(57)【要約】【課題】中性子の発生量を低く抑えることなく、短時間で検査対象物の構成元素を調べ、特定の物質などを検知できるようにする。【解決手段】核融合反応を用いて中性子を発生させる中性子発生装置４を備え、核融合反応によって発生する中性子を検査対象物Ｗに照射してγ線を発生させ、このγ線をγ線検出器５１で検出し、γ線の発生位置を中性子と同時に発生するα線を検出することで行い、検査対象物Ｗの構成元素を特定する装置であって、中性子の照射に先立って、検査対象物Ｗの位置や形状を測定して、その計測結果に応じて、集計するγ線のデータを取捨選択するようにした。【選択図】　　　図１
2004108912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
核融合反応を用いて中性子を発生させる中性子発生装置と、前記核融合反応によって発生する荷電粒子を検出する荷電粒子検出器と、前記中性子発生装置で発生した中性子を照射した際に検査対象物から発生するγ線を検出するγ線検出器と、前記中性子を照射する前に前記検査対象物の位置および形状を測定する手段と、前記検査対象物の位置および形状に応じて、検出したγ線の信号の取得時間を変化させる手段と、取得したγ線の信号に基づいて作成される前記検査対象物の構成元素についての情報を出力する手段とを含んで構成することを特徴とする中性子を用いた検知装置。
【請求項２】
前記荷電粒子検出器が荷電粒子を検出した際に、荷電粒子を検出した時間と同時または一定の時間差をおいた信号である荷電粒子検出信号を発生する手段を有することを特徴とする請求項１に記載の中性子を用いた検知装置。
【請求項３】
前記γ線検出器がγ線を検出した際に、γ線を検出した時間と同時または一定の時間差をおいた信号であるγ線検出信号を発生する手段を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の中性子を用いた検知装置。
【請求項４】
前記中性子発生装置から前記検査対象物に照射される中性子と、酸素、窒素、炭素のそれぞれの元素との非弾性散乱によって発生する特定のエネルギを持ったγ線を弁別する手段を有することを特徴とする請求項３に記載の中性子を用いた検知装置。
【請求項５】
前記荷電粒子検出信号と前記γ線検出信号との時間差を計測することで、特定の荷電粒子と同じ核融合反応で発生した中性子からのγ線であることを判定する判定手段を有することを特徴とする請求項３に記載の中性子を用いた検知装置。
【請求項６】
前記時間差を用いてγ線が発生した位置を同定する手段を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の中性子を用いた検知装置。
【請求項７】
前記荷電粒子検出器は、複数の検出素子を１次元アレイ状または２次元アレイ状、もしくは円弧状に配置させた構成であることを特徴とする請求項１に記載の中性子を用いた検知装置。
【請求項８】
前記荷電粒子検出器は、有機または無機シンチレーション素子を含んで構成されることを特徴とする請求項１または請求項７に記載の中性子を用いた検知装置。
【請求項９】
前記γ線検出器は、複数の検出素子を１次元アレイ状または２次元アレイ状、もしくは円弧状に配置させた構成であることを特徴とする請求項１に記載の中性子を用いた検知装置。
【請求項１０】
前記γ線検出器は、無機シンチレーション素子を含んで構成されることを特徴とする請求項１または請求項９に記載の中性子を用いた検知装置。
【請求項１１】
前記検査対象物の位置および形状を測定する手段は、レーザ変位測定装置、またはＸ線透過装置、あるいはＸ線ＣＴ装置であることを特徴とする請求項１に記載の中性子を用いた検知装置。
【請求項１２】
前記中性子発生装置は、重水素どうしの核融合反応または重水素と三重水素との核融合反応を用いて中性子を発生させることを特徴とする請求項１に記載の中性子を用いた検知装置。
【請求項１３】
核融合反応により発生する荷電粒子と中性子を用い、中性子が検査対象物に照射された際に生成するγ線を検出することで特定の元素組成を有する物質を検知する方法であって、
前記検査対象物の位置および寸法から、前記検査対象物の照射された中性子から発生するγ線が検出器に到達する時間帯を求め、この時間帯に取得されるデータから前記検査対象物の構成元素を同定し、その結果を出力することを特徴とする中性子を用いた検知方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中性子発生装置を用いて、検査対象物に含まれる元素を検知する装置、および検知方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特定の物体などの構成元素を非破壊で検知するようなニーズとしては、例えば空港などにおける荷物検査があげられる。ここで検査目的は荷物に爆発物が混入されていないことを確認することである。このような爆発物を検知する手法としては、検査対象物の内部の密度分布および形状を測定することで爆発物の同定を行うＸ線ＣＴ法や、検査対象物からの爆発物蒸気の検出により爆発物の同定を行う化学的検出法、あるいは検出対象物の元素組成分布を測定することで爆発物の同定を行う中性子問合せ法などがあげられる。
【０００３】
ここで、爆発物は、その構成元素である酸素、炭素、窒素などの元素含有量が、他の物質との有意な差を示すことが多いので、このような元素の含有量を測定できる中性子問合せ法は、爆発物の検知に有効な手法であると言える。なお、Ｘ線ＣＴ法は、形状や、密度分布から爆発物を比較的詳細に分類できるという利点を有するが、例えばプラスティック爆発物のようにカモフラージュ用物質と組み合わせて成形された爆発物の検知は困難である。また、化学的検出法は、爆発物の蒸気を検出する必要がある。よって、密閉された容器に収容されて、蒸気を外部に放出しないようになっている爆発物の検知は困難である。
【０００４】
従来の中性子問合せ法は、中性子を物質に照射した際に生じる（ｎ，γ）反応により生成される元素に特有のエネルギを持ったγ線の強度を検出することにより行っている（例えば、特許文献１参照。）。物質に照射される中性子は、重水素とトリチウムの核融合反応で生成する高速中性子またはカリフォルニウム２５２などの中性子線源からの高速中性子を減速材などで熱中性子化したものが用いられる。
【０００５】
ところが、検出対象物の全体からγ線を検出すると、爆発物を含む検査対象物全体の元素含有量を検出することになるので、このような検出データから爆発物を特定することは困難である。これを解消するために検査対象物内の元素含有量の分布を調べようとすると、大きなコリメータを備えた多数のγ線検出器を設ける必要がある。これは装置の大型化を招き、検出感度の低下や設置スペースの大型化などの原因となり得るので好ましくない。
【０００６】
このため、中性子を発生させる際に、中性子とほぼ１８０°逆の方向に放出されるα線の飛行方向を検出することで中性子の飛行方向を同定し、検査対象物ないの元素含有量の分布を検出する試みがなされている（例えば、非特許文献１参照。）。ここで、核融合反応で生成するα線のエネルギは３．５ＭｅＶで、高速中性子のエネルギは１４ＭｅＶであり、これら一定のエネルギを持つ粒子の飛行速度は一定である。また、γ線の飛行速度はα線の飛行速度よりも充分に速いので、物質への中性子の照射時に（ｎ，ｎ´γ）反応により生成するγ線の検出時刻とα線の検出時刻との差を取得することで中性子の発生点から反応が起こった点までの距離の推定が可能である。よって、α線の検出器を２次元に配列しておくと、γ線の検出時刻とα線の検出時刻との差から検査対象物内の元素含有量の３次元分布を測定することが可能になる。
【０００７】
【特許文献１】
特表平１０−５１０６２１号公報（第１７−１９頁、第５図）
【非特許文献１】
Ｒｅｐｏｒｔ　Ｎｏ．ＡＮＬ／ＲＥ／ＣＰ―８７５９０，ＥＤ　ＲＨＯＤＥＳ、Ｃ．Ｅ．ＤＩＣＫＥＲＭＡＮ，“ＮＥＷ　ＤＥ　ＶＥＬＯＰＭＥＮＴＳ　ＩＮ　ＡＰＳＴＮＧ　ＮＥＵＴＲＯＮ　Ｐ　ＲＯＢＥ　ＤＩＡＧＮＯＳＴＩＣＳ”，Ｎｏｎ−Ｉｎｔｒｕｓｉｖｅ　　Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｓｅｓｓｉｏｎ　　Ｏｆ　１９９５　ＯＮＤＣＰ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅｃ　ｈｎｏｌｏｇｙ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，２４−２７　Ｏｃｔｏｂｅｒ　１９９５，ｐｐ．１−１１．
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、γ線の検出時刻とα線の検出時刻との差から検査対象物内の元素含有量の３次元分布を測定しようとすると、単位時間当たりのデータ収集量が多量になってしまい、所望の時間内でのデータ収集や処理が困難になるという問題がある。一方、中性子の発生量を抑えることで単位時間当たりのデータ収集量を低減させると、その分だけ検知に必要な時間が長くなってしまう。例えば、空港で爆発物の検知を行う際には、バッグなどの検査対象物一つ当たりに費やせる検知時間は約６秒とも言われており、中性子の発生量を抑えた場合には、このような短時間で多量のデータを収集・処理して爆発物を検知することは困難である。
したがって、本発明が解決しようとする課題は、中性子の発生量を低く抑えることなく、短時間で検査対象物の構成元素を調べ、特定の物資などを検知できるようにすることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するための手段としては、中性子を用いた検知装置において、検査対象物の位置および形状を前もって測定することで、検査対象物内を中性子が飛行する時間範囲を特定し、その時間範囲に検出されるデータのみを収集・解析することがあげられる。
例えば、１４ＭｅＶのエネルギを有する中性子の速度が５．１７ｃｍ／ナノ秒で、検査対象物を移動させる移動装置の幅が１００ｃｍとすると、移動装置の幅方向に中性子が飛行する時間は約２０ナノ秒になる。すなわち、従来技術の方法によれば約２０ナノ秒間のデータを収集する必要がある。これに対して、検査対象物が存在する範囲を中性子が飛行する時間に相当する時間帯のみデータ収集を行うと、検査対象物の幅が２０ｃｍであった場合には、約４ナノ秒分のデータを収集すれば足りることになる。このときのデータ量は約１／５になる。ちなみに、残りの約１６ナノ秒分のデータは、検査対象物以外の物質と中性子が反応してγ線が放出された事象を表すデータである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本実施形態における爆発物検知装置の一例を示す。
図１に示すように、本実施形態の中性子を用いた特定物質の検知装置である爆発物検知装置１は、コンベア２で搬送される検査対象物Ｗの寸法や形状を計測する位置・形状測定装置３と、検査対象物Ｗの搬送方向ｄ１に対して位置・形状測定装置３よりも後段に配置され、高速中性子（以下、単に中性子とする）を発生させる中性子発生装置４と、中性子の核融合反応により発生するγ線を検出するγ線検出装置５とを有し、中性子発生装置４に接続される荷電粒子信号処理装置６、位置・形状測定装置３、γ線検出装置５のそれぞれから出力されるデータを、後に詳細を区別して説明する複数の装置７，８で処理し、その結果を出力装置９に出力する構成を有する。
【００１１】
まず、位置・形状測定装置３について詳細に説明する。
位置・形状測定装置３は、検査対象物Ｗの外形の寸法や形状、コンベア２上の位置を測定する測定装置３１と、測定装置３１から出力される信号を処理する測定信号処理装置３２とを有し、これらが図示しない制御装置で制御される構成になっている。
【００１２】
測定装置３１としては、例えば、図２の斜視図に示されるようなＸ線を用いたものがあげられる。図２の測定装置３１は、Ｘ線を放射するＸ線源３３，３４と、検査対象物Ｗを透過したＸ線を検出するＸ線検出器アレイ３５，３６と有し、一定の速度で移動する検査対象物Ｗに対して、Ｘ線検出器アレイ３５，３６で一定の時間間隔で透過Ｘ線の強度のサンプリング測定を行う。
二つのＸ線源３３，３４が設けられているのは、Ｘ線を二方向から検査対象物Ｗに照射して、検査対象物Ｗの寸法などの測定ができるようにするためである。Ｘ線源３３，３４には不図示のスリットなどが取り付けられており、搬送方向ｄ１に直交する面に略平行で、かつ扇形のファンビーム３７，３８を放射するようになっている。Ｘ線検出器アレイ３５，３６は、ＮａＩなどを用いたシンチレータと、光電子増倍管またはフォトダイオードからなるＸ線検出器３５ａ，３６ａを１次元に配列したものである。このようなＸ線源３３，３４とＸ線検出器アレイ３５，３６は、検査対象物Ｗの進行方向ｄ１に直交する面において、Ｘ線源３３，３４を互いのファンビーム３７，３８が直交するように配置し、それぞれのＸ線源３３，３４に対向する位置にＸ線検出器アレイ３５，３６が配置されている。このように配置されるＸ線源３３，３４およびＸ線検出器アレイ３５，３６を含む平面が検査対象物Ｗの位置などを検出する測定エリアとなる。
【００１３】
図１に示す測定信号処理装置３２は、測定装置３１から出力される信号を処理して、コンベア２に対する検査対象物Ｗの絶対位置および検査対象物Ｗの形状などを算出する。そして、中性子を照射する位置に検査対象物Ｗが設置されたときの検査対象物Ｗの３次元位置データを作成して、処理装置である同時計数信号処理装置７に出力する。例えば、図２に示すような透過Ｘ線を用いる場合は、各Ｘ線検出器３５ａ，３６ａの位置と、各Ｘ線検出器３５ａ，３６ａが出力するＸ線強度とから測定エリアにおける密度分布を作成し、この密度分布から検査対象物Ｗの位置、形状などを特定する。これにより、ある時間における検査対象物Ｗの断面形状および存在位置が特定される。そして、時間の経過を追って、その検査対象物Ｗについて、複数の断面形状および存在位置を特定し、すべてのデータを合成すると検査対象物の３次元位置データが得られることになる。
【００１４】
次に、検査対象物Ｗから特定の物質を検知するためのデータを取得する検出系を構成する中性子発生装置４と、検出装置５と、荷電粒子信号処理装置６とについて説明する。これらの装置４，５，６は図示しない制御装置により統合して制御されるものとする。なお、検査対象物Ｗが中性子の照射領域に到達するタイミングは、コンベア２の速度を監視・制御することにより調整されるものとする。
【００１５】
中性子発生装置４は、中性子および荷電粒子を生成し、中性子の放出と荷電粒子の検出とを行うものである。その構成は、図３に示すように中性子発生管４１の側面に形成された開口にフランジ取り付け用金属枠４１ａが取り付けられている。このフランジ取り付け用金属枠４１ａには、荷電粒子検出器４２が取り付けられる。
【００１６】
中性子発生管４１内は１０−１Ｐａ以下の減圧雰囲気で、フランジ取り付け用金属枠４１ａが取り付けられた端部と反対側の端部内に重水素をイオン化するイオン源４３を有し、イオン源４３から加速電極４４で引き出した重水素イオンビームをターゲット４４に照射するようになっている。ターゲット４４はトリチウムが吸蔵された水素吸蔵合金からなり、ターゲット４４に重水素イオンビームが照射されると、重水素とトリチウムとの核融合反応（ＤＴ反応）によってα線（Ｈｅの原子核）と中性子が発生する。発生したα線と中性子は、照射位置を中心にしてほぼ１８０°の位相差を持ってそれぞれ放出される。ターゲット４４の表面から放出される荷電粒子は、ターゲット４４に面した開口を経て荷電粒子検出器４２に到達する。一方、中性子は、ターゲット４４を中心にして荷電粒子検出器４２と反対側の側壁部４１ｂを透過して、検査対象物Ｗ（図１参照）に照射される。なお、中性子発生装置４は、重水素どうしの核融合反応（ＤＤ反応）によりα線および中性子を発生させる装置構成であっても良い。
【００１７】
荷電粒子検出器４２は、重水素イオンビームの照射により発生する荷電粒子であるα線を検出する装置で、α線を検出する素子４５や、光電子増倍管４６などからなる。α線を検出する素子４５としては、プラスチックシンチレーション素子などの有機シンチレーション素子、あるいは、フッ化バリウム、フッ化セレン、ガリウムを添加した酸化亜鉛、ＢＧＯ（ビスマスジャーマネイト）、ＬＳＯ（ルテニウムオキソシリケート）などの無機シンチレーション素子があげられる。また、素子４５は、１次元もしくは２次元のアレイ状に配置されているので、荷電粒子検出器４２がα線を検出した素子４５の位置と、ターゲット４４上でのα線の発生位置と、ターゲット４４から素子４５までの距離とからα線の飛行方向を知ることができる。なお、図３において素子４５は平面上に配置されているが、ターゲット４４上のα線の放出位置の付近を中心とするような円弧状に配置しても良い。
【００１８】
図１に示す荷電粒子信号処理装置６は、中性子発生装置４の荷電粒子検出器４２から出力される信号からα線のエネルギに比例する波高と検出位置を示すアナログ信号（α線波高値信号）を生成する。さらに、α線を検出した時刻と同時または一定の時間的な関係を持って発生させるデジタル信号（α線検出信号）を生成させる。α線検出信号は、α線を検出したタイミングを知らせるもので、後の処理で中性子が検査対象物Ｗと相互作用して発生するγ線の発生位置を特定するために用いられる。これらの信号（α線波高値信号とα線検出信号）は、処理装置である同時計数信号処理装置７に出力される。
【００１９】
γ線検出装置５は、中性子発生装置４から放出される中性子が非弾性散乱して発生するγ線を検出するγ線検出器５１と、検出したγ線に応じて出力される信号を処理するγ線信号処理装置５２とを有する。
【００２０】
γ線検出器５１は、半導体検出器や、シンチレータと光電子増倍管を組み合わせて構成され、中性子発生装置４で発生した中性子が検査対象物Ｗおよび周囲の物質と核反応することで生成させるγ線を検出するものである。シンチレータとしては、フッ化バリウム、フッ化セレン、ヨウ化ナトリウムなどの無機シンチレーション素子があげられる。γ線は等方的に照射されるのでγ線検出器５１の配置位置は、必ずしも中性子発生装置４と検査対象物Ｗの延長線上に配置される必要はない。また、複数のγ線検出器５１を配設し、各々の出力信号を加算することで検知感度を向上させても良い。この場合には、γ線の検出部分を１次元もしくは２次元のアレイ状に配置したり、検査対象物Ｗをほぼ中心とするような円弧状に配置したりすると良い。
【００２１】
γ線信号処理装置５２は、γ線検出器５１から入力される信号からγ線のエネルギに比例する波高を持つアナログ信号（γ線波高値信号）を生成する。さらに、γ線を検出した時刻と同時または一定の時間的な関係を持って発生させるデジタル信号（γ線検出信号）を生成させる。γ線検出信号は、γ線を検出したタイミングを知らせるもので、後の処理でα線と検出タイミングとのマッチングによりγ線の発生位置を特定するために用いられる。これらの信号（γ線波高値信号とγ線検出信号）は、処理装置である同時計数信号処理装置７に出力される。
【００２２】
さらに、同時計数信号処理装置７と、データ収集・解析装置８について説明する。
【００２３】
同時計数信号処理装置７は、γ線の発生位置の特定や、後記する時刻ｔ１と時刻ｔ２の間のような所定の時間帯に検出されるγ線の波高値、および特定された発生位置を示す情報をデータ収集・解析装置８に出力する。
γ線の発生位置の特定は、α線検出信号とγ線検出信号との間の時間差と、α線波高値信号から特定されるα線の飛行方向（すなわち、中性子の飛行方向）とに基づいて行う。時間差を計算するのは、時間差とγ線が発生した位置には一定の関係があるからである。これは、重水素とトリチウムの核融合反応によって生成する高速の中性子およびα線のエネルギは一定、中性子およびα線の速度も一定であること、および、γ線の速度は中性子およびα線の速度と比較して速いことによる。つまり、α線とγ線をそれぞれ検出する時間の差から中性子がγ線を発生するまでに飛行する時間がわかるためである。この時間と、α線の飛行方向とからγ線の発生位置を特定することができる。本実施形態では、中性子を照射することによってγ線を発生する小型の模擬試験体を中性子の飛行方向に沿って移動させながら、各位置における前記時間差を測定して前記時間差とγ線発生位置との関係をあらかじめ調べておくので、前記時間差の測定値およびα線の飛行方向からγ線の発生位置を同定することができる。
また、所定の時間帯に検出されるγ線の波高値、および特定された発生位置を示す情報をデータ収集・解析装置８に出力するとは、検査対象物Ｗ以外の物質から発生するγ線についての信号をカットすることで、全体としてデータ処理量を低減させるための処理で、位置・形状測定装置３で測定した検査対象物Ｗの３次元位置データを用いて、γ線の発生位置が検出対象物Ｗの内部になるときのみ、γ線発生位置およびγ線波高値のデータをデータ収集・解析装置で収集させるようにゲートの調整を行うものである。この処理については、図６などを用いて後に詳細に説明するものとする。
【００２４】
このような処理を実現する同時計数処理装置７の一例を、図４を用いて説明する。
図４に示す同時計数処理装置７は、γ線信号処理装置５２からのγ線検出信号と荷電粒子信号処理装置６からのα線検出信号との時間差を測定する時間差測定モジュール７１と、時間差測定モジュール７１で測定した時間差とα線波高値信号とからγ線が生じた位置を特定する時間差・位置変換モジュール７２と、変換により得られるγ線の発生位置のデータと位置・形状信号処理装置３２から出力される検査対象物Ｗの３次元位置データとから検査対象物Ｗ以外で生成したγ線の発生データを取り除く、つまりγ線についての信号の取得時間を変化させる判定モジュール７３と、γ線信号処理装置５２から出力されるγ線波高値信号および荷電粒子信号処理装置６からのα線波高値信号とからそれぞれ波高値を測定する波高値測定モジュール７４とで構成され、判定モジュール７３によって判定された検査対象物Ｗ内で発生したγ線に関するγ線発生位置データおよびγ線波高値データのみを、データ収集・解析装置８に受け渡すようになっている。
【００２５】
データ収集・解析装置８は、γ線波高値データをもとに、窒素、酸素および炭素などの特定の元素のγ線の波高値の計数を求め、その計数から窒素、酸素および炭素などの特定の元素の元素数比など、γ線波高値データに基づいて作成される検査対象物Ｗの構成元素についての情報を求め、γ線発生位置データと組み合せることで、検査対象物Ｗ内の窒素、酸素および炭素などの特定の元素の組成分布などを作成する。一般に爆発物は窒素、酸素および炭素などが特徴的な組成をもって構成されているので、このような組成分布から爆発物の位置や大きさを検知することが可能になる。
【００２６】
このような処理を実現するデータ収集・解析装置８の一例を、図５を用いて説明する。
図５に示すデータ収集・解析装置８は、元素組成計算モジュール８１と３次元分布作成モジュール８２とを有し、γ線発生位置データ、およびγ線波高値データから元素組成の３次元分布データを作成する構成になっている。元素組成計算モジュール８１は、γ線波高値データをγ線エネルギデータに変換する。また、各γ線エネルギにおける計数値が、窒素、酸素および炭素などの元素数に比例することから、窒素、酸素および炭素などに特有のエネルギ値の計数値から元素組成を計算するモジュールである。３次元分布作成モジュール８２は、元素組成計算モジュールで計算した元素組成とγ線発生位置データとを用いて、元素組成３次元分布データを作成し、出力装置９に出力する。
【００２７】
出力装置９は、取得したγ線の信号に基づいて作成される検査対象物Ｗの構成元素についての情報、例えば元素組成３次元分布データ、に基づいて画面に元素組成の分布を目視で確認できるように表示するものである。元素組成の分布は、元素組成や存在比などに応じて色分けなどされる。表示される元素組成の分布は、爆発物に特有のものであるので、このような分布から爆発物の有無や、その分布（位置）を検知することができる。
【００２８】
このような爆発物検知装置１で、爆発物の有無を検知する処理について以下に説明する。
【００２９】
まず、図１に示す爆発物検知装置１のγ線検出器５１において取得されるγ線について、図６を用いて説明する。
γ線の検出を開始した時刻ｔ０から時刻ｔ１までは、検査対象物Ｗ以外の物質（例えば、検査対象物Ｗよりも前側に位置する物質）から発生するγ線が、検査対象物Ｗで発生するγ線よりも早くγ線検出器５１に検出されることに起因する計数で、バックグラウンド信号となる。
時刻ｔ１から時刻ｔ２までは、検査対象物Ｗで発生するγ線が検出される。なお、この間であっても前記したような検査対象物Ｗ以外の物質からのγ線も全くないわけではないので、バックグランド信号に検査対象物Ｗに起因する信号（真の信号）が加算された値が計数として得られる。
そして、時刻ｔ２から先は、検査対象物Ｗ以外の物質（例えば、検査対象物Ｗよりもγ線検出器５２側に位置する物質）から発生するγ線が、検査対象物Ｗで発生したγ線よりも遅くγ線検出器５２に検出されることに起因する計数で、バックグラウンド信号となる。
【００３０】
ここで、時刻ｔ１と時刻ｔ２とは、検査対象物Ｗの形状や寸法によって決まるもので、前記した位置・形状測定装置３の測定結果である３次元位置データに基づいて算出される時刻である。例えば、時刻ｔ１は検査対象物Ｗのうちで中性子発生装置４に最も近い部分に中性子が到達するまでに要する時間を示し、時刻ｔ２は、検査対象物Ｗのうちで中性子発生装置４から最も遠くに位置する部分に中性子が到達するまでに要する時間を示す。
【００３１】
このように検査対象物Ｗの位置および形状から算出される時刻ｔ１，ｔ２を確定すると、バックグラウンド信号のみの時間帯（時刻ｔ０から時刻ｔ１まで、もしくは時刻ｔ２以降）と、真の信号を取得できる時間帯（時刻ｔ１から時刻ｔ２まで）とを区別することができる。したがって、検査対象物Ｗに中性子を照射するのに先立って、時刻ｔ１と時刻ｔ２とを確定し、この間のデータのみをデータ収集・解析装置８で処理するようにすると、データ処理量を減少させることができ、迅速な対応が可能になる。
【００３２】
データ収集の流れの一例を図７のタイミングチャートに示す。なお、図７は中性子の発生時刻を基準として、その後にα線やγ線が検出されたり、それらに基づくデータを収集したりするタイミングを示すものである。
【００３３】
中性子の発生時刻ｔ１１から所定時間経過後に荷電粒子検出器４２でα線が検出され、荷電粒子信号処理装置６からα線検出信号Ａ１が出力される。一方、γ線は、α線の検出から遅れて検出される。ここで、仮にγ線の検出タイミングを知らせるγ線検出信号として、γ線検出信号Ｂ１またはγ線検出信号Ｂ２あるいはγ線検出信号Ｂ３のいずれかが検出されたとする。γ線検出信号Ｂ１はα線検出信号Ａ１との時間差Δｔ１が非常に短く、γ線検出信号Ｂ２、γ線検出信号は、それぞれ時間差Δｔ２，時間差Δｔ３で、この順番に時間差が大きくなる。また、各γ線検出信号Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３に対応して所定の波高値を有するγ線波高値信号Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が検出される。一方、同時計数信号処理装置７では、判定モジュール７３（図４参照）がデータを収集する時間帯をゲート信号の出力により制御する。ゲート信号の出力開始時刻は、中性子の発生時刻ｔ１１から前記した時刻ｔ１だけ経過したときであり、ゲート信号の幅は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に相当する長さである。このゲート信号が出力されている時間帯に相当する領域は、位置・形状測定装置３の測定結果から推定される検査対象物Ｗが存在する領域である。
【００３４】
つまり、中性子の発生時刻ｔ１１と同時に発生したα線のα線検出信号Ａ１に対して検出されるγ検出信号がγ線検出信号Ｂ２であった場合には、その検出タイミングがゲート信号の出力時間内であるので、このγ線検出信号Ｂ２に対応するγ線波高値信号Ｃ２は、図６に示す真の信号を与える可能性がある。したがって、γ線検出信号Ｂ２に対応するγ線波高値信号Ｃ２は波高値が測定され、時間差Δｔ２やα線波高値データから算出されるγ線発生位置データと共にデータ収集・解析装置８に受け渡される。
【００３５】
一方、中性子の発生時刻ｔ１１と同時に発生したα線のα線検出信号Ａ１に対して検出されるγ線検出信号が、時間差Δｔ１をもって検出されるγ線検出信号Ｂ２であった場合は、その検出タイミングがゲート信号の出力開始時刻よりも早く検出される信号であるので、例えば検査対象物Ｗよりも手前側で生成したγ線であって、真の信号を与えない、つまりバックグラウンド信号にしかならないデータであるので、γ線検出信号Ｂ１に対応するγ線波高値信号Ｃ１は波高値が計測されないし、関連するデータがデータ収集・解析装置８に受け渡されることもない。
【００３６】
同様に、中性子の発生時刻ｔ１１と同時に発生したα線のα線検出信号Ａ１に対して検出されるγ線検出信号が、時間差Δｔ３をもって検出されるγ線検出信号Ｂ３であった場合は、その検出タイミングがゲート信号の出力終了時刻よりも遅く検出される信号であるので、例えば検査対象物Ｗよりも奥側で生成したγ線であって、真の信号を与えないので、γ線検出信号Ｂ３に対応するデータはデータ収集・解析装置８に受け渡されない。
【００３７】
そして、中性子の発生時刻ｔ１１よりも所定時間経過後の時刻ｔ２１に次の中性子が発生したとする。このときに同時に発生するα線のα線検出信号Ａ２に対しても、γ線検出信号、およびこれに対応するγ線波高値信号が検出されるが、前記と同様に、あらかじめ位置・形状測定装置３で測定された結果から設定されるゲート信号の出力時間帯に検出されるγ線検出信号Ｂ５は真の信号を与える可能性があるγ線であるので、これに対応するγ線波高信号Ｃ５は、波高値が計算され、対応するγ線発生位置データと共にデータ収集・解析装置８に受け渡される。一方、ゲート信号の出力時間帯よりも、早い段階で検出されるγ線検出信号Ｂ４、または遅い段階で検出されるγ線検出信号Ｂ６であった場合には、バックグランド信号にしかならないので、それぞれに対応するγ線波高値信号はデータ収集・解析装置８に受け渡されない。
【００３８】
ここで、α線検出信号Ａ２と、真の信号を与える可能性のあるγ線検出信号Ｂ５との時間差Δｔ５は、前記したα線検出信号Ａ１と、真の信号を与える可能性のあるγ線検出信号Ｂ２との時間差Δｔ２よりも大きい。これは、γ線検出信号Ｂ５を与えるγ線の発生位置は、γ線検出信号Ｂ２を与えるγ線の発生位置よりも中性子発生装置４からみて遠くにあることを示している。
【００３９】
データ収集・解析装置８では、ゲート信号により弁別されたγ線波高値データから窒素、酸素、および炭素に相当する波高値に主に着目してデータ収集および解析を行う。例えば、波高値から窒素、酸素、および炭素のそれぞれの元素の同定や、その含有量を求める。元素３次元分布データを作成する際には、同時計数信号処理装置７から取得したγ線発生位置データから３次元座標を取得し、３次元座標とこれに対応する元素やその含有量とから元素３次元分布データとする。また、得られるγ線波高値をスペクトルとして表示させると、図８に例示するようなグラフが得られる。このグラフは縦軸が計数で横軸が波高値になっている。スペクトルのプロファイルには複数のピークが現れており、ピーク位置は元素に特有の値を有し、ピーク高さはその元素のおおよその存在量を示す。一つの元素に対して一つもしくは複数のピークが現れるので、このピーク位置から検査対象物Ｗの構成元素を知ることができる。また、このようなスペクトルから窒素と酸素の存在比と、炭素と酸素の存在比とをそれぞれ算出し、あらかじめ爆発物について作成されたテーブルとのマッチングを図り、爆発物であるか否かを判断するようにしても良い。そして、出力装置９はデータ収集・解析装置８の解析結果に応じた形態で画面表示を行う。
【００４０】
このように、本実施形態の爆発物検知装置１は、核融合反応を用いて中性子を発生させる中性子発生装置４を備え、核融合反応によって発生する中性子を検査対象物Ｗに照射してγ線を発生させ、このγ線をγ線検出器５１で検出し、γ線の発生位置を中性子と同時に発生するα線を検出することで行い、検査対象物Ｗの構成元素を特定するにあたり、中性子の照射に先立って、検査対象物Ｗの位置や形状を計測して、その計測結果に応じて各中性子に対してデータ処理をすべきγ線の検出時間を区切るようにした。したがって、不要な信号の蓄積や処理を最小限に止めることが可能になり、爆発物の検知に要する時間を短縮することができる。このような爆発物検知装置１は、特に、空港などにおける荷物検査で爆発物を検知したい場合に有益である。
【００４１】
なお、本発明は前記の実施形態に限定されずに広く応用することが可能である。
例えば、中性子を用いた検知装置としては、炭素量などから植物や生物などのその他の特定の物質を検知するようにしても良い。例えば、空港などで禁制の薬物や、生物などの密輸を防止することが可能になる。この場合には、データ収集・解析装置８にそのような特定の物質に特有の元素組成のパターンなどをあらかじめ登録しておき、３次元分布などを表示する際に、検査者が確認できるようにすると良い。このような観点からは、データ収集・解析装置８は、着目する特定物質の元素組成パターンなどを追加・更新できる構成を有することが望ましい。
【００４２】
位置・形状測定装置３は、図３に例示するようなＸ線透過型の測定装置３１に限定されずに、Ｘ線ＣＴ装置を備える構成であっても良い。また、図９に例示するレーザ変位測定装置９１を備える構成であっても良い。このレーザ変位測定装置９１は、レーザ光を利用して検査対象物Ｗとの間の距離を測定するレーザ変位測定器９２を１次元に配列した測定アレイ９３，９４，９５を３つ備える構成を有している。一定速度で移動する検査対象物Ｗに対して、一定の時間間隔でレーザを照射して、レーザ変位測定器９２から検査対象物Ｗの表面までの距離を調べることで検査対象物Ｗの位置および形状を測定する。
【００４３】
また、前記の実施形態では検知に有用な真の信号の判断をγ線の検出タイミングで行う例を説明したが、同時計数信号処理装置７はα線の検出タイミングでデータ収集・解析装置８に受け渡すγ線の情報を判断するようにしても良い。
【００４４】
そして、位置・形状測定装置３の測定信号処理装置３２、γ線検出装置のγ線信号処理装置５２、荷電粒子信号処理装置６、同時計数信号処理装置７、データ収集・解析装置８、および図示しない制御装置の少なくとも二つ以上を一つの処理装置として構成しても良い。また、コンピュータ端末に測定信号処理装置３２、γ線信号処理装置５２、荷電粒子信号処理装置６、同時計数信号処理装置７、データ収集・解析装置８として機能するための所定のプログラムを起動させるこようにしても良い。
【００４５】
【発明の効果】
このように検査対象物の大きさや形状に応じてデータ収集時間の幅を変えることにより、検査対象物に対して必要かつ最小限のデータ収集を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における中性子を用いた検知装置の一例を示す構成図である。
【図２】位置・形状測定装置の一例を示す斜視図である。
【図３】中性子発生装置の構成を示す図である。
【図４】同時計数信号処理装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図５】データ収集・解析装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図６】γ線検出器において検出されるγ線の時間変化を説明する図である。
【図７】データ収集の一例を示すタイミングチャートである。
【図８】γ線波高値のスペクトルを示す図である。
【図９】位置・形状測定装置の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１　　爆発物検知装置（中性子を用いた検知装置）
２　　コンベア
３　　位置・形状測定装置
４　　中性子発生装置
５　　γ線検出装置
６　　荷電粒子信号処理装置
７　　同時計数信号処理装置
８　　データ収集・解析装置
９　　出力装置
４２　　荷電粒子検出器
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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