(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の方向から物質に入射する放射線について、該物質を通過した後の該放射線の物理量を計算する放射線計算装置であって、
前記物質の組成および幾何学構造を記憶する物質情報記憶手段と、
前記放射線の前記物理量が計算される位置である物理量計算位置を記憶する物理量計算位置記憶手段と、
前記物理量計算位置への前記放射線の入射方向を決定する入射方向決定手段と、
前記物理量計算位置から前記入射方向に沿って、前記物質の組成および幾何学構造の情報を取得する入射方向物質情報取得手段と、
前記取得した組成および幾何学構造を有する物質を放射線が通過する際の挙動情報を取得する挙動情報取得手段と、
複数の前記入射方向についての前記挙動情報に基づいて、前記物理量計算位置での複数の方向からの前記放射線の前記物理量を計算する物理量計算手段と
を備える放射線計算装置。
【請求項２】
請求項１に記載の放射線計算装置であって、
前記物理量計算位置とは異なる位置たる第２物理量計算位置を記憶する第２物理量計算位置記憶手段を備え、
前記物質情報記憶手段は、前記物理量計算位置と前記第２物理量計算位置との間の物質の組成および幾何学構造を記憶する手段であり、
前記入射方向決定手段は、前記第２物理量計算位置と前記物理量計算位置とを結ぶ方向を決定する手段であり、
前記挙動情報取得手段は、前記第２物理量計算位置に前記入射方向から入射する放射線の挙動情報たる第２挙動情報と、前記挙動情報とを取得する手段であり、
前記物理量計算手段は、前記第２挙動情報と前記挙動情報との差異を計算する手段である放射線計算装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の放射線計算装置であって、
前記挙動情報取得手段は、前記取得した組成および幾何学構造を有する物質を放射線が通過する頻度に関する情報を取得する手段であり、
前記物理量計算手段は、前記頻度に関する情報に基づいて、前記物理量計算位置での前記放射線の前記入射方向ごとの飛来頻度を計算する手段である放射線計算装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３に記載の放射線計算装置であって、
前記挙動情報取得手段は、前記取得した組成および幾何学構造を有する物質を放射線が通過した後の該放射線の進行方向と、前記入射方向とのずれに関する情報を取得する手段であり、
前記物理量計算手段は、前記ずれに関する情報に基づいて、前記物理量計算位置での前記放射線の入射角度を計算する手段である放射線計算装置。
【請求項５】
複数の方向から物質に入射する放射線について、該物質を通過した後の該放射線の物理量を計算する放射線計算方法であって、
前記物質の組成および幾何学構造を記憶する物質情報記憶工程と、
前記放射線の前記物理量が計算される位置である物理量計算位置を記憶する物理量計算位置記憶工程と、
前記物理量計算位置への前記放射線の入射方向を決定する入射方向決定工程と、
前記物理量計算位置から前記入射方向に沿って、前記物質の組成および幾何学構造の情報を取得する入射方向物質情報取得工程と、
前記取得した組成および幾何学構造を有する物質を放射線が通過する際の挙動情報を取得する挙動情報取得工程と、
複数の前記入射方向についての前記挙動情報に基づいて、前記物理量計算位置での複数の方向からの前記放射線の前記物理量を計算する物理量計算工程と
を備える放射線計算方法。
【請求項６】
複数の方向から物質に入射する放射線について、該物質を通過した後の該放射線の物理量を計算する放射線計算方法を、コンピューターを用いて実現するためのプログラムであって、
前記物質の組成および幾何学構造を記憶する機能（Ａ）と、
前記放射線の前記物理量が計算される位置である物理量計算位置を記憶する機能（Ｂ）と、
前記物理量計算位置への前記放射線の入射方向を決定する機能（Ｃ）と、
前記物理量計算位置から前記入射方向に沿って、前記物質の組成および幾何学構造の情報を取得する機能（Ｄ）と、
前記取得した組成および幾何学構造を有する物質を放射線が通過する際の挙動情報を取得する機能（Ｅ）と、
複数の前記入射方向についての前記挙動情報に基づいて、前記物理量計算位置での複数の方向からの前記放射線の前記物理量を計算する機能（Ｆ）と
をコンピューターにより実現するプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線の挙動を計算する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピューター関連技術の進歩により、今日ではコンピューター上で放射線の挙動を精密に計算することが可能になっている。例えば、放射線の質量や電荷などの物理量と、放射線が通過する物質の原子の種類や質量などに基づいて、放射線が物質を通過する際のエネルギー損失量を精密に計算することが可能である。また、モンテカルロシミュレーションと呼ばれるシミュレーション方法をコンピューター上で行うことも可能となっている。この方法では、コンピューター上で乱数を発生させ、その乱数に基づいて放射線の挙動を決定する。放射線が物質中を通過する際の挙動は一般に確率事象であるため、こうすることにより、放射線の挙動を確率的に予測することができる。加えて、解析学的な計算が難しい複雑な構造の部材についても、モンテカルロシミュレーションを用いることにより、その部材を通過した際の放射線の挙動を予測することが可能である。こうした技術を用いて、放射線計測の分野では、物質を通過して放射線検出器に到達した放射線がどのような挙動を示すのかを計算することが行われている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００８−５２５９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、宇宙線のように様々な方向から大量に飛来する放射線についてこうした技術を用いて挙動を計算しようとした場合、計算量が多大になってしまうという問題があった。例えば宇宙線の場合、宇宙線はわずかな面積に対しても高い頻度（１平方センチメートルに１分間に約１個の頻度）で降り注ぐため、ある程度の広さを持った面積に降り注ぐ宇宙線について物質を通過した際の挙動を算出しようとすると、宇宙線の数が膨大になってしまい、それに伴って計算量が膨大になってしまう。同様に、ガンマ線が様々な方向から飛来する状況や、様々な方向から中性子が飛来する状況について放射線の挙動を計算しようとする場合も、放射線の量が膨大になり、計算量が膨大になってしまう。こうした理由から、放射線の挙動を計算することが困難であった。
【０００５】
この発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、様々な方向から飛来する放射線についても、物質を通過した際の挙動を計算可能とする技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の放射線計算装置は次の構成を採用した。すなわち、
複数の方向から物質に入射する放射線について、該物質を通過した後の該放射線の物理量を計算する放射線計算装置であって、
前記物質の組成および幾何学構造を記憶する物質情報記憶手段と、
前記放射線の前記物理量が計算される位置である物理量計算位置を記憶する物理量計算位置記憶手段と、
前記物理量計算位置への前記放射線の入射方向を決定する入射方向決定手段と、
前記物理量計算位置から前記入射方向に沿って、前記物質の組成および幾何学構造の情報を取得する入射方向物質情報取得手段と、
前記取得した組成および幾何学構造を有する物質を放射線が通過する際の挙動情報を取得する挙動情報取得手段と、
複数の前記入射方向についての前記挙動情報に基づいて、前記物理量計算位置での複数の方向からの前記放射線の前記物理量を計算する物理量計算手段と
を備えることを要旨とする。
【０００７】
また、上述の放射線計算装置に対応する本発明の放射線計算方法は、
複数の方向から物質に入射する放射線について、該物質を通過した後の該放射線の物理量を計算する放射線計算方法であって、
前記物質の組成および幾何学構造を記憶する物質情報記憶工程と、
前記放射線の前記物理量が計算される位置である物理量計算位置を記憶する物理量計算位置記憶工程と、
前記物理量計算位置への前記放射線の入射方向を決定する入射方向決定工程と、
前記物理量計算位置から前記入射方向に沿って、前記物質の組成および幾何学構造の情報を取得する入射方向物質情報取得工程と、
前記取得した組成および幾何学構造を有する物質を放射線が通過する際の挙動情報を取得する挙動情報取得工程と、
複数の前記入射方向についての前記挙動情報に基づいて、前記物理量計算位置での複数の方向からの前記放射線の前記物理量を計算する物理量計算工程と
を備えることを要旨とする。
【０００８】
かかる本発明の計算装置および計算方法では、放射線が通過する物質の組成および幾何学構造を記憶する。ここで物質の組成とは、物質の物理的な性質を特徴づけるものであればどのようなものでもよい。例えば、物質の質量であってもよいし、あるいは原子数、原子番号、各組成元素の比率、質量数、放射長、核反応断面積などであってもよく、種々の物理量を用いることが可能である。また、幾何学構造としては、その物質の形状であってもよいし、あるいはより複雑に、例えば三次元のＣＡＤデータのように複雑な構造であってもよい。また、その物質を構成する各部分ごとに、物質の組成と幾何学構造とを組み合わせて記憶してもよい。例えば、物質の各部分ごとに、原子の種類や材質などの組成情報と、その幾何学構造とを記憶した三次元ＣＡＤデータを用いてもよい。
【０００９】
本発明の計算装置および計算方法では、放射線の物理量を計算する位置である物理量計算位置を記憶するとともに、この物理量計算位置に対して放射線が入射する方向を決定する。入射する方向を決定する際には種々の方法を採用することが可能である。例えば地上付近での宇宙線を対象とするのであれば、宇宙線は上空のどの方向からも降り注いでくるので、物理量計算位置から上空の各方向に向かって線分を延ばせば、いずれの線分に沿っても入射する宇宙線が存在すると考えられる。そこで、こうした線分に沿う方向を入射方向として決定するものとしてもよい。
【００１０】
入射方向を決定したら、物理量計算位置から入射方向に沿って、物質の組成と幾何学構造を取得する。例えば、線分に沿って、物質の元素の種類と厚さとを直線状に並べた情報を取得すればよい。もちろん直線状に取得するのではなく、広がりをもった２次元や３次元の情報を取得してもよい。なお、本発明で「前記物理量計算位置から前記入射方向に沿って」とは、物質の組成および幾何学構造の取得を物理量計算位置から開始することに限定するものではなく、入射方向に沿って取得しさえすればどのような順に取得してもよい。例えば、入射方向にそって物理量計算位置とは反対側から取得を開始してもよいし、あるいは任意の位置から取得を開始してもよい。どのような順であっても組成および幾何学構造を取得可能である。
【００１１】
組成および幾何学構造を取得したら、その組成および幾何学構造を持つ物質を放射線が通過する際の挙動についての情報を取得する。取得する情報としては、放射線の物理的な性質をあらわす情報であればどのような情報であってもよい。例えば、物質を通過後の放射線のエネルギーであってもよいし、あるいは運動量であってもよい。こうした種々の物理量であってもよいし、あるいは、放射線が物質によって散乱される散乱角や、所定の角度に散乱される確率、放射線が物質によって遮断される確率などであってもよい。取得には種々の方法を用いることが可能であるが、例えばモンテカルロシミュレーションの手法を用いることにより、先に取得した組成および幾何学構造を持つ物質を放射線が通過した後の種々の物理量や種々の確率などを算出して取得すればよい。あるいは、組成および幾何学構造と物理量などを予め対応付けておき、そこから取得してもよい。
【００１２】
こうしてひとつの入射方向についての物理量を取得したら、複数の入射方向についての取得結果に基づいて、前記物理量計算位置での、複数の方向からの放射線の物理量を計算する。複数の方向からの放射線の物理量を計算する際には、個々の入射方向についての取得結果を用いれば、どのような方法を用いてもよい。例えば、単純には、それぞれの入射方向についての取得結果を集約すれば、複数の方向からの放射線の物理量を取得したことになる。
【００１３】
一般にモンテカルロシミュレーション等により放射線の挙動を調べる際には、放射線の検出器の位置での放射線の挙動を調べたいことが多い。そこで本発明の計算装置および計算方法では、物理量計算位置をいわば束縛点として入射方向を決定することにより、放射線の入射方向を限定してしまう。それとともに、その入射方向および入射位置に入射する放射線について、放射線の挙動情報を取得することとしている。こうすれば、たとえ広範囲に様々な方向から入射する放射線について挙動を調べる場合であっても、放射線の入射方向を限定できるとともに、入射方向を限定することに伴って入射位置も限定できることから、計算対象となる放射線の数を抑えることができる。これにより、様々な方向から飛来する放射線についても、計算量が膨大になってしまう事態を回避して、物質を通過した際の挙動が計算可能となる。
【００１４】
また、一般に、ひとつの方向から入射する放射線については、物質を通過する際の振る舞いを、モンテカルロシミュレーションの手法を用いたり、あるいは理論式を用いた計算を行うことにより、正確に求めることが可能である。すなわち、本発明では、ひとつの入射方向からの放射線の挙動を正確に取得することが可能である。例えば、その入射方向からの放射線が物質を通過する際のエネルギー損失の分布を、高い精度で算出することが可能である。こうした正確な分布を用いることにより、その入射方向からの宇宙線が、物理量計算位置においてどのようなエネルギー分布を持つのかを、正確に算出することが可能となる。本発明では、こうした個々の入射方向についての正確な挙動情報に基づいて、複数の入射方向からの放射線の物理量を得ることが可能である。このように、計算量を抑えることを可能としながらも、物理量計算位置において放射線の物理量を精度良く計算することが可能である。
【００１５】
また、一般に放射線を限定して計算しようとする場合、計算対象の放射線を限定したことに起因して、計算精度が大幅に悪化したり、計算結果に予期しないバイアスが発生してしまうことがある。この点、本発明では、入射方向を決定するという簡便な方法を用いているため、予期せぬバイアスが発生したり計算精度が大幅に悪化することを回避可能としている。加えて、複雑な構造の物質を通過した放射線を対象とする場合であっても、入射方向を決定すればよいので、計算精度の大幅な悪化やバイアスの発生を抑制しながらも、計算を迅速に実行可能である。
【００１６】
なお、計算する物理量としては、放射線の物理的な性質をあらわす量であればどのような物理量であってもよい。たとえば放射線のエネルギーであってもよいし、放射線の運動量であってもよいし、あるいは放射線の波長や振動数や速さであってもよい。更にはより単純に、座標値などの放射線の位置に関する物理量であってもよい。
【００１７】
また、本発明の放射線計算装置および放射線計算方法では、第２物理量計算位置を記憶しておき、物理量計算位置と第２物理量計算位置とを結ぶ方向を入射方向としてもよい。そして、第２物理量計算位置に入射方向から入射する放射線の挙動情報（第２挙動情報）を取得するとともに、第２挙動情報と挙動情報との差異を計算するものとしてもよい。
【００１８】
物質を通過する放射線の挙動を調べる際には、物質を通過する前後での放射線の挙動の差異を計算したい場合もある。そこで、２つの物理量計算位置を結ぶ方向を入射方向として決定し、その入射方向について物質の組成および幾何学構造を取得する。また、当該組成および幾何学構造に対する放射線の挙動を取得するとともに、その入射方向から第２物理量計算位置に入射する放射線の挙動を取得する。そして、第２物理量計算位置での放射線の挙動と、物理量計算位置での放射線の挙動との差異を計算する。こうすれば、物質を通過する前後について、放射線の挙動の差異や変動を計算することが可能となって好適である。また、こうした場合も、放射線が複数の方向から入射する場合であっても、計算量が膨大になる事態を回避して計算可能である。
【００１９】
なお、「差異を計算する」とは、減算を行うことのみを意味するものでははく、違いを計算するものであればよい。例えば、物理量の分布の違いのように、数値以外の手段で表現される違いを計算するものでもよい。もちろん、第２物理量計算位置での物理量と物理量計算位置での物理量との単純な差を計算するものでもよい。
【００２０】
また、本発明の放射線計算装置および放射線計算方法では、物理量計算位置に飛来する放射線の頻度を計算するものとしてもよい。
【００２１】
放射線が物質を通過する際には、物質によって放射線が遮蔽されたり散乱されることによって、放射線が目的の位置まで到達しないことがある。このため、目的の位置での放射線の飛来頻度を計算したい場合がある。そこで、飛来頻度を計算するものとすれば、多数の放射線が飛来する場合であっても、計算量が膨大になってしまう事態を回避して、放射線の飛来頻度を計算することが可能となり、好適である。
【００２２】
また、本発明の放射線計算装置および放射線計算方法では、放射線の進行方向と、入射方向とのズレに関する情報を取得するものとし、ズレに関する情報に基づいて、物理量計算位置での放射線の入射角度を計算するものとしてもよい。
【００２３】
放射線が物質を通過する際には、進行方向が変化することがあり、こうした進行方向の変化が物理量計算位置でどのようになるのかを計算したい場合がある。そこで、このように進行方向のズレに関する情報を入射方向ごとに取得してやれば、それらの情報に基づいて、物理量計算位置での放射線の入射角度を計算することが可能となって好適である。
【００２４】
更に本発明は、上述した放射線計算方法を実現するためのプログラムをコンピューターに読み込ませ、所定の機能を実行させることにより、コンピューターを用いて実現することも可能である。従って、本発明は次のようなプログラム、あるいは該プログラムを記録した記録媒体としての態様も含んでいる。すなわち、上述した放射線算出装置に対応する本発明のプログラムは、
複数の方向から物質に入射する放射線について、該物質を通過した後の該放射線の物理量を計算する放射線計算方法を、コンピューターを用いて実現するためのプログラムであって、
前記物質の組成および幾何学構造を記憶する機能（Ａ）と、
前記放射線の前記物理量が計算される位置である物理量計算位置を記憶する機能（Ｂ）と、
前記物理量計算位置への前記放射線の入射方向を決定する機能（Ｃ）と、
前記物理量計算位置から前記入射方向に沿って、前記物質の組成および幾何学構造の情報を取得する機能（Ｄ）と、
前記取得した組成および幾何学構造を有する物質を放射線が通過する際の挙動情報を取得する機能（Ｅ）と、
複数の前記入射方向についての前記挙動情報に基づいて、前記物理量計算位置での複数の方向からの前記放射線の前記物理量を計算する機能（Ｆ）と
をコンピューターにより実現することを要旨とする。
【００２５】
こうしたプログラムをコンピューターに読み込んで、上記の各機能を実現させれば、複数の方向から飛来する放射線についても挙動を計算可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施例のシミュレーションシステム１０の構成を示した説明図である。
【図２】本実施例のシミュレーションシステム１０を用いてシミュレーションを行う対象の構造物を例示した模式図である。
【図３】本実施例のシミュレーションシステム１０におけるシミュレーション処理の流れを示した説明図である。
【図４】宇宙線の入射方向を決定する様子を概念的に示した模式図である。
【図５】入射方向について物質の構成情報を取得する様子を概念的に示した説明図である。
【図６】モンテカルロシミュレーションの手法を用いて、エネルギー損失を計算する様子を示した説明図である。
【図７】エネルギー１０ＧｅＶの宇宙線のエネルギー損失量の分布を例示した説明図である。
【図８】各入射方向からの宇宙線の飛来頻度に基づいて、飛来頻度の方向分布を取得した様子を示した説明図である。
【図９】地表に降り注ぐ宇宙線のエネルギー分布を例示した説明図である。
【図１０】各入射方向について、宇宙線の角度ズレの分布を取得した様子を例示した説明図である。
【図１１】角度ズレの方向分布を取得した様子を例示した説明図である。
【図１２】各入射方向について、宇宙線のエネルギーの分布を取得した様子を例示した説明図である。
【図１３】宇宙線のエネルギーの方向分布を取得した様子を例示した説明図である。
【図１４】各入射方向について、宇宙線の運動量の分布を取得した様子を例示した説明図である。
【図１５】宇宙線の平均運動量の方向分布を取得した様子を例示した説明図である。
【図１６】地中を通過する前の位置にも放射線検出器を配置した様子を例示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下では、上述した本願発明の内容を明確にするために、次のような順序に従って実施例を説明する。
Ａ．システムの全体構成：
Ｂ．シミュレーション処理：
Ｃ．変形例：
Ｃ−１．第１変形例：
Ｃ−２．第２変形例：
Ｃ−３．第３変形例：
Ｃ−４．第４変形例：
Ｃ−５．第５変形例：
【００２８】
Ａ．システムの全体構成：
図１は、本実施例のシミュレーションシステム１０の構成を示した説明図である。図示されているように、本実施例のシミュレーションシステム１０は、ＣＰＵやＲＯＭやＲＡＭなどから構成されたサーバー装置１００と、サーバー装置１００に接続されたディスク装置１０４などから構成されている。
【００２９】
サーバー装置１００は、図示されているように、ネットワークインターフェース回路（ＮＩＣ）を介してネットワーク回線に接続されており、ネットワーク回線を介して外部のコンピューター端末装置２００と接続することが可能である。また、ネットワーク回線に接続された携帯電話の基地局や公衆無線ＬＡＮ基地局などの無線基地局を介して、携帯電話３００やタブレット型端末などの携帯式通信機器と接続することも可能である。
【００３０】
コンピューター端末装置２００は、前述したようにネットワーク回線を介してサーバー装置１００に接続可能であり、サーバー装置１００から各種のデータやプログラムなどを取得することが可能である。本実施例のシミュレーションシステム１０のユーザーは、コンピューター端末装置２００を用いてサーバー装置１００に接続し、サーバー装置１００上でプログラムを実行することにより、放射線の挙動についてのシミュレーションを実行して、その結果をコンピューター端末装置２００の画面上で確認することが可能である。
【００３１】
図２は、本実施例のシミュレーションシステム１０を用いてシミュレーションを行う対象の構造物を例示した模式図である。図示されているように、地中にトンネルが形成されており、トンネルの天井には放射線検出器が取り付けられている。また、トンネルの上方の地中には、直径１ｍほどのサイズの空洞が存在している。
【００３２】
地上には四方八方から宇宙線が降り注いでいるが、宇宙線は貫通力が高いため、地上に降り注いだ宇宙線は地中を貫通し、トンネル天井に設置した放射線検出器に到達する。こうして地中を貫通してきた宇宙線を、放射線検出器によって検出することが可能である。また、原子核乾板や、シンチレーターを積層した検出器などのように宇宙線の入射角度を測定可能な検出器を用いれば、宇宙線の飛来方向を測定することが可能である。
【００３３】
ここで、こうした宇宙線を測定することにより、通過した物質の内部の様子を探ることが可能である。例えば、宇宙線は貫通力が強いとはいえ、地中を通過する際にはエネルギーを損失するので、地中でエネルギーを失って停止してしまい、放射線検出器まで到達しない宇宙線も存在する。一般に、宇宙線が物質を通過する際のエネルギーの損失量は、おおまかには、通過する物質の質量に比例する。すると、図２の構造では、空洞の位置では宇宙線はエネルギーをあまり失わないので、空洞を通過する方向からは、他の方向よりも多くの宇宙線が到達する。こうして各方向からの宇宙線の到来数を射線検出器によって測定し、方向ごとに到来数を比較することより、地中に空洞が存在すること及び空洞の位置を検出することが可能である。
【００３４】
こうした測定を行う場合、放射線検出器にどの方向からどのくらいの量の宇宙線が飛来するのかを予め予測することが行われる。予測には、コンピューターを用いたいわゆるモンテカルロシミュレーションを行って予測することが考えられる。もっとも、このように大きな面積に四方八方から降り注ぐ宇宙線の挙動をシミュレーションしようとすると、大量の計算が必要となる。例えば、１０メートル×１０メートルの範囲に１カ月の間に降り注ぐ宇宙線を考えると、約４００億個の宇宙線が降り注ぐ。そのような膨大な量の宇宙線について計算を行わなければならず、計算量が膨大になってしまう。そこで本実施例のシミュレーションシステム１０では、以下の方法を用いることにより、四方八方から降り注ぐ宇宙線を取り扱う場合であっても、計算量が膨大になることを回避して宇宙線の飛来方向や飛来数を計算可能としている。
【００３５】
Ｂ．シミュレーション処理  ：
図３は、本実施例のシミュレーションシステム１０におけるシミュレーション処理の流れを示した説明図である。かかる処理は、ユーザーがコンピューター端末装置２００を操作することにより、ネットワーク回線を介してサーバー装置１００に命令が到達し、これを受けてサーバー装置１００上で実行開始する処理である。なお、本実施例では、図２に示した構造についてシミュレーションを行う場合を例にとって説明する。
【００３６】
図示されているように、まず、シミュレーション対象となる構造物の構造を読み込む処理を行う（ステップＳ２００）。本実施例では、図２に示された構造を表現した３次元のＣＡＤデータを読み込む処理を行う。これにより、本実施例のシミュレーションシステム１０は、読み込んだ３次元ＣＡＤデータに基づいて、シミュレーション対象となる構造物の幾何学構造や構造物の物質組成を把握することができる。
【００３７】
次いで、放射線検出器の設置位置の情報を読み込む処理を行う（ステップＳ２０２）。放射線検出器の設置位置の情報は、ステップＳ２００で読み込む構造情報にあらかじめ含めておくものとしてもよいし、あるいはシミュレーション処理を実行する際に、ユーザーがコンピューター端末装置２００を操作して設定位置を決定するものとしてもよい。放射線検出器の設置位置情報は、放射線検出器の設置位置を特定できればどのような情報でもよい。例えば、先のステップＳ２００で読み込んだ３次元ＣＡＤデータ内の座標を用いて、設置位置の座標値を指定するものとすればよい。放射線検出器の位置情報を読み込んだら、次いで、宇宙線の入射方向を決定する処理を行う（ステップＳ２０４）。
【００３８】
図４は、宇宙線の入射方向を決定する様子を概念的に示した模式図である。前述したように、宇宙線は地上に四方八方から降り注ぐので、放射線検出器の位置にも四方八方から宇宙線が飛来する。例えば、図４に示されているように、放射線検出器の位置から上方に向かって線分を伸ばすと（図中に「Ａ」と示した線分を参照）、この線分に沿う方向から入射する宇宙線が存在すると考えられる。そこで、この線分の方向を宇宙線の入射方向として決定してやればよい。同様に、図中に「Ｂ」と示した線分についても、やはりこの線分に沿う方向から入射する宇宙線は存在すると考えられるので、線分「Ｂ」に沿う方向についても、宇宙線の入射方向として決定してやればよい。
【００３９】
なお、上述の説明では図中に「Ａ」と示した入射方向と「Ｂ」と示した入射方向との２つの入射方向について説明したが、入射方向の数は２つに限られるわけではなく、いくつでもよい。例えば図４の例では、上空方向の立体角２πの範囲について、一定の仰角および方位角ごとに線分を設定して入射方向を決定してもよい。
【００４０】
また、図４の例では、水平方向（図の左右方向）や、地下から地上に向う向き（図の下から上に向かう向き）については、入射方向としていないが、頻度は少ないがこうした方向からも宇宙線は到来するので、そうした方向を入射方向としてもよい。なお、本実施例では、上空方向の所定の仰角範囲（図４に「Ａ」と示した線分と「Ｄ」と示した線分との間の範囲）について、一定の角度ごとに入射方向を決定するものとして説明する。
【００４１】
放射線の入射方向を決定したら（図３ステップＳ２０４）、次いで、決定した放射線入射方向について、物質の構成情報を取得する処理を行う（ステップＳ２０６）。
【００４２】
図５は、入射方向について物質の構成情報を取得する様子を概念的に示した説明図である。ここでは図５（ａ）中に「Ａ」と示した線分（入射方向に対応）に沿って物質の構成情報を取得する場合を例にとって説明する。図５（ａ）に「Ａ」と示された位置から線分「Ａ」に沿って放射線検出器に向かっていくと、「Ａ」と示された位置から「Ａ’」と示された位置までは、空気が存在している。そして、「Ａ’」と示された位置から放射線検出器の位置までは、土が存在している。このことを線分「Ａ」に沿って横方向に並べた様子が、図５（ｂ）に示されている。図５（ｂ）では、横軸（図中に「Ｘ」と示した軸）に沿って、上述の「Ａ」「Ａ’」「放射線検出器」の位置が示されており、また、「Ａ」「Ａ’」「放射線検出器」の間の物質が示されている。
【００４３】
こうした情報を取得する際には、図３ステップＳ２００で読み込んだ構造情報を用いればよい。例えば、構造情報として３次元のＣＡＤデータを用いておき、３次元ＣＡＤデータの位置座標の各座標値に、物質の構成情報を対応付けて設定しておく。そして、線分に沿うそれぞれの位置について、物質の構成情報を取得すればよい。
【００４４】
なお、物質の構成情報としては、種々の情報を用いることが可能である。例えば、物質を構成する原子の原子番号や原子量、電荷数、各原子の構成比のように、物質を構成する原子に関する情報であってもよいし、あるいは構成原子に関する情報よりもよりマクロな物理量、たとえば密度（単位体積あたりの質量）のような情報であってもよい。
【００４５】
また、上述の説明では、図５（ａ）に「Ａ」と示された位置を起点として、放射線検出器に向かって物質の構成を取得するのとして説明したが、入射方向に沿う物質構成が取得できれば、取得する向きはどのような向きでもよい。例えば、放射線検出器の位置を起点として、図５（ａ）に「Ａ」と示された位置に向かって取得するものとしてもよい。
【００４６】
物質の構成情報を取得したら（図３ステップＳ２０６）、次いで、取得した構成の物質に宇宙線が入射した際のエネルギー損失を計算する処理を行う（ステップＳ２０８）。エネルギー損失を計算する際には種々の方法を用いることが可能であるが、本実施例では、モンテカルロシミュレーションの手法を用いて計算するものとして説明する。
【００４７】
図６は、モンテカルロシミュレーションの手法を用いて、エネルギー損失を計算する様子を示した説明図である。図６には、前述の図５において取得した構成情報に対応する物質構造が例示されている。この構造の物質に対して、図６の左側から、エネルギー１０ＧｅＶの宇宙線が入射する場合を例にとって説明する。まず、宇宙線が空気に突入して少し進んだ位置（図６の横軸方向「ａ」と示した位置）で、宇宙線のエネルギー損失量を計算する。宇宙線のエネルギー損失量は、通過する物質の組成や通過距離や宇宙線のエネルギーに依存するが、エネルギー損失量は一定ではなく、その度に異なる量となる確率事象である。そこで、コンピューター上で乱数を発生させて、その乱数に基づいて、宇宙線のエネルギー損失量を決定する。例えば、エネルギー損失量の確率密度関数をあらかじめ用意しておき、その確率密度関数と乱数とを用いて、エネルギー損失量を決定すればよい。
【００４８】
エネルギー損失量を決定したら、宇宙線のエネルギー（この例では１０ＧｅＶ）からエネルギー損失量を減算し、図中「ａ」の位置での宇宙線のエネルギーを決定する。次いで、横軸にそって更に進んだ位置（図中に「ｂ」と示した位置）において、同様の方法で、エネルギー損失量を計算する。こうした方法を繰り返し行い、空気から土へと宇宙線を移動させながら、エネルギー損失量を計算していく。そして、土を通過して放射線検出器に到達するまで繰り返す。
【００４９】
図７は、エネルギー１０ＧｅＶの宇宙線のエネルギー損失量の分布を例示した説明図である。上述したように、１つの宇宙線についてモンテカルロシミュレーションの手法によってエネルギー損失量を計算できるので、そうした計算を多数回行うことにより、こうした分布を取得することが可能である。前述したように宇宙線のエネルギー損失は確率事象なので、エネルギー損失量は一定値ではなく、図７（ａ）に示したように広がりをもった分布となる。なお、１０ＧｅＶ以外のエネルギーの宇宙線についても同様の方法で、エネルギー損失量の分布を計算することが可能である。
【００５０】
ここで宇宙線のエネルギー損失量に着目すると、宇宙線のエネルギー損失量が、宇宙線が最初に持っていたエネルギー（より正確には運動エネルギー）に達すると、その宇宙線は停止してしまい、放射線検出器まで到達しない。したがって、エネルギー損失量が最初のエネルギーよりも小さい宇宙線が、放射線検出まで到達する宇宙線となる。図７の例では、図中に「Ｅ」と示した位置よりも左側の部分（図中にハッチングを付した部分）に該当する宇宙線が、放射線検出器まで到達する宇宙線に該当する。そして、ハッチングを付した部分の宇宙線の量と、分布全体の量との比が、放射線検出器に到達する宇宙線の頻度に対応する。このように、エネルギー損失量の分布に基づいて、放射線検出器に到達する宇宙線の頻度を取得することができる。
【００５１】
他の入射方向についても同様にして、放射線検出器に入射する宇宙線の挙動を把握することが可能である。すなわち、図７（ａ）の例では、図４に「Ａ」と示した入射方向について１０ＧｅＶの宇宙線の飛来頻度を取得できたので、他の入射方向についても同様の手法を用いることにより、１０ＧｅＶの宇宙線の飛来頻度を取得することが可能である。図７（ｂ）には、図４に「Ｃ」と示した入射方向についてのエネルギー損失量の分布が例示されている。前述したように、図４に「Ｃ」と示した方向には空洞が存在するため、「Ａ」と示した方向よりもエネルギーの損失量が少ない。したがって、図７（ｂ）の分布は、図７（ａ）の分布よりもエネルギー損失量が少ない方向にズレた分布となっている。また、このことに対応して、放射線検出器に到達する宇宙線の量（図７（ｂ）にハッチングを付した部分の面積に対応）が多くなっており、この入射方向からの宇宙線の飛来頻度は、「Ａ」と示した方向よりも高頻度となっている。
【００５２】
こうして各入射方向について宇宙線の到来頻度を取得したら、今度は、各入射方向の到来頻度を重ね合わせることにより、放射線検出器での宇宙線の飛来頻度の方向分布を取得する（図３ステップＳ２１２）。
【００５３】
図８は、各入射方向からの宇宙線の飛来頻度に基づいて、飛来頻度の方向分布を取得した様子を示した説明図である。図中のグラフの横軸は、宇宙線の飛来方向の仰角である。また、図中には、図４に「Ａ」から「Ｄ」と示した各入射方向に対応する仰角がそれぞれ「Ａ」から「Ｄ」で示されている。前述したように、入射方向ごとに宇宙線の飛来頻度を算出することができるので、各入射方向について算出した飛来頻度をプロットすることにより、こうした分布を取得することが可能である。
【００５４】
こうして飛来頻度分布を生成することにより、図４に示した構造に放射線検出器を設置した場合に、放射線検出器にどの方向からどのくらいの量の宇宙線が飛来するのかを予測することが可能となる。すなわち、図８に示されているように、方向と飛来頻度との関係を取得することができたので、各方向からの宇宙線の飛来量を計算することができる。例えば、単位時間あたりに地表に降り注ぐ宇宙線の量と、図８の分布とに基づいて、放射線検出器の位置での各方向からの宇宙線の飛来量を算出可能である。より具体的には、例えば、図中に「Ａ」と示した方向から地表に降り注ぐ宇宙線の量（単位時間あたりの量）と、図８の「Ａ」の方向からの頻度とに基づいて、放射線検出器の位置に「Ａ」の方向から到来する宇宙線の量（単位時間あたりの量）を算出することが可能である。
【００５５】
こうして放射線検出器の位置での各方向からの宇宙線の飛来量を算出することにより、実際に放射線検出器を設置した場合に、どのような測定結果を得ることができるかを推定することが可能となる。例えば本実施例で説明した図４の構造では、図８に示されているように、入射方向「Ｃ」の近傍から宇宙線の量が増加していくことが推定できるとともに、増加の程度（何％程度増加するのか）を推定することも可能となる。加えて、増加の程度に応じて、その増加の程度を検出するためにどの程度の量の宇宙線を検出する必要があるのかを把握することも可能となり、さらには目的の宇宙線の量を検出するために要する期間や、放射線検出器のサイズ（面積）を推定することも可能となる。こうしたことを迅速に推定することにより、放射線検出器の設置場所や設置面積、設置角度をより適切に設定して、より好適な測定が可能となる。
【００５６】
以上に説明したように、本実施例のシミュレーション処理では、入射方向ごとに物質の構成情報を取得し、その入射方向について、宇宙線の飛来頻度を算出する。そして、各入射方向の飛来頻度を統合して、入射方向と飛来頻度との関係を取得している。こうすると、たとえ大規模な構造物について調べる場合であっても、入射方向についてのみモンテカルロシミュレーションを行えばよいことから、計算量が膨大になってしまう事態を回避可能である。すなわち、本実施例のシミュレーション処理では、放射線検出器から伸ばした方向についてシミュレーションを行うが、このことは、放射線検出器を通過する宇宙線についてのシミュレーションを行うことに対応している。このため、放射線検出器を通過しない宇宙線についてのシミュレーションを省略することが可能である。これにより、たとえ大規模な構造物に大量の宇宙線が降り注ぐ場合であっても、計算量の増大を抑制して、迅速に計算することが可能である。
【００５７】
また、こうした効率のよいシミュレーションを可能とするために、放射線検出器を通過する宇宙線の条件を複雑な計算によって算出する必要がなく、入射方向を決定するだけでよいので、迅速に計算可能である。加えて、たとえ複雑な構造の対象物を取り扱う場合であっても、入射方向を決定する処理については、構造が複雑なことに起因して処理が大幅に複雑化してしまうことはない。このため、複雑な構造の対象物を取り扱う場合であっても、迅速にシミュレーションを実施することが可能である。
【００５８】
また、一般に放射線の挙動を計算する際には、特定の放射線のみを選択して計算すると、選択したことに起因して、計算結果に偏り（バイアス）が生じたり、誤差が増大してしまうことがある。この点、本実施例では、入射方向を決定するという単純な方法を用いているため、放射線検出器を通過する宇宙線を選択することに起因して計算結果に生じる影響を抑制することが可能である。これにより、信頼性の高い計算結果を取得することが可能である。
【００５９】
加えて、本実施例のシミュレーション方法では、各入射方向については、モンテカルロシミュレーションの手法を用いることにより、宇宙線の挙動を正確に推定することが可能である。このため、計算量の増大を抑制して迅速に計算可能としながらも、宇宙線の挙動を高い精度で計算することが可能となっている。
【００６０】
なお、上述した実施例では、モンテカルロシミュレーションの手法によってエネルギー損失量の分布を求めるものとして説明したが、物質ごとに予めこうした分布を用意しておくものとしてもよい。例えば、鉄、水、土、コンクリートなどの種々の物質について、それぞれの単位厚さあたりのエネルギー損失の分布を用意しておく。そして、対象となる物質の構造に応じて、それらの分布を合成することによって、エネルギー損失量の分布を取得するものとしてもよい。こうすれば、計算量をより抑制して、宇宙線の飛来頻度の方向分布をより迅速に推定することが可能となる。
【００６１】
Ｃ．変形例  ：
Ｃ−１．第１変形例  ：
上述の実施例では、１０ＧｅＶの宇宙線を例にとって説明した。しかし、特定のエネルギーの宇宙線についてではなく、様々なエネルギーの宇宙線について調べたい場合もある。こうした場合、宇宙線の各エネルギーについて宇宙線の挙動を算出し、算出結果を合成することによって、宇宙線全体の挙動を算出するものとしてもよい。
【００６２】
図９は、地表に降り注ぐ宇宙線のエネルギー分布を例示した説明図である。図示されているように、地表に降り注ぐ宇宙線は様々なエネルギーを持っている。こうした宇宙線全体について計算する場合、まず、分布の各エネルギーについて、上述した実施例と同様に、宇宙線の挙動を算出する。例えば図９の例では、図中に「Ｆ」と示したエネルギーについて、上述の実施例と同様にして、飛来方向の分布を取得することが可能である（図８を参照）。同様にして、「Ｇ」「Ｈ」と示したエネルギーについても、飛来方向の分布を取得する。そして、それらの分布を、宇宙線のエネルギー分布を反映させた比率（重み）で重ね合わせることにより、宇宙線のエネルギー全体に対応する分布を取得すればよい。こうすれば、宇宙線のエネルギー分布を反映させたより正確な推定をすることが可能である。
【００６３】
あるいは、エネルギーごとに飛来頻度の分布を求めるのではなく、入射方向ごとに分布を求めてもよい。すなわち、宇宙線のエネルギー分布と、入射方向の物質の構造情報とに基づいて、その入射方向の飛来頻度を計算するものとしてもよい。例えば、宇宙線のエネルギー分布に基づいて、宇宙線のエネルギーを決定する。そして、入射方向に沿って取得した構成情報に対応する物質に対して、そのエネルギーの宇宙線を入射した場合に、放射線検出器に到達するか否かを判定する。判定に際しては、上述したモンテカルロシミュレーションの方法によって行ってもよい。あるいはより簡単に、物質の構成情報に基づいて、宇宙線がその物質を通過するのに必要なエネルギーを数値計算や理論式によって計算するものとしてもよい。こうしてそのエネルギーの宇宙線が放射線に到達するか否かを判定したら、再び宇宙線のエネルギー分布に基づいて宇宙線のエネルギーを決定し、同様に、放射線検出器に到達するか否かを判断する。こうした処理を繰り返し行うことにより、その入射方向について、宇宙線の飛来頻度を算出することが可能である。加えて、飛来方向ごとに異なる宇宙線エネルギー分布を用いることもできるので、宇宙線の挙動をより正確に計算可能である。
【００６４】
こうした飛来頻度の計算を複数の入射方向についてそれぞれ行えば、上述した実施例と同様に、各入射方向の飛来頻度を合成することにより、飛来頻度の方向分布を取得することが可能となる。こうした場合も、上述の実施例と同様に、入射方向についてのみシミュレーション等を行えばよいことから、計算量が増大してしまう事態を回避して、宇宙線の挙動を迅速に推定することが可能である。
【００６５】
なお、上述の説明では、宇宙線のエネルギーごとにシミュレーション等を行って、放射線検出器に到達するか否かを判断するものとして説明したが、宇宙線のエネルギー損失量は宇宙線のエネルギーによって大きくは異ならないので、代表的なエネルギーについて計算し、他のエネルギーについては、代表的なエネルギーについての計算結果から推定するものとしてもよい。たとえば、代表値として１０ＧｅＶの宇宙線についてエネルギー損失量の分布を算出しておく（図７（ａ）を参照）。また、このエネルギー損失量の分布に基づいて、エネルギー損失量を決定する。そして、宇宙線のエネルギー分布に基づいて宇宙線のエネルギーを決定したら、エネルギー損失量と宇宙線のエネルギーとを比較することにより、その宇宙線が放射線検出器に到達するか否かを判断する。
【００６６】
こうすれば、宇宙線のエネルギーごとに計算をしなくてもよいので、計算量をより抑制して、宇宙線の挙動をより迅速に計算することが可能となる。
【００６７】
Ｃ−２．第２変形例  ：
上述の実施例および変形例では、宇宙線の飛来頻度を計算するものとして説明したが、宇宙線の挙動を表す他の物理量を計算することも可能である。例えば、宇宙線が物質を通過する際には、宇宙線は物質に散乱されながら通過するため、宇宙線の進行方向が当初の方向からズレることがある。こうした進行方向のズレ（角度ズレあるいは位置ズレ）を計算するものとしてもよい。
【００６８】
図１０は、各入射方向について、宇宙線の角度ズレの分布を取得した様子を例示した説明図である。図１０（ａ）には、図４に「Ａ」と示した入射方向についての角度ズレの分布が例示されており、図１０（ｂ）には、図４に「Ｃ」と示した入射方向についての角度ズレの分布が例示されている。こうした分布を取得するには、前述した実施例と同様に、まず入射方向を決定し、入射方向に沿って物質の構成情報を取得する。そして、取得した構成情報に相当する物質を宇宙線が通過する際の挙動を、前述したモンテカルロシミュレーションの手法を用いて計算する。この場合は、宇宙線が物質中を進むごとに、宇宙線の散乱角を確率的手法によって計算すればよい。そして、宇宙線の進行方向を、計算して得た散乱角の分だけ変化させながら、計算を繰り返していけばよい。こうした計算を複数の宇宙線について繰り返すことにより、図１０に例示した分布を取得可能である。
【００６９】
なお、宇宙線の散乱の程度（角度ズレの程度、位置ズレの程度）は、おおまかには、通過する物質の質量や原子の陽子数が多いほど、散乱の程度が大きくなる。したがって、物質ごとにこうした散乱の程度を予め対応付けて記憶しておき、そこから散乱の程度を取得するものとしてもよい。また、宇宙線のエネルギーや運動量によっても散乱の程度が異なるので、散乱の程度を、エネルギーや運動量と対応付けて記憶しておくものとしてもよい。
【００７０】
各入射方向について宇宙線の角度ズレの様子を計算したら、前述の実施例と同様に、複数の入射方向についてそれらを合成することにより、宇宙線の角度ズレの方向分布を取得することが可能である。
【００７１】
図１１は、角度ズレの方向分布を取得した様子を例示した説明図である。図示されているように、横軸には放射線検出器からみた仰角がプロットされている。また、図４に例示した各入射方向（図４に「Ａ」から「Ｄ」と示した線分を参照）が例示されている。縦軸には、各入射方向について、角度ズレ量の平均値がプロットされている。前述したように、図４に「Ｃ」と示された方向には空洞があるため、他の入射方向に比べると、宇宙線の角度ズレの程度が小さくなる（図１０（ａ）および図１０（ｂ）を参照）。このことに対応して、図１１の分布では、図中に「Ｃ」と示した位置の近傍で角度ズレ量の低下が見られ、その低下している部分の幅が、空洞のサイズに対応している。このように、宇宙線の角度ズレの程度を調べることによっても、空洞の存在を検出したり、空洞の存在位置を推定したり、空洞のサイズを推定することが可能である。こうした場合も、本実施例および変形例では、計算量が多大になってしまう事態を回避して、宇宙線の挙動を迅速に計算することが可能である。
【００７２】
Ｃ−３．第３変形例  ：
あるいは、放射線のエネルギーを計算するものとしてもよい。例えば宇宙線の場合には、物質を通過する際にエネルギーを損失していくため、放射線検出器の位置ではエネルギーが当初よりも低下している。こうした宇宙線のエネルギーを計算するものとしてもよい。
【００７３】
図１２は、各入射方向について、宇宙線のエネルギーの分布を取得した様子を例示した説明図である。図１２（ａ）には、図４に「Ａ」と示した入射方向についての宇宙線のエネルギー分布が例示されており、図１２（ｂ）には、図４に「Ｃ」と示した入射方向についての宇宙線のエネルギー分布が例示されている。こうした分布を取得するには、前述した実施例と同様に、まず入射方向を決定し、入射方向に沿って物質の構成情報を取得する。そして、取得した構成情報に相当する物質を宇宙線が通過する際の挙動を、前述したモンテカルロシミュレーションの手法を用いて計算する。すなわち、宇宙線が物質中を進むごとに宇宙線のエネルギー損失量を確率的手法によって計算し、計算して得たエネルギー損失量の分だけ、宇宙線のエネルギーを減少させていけばよい。こうした計算を複数の宇宙線について繰り返すことにより、図１２に例示した分布を取得可能である。
【００７４】
各入射方向について宇宙線のエネルギーの様子を計算したら、前述の実施例と同様に、複数の入射方向についてそれらを合成することにより、宇宙線のエネルギーの方向分布を取得することが可能である。
【００７５】
図１３は、宇宙線のエネルギーの方向分布を取得した様子を例示した説明図である。図示されているように、横軸には放射線検出器からみた仰角がプロットされており、横軸の各位置には、図４に例示した各入射方向（図４に「Ａ」から「Ｄ」と示した線分を参照）が例示されている。縦軸には、各入射方向について、宇宙線の平均エネルギーがプロットされている。前述したように、図４に「Ｃ」と示された方向には空洞があるため、他の入射方向に比べると、宇宙線のエネルギー損失が小さい（図１２（ａ）および図１２（ｂ）を参照）。このことに対応して、図１３の分布では、図中に「Ｃ」と示した位置の近傍で宇宙線の平均エネルギーの上昇が見られ、その上昇している部分の幅が、空洞のサイズに対応している。このように、宇宙線のエネルギーを調べることによっても、空洞の存在を検出したり、空洞の存在位置を推定したり、空洞のサイズを推定することが可能である。こうした場合も、本実施例および変形例では、計算量が多大になってしまう事態を回避して、宇宙線の挙動を迅速に計算することが可能である。
【００７６】
Ｃ−４．第４変形例  ：
あるいは、放射線の運動量を計算するものとしてもよい。例えば宇宙線の場合には、物質を通過する際にエネルギーを損失するため、それに伴って運動量も低下していく。その結果、放射線検出器の位置では、宇宙線は当初よりも低い運動量を有することになる。こうした運動量を計算するものとしてもよい。
【００７７】
図１４は、各入射方向について、宇宙線の運動量の分布を取得した様子を例示した説明図である。図１４（ａ）には、図４に「Ａ」と示した入射方向についての宇宙線の運動量の分布が例示されており、図１４（ｂ）には、図４に「Ｃ」と示した入射方向についての宇宙線の運動量の分布が例示されている。こうした分布を取得するには、前述した実施例と同様に、まず入射方向を決定し、次いで入射方向に沿って物質の構成情報を取得する。そして、取得した構成情報に相当する物質を宇宙線が通過する際の挙動を、前述したモンテカルロシミュレーションの手法を用いて計算する。すなわち、宇宙線が物質中を進むごとに宇宙線の運動量の減少を確率的手法によって計算し、その分だけ、宇宙線の運動量を減少させていけばよい。こうした計算を複数の宇宙線について繰り返すことにより、図１４に例示した分布を取得可能である。
【００７８】
各入射方向について宇宙線の運動量の挙動を計算したら、前述の実施例と同様に、複数の入射方向についてそれらを合成することにより、宇宙線の運動量の方向分布を取得することが可能である。
【００７９】
図１５は、宇宙線の平均運動量の方向分布を取得した様子を例示した説明図である。図示されているように、横軸には放射線検出器からみた仰角がプロットされており、横軸の各位置には、図４に例示した各入射方向（図４に「Ａ」から「Ｄ」と示した線分を参照）が例示されている。縦軸には、各入射方向について、宇宙線の平均運動量がプロットされている。前述したように、図４に「Ｃ」と示された方向には空洞があるため、他の入射方向に比べると、宇宙線の運動量の減少が小さく、その結果として放射線検出器の位置での運動量が高い（図１４（ａ）および図１４（ｂ）を参照）。このことに対応して、図１５の分布では、図中に「Ｃ」と示した位置の近傍で宇宙線の平均運動量の上昇が見られ、その上昇している部分の幅が、空洞のサイズに対応している。このように、宇宙線の運動量を調べることによっても、空洞の存在を検出したり、空洞の存在位置を推定したり、空洞のサイズを推定することが可能である。こうした場合も、本実施例および変形例では、計算量が多大になってしまう事態を回避して、宇宙線の挙動を迅速に計算することが可能である。
【００８０】
Ｃ−５．第５変形例  ：
上述した実施例および変形例では、放射線検出器は物質を通過後の位置に配置するものとして説明した（図４を参照）。しかし、物質を通過する前の位置にも設置するものとしてもよい。そして、放射線の挙動を計算する際には、物質を通過する前の位置でも計算するものとしてもよい。
【００８１】
図１６は、地中を通過する前の位置にも放射線検出器を配置した様子を例示した説明図である。図示されているように、トンネルの天井に配置した放射線検出器（図中に放射線検出器「Ｘ」と示した放射線検出器）に加えて、地上にも放射線検出器（図中に放射線検出器「Ｙ」と示した放射線検出器）が配置されている。
【００８２】
本変形例では、放射線検出器「Ｙ」に入射する宇宙線の物理量についても取得する。なお、ここでは各方向からの宇宙線の飛来数を取得する場合を例にとって説明するが、その他の物理量であってもよい。宇宙線の飛来数はどのような方法で取得してもよく、例えば予め飛来数を設定したテーブルを用意しておき、そこから取得してもよい。あるいは確率密度関数を用意しておき、そこから取得してもよい。
【００８３】
また、本変形例において入射方向を決定する際には、前述の実施例と同様に、放射線が入射する方向を種々の方法で決定すればよい。例えば宇宙線の場合には、四方八方から降り注ぐので、図１６に「Ａ」から「Ｄ」で示したいずれの方向からも宇宙線が降り注ぐので、いずれの方向を入射方向として決定してもよい。なお本変形例では、２つの放射線検出器を結ぶ方向を、入射方向として決定するものとして説明する。
【００８４】
このように放射線検出器を物質の前後に配置した場合、通過する前後での変化を推定することができるので、構造をより精度良く調べることが可能である。例えば、放射線検出器「Ｙ」での宇宙線の飛来数と、放射線検出器「Ｘ」での宇宙線の飛来数とを比較することにより、放射線検出器「Ｘ」と放射線検出器「Ｙ」との間で停止した宇宙線の数をより正確に把握することが可能であり、延いては、放射線検出器「Ｘ」と放射線検出器「Ｙ」との間の構造をより詳しく把握することが可能である。
【００８５】
こうした場合、放射線検出器「Ｘ」での測定結果と、放射線検出器「Ｙ」での測定結果がどのようになるのかを、あらかじめ計算することが必要になる場合がある。そこで本変形例では、放射線検出器と放射線検出器を結ぶ方向を入射方向として、その方向に沿って、物質の構成情報を取得する。そして、前述した実施例と同様に、その構成情報に対応する物質を宇宙線が通過した際の挙動を取得するとともに、各入射方向についての取得結果を合成することによって、入射方向に対する分布を取得する。こうすれば、前述した実施例と同様に、計算量が多大になってしまう事態を回避可能である。加えて、放射線検出器と放射線検出器との間の物質を通過する際の宇宙線の挙動を、モンテカルロシミュレーション等の方法によって正確に計算することが可能である。これにより、こうした物質通過の前後で宇宙線の挙動を計算する場合についても、迅速に計算できるとともに、精度良く計算することが可能である。
【００８６】
以上、本実施例および変形例のシミュレーションシステムについて説明したが、本発明は、上述した実施例および変形例に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々の態様で実施することが可能である。例えば、上述の本実施例および変形例では、放射線の一例として宇宙線を例にとって説明したが、宇宙線にかぎらず、複数の方向から飛来する放射線であれば、どのような放射線（素粒子）であっても本発明を適用可能である。例えば、四方八方からガンマ線が飛来する状況についても、上述した内容を適用可能である。同様に、中性子が飛来する状況についても適用可能である。
【符号の説明】
【００８７】
１０…シミュレーションシステム、    １００…サーバー装置、    １０４…ディスク装置
２００…コンピューター端末装置、    ３００…携帯電話
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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