(57)【要約】      （修正有）【課題】包装内や容器内に装填されている化学物質を開封しないで検知することが可能であり、しかも化学物質を同時に検知することができる小型の非接触型化学物質検知装置を提供する。【解決手段】０．１〜１０ＭＨｚのラジオ波を発信して化学物質に含まれる原子のＮＱＲを低周波に対しても高感度な高温超伝導ＳＱＵＩＤ磁気センサを使用して検知する。爆発物や劇薬、麻薬などの既知のＮＱＲスペクトルと照合して物質を同定する。空港の手荷物検査、税関検査などにおいて金属探知機で捕らえられない物質を高感度に捉えることが出来る。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波発信器および電波発信アンテナからなる電波発信装置と発信電波に共鳴する窒素原子のＮＱＲを受信する高温超伝導ＳＱＵＩＤを備えていることを特徴とする非接触型荷物検知装置。
【請求項２】
電波発信アンテナと高温超伝導ＳＱＵＩＤが具備されている化学物質検知器と電波発信器、高温超伝導ＳＱＵＩＤ制御器およびデータ処理器が備えられていることを特徴とする請求項１の携帯可能な非接触型荷物検知装置。
【請求項３】
電波発信アンテナおよび高温超伝導ＳＱＵＩＤが磁気シールド内に設けられ、その磁気シールド内部を無端ベルトが通過可能に設けられていることを特徴とする請求項１の非接触型荷物検知装置。
【請求項４】
磁気シールドが高透磁率金属ボックスであることを特徴とする請求項３の非接触型荷物検知装置。
【請求項５】
高温超伝導ＳＱＵＩＤの冷却媒体が液体窒素であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの非接触型荷物検知装置。
【請求項６】
発信電波の周波数が０．１−１０ＭＨｚ帯域のラジオ波であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかの非接触型荷物検知装置。
【請求項７】
電波発信アンテナが指向性であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかの非接触型荷物検知装置。
【請求項８】
矩形波を電波発信アンテナから発信し、得られる高温超伝導ＳＱＵＩＤの検出信号を高速フーリエ解析した周波数スペクトルとデータベースの化学物質のスペクトル分布を比較することを特徴とする請求項１ない７のいずれかの非接触型荷物検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は荷物を検知する検知装置に関するものであり、さらに詳しくは、麻薬や爆発物等の化学物質が入っている荷物や容器を開封することなく内容物を検知することができる非接触型荷物検知装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術と発明の課題】
一般に出入国に際しては、金属検知器によるチェックだけでなく麻薬等の薬物所持チェックが行なわれているが、このような薬物の持込を防止するための荷物検知装置がこれまでも数多く開発されている（たとえば、引用文献１−４）。
【０００３】
ところが、現在でも麻薬等の化学物質の検知に対しては、大部分が犬の嗅覚に依存している。しかしながら、このような特殊な才能を持つ犬は数が少なく、また、このような犬を育成するには時間がかかるため、どこの国も激増する薬物の密輸に十分対応できていないのが現状である。
【０００４】
【文献】
１；  特開２００１−０９１６６１号公報
２；  特開２００２−０９８７７１号公報
３；  特開２０００−０２８５７９号公報
４；  特開平０７−３３３３５１号公報
このような化学物質からなる薬物の検知方法としては、核磁気共鳴法（磁気特性）、中性子法（放射化特性）、化学法（原子の結合状態）、生物法（抗体生体膜）等があるが処理能力は核磁気共鳴法が最も優れているとされている。
【０００５】
この核磁気共鳴法は一般にＮＭＲ法（Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）と呼ばれ、現在ではＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｎｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ）のような医療機器に主として利用されている。
【０００６】
このＮＭＲ法と呼ばれる核磁気共鳴を利用する化学物質の検知方法は、化学物質中の核磁気モーメントが磁場中で高周波に対して共鳴する現象を利用したものであり、化学物質の種類を直接検知することができるため、化学物質の検知方法としては優れたものとされている。ところが、核磁気共鳴を利用するＮＭＲ法は強い磁場を発生させるための大型装置が不可欠であり、装置の小型化という意味では致命的な欠陥を持っている。
【０００７】
そこで、この出願の発明はこのような従来の化学物質検知装置の問題点を解決することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するためのものとして、第１には、電波発信器および電波発信アンテナからなる電波発信装置と発信電波に共鳴する窒素原子のＮＱＲを受信する高温超伝導ＳＱＵＩＤを備えていることを特徴とする非接触型荷物検知装置を提供するものであり、第２には、電波発信アンテナと高温超伝導ＳＱＵＩＤが具備されている化学物質検知器と電波発信器、高温超伝導ＳＱＵＩＤ制御器およびデータ処理器が備えられていることを特徴とする非接触型荷物検知装置を、また、第３には、電波発信アンテナおよび高温超伝導ＳＱＵＩＤが磁気シールド内に設けられ、その磁気シールド内部を無端ベルトが通過可能に設けられていることを特徴とする非接触型荷物検知装置を、第４には、磁気シールドが高透磁率金属ボックスである非接触型荷物検知装置を、第５には、高温超伝導ＳＱＵＩＤの冷却媒体が液体窒素である非接触型荷物検知装置を提供する。
【０００９】
また、この出願の発明は、第６には、発信電波の周波数が０．１−１０ＭＨｚ帯域のラジオ波を用いることを特徴とする前記の非接触型荷物検知装置を提供し、さらに、第７には、電波発信アンテナが指向性であることを特徴とする非接触型荷物検知装置を、第８には、矩形波を電波発信アンテナから発信し、得られる高温超伝導ＳＱＵＩＤの検出信号を高速フーリエ解析した周波数スペクトルとデータベースの化学物質のスペクトル分布を比較することを特徴とする非接触型荷物検知装置を提供するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は化学物質中に存在する窒素１４原子に注目し、その原子周辺の電場勾配が低周波のラジオ波に共鳴することを利用するものである。すなわち、この化学物質検知装置の原理はラジオ波を発信して、化学物質中の窒素１４原子（１４Ｎ）が発生する固有の電磁波である核四極共鳴（Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＮＱＲと省略する）をラジオ波と共鳴させて検知する。
【００１１】
この出願の発明は、さらに従来使用されている電磁波検出コイルでは検知が困難とされる低周波数帯域の検知に超伝導量子干渉素子（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＱＵＩＤと省略する）からなる超高感度磁気センサを利用する点に特徴を有している。
【００１２】
このＮＱＲと高温超伝導ＳＱＵＩＤを組み合わせた化学物質検知装置の概要を説明すると、まず、ラジオ波発信機からラジオ波発信アンテナを経由してラジオ波を発信する。ラジオ波を照射された荷物・検査物は、たとえば火薬として使用されているＴＮＴ（Ｔｒｉｎｉｔｒｏｔｏｌｕｅｎｅ）中に存在する窒素１４原子がラジオ波によってＮＱＲ信号を発信し、それを液体窒素で冷却されている高温超伝導ＳＱＵＩＤで受信する。そして、データ処理装置で既知の共鳴周波数と比較して化学物質に含まれる化学物質を検知する。この出願の発明で利用するＮＱＲ信号は、一般に使用されているＮＭＲ（Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）と同様な原理により化学物質を検知する方法であるが、ＮＱＲとＮＭＲとの本質的な違いはＮＭＲが磁気を利用するのに対して、ＮＱＲは原子核周辺の電界勾配を利用する点であり、ゼロ磁界でも化学物質を検知できるという優れた特徴を有している。
【００１３】
この装置で利用するＮＱＲの原理を示すと図２のようになる。
【００１４】
この図２の模式図に示されているように、分子自体が持つ特異な電場勾配による窒素１４原子核スピンの共鳴により、分子固有の共鳴振動により化学物質を同定するものである。今日では既に数十万の化学物質の共鳴周波数が調べられており、目的の化学物質を容易に同定できる。ＮＱＲの検知に使用する電波の範囲は通常１０ＭＨｚ以下のラジオ波と呼ばれる帯域の電波を使用する。
【００１５】
目的の化学物質が近くに存在する場合は、電波発信アンテナを化学物質に近づけながら検知する。そして化学物質が遠隔の場合である場合は、電波発信用アンテナを指向性のあるアンテナにすることにより検知が可能となる。
【００１６】
このようにして、化学物質を検知するのであるが、この共鳴周波数は一般に数ＭＨｚ（メガヘルツ）以下と通常のＮＭＲに比べて低周波であるため通常使用するような電磁波検出コイルでは目的とする化学物質を十分に検知できないという欠点を有している。この周波数（ｆ）と受信感度の関係を示したものが図３である。この図３から明らかなように低周波帯域での電磁波検出コイルのＮＱＲ受信感度は著しく低下するが、ＳＱＵＩＤは周波数（ｆ）の変化に関係なく一定である。
【００１７】
この出願の発明は、電磁波検出コイルではＮＱＲ検知が十分にできない帯域の検出器として高温超伝導ＳＱＵＩＤを用いることによりＮＱＲを確実に受信して、この欠点を克服しようとするものである。
【００１８】
このＳＱＵＩＤとは超伝導の量子化現象を応用した超高感度磁気センサであり、従来の磁気センサに比べて１００倍以上の感度を有しており地磁気の５，０００万分の１以下という微弱電場も検出することが可能である。
【００１９】
なお、この出願の発明ではヘリウムを冷却媒体とする一般的なＳＱＵＩＤではなく、高温超伝導ＳＱＵＩＤを使用することが好ましい。と言うのも冷却媒体として液体ヘリウムが使用されているような従来のＳＱＵＩＤは取り扱いが難しいだけでなく、液体ヘリウムのコスト高、断熱方法の大型化などの課題があり、携帯可能な化学物質検知装置に利用することは困難であると考えられる。
【００２０】
これに対して、高温超伝導ＳＱＵＩＤは取り扱いが簡便で、しかも低コストの液体窒素（７７．３Ｋ：−１９６℃）の使用が可能であるため、ＳＱＵＩＤの小型軽量化が可能になり非接触型荷物検知装置の携帯化を可能にする。
【００２１】
したがって、この出願の発明におけるＳＱＵＩＤとは液体窒素で冷却が可能な高温超伝導ＳＱＵＩＤを意味している。ところが、このＳＱＵＩＤを利用する超高感度磁気センサは感度が非常に優れているため実際の化学物質検知装置では環境ノイズも取り込んでしまうと言う問題がある。
【００２２】
この環境ノイズを除去するためには、環境ノイズを遮蔽する磁気シールドを設けることによってより効率的に環境ノイズを削除することが可能になる。この磁気シールドとは、二重の磁気遮蔽板からなっており、対象とする荷物（検知物）以外から発信されるＮＱＲ信号を排除する構造になっている。この出願の発明は、このようにして包装内や容器内の化学物質を非接触で検知するものであるが、この出願の発明の化学物質検知装置は周波数を変化させることによって複数の物質の同定を同時に検知することができるという特徴を有している。この時の周波数の帯域は特に限定されるものではないが０．１−１０ＭＨｚの範囲が好ましい。
【００２３】
以上、詳しく述べたように、この出願の発明の化学物質検知装置は他の化学物質検知装置に比較して数々の特徴を有するが、この出願の発明を優れた部分を列挙すると下記のようになる。
（イ）化学物質そのものが直接検知できる。
（ロ）周波数を変化させることにより複数の化学物質を同時に検知することが可能になる。
（ハ）装置の小型化が可能になる。
（ニ）検知に磁場が不要となる。
（ホ）ＳＱＵＩＤをセンサとして用いるため高感度の検知が可能になる。
（ヘ）高温超伝導ＳＱＵＩＤの利用により少量の液体窒素により作動が可能になる。
【００２４】
この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその状態
についてさらに詳しく説明する。
【００２５】
【実施例】
図１に示すように、この磁気シールドは、ベルトコンベア（１１）の移動方法の前後に荷物（検査物）の入口（１３）と出口（１４）が設けられた二重構造の長方形の磁気シールド（１０）と上部の貫通穴には二重の円筒磁気シールド（９）から構成されている。そして、その中を非磁性のベルトコンベア（１１）のベルトが移動できるようにされている。もちろん、ベルトコンベア（１１）の駆動ローラやモータは磁気シールド（１０）外に設けられている。
【００２６】
円筒磁気シールド（９）内には液体窒素容器（８）が設けられ、その中にＳＱＵＩＤ（７）が浸漬されている。
【００２７】
ベルトコンベア（１１）に載せられた荷物（検査物）（１２）は荷物入口（１３）から磁気シールド（１０）内に導入する。そして、ラジオ波発信機（３）より発信したラジオ波を増幅器（２）で増幅し、それを磁気シールド（１０）内に設けられたラジオ波発信アンテナ（１）より荷物（検査物）へ向けて放射しながら、荷物（検査物）を荷物出口（１４）方向へ移動させる。
【００２８】
荷物（検査物）からのＮＱＲ信号はＳＱＵＩＤ（７）より検出し、ＳＱＵＩＤ電子回路（４）からロックインアンプ（５）へ出力されラジオ波発信機（３）からの参照信号（表１）と同一の周波数の信号のみをロックインアンプ（５）で捕まえて処理装置（６）へ出力する。１０００回程度の積算処理後、処理装置（６）にデータとして保存する。  発信機の信号は０．１〜１０ＭＨｚまで掃引することにより、処理装置（６）のデータは０．１〜１０ＭＨｚのスペクトルとして表示され、爆発物や劇薬物など既知のスペクトルと照合して、物質を同定し、異常な物について警報を発する。
【００２９】
【表１】
2004177131.tif 000003
【００３０】
この装置を使用して、ＴＮＴ爆発物１００ｇをＳＱＵＩＤの下５ｃｍで通過させたところ、１ｐＴ（ピコテスラ）の信号を捕らえることができ爆発物であることが検知できた。この装置は同様にして、爆発物、毒劇物、薬品、麻薬、ヘロインなど種々の化学物質の同定が可能であり、空港の手荷物検査、税関検査などにおいて便利に利用することができる。
【００３１】
【発明の効果】
従来の化学物質検知機と言われているものは、ほとんどが金属検知機であった。しかしながら、最近ではプラスチック爆弾に見られるように非金属系の化学物質の比重が高くなってきている。この出願の発明の化学物質検知機はこのようなプラスチック系の化学物質にも適用でき、しかも小型化が可能であり、化学物質検知機としての将来性は大きな伸びが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】非接触型荷物検知装置の全体図である。
【図２】ＮＱＲを利用する化学物質検知の原理を示したものである。
【図３】周波数と感度の関係を示した図面である。
【符号の説明】
１  ラジオ波発信アンテナ
２  増幅アンプ
３  ラジオ波発信機
４  ＳＱＵＩＤ電子回路
５  ロックインアンプ
６      データ処理装置（パソコン）
７  ＳＱＵＩＤ
８    液体窒素容器
９    二重磁気シールド（円筒上部蓋あり）
１０  二重磁気シールド（上部に取り付け部穴あり）
１１  ベルトコンベア
１２  荷物（検査物）
１３  荷物入口
１４  荷物出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004177131.tif 000006