーターのみが発光し、（Ｄ）の位置では下の層と上の層（図中右側）の柱状のシンチレーター双方が発光する。この結果、下の層の発光位置と下の層の発光位置を確認することによって、解像度が一つの柱状のシンチレーターの３倍向上することになる。すなわち、柱状のシンチレーターの幅の３倍の解像度を実現することができる。これは、柱状のシンチレーターの幅を現実的に加工可能な限界まで細くしたとしても、これ以上の解像度を得ることができることを意味する。なお、この場合、柱状のシンチレーターの数は２倍となるが、解像度は３倍になるため、費用対効果は大きい。
【００２８】
また、上記の例では、一方向に沿って配置された柱状のシンチレーターが二層積層した例を示しているが、二層以上であっても、同様の原理により高分解能とすることが可能である。ただし、三層以上にした場合、高分解能を得ることができるが、柱状のシンチレーターの数がその分増えるため、費用対効果を考えると、二層又は三層程度が好ましい範囲である。
【００２９】
一方、第二のシンチレーター層２２の構造は、方向が異なる以外は上記第一のシンチレーター層２１と同じである。念のため具体的に説明すると、第二のシンチレーター層２２は、一の方向に延伸方向が沿うよう配置された複数の第一の柱状シンチレーター層と、当該一の方向とは異なる他の方向に延伸方向が沿うよう配置された複数の第二の柱状シンチレーター層と、を有している。
【００３０】
そして、繰り返しとなるが、本装置１の第一の発光部２では、上記の原理に基づき、第一のシンチレーター層２１により特定される発光位置と、第二のシンチレーター層２２により特定される発光位置と、予め求めてある第一のシンチレーター層２１と第二のシンチレーター層２２の間の位置関係を計算に加え、三次元的な直線を計算によって求め、μ粒子の進行方向を推定することができる。
【００３１】
また、本装置１における第二の発光部３の構造も、上記の記載から明らかなように、第一の発光部２と同様の構造となっている。念のため具体的に説明すると、第二の発光部３は、第三のシンチレーター層３１と第四のシンチレーター層３２とを備えており、第三のシンチレーター層３１、第四のシンチレーター層３２は、それぞれ、一の方向に延伸方向が沿うよう配置された複数の第一の柱状シンチレーター層と、当該一の方向とは異なる他の方向に延伸方向が沿うよう配置された複数の第二の柱状シンチレーター層と、を有している。そして、この第一の柱状シンチレーター層、第二の柱状シンチレーター層も、それぞれ、複数の柱状シンチレーターが間隙をおいて複数配置されており、かつ、これが位置をずらして二層以上積層して構成されている。このようにすることで、上記第一の光発光部２と同様、μ粒子の透過方向を高解像度で推定することができる。また、上記と同様、第三のシンチレーター層３１及び第四のシンチレーター層３２は折れ曲った構造を備えていることが精度の高い測定を行う上で好ましい。
【００３２】
なお、本明細書において、「第一」、「第二」、「第三」及び「第四」を用いて説明しているが、説明をわかりやすくする観点から用いた区別のための番号に過ぎず、順番自体に特別な技術的意味は有しない。
【００３３】
また、本装置１では、複数の光伝送部材４が第一乃至第四のシンチレーター層にそれぞれ接続されており、更に、光伝送部材４がそれぞれ検出装置に接続されている。本装置１では、第一の光発生部２及び第二の光発生部３はそれぞれ光を発生するだけであるため、この発生した光を光伝送部材４によって検出装置に導くことで、発光位置を特定し、上記所望の処理を行うことが可能となる。
【００３４】
本装置１において「光伝送部材」とは、入射された光を離れた位置にできるだけ損失を少なくしつつ伝送することができる部材をいい、光伝送部材の具体的な例としては、限定されるわけではないが、透明光ファイバーを例示することができる。透明光ファイバーを用いることで、できる限り光の損失を抑えた状態で、検出装置に導くことができる。
【００３５】
また、本装置１において「検出装置」とは、光伝送部材からの光を検出することができる装置であって、光を検出した場合、光を検出したことを電気的な信号として処理することができるものである。この検出装置の具体的な例としては、限定されるわけではないが、光電子倍増管などの光電効果を利用して光エネルギーを電気エネルギー（電気信号）に変換する光電管を基本に、電流増幅（＝電子増倍）機能を付加した高感度光検出器と、これに接続される情報処理装置と、を備えていることが好ましい。なお情報処理装置としては、特に限定されるわけではないが、いわゆるコンピュータであることが好ましい。情報処理装置は、上記高感度光検出器が検出し出力した信号に基づき各種情報の処理を行う。具体的には、上記信号に基づき発光位置を確認し、この発光位置に基づきμ粒子の入射方向及び出射方向を推定し、この交点を散乱位置として算出し、散乱位置データとして記録する。そしてこれを測定時間内において蓄積し、三次元的な集合データとし、その内部の構造がどのようになっているのかを推定する。この処理自体は、幾何学的な計算処理及び蓄積処理により実現できる。
【００３６】
ところで、本装置１において、光伝送部材は、上記柱状のシンチレーターを用いた場合、柱状のシンチレーターそれぞれの両端に接続されていることが好ましい。このようにすることで、少なくとも二箇所から光の検出を行うことが可能となり、光の検出精度を向上させることができる。また、光伝送部材に細い光ファイバーを用いる場合、柱状のシンチレーターの端面全体を覆うように多数配置しておくことが光の損失を少なくする観点から好ましい。
【００３７】
更に、本装置１では、検出精度向上だけでなく、光検出装置の構成をより簡略化しコストダウンを図る観点から、波長変換ファイバーと、この波長変換ファイバーに接続された透明光ファイバーを用いている。この場合のイメージ図を図６に示しておく。
【００３８】
本図で示す例では、一つのシンチレーターの両端面それぞれに多数の光ファイバーが接続されており、この多数の光ファイバーは波長変換ファイバーにシンチレーターからの光を伝送する。そして、波長変換ファイバーに導かれた光は、波長変換ファイバーによって波長変換され、更に波長変換ファイバーに接続された光ファイバーにより光検出装置に伝送される。本図で示す構造によると、光ファイバーによって波長変換が施されて改めて光が取り出される。
【００３９】
なお、本図からも明らかなように、波長変換ファイバーから少なくとも二方向に光が取り出され、結果的に、柱状のシンチレーター１本から４本に光伝送部材が分岐することになる。このようにすると、光検出装置の構成の簡略化を図ることができる。この詳細について、図７、８を用いてさらに説明する。
【００４０】
図７の例では、光伝送部材を一つのシンチレーターから分岐させ、光検出装置内の異なる光電管に入射させる構成となっている。そして、各光電管には異なる柱状シンチレーターからの光も伝送可能となるよう接続されている。この結果、一つの柱状シンチレーターからの光を４つの導光管で検出することとなるため、４段階で光った柱状シンチレーターを特定することができる。
【００４１】
また図８を用いてより具体的に説明すると、合計Ｎ本の柱状シンチレーターを４桁の番号（４段階）で表現し、各桁を特定することによって、光った柱状シンチレーター１本を特定することができる。なお、４桁で表記する場合、例えば１０進法では１万本が最大数となるが、１０以上の数Ｍを用いればＭ４になる。すなわち、柱状シンチレーターの数に応じてＭの数を調整することで、４桁表記にすることができる。例えば後述の例では、２６０００本の柱状シンチレーターを４桁の数で表現しようとする場合、Ｍは１３（１３進法）となる。
【００４２】
そして、上記の例では１３進数で４桁の数で表現されているため、各桁１３個の光電管を４桁分準備するすなわち１３×４＝５２個の光電管を準備するだけで上記２６０００本の柱状シンチレーターを特定することができる。すなわち、各光電管に各桁の各数値を当てはめ、各桁の同じ数値の光ファイバーを接続し、その光電管が光った場合その桁のその数値が特定され、これが４桁分（４段階）光ることで、一つの柱状シンチレーターを特定することが可能となる。なおこの場合において、一つの光電管に多数の光ファイバーを導入する必要があるが、細い系の光ファイバーを用いることで十分に対応が可能である。
【００４３】
すなわち、本装置では、合計Ｎ本のシンチレーターに対し、一本の柱状シンチレーターから光伝送材においてＰ本分岐させ、Ｎ＜ＭＰとなるＭを定めることで、Ｍ×Ｐ個まで光検出装置の部材数を減らすことが可能となる。
【００４４】
以上本装置１によると、極めて多数のシンチレーターを用いたとしても、極めて少数の光電管で検出することが可能となり、大幅なコストダウンを図ることができる。
【００４５】
以上、本実施形態により、高い位置分解能を備え、価格を抑えることのできる透視装置を提供することができる。
【００４６】
（具体的数値設計）
なおここで、具体的な設計数値について検討を行った。具体的に以下説明する。もちろん、この設計数値は現実化のための一例であり、以下の具体的な数値に限定されるわけではない。
【００４７】
ここでは、シンチレーターが覆う面積を８０ｍ２として考える。シンチレーター層の組立は、例えば幅７．５ｍｍ×長さ６２０〜７００ｍｍ×厚さ５ｍｍのプラスチックの柱状シンチレーターを用い、２．５ｍｍの隙間を空けて配置する。この場合、柱状シンチレーターの本数は約２６０００本必要となる。
【００４８】
また、柱状シンチレーターと光伝送部材の接着は、柱状シンチレーター１本あたり、両端に直径０．２５ｍｍ、長さ５０ｍｍ程度の透明光ファイバーを６００本（３０本×２０列）で接着することで実現できる。
【００４９】
そして、この透明光ファイバーをそれぞれ波長変換ファイバーに接続し、その両端からさらに光ファイバーにより取り出す。波長変換ファイバーは、２６０００×２個となり、そこから光を取り出す光ファイバーは４×２６０００本となる。
【００５０】
そして、上記柱状シンチレーターの数と、波長変換ファイバー後段の光ファイバーの本数とを考慮すると、１３進数で４桁のシンチレーターの番号を割り振ることとなるため、１３×４個の光電管で検出が可能となる。
【００５１】
以上により、最大で１３４＝２８５６１本のシンチレーターの中でμが通過した１本または連続２本のシンチレーターを、わずか１３×４＝５２本の光電子増倍管で判定することができる。このコストの結果、２千万円程度で上記装置を作製できる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、透視装置として産業上利用可能性がある。
【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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【図７】
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【図８】
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