(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線のセンサ（３１）の固有寸法を定量化するための方法であって、
前記センサ（３１）のブロック図から、前記センサ（３１）のモデルを定めて生成するステップと、
数値計算を用いて、実験計画法によって、前記センサ（３１）の影響要素を決定するステップと、
前記放射線の標準多重周波数の線源（Ｓ）を用いて、前記センサ（３１）の周りの空間中の特定の各位置について測定を行うステップと、
実験計画法によって前記センサ（３１）の応答に影響を及ぼす要素の寸法を決定するステップとを備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記センサ（３１）の影響要素を決定するステップに続いて、残差分析法を用いて、影響要素が省かれていないことを保証する検証ステップを備える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記線源（Ｓ）を前記センサ（３１）の周りで回転させて、複数の角度と、前記センサ（３１）からの少なくとも一つの所定の距離において測定を行う、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記センサの各影響要素の最適水準を見つけることを特徴とし、前記最適水準が、実験計画の応答がゼロに向かう傾向があり、前記実験計画の応答が、実験的検出効率と数値的検出効率との間の差と、実験的検出効率との間の比に等しくなる、水準のことである、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
一般化簡約勾配法を用いて前記最適水準を見つける、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記線源（Ｓ）が、既知の放射能を有する電離放射線の標準多重周波数の線源であり、前記電離放射線のセンサ（３１）の固有寸法を定量化する、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法を実施するための装置であって、
前記モデルを定めて生成するステップと、前記影響要素を決定するステップと、前記要素の寸法を決定するステップとを行うためのソフトウェアを実行するように構成されたコンピュータと、
前記センサ（３１）を取り付けるための取り付け装置（３６）であって、前記センサ（３１）をしっかり保持し、前記センサを中心位置決めするように構成された取り付け装置（３６）と、
測定用の基準点を提供するように構成された基準装置と、
前記線源（Ｓ）を支持するための支持装置（４２）と、
前記線源（Ｓ）を支持するための支持装置（４２）に固定された旋回装置（３４）とを備える装置。
【請求項８】
前記センサ（３１）を取り付けるための取り付け装置（３６）を床の上に保持するように高さが調整可能で取り外し可能な装置（４４）を更に備える請求項７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線センサの固有寸法を定量化するための方法、及びその方法を実施するための装置に関する。
【０００２】
本装置は、センサの実験的応答を予測する等価な数値モデルを定めることができるようにセンサの要素の寸法を決定することができ、本発明は、（ａ）この種の寸法決めを、センサの固有特性についての大前提なしで、センサのブロック図のみから簡単に行うことができ、（ｂ）センサの実際の応答に対するこの寸法決めに関連する精度を与えることができ、（ｃ）これらの工程を自動化することができる。また、本装置は、センサの応答を測定するための装置を用い、多様な周波数、つまりは多様なエネルギーでの放射線放出源を有し、特定のプロセスを用いて、センサの必要とされる未知の寸法を調整できるようにする点にも留意されたい。
【０００３】
本発明は、放射線分光計の計測学に適用可能である。その特定のため、本装置の適用範囲には、関連する放射線の応答及び輸送を数値化又は計算可能な非破壊試験用の全ての分光センサが含まれる。従って、本発明は、例えばγ線、α線、紫外線、赤外線、可視光分光計等の電離放射線測定分光計に適用され、ひいては全ての写真システムに適用される。以下では、電離放射線センサ、特に高純度ゲルマニウムセンサに焦点を当てているが、本発明の原理は、その応答が数値化可能な他のあらゆる放射線センサに容易に拡張可能である。
【背景技術】
【０００４】
放射線センサの応答を数値化する必要がある場合、その応答を決定することができるように、そのセンサの固有寸法を知らなければならない。
【０００５】
センサのモデル化は、各測定構成において、各周波数について、ひいては電離放射線センサの有効範囲のスペクトルの全エネルギーについて、必要な大きさ、例えば放射能の定量化に有用な較正係数を計算することを可能にする。モデル化は、コンピュータプログラム内にセンサの幾何学的表現を生成するものである。このような表現の一例を、純粋に情報目的であって非限定的なものとして、添付の図１に与える。図１においてセンサは参照符号２で示される。この図面中に見られる多様な数字は、センサを形成する多様な数値化空間を区切る表面の数を表す。
【０００６】
この方法は周知である。この方法についての情報は特に特許文献１、非特許文献１、非特許文献２に記載されている。
【０００７】
しかしながら、この既知の方法は、実施が難しく、特別なノウハウを要する。
【０００８】
センサの応答に影響する固有寸法の定量化は、現状では、センサを構成する多様な要素の寸法の正確な情報に基づいている。しかしながら、センサは多数の構成要素を有し、一部の寸法は、センサ応答に及ぼす影響を正確に再現するのに十分な精度で測定することができないものであるため、この定量化は困難なものである。従って、センサの数値化は依然として困難であり、実験からの広範なフィードバックを要することで、較正エラーによる影響を受けなくされている。
【０００９】
特筆すべきなのは、本発明が、センサの等価数値モデルを得るのに用いられる方法を単純化して、この方法のロバスト性を強化し、この方法を自動化することによって、上記問題を解決するものであるという点である。
【００１０】
本発明は、特に、あらゆるタイプの電離放射線測定分光計に適用可能である。
【００１１】
本発明で検討されるタイプの寸法決めの応用分野は、放射線放出による非破壊検査、特に電離放射線センサの数値モデル化に関係している。このモデル化は、適切なコンピュータプログラムを用いて、必要とされる大きさ、例えば放射能を定量化するために適用される較正係数を計算するための手段を与える。
【００１２】
また、本発明に係る寸法の取得は、必要とされる任意のコンピュータプログラムの使用を可能にし、更には複数のコンピュータプログラムの応答を比較することさえも可能にする。
【００１３】
放射線源の強度測定は、単位時間毎に放出された放射線事象の数と、その測定に用いられた分光計によって記録され実際に宣言された放射線事象の数との間の対応関係を生成することに基づいている。この対応関係は“検出効率”と呼ばれる。この用語を明細書の残りの部分にわたって用いる。分光センサを有することで、複数の周波数、ひいては複数のエネルギーを分離して、それら各々について強度測定を行うことができる。この方法は数十年間にわたって非破壊検査の分野において用いられてきており、広く標準化されている。例えば、この点に関する情報は非特許文献３に記載されている。
【００１４】
有効な放射線又は粒子輸送計算プログラムにセンサの幾何学的構成を注意深く組み込むことで、実験的基準を用いずに、較正係数を数値的に定量化する手段が与えられる。添付の図２は、一例の高純度ゲルマニウムセンサ４の構成要素を示す。
【００１５】
この図面において、参照符号６、８、１０、１２、１４、１６は、それぞれ、炭素エポキシ入力窓、高純度ゲルマニウム結晶、サポート、中心コンタクト、カバー、低温に保たれたプリアンプを表す。
【００１６】
従来技術では、利用可能な全てのデータを用いて、センサの要素を可能な限り正確に再現することによって、センサの幾何学的構成をコンピュータコードに組み込んでいる。用いられる第一のデータは、組み立て前の多様な要素（カバー、入力窓、サポート等）に対して直接記録されて製造業者によって提供される寸法である（特許文献１を参照）。全ての寸法はセンサをモデル化するのに十分なものである。しかしながら、提供されるデータと実物との間には顕著な差が生じ得て、これは、特に、製造業者がセンサの幾何学的構成の提供者ではない場合に生じる（非特許文献１を参照）。
【００１７】
実験からのフィードバックにより、幾何学的な相違、例えば、センサの組み立て中の真空の生成に起因して、サポート内での結晶の僅かな変位等が生じ得ることが示されている。そこで、エックス線像を撮ることによって、センサの実際の幾何学的構成と製造業者によって提供されたデータ（特にセンサ図面）との間の一致性を調べる。ゲルマニウムγ線分光計については、センサの活性部分の主要構成要素であるゲルマニウムの密度が、特別な高エネルギーＸ線を用いて十分な分解能の像を得ることを必要にする。これが当てはまらない場合には、Ｘ線で与えられるデータを解釈すること、つまり、センサの構成要素の正確な位置を読み取って、幾何学的寸法を調べることが不可能ではないとしても非常に困難になる。十分な分解能の像であったとしても、視差効果が、寸法の正確な読み取りを困難にする。この困難性が図３Ａ及び図３Ｂに例示されていて、図３Ａ及び図３Ｂにはそれぞれ、参照符号１８、２０で示される高純度ゲルマニウムセンサの二つの例の明確なＸ線像とあまり明確ではないＸ線像とが示されている。基準値に対するゲルマニウム結晶の長さ又は直径に対する２ｍｍの変動が、センサの面から１０ｃｍの距離における測定点に対して、検出効率を１１％変化させ得る点に留意されたい。そして、検出効率は、６７ｍｍにおける測定点について０．０２２２に等しく、７１ｍｍにおける測定点について０．０２４７に等しい。図３Ａ及び図３Ｂに示されるもののようなＸ線像からの寸法調査に対するエラーは２ｍｍと推定される（非特許文献２を参照）。
【００１８】
直接測定によって簡単に分析することができないデータが、直接測定可能な寸法に重なる。一つの問題は、結晶中のドーパントの分布であり、ドーパントは、その蓄積に起因して検出効率の損失を生じさせ得る。他の問題は、結晶中の力線の分布であり、力線は結晶全体を均一に覆うことができないので検出効率の損失を生じさせる。最後の問題は、電荷収集電子機器であり、これは電荷を“失い”もするので、検出効率の全体的な損失をもたらす。
【００１９】
多様なデータの影響は、センサに対する相対的な放射線源の空間位置の関数として変化する。この位置は、線源からセンサまでの距離によって、また、線源とセンサを繋ぐ直線と、基準直線との間の角度によって定められる。
【００２０】
従って、放射線放出空間内の全ての位置について、応答が、実際のセンサの応答と同一になる幾何学的構成を定めることは難しくなり得る。例えば、この点に関する情報は、非特許文献４に記載されている。
【００２１】
こうした影響を克服するため、計測学的な繋がりを空間中の一以上の位置から求めて、結晶の幾何学的構成に対して“デッドゾーン”と呼ばれる層を組み込むことによって、観測された差が補償される。この層を用いて、電荷損失、力線に起因するまた結晶の一部箇所におけるドーパントの集中に起因する損失の全ての影響を補償する。それでもなお、（ａ）Ｘ線像で記録された寸法又は製造業者によって提供された寸法が正確であること、及び（ｂ）寸法の記録中に生じたエラーが、検出効率に影響がないように十分小さいことという基本的前提が存在する。しかしながら、この条件は常に満たされるものではない。一つの寸法に対する２ミリメートル程度のエラーは、検出効率に対する１１％のエラーに繋がる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】国際公開第９８／３９６２８号（Ｆ．Ｂｒｏｎｓｏｎ  ｅｔ  ａｌ．  “Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ”）
【非特許文献】
【００２３】
【非特許文献１】Ｆ．Ｂｒｏｎｓｏｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＭＣＮＰ  Ｍｏｎｔｅ  Ｃａｒｌｏ  Ｃｏｄｅ  ｆｏｒ  ｇｅｒｍａｎｉｕｍ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ  ｇａｍｍａ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｓ，Ｃａｎｂｅｒｒａ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｕ．Ｓ．Ａ．，１９９６
【非特許文献２】Ｒ．Ｖｅｎｋａｔａｒａｍａｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｍｅｔｈｏｄ  ｉｎ  ＩＳＯＣＳ  ａｎｄ  ＬａｂＳＯＣＳ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｒａｄ．Ｎｕｃｌ．Ｃｈｅｍ．，ｖｏｌ．２６４，ｐｐ．２１３−２１９，２００５
【非特許文献３】Ｓｔａｎｄａｒｄ  ｔｅｓｔ  ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ  ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｒａｄｉｏｎｕｃｌｉｄｅｓ，ＡＳＴＭ  ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｅ１８１‐１０
【非特許文献４】Ｍｏｄｅｌ  Ｓ５７３／Ｓ５７４  ＩＳＯＣＳ／ＬａｂＳＯＣＳ，Ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ  ＆  ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｍａｎｕａｌ，Ｖ４．０，９２３１２０５Ｅ
【非特許文献５】ＩＳＯＣＳ／ＬａｂＳＯＣＳ，  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｒｅｐｏｒｔ，ＡＣＫ＃０４０２８９６，Ｄｅｔｅｃｔｏｒ  Ｓ／Ｎ  Ｂ０５０２１，  Ｎｏｖｅｍｂｅｒ  ３  ２００４
【非特許文献６】Ｌｏｓ  Ａｌａｍｏｓ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，ＭＣＮＰＸ  Ｕｓｅｒ’ｓ  ｍａｎｕａｌ，ＬＡＮＬ，ｖ．２．５，２００５
【非特許文献７】ＩＴＥＣＨ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｕｓｅｒ’ｓ  ｍａｎｕａｌ，Ｗｉｎｎｅｒ  Ｔｒａｃｋ，２００９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明の目的は上記欠点を克服することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明の目的は、放射線のセンサの固有寸法を定量化する方法であって、
‐  センサのブロック図から、センサのモデルを定めて生成するステップと、
‐  数値計算を用いて、実験計画法によって、センサの影響要素を決定するステップと、
‐  前記放射線の標準多重周波数（又は多重エネルギー）線源を用いて、センサの周りの空間中の特定の各位置について測定を行うステップと、
‐  実験計画法によって、センサ応答に影響する要素の寸法を決定するステップとを備えることを特徴とする方法である。
【００２６】
本発明に係る方法の好ましい一実施形態によると、センサの影響要素を決定するステップに続いて、残差分析法を用いて、影響要素が省かれていないことを保証する検証ステップが行われる。
【００２７】
好ましくは、放射線源をセンサの周りで回転させて、複数の角度と、センサからの少なくとも一つの所定の距離において測定を行う。
【００２８】
本発明の好ましい一実施形態によると、センサの各影響要素の最適水準を見つける。
【００２９】
好ましくは、一般化簡約勾配法を用いて、最適水準を見つける。
【００３０】
本発明の特定の一実施形態によると、線源は、既知の放射能を有する標準多重周波数（又は多重エネルギー）線源であり、電離放射線のセンサの固有寸法を定量化する。
【００３１】
本発明は、本発明に係る方法を実施するための装置にも関し、その装置は、
‐  センサをしっかり保持して、センサを中心位置決めするように構成されたセンサ取り付け装置と、
‐  測定用の基準点を提供するように構成された基準装置と、
‐  線源支持装置と、
‐  線源支持装置に固定された旋回装置とを備える。
【００３２】
本発明に係る装置の好ましい一実施形態によると、本装置は、床の上にセンサ取り付け装置を保持するように高さが調整可能で取り外し可能な装置も備える。
【００３３】
本発明は、添付図面を参照して純粋に情報目的であって限定的なものでは以下の例示的な実施形態の説明を読むことでより良く理解されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】既に説明した電離放射線センサの数値モデルの一例を図示する。
【図２】既に説明した高純度ゲルマニウムセンサの一例の構成要素を図示する。
【図３】図３Ａ及び図３Ｂは、既に説明した高純度ゲルマニウムセンサの二つの例のＸ線像を示す。
【図４】電離放射線センサの寸法図の一例を図示する。
【図５】本発明に係る装置の特定の一実施形態の斜視図である。
【図６】図５に示される装置の変形実施形態の斜視図である。
【図７】図７Ａ、図７Ｂ及び図７Ｃは電離放射線センサの異なる既知の幾何学的構成を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明に係る寸法決め方法と、電離放射線センサの検出効率に影響を及ぼす要素の寸法を定量化するためにこの方法を実施するための機械的装置の例を説明する。
【００３６】
測定装置を得るために必要な全ての要素は機械的に簡単に製造されるものであることに留意されたい。また、寸法決め方法に必要な全てのツールは市販されているものであり当該分野において既知である。
【００３７】
本発明は、これらに関連していて、また、これらの使用に関する。
【００３８】
必要とされる要素の寸法は以下のようにして得られる：
【００３９】
●  電離放射線センサの寸法ブロック図から始めて、コンピュータプログラム中に幾何学的モデルを定めて生成する。このような図が図４に示されていて、図４では寸法がミリメートル単位で表されており、±０．２ｍｍの不確実性を有する。この不確実性は、機械的製造公差に相当するものであって、設置及び組み立て後の要素の位置決め不確実性に相当するものではない。この図は、この第一ステップについて必要な精度及び詳細の程度のイメージを得るのに十分なものである。
【００４０】
●  感度分析を行うために使用可能な実験計画法を用いて、影響要素を決定する。この分析は、センサを構成する多様な構造要素の中から影響要素を与える。このステップは数値計算のみによって行われ、実験は必要とされない。
【００４１】
●  センサの周りの空間の複数の特定の位置について測定を行う。測定座標の正確な読み取りが行われる。これらの測定は、検討される電離放射線の放出源を用いて行われる。この線源は、ＳＩ単位で表される既知の放射能を有する標準多重周波数（又は多重エネルギー）線源である。
【００４２】
●  実験計画法を用いて、センサ応答に影響を及ぼす要素の寸法を決定する。
【００４３】
三次元中にセンサを十分正確に再現し、また較正される特性放射線の輸送を十分正確に再現することができる計算プログラムが存在すれば、あらゆる種類の放射線センサを較正することができる。
【００４４】
センサ応答に影響を及ぼす要素を決定する方法の以下の説明で用いられる定義及び用語は以下のとおりである。
【００４５】
因子（ファクタ）
因子は、調査されるシステムのパラメータである。この場合、因子は、センサの応答に直接的影響を及ぼすセンサの特性要素に対応する。因子は実験計画中に多様な値に設定される。
【００４６】
水準（レベル）
実験計画用に決定される因子は、調査領域にわたって変化する。因子は連続的に変化して無限数の可能な値に等しくなり得て、又は離散的であり有限数の選択された値の一つに等しくなり得る。これが因子の異なる水準である。本発明の目的のために用いられる因子は、以下の三つの可能な水準に限定される：領域の上限及び下限、上限と下限との間の中間値。
【００４７】
応答
応答は出力の大きさであるか、又は試験によって与えられる出力の大きさの関数である。
【００４８】
挙動モデル
これは、因子の関数として応答を与える数学的モデルである。実験計画から導出されるデータの処理は、モデルによって示される結果（予測結果）と一連の試験後に得られた実験結果との間の差を調べることから成る。
【００４９】
以下、センサ応答に影響を及ぼす因子の決定について検討する。
【００５０】
この決定は、実験計画法を用いて為される。しかしながら、実験計画の“古典的な”使用とは異なり、挙動モデルを定めずに、パラメータ、具体的にはセンサの構成要素の寸法を最適化することを試みる。
【００５１】
効率的な実験計画の策定は、センサ応答に対する各因子の影響を調べるために行うべき一組の試験、具体的には一組の因子及び水準の組み合わせを定めることを意味する。スクリーニング計画は、いわゆる計画の“低減”であり、検討される調査のために因子と水準の全ての可能な組み合わせを必要としなくする。スクリーニング計画は、因子の全体的な調査を代表するような複数の組み合わせを選択することから成る。これは、計画の実行時間を当然に低減するが、システムの挙動について利用可能な情報も低減する。
【００５２】
この種の計画の使用は、どの要素がセンサ応答に最も影響を及ぼすのかを特定し、各因子の潜在的な変動限界を評価する。この最初の計画で影響を正確に定量化する必要はない。最後に、これは、全ての因子の“スキャン”を与える。この計画は、どの因子同士が互いに最も影響を及ぼすのかも決定する。また、応答に対する因子の影響と、因子の相関、つまり因子同士の影響とを明確に分離することが重要である。
【００５３】
具合的には、第一ステップは、実験計画に導入される因子をリストアップして、それら因子の水準の値を特定することである。本方法の残りの部分は、スクリーニング計画によって与えられる応答に依存する。
【００５４】
ゲルマニウムセンサについて、因子のリストは、センサ製造業者によって提供される寸法ブロック図によって与えられる。例えば、図４を参照すると、センサ２２の寸法がミリメートル単位で表されていて、因子は以下のものとなり得る：
●  カバー２４の長さ及び直径；
●  入力窓２６の直径及び厚さ；
●  ゲルマニウム結晶サポート２８の厚さ及び直径
●  結晶３０の長さ及び直径、また、結晶が接触ピンを有する場合には、接触ピンの長さ及び直径；
●  ゲルマニウム結晶の前方、側方及び後方に位置する“等価デッドゾーン”の厚さ。
【００５５】
これら因子に関連する変動限界は、例えば、定量化中に推定される測定エラーである。
【００５６】
このステップは完全に数値的に行われる。調べられる因子及び水準が決定され、センサの幾何学的構成がモデル化されると、“スキャン”計画によって必要とされる各構成についてセンサ応答（検出効率）が計算される。各検出効率に関連するスペクトル線を積分しなければならない。
【００５７】
次いで、応答が、実験計画処理ソフトウェア、例えば、ＬＵＭＩＥＲＥソフトウェア（ＳＯＦＴ１６，ＬＵＭＩＥＲＥ，ｖｅｒｓｉｏｎ  ５．４９）によって分析される。このソフトウェアは、感度分析を直接与え、検討されるセンサ応答に影響を及ぼす要素を特定する。また、このソフトウェアは、センサ応答に影響を及ぼす全ての現象が良好に特定されていて、何も省かれていないかどうかを検証することもできる。この検証は、残差分析を行うことによって行われる。高い値の残差は、応答に影響を及ぼす全ての因子が実験計画に含まれていないことを示す。
【００５８】
高純度ゲルマニウムセンサに対して行われた分析により、検出器の前方１０ｃｍの点について、センサ応答の９９．６０％が五因子（結晶の長さ及び直径、前方、後方及び側方にそれぞれ位置する三つの“等価デッドゾーン”）によって説明され、検出器の軸から９０°の角度で１０ｃｍの位置の点について、９２％がこれら同じ因子によって説明されることが実証されている。
【００５９】
以下、センサの空間応答の決定のために行われる測定について検討する。
【００６０】
センサの空間応答の測定は、上述の影響を及ぼす要素の寸法を決定するため、特定の幾何学的位置において行われなければならない。これら測定を、点線源とみなされる放射線源、つまりセンサに対して幾何学的な点とみなすことができる線源を用いて行わなければならない。特に、この条件を満たして、空間中の異なる二点において行われる二つの測定が互いに干渉しないようにしなければならず、放射線の幾何学的交差は望ましくない。
【００６１】
上記条件を満たすために用いられる装置は、非特許文献５に開示されている。
【００６２】
図５は、放射線源Ｓを用いて、放射線センサ３１の空間応答を取得するための本発明に係る装置の一例の斜視図を図示する。この線源は、標準多重周波数（又は多重エネルギー）線源である。図６は、図５の変形例を図示し、図５の装置に、床との接触を維持しながら高さが調整可能な保持装置が付随している。
【００６３】
図５において
‐  参照符号３２はセンサカバーを示し、
‐  参照符号３４はアームを示し、
‐  参照符号３６は二つのブラケットＥ１及びＥ２を有する取り付け装置を示し、
‐  参照符号３８は上部プレートを示し、
‐  参照符号４０はタレットを示し、
‐  参照符号４２は線源ホルダを示し、
‐  参照符号４２ａは調整プレートを示し、
‐  参照符号４２ｂは締め付け装置を示し、
‐  参照符号４２ｃは固定装置を示し、
‐  参照符号４２ｄは、線源ホルダ４２上に線源Ｓを保持するための一組四つの保持ピン（図５にはそのうち三つのみが示される）を示し、
‐  参照符号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は締め付け装置を示す。
【００６４】
これら参照符号は図６でも繰り返されていて、図６には、床との接触を維持しながら高さが調整可能で図５の装置を床上に保持する保持装置４４も示されている。
【００６５】
純粋に情報目的であって限定的なものでは例において、装置全体（センサとそのカバーを含まず）は、床保持装置を除いて、アーム３４の長さ５０ｃｍの場合に最大質量４ｋｇとなる（しかし、検討される最大質量がセンサに過度の応力を生じさせない場合には、長さを例えば３０ｃｍに短くすることができる）。保持装置は、取り外し可能であり、図５の主装置を有利に完成させ、線源ホルダ４２がアームの端部にあり、センサのカバー３２がトルクに耐えられない場合にアーム３４のトルクによって課される力を減少させる。
【００６６】
図５の装置は、二つのブラケット３６、上部プレート３８、タレット４０、及び線源ホルダ４２を有する取り付け装置を本質的に備える。
【００６７】
二つのブラケット３６を有する取り付け装置は、センサ３１のカバー３２に対して調整される。カバー３２に接触して二つのブラケットＥ１及びＥ２をしっかり押し付ける四つの締め付け装置Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４によって、取得装置がカバー３２に対して保持される。二つのブラケットを有する取り付け装置が、有利には、センサ３１のカバー３２に対して取得装置をしっかり保持し、センサのあらゆる幾何学的構成について、カバー３２の前面に対して取得装置を確実でシステマティックに中心位置決めする。
【００６８】
このような配置は、しっかりとした保持を可能にし、非特許文献５に開示されている装置よりも良い測定再現性を可能にする。
【００６９】
上部プレート３８はクリート（図示せず）及びタレット４０を支持する。クリートは、取り外し可能であってもなくてもよく、有利には、センサ３１のカバー３２の前面３２ａの端部に対してアーム３４の端部を調整するのに使用可能である。従って、クリートは、取得用のゼロ基準点を与える。
【００７０】
タレット４０は、アーム３４の端部を受けて、線源ホルダ４２を保持する。この端部はスレーブであり、カバー３２の前面３２ａによって画定される平面内に位置しなければならない。
【００７１】
タレット４０は、３６０°旋回可能である。しかしながら、この運動の大きさはセンサ３１によって制限される。角度目盛りＧ１が、センサカバーの前面の平面に対してアーム３４が示す角度を記録する。更に、アーム３４上の目盛りＧ２が、センサカバーの前面と、線源ホルダ４２内に位置する放射線センサＳとの間の距離を記録する。
【００７２】
これは、非特許文献５に記載のシステムでは当てはまらないような正確な角度及び距離測定を用いて再現可能な多重位置決めを可能にする。また、これは、有利には、非特許文献５に記載の装置では当てはまらないような較正用の位置とは異なる点における中間較正検証点の使用を可能にする。
【００７３】
線源ホルダ４２の高さは、プレート４２ａ及び締め付け装置４２ｂを用いて調整可能である。この調整は、センサ３１のカバーの幾何学的中心に一致するように放出源の幾何学的中心の高さを調整する。プレート４２ａは、固定装置４２ｃによって、アーム３４に沿った正しい距離に調整される。四つのピンのアセンブリ４２ｄは、放射線源Ｓを保持するように調整及び固定可能である。複数の幾何学的種類の放射線源の寸法が保持ピン間の利用可能な空間に対応可能なものであれば、アセンブリ４２ｄを用いて、それら放射線源を保持することができる。
【００７４】
あらゆる種類の検出器カバー及び多様な種類の線源幾何学的構成に対する調整が、非特許文献５には開示されていない本発明の有利な特徴である。
【００７５】
寸法決めに必要な測定は、上記取得装置によって行われ、好ましくは、三つの異なる距離（１０ｃｍ、２０ｃｍ、３０ｃｍ）に対して三つの異なる角度（０°、４５°、９０°）で行われる。最低限必要な構成は、三つの異なる角度（０°、４５°、９０°）における３０ｃｍの距離のみでの測定である。
【００７６】
センサ応答を良好に定めることを保証するため、用いるスペクトル線の数には特別な注意を払わなければならない。この応答は以下のように表される：
検出効率  ＝  ｆ（スペクトル線）
【００７７】
γ線検出の場合、エネルギーサンプル（スペクトル線）の間隔が大き過ぎると、特に低エネルギーにおいて、検出効率がそのエネルギー準位において大きく変化し、センサ応答の定義が、影響要素を正確に寸法決めして、センサの数値化によって与えられる応答を有効化するのに十分なものではなくなる。
【００７８】
非特許文献５に開示されている取得装置は、センサカバーの前面の幾何学的中心に線源を中心位置決めすることを保証するものではなく、カバーの中心に線源を中心位置決めするものでもなく、また、カバーの前面からの異なる複数の距離において寸法測定を行うために用いることができるものではないことに留意されたい。
【００７９】
以下、センサ応答に影響する要素の寸法決めについて検討する。
【００８０】
この寸法決めは、完全要因計画を用いて行われる。この実験計画カテゴリは、影響因子を形成する限られた数の因子でシステムについて可能な限り完全な情報を提供する。完全計画は、因子と水準の全ての可能な組み合わせをそれぞれ試験することから成る。
【００８１】
スクリーニング計画中に示された影響を用いて、完全計画に用いられる因子を直接選択する。この場合、全ての可能な組み合わせが用いなければならないので、限られた数の因子のみを保持し、水準の数はスクリーニング計画におけるものと同じままにすることが重要である。
【００８２】
ｆを因子の数として、ｎを水準の数とすると、実験計画は、Ｎ＝ｎｆ回の試験で構成される。
【００８３】
水準の数は同じままであるが、各水準の値は、スクリーニング計画の結果の関数として調整可能である。
【００８４】
水準の新たな値は、センサ（実物）（センサの因子は寸法である）の要素を寸法決めするのに十分なものでなければならない。結果の分析は、各因子についてセンサ（実物）の因子の値を定量化する。
【００８５】
この実験計画用の入力データは以下のものである：
‐  測定が行われた距離；
‐  測定が行われた角度；
‐  検討されるエネルギー；
‐  較正証明に従って、検討されるエネルギーにおいて線源によって放出される放射線事象の数に対する、検討されるエネルギーにおけるスペクトル中に存在する正味の面積の比として計算される実験検出効率；
‐  四つの以前のデータについて完全実験計画によって定められ、特定の値に固定されている影響因子の値；
‐  センサの幾何学的構成から計算プログラムによって計算され、製造業者によって与えられるブロック図と、影響因子の値とによって定められ、上記段落で定められた数値的検出効率εＭｃＮＰ。
【００８６】
例えば、ＭＣＮＰ計算プログラムが用いられる。例えば、この点に関する情報は非特許文献６に記載されている。
【００８７】
この入力データについての実験計画の応答は以下のとおりである：
【数１】
0006648150.tif 000002
【００８８】
現状とは異なり、応答の絶対値を用いず、応答の符号を保つことが重要である。そうでないと、要素の最終的な寸法決めを乱すバイアスが導入されてしまう。
【００８９】
結果としての実験計画は、各関心エネルギーＥｉについて距離ｄ及び角度θにおいて行われた各測定の試験（３水準で５因子）のデータセットで構成される（３５＝２４３）。各試験の目的は、検討される試験に関連するεＭｃＮＰの値を評価することである。試験は、因子が複数の水準のうち一つにブロック化される構成（要素の寸法）に対応する。検討している例では１２個の関心エネルギーが存在するので、測定位置用に用いられる
【数２】
0006648150.tif 000003
の値の総数は、１２×２４３＝２９１６に等しい。検討される例は９個の測定点（つまり、９対の（ｄ，θ））を含むので、完全計画に用いられる
【数３】
0006648150.tif 000004
の値の最終的な数は２９１６×９＝２６２４４に等しい。
【００９０】
また、１２個の関心エネルギーについて９個の測定点が存在するので、得られる結果は、９×１２＝１０８個の応答である。
【００９１】
検討される場合において、上記ＬＵＭＩＥＲＥソフトウェアは、１５個の応答の同時処理に制限されている。この制限は、各関心エネルギーについて一つの実験計画を策定して、１２個の実験計画を用いることによって解消される。各実験計画からの必要とされる応答は、線形モデルをもたらし、以下の式（１）によって与えられる：
【数４】
0006648150.tif 000005
【００９２】
例えば、ＬＵＭＩＥＲＥソフトウェアによって用いられるように、最小二乗法を用いて、モデル係数が得られる。
【００９３】
このような応答は、必要とされる寸法を定量化するのに用いることができず、これら応答は、要求された応答の所定の値について各因子の最適水準を探すために用いられる。例えば、この最適水準は、ＬＵＭＩＥＲＥソフトウェアによって用いられるように、“一般化簡約勾配法”によって与えられ得る。この場合、この方法に起因する連立方程式を解くために満たすべき条件は、１２個の関心エネルギーに関連する応答
【数５】
0006648150.tif 000006
が０に向かう傾向があり、シミュレーションの値と実験の値との間のエラーを最小にすることである。
【００９４】
実験計画の使用と、一般化簡約勾配法に対する応答の関連性が、センサの数値的応答に影響を及ぼす幾何学的寸法を有する要素の寸法を決定するための本発明の革新的な態様の一つを成している。
【００９５】
本発明は以下の多数の利点を有する点の留意されたい：
【００９６】
１．  取得が難しい正確な寸法読み取りの必要性がない。
【００９７】
２．  特定の非破壊撮像法を使用しない。これら初めの二点は、高分解能Ｘ線撮像法の使用が数値モデルを定めるのに必要な精度を得るために日常茶飯事となっている従来技術（それでも、本発明を用いる場合に生じるエラーよりも大きなエラーを有する）に対して明確な利点を有する。
【００９８】
３．  ブロック図が実物に対応しない場合、これは迅速に検出される。何故ならば、実験計画処理ソフトウェアが何ら挙動モデルを見つけないからである。このエラーの影響を受ける因子は迅速に特定可能である。何故ならば、この因子に割り当てられる値は、検討される因子の最大又は最小水準だからである。これは、実際のモデルと、提供されたブロック図との間の差の原因についての情報を与える。このようなチェックは従来技術に係る方法では不可能であり、較正エラーが生じ得る。
【００９９】
４．  放射線源の放射能に対してエラーが生じる場合、このエラーは、後述のようにして検出される。このような検証も従来技術に係る方法では不可能であり、他の潜在的な較正エラーの源となる。
【０１００】
５．  連続して製造される同じ種類のセンサは、完全実験計画の策定を一回しか必要としない。これらセンサは全て同じ特性（影響因子及びそれら因子の水準）を有する。従って、同じセンサや同様のセンサの新たな寸法決めは、空間応答測定が行われることのみを要し、実験計画ソフトウェアの計算時間に等しい時間内でほぼ瞬時に定量化される。このような手順は、現状では一か月以上かかっている。従って、本発明によって、ケースバイケース処理の代わりに、工業的連続処理を用いることができる。
【０１０１】
６．  上記点は、どんな作業者でも寸法を決定することができ、専門家が最早必要ではないことを意味する。この作業は、必要であると考えられるだけ何度でも、特に何処でも（特に研究所、生産製造ラインの近隣、現場、野外）行うことができるものである。これは、従来技術に係る方法では不可能である。
【０１０２】
以下、本発明に係る方法を用いて寸法決めされる数値モデルの有効性について検討する。
【０１０３】
以下説明する手順は、本手順の使用中に生じ得た可能性のあるエラーの自動警告を与えることができる。本願で検討される潜在的なエラーの源は、使用される標準線源の放射能に対するエラー、測定中の線源の位置に対するエラー、そして、ブロック図に対する寸法エラーである。
【０１０４】
この種のエラーは、本発明に係る方法によって与えられる三つの指標によって検出可能である。
【０１０５】
１．  各応答に関連する式（１）の残差標準偏差の値
高い値、例えば５０％よりも高い値は、応答が因子によって説明されておらず、検出効率の値を因子によって説明することができないことを意味する。
【０１０６】
２．  実験データと比較してのモデルの予測
例えば、目標値は、５％未満の予測である。これは、挙動モデルが、同じ点について測定された実験値から５％未満の差で検出効率の値を戻すことを意味する。値がこの目標よりも高い場合、予測される計測精度は得られてない。
【０１０７】
３．因子の最適値
複数の値が上限又は下限に等しい場合、これは、最適な挙動モデルを評価することができないことを意味する。
【０１０８】
以下の表１に、上記指標１、２、３がまとめられており、センサの数値的寸法決め中に生じる潜在的なエラーに対する警告の起点について理解することができる。
【０１０９】
従って、警告は、応答に影響を及ぼす要素を寸法決めする方法が最適なものであり、その方法によって与えられる最適値が収束基準（例えば５％）内で検出効率の保証された定量化を与えることを確実にするのに役立つ。
【０１１０】
各場合について、適用される方法論は、エラーを特定して、その源を特定することができる：
○  ブロック図に対する寸法エラーについての指標１、２、３に対する主な影響；
○  線源の放射能に対するエラーについての指標２、３に対する主な影響；
○  線源の位置決めについての指標１に対する影響。
【０１１１】
【表１】
0006648150.tif 000007
【０１１２】
表１中の結論は上記分析から導出されたものである。
【０１１３】
以下、寸法決め方法用のオペレーティングソフトウェアを説明する。ソフトウェアは全てのステップを自動化することができ、特に、検討される技術分野の専門家を必要とせずに、未熟な作業者がセンサの数値モデルを生成することを可能にする。
【０１１４】
このため、ソフトウェアは以下のことを行わなければならない：
●  行われる測定の数、測定が行われる距離及び角度を質問し、また、どのような関心エネルギーが使用されるのかを質問すること；
●  行われる測定のリストを生成すること；
●  各関心エネルギーに対してスペクトル中の全吸収ピークの正味面積を読み取ること；
●  接続された標準線源の核データ及び放射能から、各関心エネルギーについて実験的検出効率を評価すること；
●  一般モデルがコンピュータプログラム中に定められている各種センサについて、製造業者によって与えられるブロック図から作業者によって入力されると、寸法決定される要素の寸法を所定の数値モデル中に含めることができること；
●  応答に影響を及ぼす要素を定めることが目的の場合には、自動化手順でスキャン実験計画を生成すること；
●  関心エネルギー及び測定点に対応する数値モデルを生成し、コンピュータプログラムの結果を抽出すること；
●  感度分析を行い、センサ応答に影響を及ぼすパラメータを決定すること；
●  パラメータが評価されると、対応する完全実験計画を策定すること；
●  関心エネルギー及び測定点に対応する数値モデルを生成し、コンピュータプログラムの結果を抽出すること；
●  実験的検出効率及び数値的検出効率から応答を計算し、寸法を最適化し、最適数値モデルを提供すること。
【０１１５】
線源放射能エラーに影響する停止点が含まれる。停止点は、オンラインで較正の質について作業者に警告することができる。
【０１１６】
以下、測定装置の定量化を検討する。
【０１１７】
較正用のものとは特性、放射能及び位置が異なる接続標準線源の放射能を定量化するために為される較正を用いて、本発明に係る方法が有効であると実証されている。
【０１１８】
また、本発明に係る方法を用いて行われる較正を用いて基準物体に対して行われる測定結果を、商業的な較正を用いて同じ物体に対して行われる測定結果と比較することによっても、本発明に係る方法が有効であると実証されている。この商業的な較正の有効性は非特許文献４及び非特許文献７によって保証されている。
【０１１９】
以下の表２は、測定から決定された実験的効率と、商業的な較正及び本発明に係る方法によって与えられる検出効率との間の正規化差をパーセンテージ単位で示す。
【０１２０】
当該分野において知られている多様なセンサ幾何学的構成が図７Ａ、７Ｂ、７Ｃにまとめられており、Ｎ型ゲルマニウムウェルセンサ、Ｐ型ゲルマニウムウェルセンサ、平面型ゲルマニウムセンサがそれぞれ示されている。Ｎ＋型領域及びＰ＋型領域が図面には示されている。
【０１２１】
【表２】
0006648150.tif 000008
【０１２２】
必要とされる大きさを定量化する目的で測定を行う場合には、センサを較正しなければならない。これは、センサが分光型センサである場合にも有効である。
【０１２３】
この定量化についてのコンピュータプログラム又は解析計算の使用は、センサの使用の柔軟性を改善する。この柔軟性は、非破壊試験を、特に現場で行うことを可能にする。この特徴は、現在日常的に用いられているものであり、破壊試験を行うことが不可能であるか少なくとも困難な産業廃棄物等の多くの物体に存在し得るあらゆる汚染の定量化にとって重要である。
【０１２４】
この場合、センサの較正、つまり、空間中の応答の決定は、計算との結合のための重要なステップである。現状では、このステップは、熟練者のみによって実行可能であり、複雑であり、その計測精度を評価することが難しいものである。これらの困難性は、わずか数社のみが、正確性の差はあるものの、このような較正を行うことができることを意味している。
【０１２５】
本発明に係る装置及び方法では、このステップは自動化可能であり、行われる較正の計測ロバスト性を保証する。本発明では、あらゆる会社及びあらゆる作業者が、較正が行われる場所に関係なく、この較正を行うことができる。
【０１２６】
上記本発明の例は電離放射線センサに当てはまる。しかしながら、本発明はこの種のセンサに限られるものではなく、全ての種類の電離放射線センサ及び非電離放射線センサに適用可能である。当業者は上記例をそのようなセンサに簡単に適応させることができる。
【符号の説明】
【０１２７】
３１  放射線センサ
３２  カバー
３６  ブラケット
３８  上部プレート
４０  タレット
４２  線源ホルダ
４４  保持装置
【図１】
0006648150.tif 000009
【図２】
0006648150.tif 000010
【図３Ａ】
0006648150.tif 000011
【図３Ｂ】
0006648150.tif 000012
【図４】
0006648150.tif 000013
【図５】
0006648150.tif 000014
【図６】
0006648150.tif 000015
【図７Ａ】
0006648150.tif 000016
【図７Ｂ】
0006648150.tif 000017
【図７Ｃ】
0006648150.tif 000018