(57)【要約】  核廃棄物−たとえば中間レベル核廃棄物−を検査する方法及び装置（４０，４２）が開示されている。具体的には、単一レーザーパルスがピッチャー・キャッチャーレーザー標的構造（３４，３６）に導光されてよい。その後生成されたＸ線と中性子が別個に検出される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中間レベル核廃棄物のドラムを検査する方法であって、
ピッチャー・キャッチャーレーザー標的構造に導光される単一レーザーパルスを用いてＸ線と中性子を生成する段階、
前記ドラムを通過した後の前記Ｘ線と中性子を別個に検出する段階、及び、
前記Ｘ線と中性子のうちの少なくとも一を用いて前記ドラムの透過像を検出する段階、
を有する方法。
【請求項２】
中間レベル核廃棄物のドラムを検査する方法であって、
少なくとも１Ｈｚのレートで請求項１に記載の方法を繰り返すことで複数の像を生成する段階、及び、
前記複数の像を用いて前記ドラムの内部の断層撮像再構成を実行する段階、
を有する方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、
前記複数の像の各々から前記ドラムの内部の断層撮像再構成をそれぞれ別個に実行する段階を有する、方法。
【請求項４】
核廃棄物のユニットを検査する方法であって、
標的構造と少なくとも１つの粒子検出器との間に前記核廃棄物のユニットを設ける段階、
レーザービームパルスを生成する段階、
前記レーザービームパルスを前記標的構造へ導光することで前記標的構造に電離放射線を放出させる段階、
前記核廃棄物のユニットを通過した後の前記電離放射線を前記少なくとも１つの粒子検出器で検出する段階、及び、
前記の検出された電離放射線から前記核廃棄物のユニットの特性を決定する段階、
を有する方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、前記核廃棄物のユニットが、たとえばセメント材を含む充填剤と混合された中間レベル核廃棄物を含む鋼鉄製ドラムのような容器を有する、方法。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の方法であって、前記核廃棄物のユニットの最大寸法及び最小寸法はいずれも３０ｃｍ乃至３００ｃｍの範囲内である、方法。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれかに記載の方法であって、
前記標的構造はＸ線発生標的を含み、かつ、
前記電離放射線はＸ線を含む、
方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、
前記標的構造はまた、ピッチャー・キャッチャー装置内において前記Ｘ線発生標的に近接する中性子発生標的をも有し、かつ、
前記電離放射線はまた中性子をも含む、
方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、中性子減速材に前記中性子を通過させることで前記核廃棄物のユニットを通過する前に前記中性子のエネルギーを減少させる段階をさらに有する、方法。
【請求項１０】
請求項４乃至９のいずれかに記載の方法であって、前記Ｘ線発生標的での前記レーザービームパルスは、少なくとも１０１７Ｗ／ｃｍの強度、及び、１ｍｍ２未満のスポットサイズを有する、方法。
【請求項１１】
請求項４乃至１０のいずれかに記載の方法であって、前記核廃棄物のユニットを通過した後の前記電離放射線を前記少なくとも１つの粒子検出器で検出する段階が、前記電離放射線のＸ線と中性子を別個に測定する段階を含む、方法。
【請求項１２】
請求項４乃至１１のいずれかに記載の方法であって、前記核廃棄物のユニットの特性を決定する段階が、前記の検出された電離放射線から前記核廃棄物のユニットの少なくとも一部の１つ以上の像を生成する段階を含む、方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、前記電離放射線中のＸ線と中性子の各々から別個の像を生成する段階を有する、方法。
【請求項１４】
請求項４乃至１３のいずれかに記載の方法であって、
前記生成する段階、前記導光する段階、及び前記検出する段階を少なくとも１Ｈｚのレートで繰り返す段階、並びに、
前記繰り返しの少なくとも一部の間に前記標的構造に対して様々な位置に前記核廃棄物のユニットを移動させる段階、
をさらに有する方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、
前記の検出された電離放射線からの前記核廃棄物のユニットの特性は、前記標的構造に対する前記核廃棄物のユニットの対応する複数の位置から前記核廃棄物のユニットの少なくとも一部の複数の像を含み、かつ、
前記複数の像を用いて前記核廃棄物のユニットの少なくとも一部の断層撮像再構成を実行する段階をさらに有する、
方法。
【請求項１６】
請求項４乃至１５のいずれかに記載の方法であって、
前記少なくとも１つの粒子検出器で前記電離放射線を検出する段階は、前記電離放射線のスペクトル特性を検出する段階を含み、かつ、
前記の検出された電離放射線から前記核廃棄物のユニットの特性を決定する段階は、前記スペクトル特性から前記核廃棄物のユニットの特性を決定する段階を含む、
方法。
【請求項１７】
核廃棄物のユニットを検査する装置であって、
１つ以上のレーザービームパルスを生成するように構成されるレーザーシステム、
前記１つ以上のレーザービームパルスを受けることで電離放射線を放出するように構成される標的構造、及び、
核廃棄物のユニットを通過した後の前記電離放射線を検出するように構成される１つ以上の検出器、
を有する装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の装置であって、前記標的構造は、Ｘ線を生成するように構成される、線源の直径が２００μｍ未満のＸ線生成標的を含む、装置。
【請求項１９】
請求項１７又は１８に記載の装置であって、前記標的構造は、前記Ｘ線生成標的によって放出される粒子に応じて中性子を生成するように構成される中性子生成標的を含む、装置。
【請求項２０】
請求項１７乃至１９のいずれかに記載の装置であって、１種類以上の異なる粒子からなる検出された電離放射線の像から前記核廃棄物のユニットの内部の断層撮像再構成を生成するように構成される分析器をさらに有する、装置。
【請求項２１】
請求項１７乃至２０のいずれかに記載の装置であって、前記核廃棄物のユニットをさらに有する装置。
【請求項２２】
請求項１７乃至２１のいずれかに記載の装置であって、当該装置による自動検査用に一連の核廃棄物のユニットを自動供給するように構成される搬送機構をさらに有する、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、核廃棄物を検査する方法及び装置に関する。たとえば本発明の態様は、核廃棄物のユニット−たとえば充填剤と混合されて鋼鉄のドラムに格納される中間核廃棄物−の検査に関する。
【背景技術】
【０００２】
核廃棄物−特に原子力発電事業所からのもの−の処理は一般的に、各核廃棄物の種類及び放射能に依存して多数の異なる貯蔵計画で構成される。先人が遺してきた核廃棄物−場合によっては過去の軍事上及び民生上の廃棄物の管理を妨げる過去の慢心から生じた−もまた存在し、かつ、場合によっては、物質をより安全で、制御され、かつ、監視される体積に変換するため、現状の貯蔵からの緊急の抽出、再処理、及びパッケージングを必要とする。
【０００３】
中間及び高レベル核廃棄物が示す高い放射能並びに予測不能な腐食生成物のため、廃棄物の内容を表す単純なパラメータを正確に解析するのは特に難しく、それゆえ、特定の貯蔵シナリオが起こす危険性を明確にすることも非常に難しい。なぜならたとえ十分に管理及び制御された貯蔵物でさえ、物理的な内容物は明らかではないし、廃棄物に近づくこともできないからである。そのようなパラメータには、物質の同定、物質の形状及びサイズ、並びに、付随する危険−たとえば気体水素生成物−が含まれる。
【０００４】
たとえば、英国内のマグノックス炉の燃料取出しから生じる中間レベル核廃棄物（ＩＬＷ）は、普通ポルトランドセメントと高炉スラグのグラウト混合物内に封止されたマグノックス被覆体、アルミニウム、ウラン、及び鋼鉄が充填された５００リットルのステンレスドラムで構成される。本来「少なくとも５０年」耐えられるように設計されたが、最近の検査は、約３０年の貯蔵後、容器のほんの一部が、内部での金属腐食の結果として起こる劣化及び変形の兆候を示し始めることを示してきた。これらの特殊な容器の管理は、変形の厳密な原因を特定できないことで、次の数十年以上にわたって将来しばらくの間貯蔵することの適切さ、及び、たとえば容器が輸送中に膨張又は落下によって裂ける場合に引き起こされる危険性を特定することが困難となっている。
【０００５】
同様の環境は、自然発火性材料を生成する可能性が、これらの容器内における認識済みの危険性であることを示してきた。英国内のマグノックス廃棄物貯蔵施設内に存在する先人が遺してきた廃棄物は、物質の特定が限られていることで、廃棄物の処理及び貯蔵が困難となっているもう一つの例である。廃棄物が深い池の底に位置し、かつ、「沈殿物」の状態で堆積されているので、存在する核分裂可能な物質の量の判断は難しく、つまりは抽出前後における臨界の制御及び他の手段による汚染物の制御の実現は難しい。
【０００６】
地層処分施設を準備する時間が迫っていることで、廃棄物の将来の安全な貯蔵、輸送、及び最終処分のための現在の核廃棄物のパッケージング、再パッケージング、並びに貯蔵方法の安定性と適切性を的確に特定並びに評価することが求められている。現在のところ、これを実現するためには２つの主要な方法が存在する。その２つの主要な方法とは、（１）廃棄物の直接検査、及び、（２）予測される腐食速度及び起こっている機構を決定する模擬廃棄物の分析研究である。
【０００７】
現時点では、廃棄物の直接検査には、長期間にわたる従来手法による放射線検出及び系内での外的変化を検出する視覚的又はビデオ監視が含まれる。これらの方法は、廃棄物のモフォロジーも化学的特性も評価できないので、廃棄物の状態での潜在的危険性を特定することができない。
【０００８】
あるいは、廃棄物環境を計算上又は実験室でシミュレーションすることで廃棄物環境中での特定の金属の挙動又は将来の汚染廃棄物の安定性を予測する研究も一部では進められてきた。有限要素法は、放射性腐食材料によって与えられる極限条件下での廃棄物容器の機械的挙動を理解するうえで有用な手段となってきた。しかし予測モデルを成功させるには、実験データから抽出されたパラメータが必要となる。そのような実験データは豊富に存在するものの、廃棄物とほとんど同一の条件で行われた研究からのデータしか正確ではなく、そのようなデータは全くないわけではないが非常に少ない。
【０００９】
これを克服するため、原子力産業は、同様の腐食系−たとえばＩＬＷ容器内でのマグノックス及びウランの腐食を表すコンクリート中での補強鋼の腐食−からのパラメータの抽出、グラウト媒体中に保持される金属のその場研究の必要性を強調することに依拠してきた。グラウトは化学的にも物理的にも発展する系であるため、金属−無機物の固溶限界相、金属の移動度、腐食相、及び無機物の成分は時間変化し、後半は通常、モデル溶液においては飽和した状態で表される。
【００１０】
その場腐食実験に係る主要な問題は、現状の廃棄物が数十年−典型的には最大約６０年−廃棄物の状態で存在してきたので、類似の実験は、長くならないにしても同様の時間周期で腐食しなければならない。これは時間も費用もかかる。従って廃棄物の状態を評価する唯一の正確な方法は、その廃棄物を物理的に検査することである。この方法によって酸素及び環境に曝露される自然発火性及び放射性物質が存在する可能性があるため、この選択肢は明らかに魅力的ではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
核廃棄物のユニットを検査する方法及び装置を改良することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、核廃棄物のユニットを検査するレーザー駆動する電離放射線源−多モード源−を利用する。前記電離放射線は、標的に導光される高出力短レーザーパルスによって生成される。前記標的は一般的には固体標的だが、気体及び／又は液体で生成されてもよい。前記の生成された電離放射線は一般的に、Ｘ線及び中性子の一方又は両方を含んでよいが、陽子、電子、及び他の粒子を含んでもよい。特に、単一標的構造に照射することで多種類の電離放射線を生成する単一レーザーシステムの利用は、より小型で費用対効果のよい核廃棄物用の検査システムを供する上で有利である。
【００１３】
廃棄物容器内の高密度放射性物質の産業的に貯蔵されたユニットを高分解能かつ高品質で解明及び分析するためには、本願発明者等によって実行されたシミュレーションは、６ＭｅＶのオーダーのエネルギーを有する電磁放射線の利用が有利であることを示した。市販の加速器に基づく技術（たとえばライナック）又は放射線源は、この用途に必要なエネルギー（＞６ＭｅＶ）のＸ線ビームを発生させることができる。しかし供給される一般的な照射量は、特定の核廃棄物のユニットについて数分乃至数時間の非常に長い時間スケールで曝露しなければ断層撮像できず、かつ、そのようなＸ線源の性質によって、撮像可能な分解能はせいぜい１ｍｍに制限される。高出力レーザー駆動光子源は、必要なエネルギーを有するＸ線ビームを生成し、かつ、この高光子輝度で撮像するという課題のために好適ビーム品質、及び、１ｍｍよりも顕著に小さく１０μｍオーダーほどの小さな光子源サイズを有し得る。しかも対象となる核廃棄物のユニットについての相補的データを得るのに適した他の種類の電離放射線が、たとえば混合又は複合標的構造に入射するときに、同一のレーザーパルスを用いて生成されてよい。
【００１４】
特に前記電離放射線は、１つ以上の標的（構造）へ導光された１つ以上の非常に高輝度のレーザービームパルスの入射によって生成されてよい。前記レーザービームパルスは一般的に可視又は赤外範囲内であってよい。前記電離放射線は、Ｘ線発生標的−たとえば金属ホイル−への前記レーザービームパルスの入射によって生成されるＸ線と、前記Ｘ線発生標的から放出されて隣接又は近接する中性子放出標的―たとえばピッチャー・キャッチャー装置―へ入射する高エネルギー粒子（具体的には陽子及びイオン）によって生成される中性子の両方を含んでよい。
【００１５】
前記電離放射線は、核廃棄物−たとえばグラウト又は他のセメント充填剤に埋め込まれた中間レベル核廃棄物を含む鋼鉄製ドラム−へ侵入及び／又は核廃棄物を通過する。前記容器を通過する電離放射線はその後１つ以上の検出を用いることによって結像される。たとえば前記放射線源に対して前記容器を回転させた後の前記放射線の複数の画像は、前記容器の内容物の一部若しくは全部又は内部の断層撮像再構成に用いられてよい。前記容器内部で非弾性的に散乱された高エネルギー放射線のスペクトル検出が、加えて又は代わりに、前記容器内部の物質の化学的特性及び他の特性を検出するのに用いられてよい。
【００１６】
具体的には本発明は、核廃棄物のユニットの検査方法を供する。当該方法は、標的構造と少なくとも１つの粒子検出器との間に核廃棄物のユニットを設置する段階、レーザービームパルスを生成する段階、前記レーザービームパルスを前記標的構造へ導光することで前記標的構造に電離放射線を発生せる段階、前記核廃棄物のユニットを通過した後の前記電離放射線を前記少なくとも１つの粒子検出器で検出する段階、及び、前記の検出された電離放射線から前記核廃棄物のユニットの特性を決定する段階、を有する。
【００１７】
たとえば本発明は、中間レベル核廃棄物のドラムを検査する方法を供してよい。当該方法は、ピッチャー・キャッチャーレーザー標的に導光される単一レーザーパルスを用いてＸ線及び中性子を生成する段階、前記ドラムを通過した後の前記Ｘ線及び中性子を別個に検出する段階、並びに、前記Ｘ線及び中性子のうちの少なくとも１つを用いて前記ドラムの透過像を検出する段階、を有する。この方法は、前記Ｘ線及び中性子の一方又は両方から複数の画像を生成するのに、少なくとも０．１Ｈｚのレート又はより迅速に少なくとも１．０Ｈｚのレートで繰り返されてよい。繰り返しの間に前記ドラムが動かされ、かつ、前記複数の画像を用いて前記ドラムの内部の断層再構成が実行される。
【００１８】
より一般的には、前記核廃棄物のユニットは、ドラム−たとえば鋼鉄製ドラム−のような容器を含んでよい。よって前記容器は中間レベル核廃棄物を含んでよい。前記中間レベル核廃棄物は、充填剤−たとえばセメント材料を含む充填剤−と混合されてよい。前記核廃棄物のユニットの最大寸法及び最小寸法はいずれも３０ｃｍ〜３００ｃｍの範囲内であってよい。
【００１９】
前記標的構造は、Ｘ線発生標的―たとえばホイルのような固体標的−を含んでよい。前記電離放射線はＸ線を含む。前記Ｘ線発生標的のうち前記レーザーパルスが照射される部分はすぐに破壊される。よって回るテープ、回転ホイール、又は後続のレーザーパルスへ曝露する前記標的の部分を更新する他の機構が供されてよい。
【００２０】
前記標的構造はまた中性子発生標的をも有してよい。前記中性子発生標的は、ピッチャー・キャッチャー装置内において前記Ｘ線発生標的に対して近接して―たとえば平行であって―よい。前記電離放射線はまた中性子をも含んでよい。前記中性子は、前記核廃棄物のユニットを通過する前に前記中性子のエネルギーを減少させる中性子減速材を通過してよい。
【００２１】
前記Ｘ線発生標的での前記レーザービームパルス、又は、前記標的構造のうち前記レーザーパルスが衝突する他の部分は、少なくとも１０１７Ｗ／ｃｍの強度、及び、１ｍｍ２未満のスポットサイズを有してよい。
【００２２】
前記標的構造によって放出される電離放射線の様々な粒子は同一又は各異なる検出器によって検出されてよい。様々な粒子−たとえばＸ線及び中性子―は、たとえば飛行時間分離を利用することによって同一の検出器によってさえも別個に検出されてよい。
【００２３】
本発明はまた、前記核廃棄物のユニットの特性を決定する方法をも供する。当該方法は、前記の検出された電離放射線から前記核廃棄物のユニットの少なくとも一部の１つ以上の像を生成する段階―たとえば前記電離放射線中のＸ線及び中性子のうちの１つ以上の各々から別個の像を生成する段階―を有する。
【００２４】
前記生成する段階、前記導光する段階、及び前記検出する段階は少なくとも１Ｈｚで繰り返されてよい。前記核廃棄物のユニットは、繰り返しの少なくとも一部の間に前記標的構造に対して様々な位置へ移動される（前記標的構造、前記ユニット、及び前記（複数の）検出器の任意の組合せの移動を含んでよい）場合、前記標的構造に対する前記核廃棄物のユニットの対応する複数の位置から前記核廃棄物のユニットの少なくとも一部の複数の像を得ることができる。よって当該方法はさらに、前記複数の像を用いることによって前記核廃棄物の少なくとも一部の断層撮像再構成を実行する段階を有する。
【００２５】
前記標的、前記ユニット、及び（複数の）検出器のうちの１つ以上の間の間隔を変更することによって、前記ユニットの様々な倍率及び前記ユニットの一部の倍率を前記（複数の）検出器で得ることができる。前記Ｘ線源は上述の発明を利用して非常に小さい−たとえば直径２００又は１００μｍ未満またさらには直径１０μｍ未満（すなわち最大直径で、前記Ｘ線源は一般的に粗い円形又は楕円形であり得ることに留意して欲しい）−ので、前記核廃棄物のユニットの対応する縮尺の特徴は検出又は識別され得る。
【００２６】
当該方法は前記電離放射線のスペクトル特性を検出する段階を有してよい。前記の検出された電離放射線から前記核廃棄物のユニットの特性を決定する段階は、前記スペクトル特性から前記核廃棄物のユニットの特性を決定する段階を有する。たとえば廃棄物の劣化の特定の生成物―たとえばメタルハイドライド、水素ガスーはこのようにしてスペクトル能を備える１つ以上の撮像検出器及び／又は非撮像スペクトル検出器によって検出されてよい。
【００２７】
本発明はまた、上述の方法に対応する装置―たとえば核廃棄物のユニットを検査する装置−をも供する。当該装置は、１つ以上のレーザービームパルスを生成するように構成されるレーザーシステム、前記１つ以上のレーザービームパルスを受けることで電離放射線を放出するように構成される標的構造、及び、核廃棄物のユニットを通過した後の前記電離放射線を検出するように構成される１つ以上の検出器を有する。前記標的構造は、Ｘ線を生成するように構成される、たとえば線源の直径が２００又は１００μｍ未満のＸ線生成標的を含んでよい。当該装置はまた、少なくとも０．１Ｈｚの繰り返しパルスレートを供し、かつ、前記繰り返しの各々について前記核廃棄物のユニットを通過する放射線を別個に検出するように構成されてよい。当該装置は、前記電離放射線の検出器の像から前記核廃棄物のユニットの内部の３次元構造を導くように構成される断層撮像関数を有する分析器を有してよい。
【００２８】
ここで本発明の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】レーザー駆動電離放射線源を用いて核廃棄物のユニット−たとえばＩＬＷのドラム−を検査する方法及び装置を表している。
【図２】図１の分析器の態様を示している。
【図３】本発明を説明するのに用いられる核廃棄物の実験用モックアップを示している。
【図４】上述の実験において用いられる標的構造及びレーザーシステムに適用可能なモデル化されたＸ線エネルギー分布のグラフである。
【図５】初期Ｘ線パルスとそれに続く検出器への中性子の到達を示す前述の実験において検出される粒子の飛行時間をプロットしている。
【図６ａ】コイン形状のウラン試料の断片のＸ線像を示している。
【図６ｂ】コイン形状のウラン試料の断片のＸ線像を示している。
【図７】ａはタングステン板内の２００μｍ幅のスリットを表すＸ線像を示し、ｂは本願発明者等によって実行された実験においてＸ線によって決定された微細構造を示している。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
ここで図１を参照すると、核廃棄物のユニット１０を検査する装置が示されている。図１では、核廃棄物のユニット１０は、セメント材を含む充填剤が混合された中間レベル核廃棄物を含む鋼鉄製ドラムである。ただし他の種類及び構成の廃棄物のユニットが代わりに検査されてもよい。
【００３１】
核廃棄物のユニット１０は、電離放射線１２を用いて検査される。電離放射線１２は、核廃棄物のユニットへ侵入及び／又は核廃棄物のユニットを通過し、核廃棄物の性質及び電離放射線の種類とエネルギースペクトルに依存して様々な程度の吸収、弾性散乱、並びに非弾性散乱を起こした後に続いて、１つ以上の検出器１４−１．．．１４−ｎによって出される。図１の装置では、電離放射線はＸ線１２−１と中性子１２−２の両方を含む。これらは、検出器では様々な方法−たとえば中性子がＸ線よりも速度が遅いのでＸ線の後に検出器１４−１に到達することを利用する飛行時間分離、粒子のエネルギーによる分離、及び、各異なる検出器及び検出器材料の感度による分離−によって区別されてよい。
【００３２】
核廃棄物のユニット１０を通過して、電離放射線１２は、たとえば撮像検出器又は画素化検出器１４−１を用いることによって核廃棄物のユニット１０の少なくとも一部の像−たとえば１種類以上の検出された電離放射線−たとえばＸ線及び／又は中性子−を表す像−を供するのに用いられてよい。たとえば異なる種類の電離放射線を独立して検出するため、ユニットからの様々な距離で若しくはユニットからの様々な方向に設けるため、又は、様々な種類の測定−たとえば全強度測定、及び、電離放射線のエネルギースペクトルの態様を決定するスペクトル測定−を実行するため、複数の画素化検出器が用いられてよい。特にスペクトル測定の目的又は感度を向上させて電離放射線の態様を検出する目的で、他の非画素化検出器１４−２がさらに又は代わりに用いられてよい。
【００３３】
検出された電離放射線を表すデータは、１つ以上の検出器制御装置１８−１．．．１８−ｎによって適切に収集され、統合され、又は生成され、その後１つ以上の分析器２０へ送られる。検出された電離放射線１２から得られる核廃棄物のユニット１０の特性は、検出器制御装置及び／又は分析器によって、たとえばユニット１０の全部及び／若しくは一部の１つ以上の透過像又は吸収像、ユニット１０の１つ以上の断層撮像再構成、固有の化学情報を示す画像若しくはデータ等として決定されてよい。１つ以上の分析器２０は一般的に適切にプログラムされた汎用コンピュータによって供されてよい。検出器制御装置は、検出器１４−１．．．１４−ｎとインターフェースで接続するように特別に設計された電子機器を有してよく、かつ、プログラムされた処理装置をも有してよい。
【００３４】
電離放射線は、標的構造３２に高強度レーザービームパルス３０を導光することによって生成される。標的構造は１つ以上の標的構成要素を有する。図１の装置内において適切なＸ線及び中性子を生成するため、標的構成要素は、レーザービームパルス３０が入射するＸ線発生標的３４、及び、Ｘ線発生標的からの高エネルギー粒子が中性子を生成するように入射する中性子発生標的３６を有する。Ｘ線発生標的３４及び中性子発生標的３６は、たとえばM. Roth et al, 2013, Physical Review Letters, 110, 044802及びLancaster K L et al 2004 Phys. Plasmas 11 3404に記載されているようにピッチャー・キャッチャー構成をとるように配置されてよい。図１では、標的構造はまた、中性子が核廃棄物のユニットとより強く相互作用するレベルにまで中性子のエネルギーを減少させるように構成される中性子減速材３８をも有する。他の素子３９はたとえば、生成された電離放射線が核廃棄物のユニットへ供給される経路を制限、遮断、あるいは操作若しくは制御するのに用いられてよい。
【００３５】
レーザービームパルス３０は、非常に短いレーザー光パルスを非常に高強度で生成することができるレーザーシステム４０を用いて生成される。続いてレーザービームパルス３０は、適切な光学系４２及び／又は他の透過構造を用いることによって標的構造へ導光される。
【００３６】
図１では、単一の標的構造３２が、核廃棄物のユニットを検査するための電離放射線を生成するのに用いられる。しかし必要に応じて複数の別個の標的構造が用いられてもよい。たとえば各標的構造が、様々な種類の電離放射線又は電離放射線のスペクトルを生成するように構成される。そのような複数の標的構造は同一のレーザーシステム４０からの複数のビームによって駆動されて良い。あるいは複数のレーザーシステムが、複数の標的構造又は単一の標的構造を駆動するのに用いられてよい。しかし単一のレーザーシステム４０が、複数の種類の電離放射線を生成するのに単一の標的構造３２に照射するのに用いられる図１の装置は、より小型で費用対効果の良い検査システムを供するのに有利である。
【００３７】
説明した装置は、一連の時間的に離間したレーザービームパルス３０を用いて一連の時間的に離間した電離放射線１２のバーストを生成し、好適には時間的に離間した複数の独立した電離放射線１２の検出を行うことによって、核廃棄物のユニット１０を検査するように構成されてよい。そのようなパルス列はたとえば、０．１Ｈｚよりも速いレートで、より好適には少なくとも１Ｈｚのレートで動作してよい。図１の装置は、マニピュレータ５０−たとえば回転台−によって移動可能な核廃棄物のユニット１０を表している。ユニットは、複数の電離放射線のバーストの各々に対してそれぞれ異なる位置をとるようにマニピュレータ５０によって移動可能である。このようにして、ユニット１０の一連の透過像若しくは吸収像又は他の像が取得されてよい。各像は、標的構造及び／若しくは（複数の）検出器に対して各異なる位置並びに／又は方位に相当する。そのような像は続いて、たとえば断層撮像プロセスを利用して合成されて、核廃棄物の内部の断層撮像再構成又は他の表現が生成され得る。
【００３８】
図１はまた、当該装置によって検査される一連の核廃棄物の同様のユニット１０を次々に供給するように構成される搬送機構６０−たとえばコンベヤを含む−をも表している。このようにして、複数の核廃棄物のユニットを自動的に検査するように構成される装置が供され得る。
【００３９】
図１では核廃棄物のユニット１０が、セメント材を含む充填剤が混合される中間レベル核廃棄物を含む鋼鉄製ドラムとして示されているが、代わりに様々な他の種類及び構成の核廃棄物のユニットが検査されてよい。たとえばより一般的には、ユニットは、内部に核廃棄物が含まれる容器を有し、かつ、容器はドラム、箱、パイプ等であってよい。そのような容器は、たとえば鋼鉄のような金属、たとえばプラスチックのようなポリマー、コンクリート、他の材料、又はこれらのうちの複数の材料で作られてよい。
【００４０】
核廃棄物は一般的に中間レベル核廃棄物（ＩＬＷ）−たとえば燃料被覆体及び原子炉構成要素、炉心からのグラファイト、及び、放射性廃液の処理から生じた沈殿物−を含んでよい。中間レベル核廃棄物は加えて又は代わりに、低レベル廃棄物の上限を超える放射能レベルを有するが、貯蔵又は廃棄施設の設計において熱を考慮する必要のない廃棄物と定義されてよい。ＩＬＷはまた、１トン当たり４ギガベクレル（ＧＢｑ／ｔｅ）のα線又は１２ＧＢｑ／ｔｅのβ線の放射能を超える廃棄物とも定義され得る。しかし核廃棄物は代わりに又はそれに加えて、高レベル核廃棄物を含んでよい。高レベル核廃棄物とはたとえば、使用済み核燃料の再処理から生じるほとんどの放射能、固化後のこの材料、（廃棄物と宣言された場合の）使用済み燃料、又は同様の放射線特性を有する他の任意の廃棄物を含む液体残留物である。高レベル核廃棄物は、崩壊熱が周囲の温度を顕著に増大させるのに十分な放射性を有する廃棄物とみなされてよい。核廃棄物は代わりに又はそれに加えて、低レベル核廃棄物を含んでよい。低レベル核廃棄物とはたとえば、保守又は監視から生じる様々な軽汚染物質−プラスチック、紙、及び金属を含む−、及び、廃炉材料−たとえば土、建築材、及び金属プラント、及び機器−である。
【００４１】
場合によっては、核廃棄物は他の物質を混ぜることなく容器内でパッケージングされてよい。しかし廃棄物は一般的に、グラウト、セメント、又はセメント充填剤−たとえば混合材料を含むコンクリート−と混合されてよい。廃棄物は代わりに又はそれに加えて、様々な方法でガラス母体中でガラス化され、圧縮され、又は固化されてよい。
【００４２】
本発明で併用される核廃棄物のユニットは好適には、ユニットへ侵入する放射線の割合の低さ、必要とされる検出器のサイズ、又は他の要因のために本発明の実施が困難になるほどに大きくすることなく、直接探索によって十分包括的な視野を得ることが難しい場合に、廃棄物の内部を探索するのに特に有利な電離放射線を用いて検査するのに十分大きなサイズであってよい。たとえば核廃棄物のユニットは、３０ｃｍ〜約３００ｃｍの範囲に属する全体寸法を有してよい。
【００４３】
一般的には標的構造で適切な電離放射線を生成するためには、１０１７Ｗ／ｃｍより大きな強度が必要となる。図１の装置の一般的な強度は１０１８〜１０２０Ｗ／ｃｍの領域である。これらの強度を実現するため、５〜１００又は２００μｍの領域の直径を有する標的構造でのスポットサイズと数十ピコ秒のパルス間隔が典型的である。レーザービームパルスは一般的に、可視又は近赤外範囲の波長−たとえば約８００ｎｍ〜１０５０ｎｍ−を有してよい。とはいえ他の波長が用いられてもよい。そのような単一レーザービームパルス中に供給されるエネルギーは一般的に数ジュール〜数十ジュール〜百ジュール超であってよい。そのようなレーザービームパルスを生成するのに適したレーザーシステムはたとえばタレス及び他の事業者から販売されている。一のそのような例は、以下のＵＲＬで見ることができる。
https://www.thalesgroup.com/sites/default/files/asset/document/alpha_pw_2014_0.pdf
【００４４】
固体標的及びピッチャー・キャッチャー装置からＸ線並びに中性子の高輝度パルスを生成するには、様々な国立研究機関−たとえばサイエンス・アンド・テクノロジー  カウンシルの中央レーザー施設のバルカンレーザーシステム−で現在利用可能な約１００ジュール以上の高エネルギーが必要となる（Hernandez-Gomez C. et al. 2006, J. Phys. IV France 133 555-9、http://www.clf.stfc.ac.uk/CLF/Facilities/Vulcan/12248、P. D. Mason et al, Appl. Opt., 54 4227 38 (2015)を参照のこと）。
【００４５】
Ｘ線生成標的は一般的に−本発明の特定の実施形態において利用される場合には−固体材料−たとえば金属−のホイル又は薄膜を有してよい。適切な金属には、金、タンタル、同、及びアルミニウムが含まれ得るが、他の原子番号の大きな物質−プラスチックを含む−が用いられてもよい。標的の厚さは一般的に約１μｍ〜１００μｍの範囲内であってよい。レーザービームパルスが標的に入射するとき、ビームが衝突する標的の領域及びその領域に近接する領域は破壊される。電離放射線のバースト列を生成するのにレーザーパルス列が用いられる装置では、回転輪、移動テープ、又は標的材料の連続又は離散領域を担持する他の装置が供されてよい。
【００４６】
１０１８〜１０２０Ｗ／ｃｍの領域の強度を有する上述のレーザービームを利用すると、１０ｋｅＶ〜１ＭｅＶの領域内で線束がピークとなるＸ線束がＸ線標的によって放出される。しかし１ＭｅＶ〜約１００ＭｅＶの領域のエネルギーのＸ線は広範囲なすそとなり、エネルギー分布は略マクスウエル分布になることが予想されることに留意して欲しい。本願で説明した核廃棄物のユニットの検査には、約２〜２０ＭｅＶの領域のＸ線を生成及び検出できることが望ましい。
【００４７】
γ線の範囲内に属するほどの高エネルギーではあるが、この種の電離放射線をＸ線と記述するのが通常である。なぜならこのＸ線は、γ線生成に通常は関与する核変換型の機構ではなく、電子散乱を含む制度放射型の機構を利用して生成されるからである。
【００４８】
説明してきた装置によって供されるＸ線源は、Ｘ線生成標的でのレーザービームスポットのスポットサイズに密接に関連する空間的な広がりを有するので、Ｘ線源の直径は便宜的には１ｍｍ未満であってよく、より一般的には１００μｍ未満−たとえば５〜１００μｍの範囲−であるか、あるいは好適には２００μｍ未満あってよい。このような小さなスポットサイズによって、核廃棄物の非常に微細な詳細を検出することが可能となる。
【００４９】
中性子生成標的は−本発明の特定の実施形態で用いられる場合には−一般的に、一般的にはＸ線標的から数ｍｍ離間して、陽子／イオン駆動による中性子の生成にとって良好な断面積を有する適切な固体材料の層を有してよい。典型的な物質には、リチウム、銅、ベリリウム、及び水素の重い同位体を含むプラスチックが含まれてよい。中性子生成標的の厚さは典型的には１ｍｍ〜数ｃｍの範囲内であってよい。中性子生成標的の通常の動作モードは、ピッチャー・キャッチャー装置内において隣接又は近接するＸ線生成標的から放出される陽子及びイオンを受け、これらの活性な陽子及びイオンによって中性子束を放出する。Ｘ線標的と中性子標的との間に間隔が存在し、かつ、中性子標的は厚さを有するため、中性子源の実効サイズは、中性子生成標的の厚さとＸ線標的からの間隔に依存して、Ｘ線源の実効サイズよりも−たとえば約１００μｍ〜数ｃｍの範囲で−大きくなることが予想される。
【００５０】
中性子生成標的からそのまま放出された中性子のエネルギーの下限は数百ｋｅＶの領域で、スペクトルは約１０ＭｅＶにまで及ぶ。一部の実施形態では、衝突断面積及び中性子と核廃棄物との相互作用の大きさ／性質を制御する−たとえば中性子を熱中性子又は熱外中性子（一般的には数ｅＶ〜数十ｅＶ）にする−ため、中性子のエネルギーを大きく減少させることが望ましいと考えられる。これは、図１に表された中性子減速材３８を用いて実現され得る。そのような減速材は一般的にタングステン若しくは他の金属、プラスチック、又はそのような物質の組み合わせで構成されてよく、かつ、一般的に厚さ数十ｃｍで、中性子生成標的から数ｃｍ離間してよい。とはいえ様々な構成が、具体的設計及び要件に応じて用いられてよい。
【００５１】
本願では高エネルギーＸ線及び中性子の利用が詳細に記載されているが、他の実施形態では、核廃棄物のユニットを検査するのに、電子、陽子、及びテラヘルツ放射線を含む他の形態の電離放射線が用いられてもよい。様々な種類の放射線を利用して核廃棄物のユニットを詳細に調べることで、単一のレーザー駆動システムにおいて複数の検査手法を一緒にすることで、特に多数の物質の検査にとっては時間効率と費用効率を良好にすることが可能となる。
【００５２】
核廃棄物のユニットを検査するのに用いられる電離放射線を検出するのに適した検出器は様々な方法−シンチレーション材料及び活性媒体による撮像板の利用を含む−で構築されてよい。たとえば放射線の（複数の）Ｘ線成分にとって適切な撮像検出器は、適切な物質−たとえばタリウム及び／又はナトリウム−がドーピングされたヨウ化セシウムの画素化された結晶層を利用して構築されてよい。ヨウ化セシウム中のドーパントは、Ｘ線が特定の画素に衝突するときにルミネッセンスを示す。たとえば１０〜５０ｍｍのオーダーの厚さにすることで高感度となる検出器を用いながら、１つの画素の横方向の寸法に相当する空間分解能がたとえば１ｍｍ程度で実現され得るように、画素化は、たとえば他の材料によって充填可能なスロットを用いることによって、隣接する画素間を光学的に分離する。Ｘ線が画素を通過することで引き起こされるルミネッセンスは、様々な方法で−たとえばＣＣＤ、ＣＭＯＳ、又は画素化されたシンチレーション層に相当する視野を備える他の光学カメラを利用することによって−読み取られてよい。適切な視野は、必要に応じてカメラが電離放射線の経路から遠ざかることができるように１つ以上の適切なミラーを用いて調整されてよい。
【００５３】
中性子は、Ｘ線検出器と同一又は類似の型の画素化されたシンチレーション検出器を用いて検出されてよい。特にいずれの放射線も、必要に応じてそのような検出器を１つ用いて検出されてよい。Ｘ線が１ｍ進行するのに約３ナノ秒を要する光速に相当する速度を有する一方、熱中性子は同じ距離進行するのに数ミリ〜十ミリ秒かかることに留意すると、Ｘ線と中性子（及び／又は光子ではない粒子）とを識別するために飛行時間法が用いられてよい。
【００５４】
中性子の検出はまた、重水素材料−たとえばポリエチレンやシンチレーション材料−の層を用いて簡便に実行されてもよい。これは、画素化ヨウ化セシウムセンサと同様の方法でＣＣＤ又はＣＭＯＳカメラによって撮像されてよい。
【００５５】
核廃棄物のユニットを検査するのに用いられるＸ線、中性子、及び他の粒子のエネルギー又はエネルギースペクトルを測定することが望ましいと思われる。これは、熱粒子撮像センサ又は熱外粒子撮像センサ−たとえば中性子センサ−の場合では、飛行時間原理及び十分に速い光学カメラを用いて実現されてよい。Ｘ線及び他の種類の放射線では、各衝突の大きさつまりは粒子のエネルギーを検出するシンチレーション検出器が用いられてよい。
【００５６】
図２は、核廃棄物のユニットを通過した後の電離放射線１２から得られるデータの一部が、分析器２０においてどのようにしてさらに利用及び処理され得るのかを表している。図２は、核廃棄物の内部構造を３次元で明らかにする断層撮像データ６４を得るため、画像６０内に含まれるデータの断層撮像逆変換を実行する断層撮像機能６２へ送られる画像６０の集まりを示している。画像６０はたとえば撮像検出器１４−１によって得られるＸ線画像であってよい。図２では、同一又は異なる撮像検出器を用いて取得され得る画像６６のさらなる集まりが示されている。画像６６はたとえば中性子画像のような他の放射線の画像であってよい。これらのさらなる画像はまた、核廃棄物の内部構造を得るために、同一又は異なる断層撮像機能６２によって、Ｘ線データとは別個に又はＸ線データと組み合わせて用いられてもよい。
【００５７】
図２はまた、１つ以上の撮像検出器１４−１又は他の検出器１４−２を用いて得られたスペクトルデータをも示している。前記スペクトルデータはその後、スペクトル処理機能７２を用いて処理されることで、核廃棄物のユニットの特性７４が得られる。たとえばそのような特性は、（たとえば断層撮像法、画像データ、又は視野の狭いスペクトル検出器を用いることによって）特定の位置での、若しくは、（たとえば画像のより大きな部分、断層撮像出力、又は大きな視野からのデータを結合することによって）より一般的に特定の化学組成物の存在及び／又は位置を特定することができる。
【００５８】
本発明の効果及び実際の態様を示すために本願発明者等によって実行された実験についてここで説明する。直径が２８ｍｍで厚さが２ｍｍの天然のウラン「硬貨」１０２が、未使用かつ未照射のマグノックス燃料棒から切り出された。図３に示されているように、硬貨は、プラスチック容器１０６内部においてラファージュ社の十分に混合されたコンクリート中に封止された。硬貨は、封止前に処理されなかったので、受け取った状態の腐食層を保持していた。前記腐食層は、同一の材料の過去の分析から、厚さが約５０〜７０μｍで、かつ、酸化ウラン（ＵＯ２）で構成される。
【００５９】
ピーク強度がよりも１０１７Ｗ／ｃｍ２よりも大きなレーザーパルスが固体物質に入射するとき、表面は瞬時に電離してプラズマを生成する。レーザーの電場は続いてプラズマ状態の内部で荷電粒子と相互作用し、かつ、レーザーの前進方向に高電流（百万アンペア）の電子を加速させる。生成される電子ビームは、マクスウエル分布を示すスペクトル、及び、約５００ｋｅＶ〜数ＭｅＶのバルク温度を有する。よって生成される電子ビームは、相対論的とみなされる。レーザー駆動電子ビームは、電子が標的材料の原子構造と相互作用することで、明るい制動放射Ｘ線バーストを生成する。薄くて原子番号の大きな標的ホイル−たとえばタンタル及び金−を用いることで、たくさんの制動放射相互作用が生じるので、高線束の高エネルギーＸ線が得られる。
【００６０】
図３の試料の放射線撮像が、英国ハーウエルキャンパスにあるラザフォード・アップルトン・ラボラトリーのバルカンレーザーによってレーザーと固体との相互作用が起こっている間に発生するＸ線パルスを用いて実行された。前記レーザーは、Hernandez-Gomez C et al 2006 J. Phys. IV France 133 555-9で説明されているように、厚さが１００μｍのタンタルホイル標的へ入射角２０°で１０ピコ秒間供給される約１５０Ｊのレーザーエネルギーを有する波長１０５４ｎｍのｐ偏光パルスである。現状の設定では、制動放射エネルギーは６００ｋｅＶでピークをとった。このピークを超えると、光子束は対数関数的に減少した。ＧＥＡＮＴ４（Agostinelli S et al 2003 Nucl. Instrum. Methods Phys Res. A 506 250-303）を用いたこの分布モデルは、１００μｍのタンタルホイルを透過する様々な入射電子ビームスペクトルのシミュレーションを行うのに用いられ、かつ、図４に示されている。レーザー強度を増減させることによって、レーザーエネルギーはそれに対応して増減する。このシミュレーションは、２ＭｅＶ超のＸ線は、現状の実験中に存在することが予想されたことを示している。
【００６１】
ＢＡＳ−ＴＲ及びＢＡＳ−ＳＲ画像板（ＩＰ）検出器膜が、吸収コントラスト放射線像を生成するため、図３の試料を透過した後のＸ線を捕獲するのに用いられた。２Ｄの活性シンチレータに基づく検出器−厚さ１ｃｍで幅５００μｍ×５００μｍのタリウムがドーピングされたヨウ化セシウム（ＣｓＩ）画素で構築され、ＣＣＤチップに光学的に結合され、全動作領域が３０ｃｍ２である−もまた供された。この活性な検出器は、従来のＩＰ膜と比較して瞬時に像を提供する。高分解能で信号をデジタル化するのに、１つの２０ｃｍ×４０ｃｍ片につき最大でも１時間しかかからない。
【００６２】
様々な倍率で結像するため、レーザー軸を一様の高さにして、試料は、真空相互作用チャンバの外側で、検出器面の前方の様々な距離に設けられた。試験用の物体のコンタクト放射線像（倍率１）が、物体面の後方に直接設けられたＩＰ検出器によって実行された。高倍率（倍率５超）は、物体とＣｓＩ検出器との間の距離を２．２ｍに拡張することによって実行された。
【００６３】
基本的な画像処理を行うことによって、ＩＰ及びＣｓＩ検出器を用いて記録されたセメント封止されたウランの放射線像は、図６ａと図６ｂでそれぞれ高倍率と低倍率で示されているように、検査されたウラン硬貨の最も厚い断面と最も薄い断面の輪郭を明確に示した。撮像中、分光器測定は、全体の温度が６００ｋｅＶのＸ線ビームを示した。２Ｄ透過プロファイルは、グラウトとウランとの間での透過信号の明確な差異を示した。ウランの位置では透過が低いことが特定された。高倍率ＣｓＩ検出器の放射線像は低いコントラストを示した。その理由は、検出器面（線源から２ｍ超）での光子密度は顕著に小さく、かつ、厚さ１．６ｃｍのＣｕアテネータがビームエネルギーの多くを吸収したからである。いずれでの例でも、放射線像の空間分解能及び吸収コントラストは、厚さ５０〜７０μｍの受け取ったままの酸化ウラン層を特定するには十分ではなかった。しかしこれは、単一のレーザー駆動Ｘ線ビームのパルス曝露のみを用いた実物大のウラン燃料を撮像した放射線像の明確な例である。周囲のグラウトは、明らかな破断もなくそのまま観測された。
【００６４】
Ｘ線に加えて、（依然としてバルカンレーザーを用いている）平行なビームラインでは、単位パルスかつ単位立体角あたり１０７〜１０９の中性子束の高透過性の中性子ビーム（１〜５ＭｅＶのエネルギー）が生成された。図５は、オシロスコープによって記録された、中性子の経路内に設けられたプラスチックシンチレータからの飛行時間信号を示している。時間０での飽和ピークは、相対論的信号、すなわち制動放射からの初期Ｘ線放射を表している。これは、ここでの関心エネルギー領域（数ＭｅＶ）内にＸ線が生成されている証拠である。なぜならシンチレータは、線源から２メートル離れた場所に位置し、かつ、そのようなエネルギーでしか進入できない厚さ１０ｃｍの鉛のブロックで遮蔽されていたからである。１００〜２００ｎｓでの信号の増大は、非相対論的速度で伝播する放射線が鉛の遮蔽体を透過しただけではなく中性子が生成されたことを示している。
【００６５】
上述の実験は、バルカン駆動パルスＸ線システムを修正することなく、少なくとも３０×３０ｃｍの広い走査領域にわたって１ｍｍよりもはるかに小さな空間分解能での、セメント内に封止された大量の高密度の物質からなる核廃棄物のユニットの非破壊放射線像の取得が単一パルス曝露によって成功したことを示した。レーザーのインフラの改良-たとえば反復レート及び効率の向上−、並びに、Ｘ線及び中性子発生機構の改良−たとえば１ＭｅＶ超のＸ線及び中性子の線束を大きくすること−によって、この方法は明らかに、核廃棄物管理試験用のさらに進歩した多モード手法に用いられ得る。これらには、高エネルギーＸ線断層撮像、中性子イメージング、核物質の特定、及び臨界試験が含まれる。
【００６６】
同一の設定を用いたさらなる試験では、試験物体の空間分解能は、エネルギーが５００ｋｅＶ未満のＸ線を大きく減衰させるように設計された厚さ５ｍｍで１００ｍｍ×１００ｍｍのタングステン板から得られた。タングステン板はワイヤカットされることで、そのタングステン板内に最小で２００μｍの様々な幅の分解能試験用パターンスリットが生成された。様々な倍率で結像するため、試験用物体は、真空相互作用チャンバの外側で、検出器から様々な距離に設けられた。
【００６７】
レーザー駆動線源の重要な機能は、高分解能の単パルス投影イメージングを供することである。最小の部位が検出器の多くの画素にわたって投影される高倍率では、像の空間分解能は線源の放出面積によって定められる。このレーザー駆動線源による投影イメージングの空間分解能を試験するため、厚さ５ｍｍのタングステンの分解能板の高倍率放射線像が撮られた。図７ａは、図７ｂに示されているように、単パルス曝露によって得られる、活性検出器パネル（画素サイズ５００μｍ）上に１０倍で投影されるタングステン板中の幅２００μｍのギャップの像を示している。前記像は、０．１２±０．０４の変調伝達関数（ＭＴＦ）によって視認可能である。
【００６８】
図７ａ及び図７ｂで表される実験は、試験物体への長い孤立距離に設けられた瞬時読み取り活性検出器に結合されるレーザー・固体相互作用からのレーザー駆動制動放射を用いるときに、厚い金属のバックグラウンド内において１ｍｍよりもはるかに小さいサイズの部位が、１回の放射線像取得で視認可能となることを示している。これは、従来技術と比較して特異な性能を示しているので、非破壊試験及び産業用放射線撮像用のレーザー駆動Ｘ線の重要なデモンストレーションである。
【００６９】
調節可能なレーザー駆動システム内に供される大きくて密な物体の高分解能Ｘ線放射線像のために高エネルギー（たとえば最大１０ＭｅＶ）、高線束、１回取得、及び短パルス曝露を組み合わせることで、様々な条件下で、ある範囲の核廃棄物のユニットにこの方法を使用する自由度が得られる。高輝度で高エネルギー、短間隔（＜＜ナノ秒）、及び１ｍｍ２未満の放出面積によって、これらの高エネルギーＸ線は、単一線源でこれらの品質のすべてを実現できない商業利用されている類似技術−たとえばライナックシステム−と比較して有利となる。Ｘ線ビームは短距離にわたって動かされ得る。形状が分散することで、大きな視野つまりは大きな物体の断層撮像が可能となる。高エネルギーかつ高輝度の中性子ビームを同時に生成することはまた、中性子撮像及び非破壊の元素固有の（低原子番号及び高原子番号を同時かつ固有に特定する）撮像手法の実行に利用されてよい。
【００７０】
適切な核廃棄物の走査及び検査は、ｉ）高密度物質、ｉｉ）高感度の腐食生成物、ｉｉｉ）核分裂性物質、及び、ｉｖ）自然発火性物質／ガラスのうちの１つ以上の特定、おおよその体積／質量、及び空間分布／位置から利点を得ることができる。本願発明者等は、ウランとセメントの天然のＸ線減衰を利用することによって、レーザー駆動光子源が、高密度物質の位置及び物質の密度の相対分布を特定できることを発見し、かつ、示してきた。さらに実際のＩＬＷ容器は通常、周囲に設けられた物質を拡張することによって生じ得る膨らみを示す。点線源及び光子ビームの発散する性質はこの物質を特定する上で特に有用である。その理由は、透過経路は、容器の中心を透過する経路よりも短いからである。よって放射線撮像は、これらの領域において良好なコントラストを保持することが期待される。この証拠は、上述の実験装置を用いることによって本願発明者等によって既に得られたＸ線放射線像内で見出される。低密度腐食生成物もまたこの方法を用いて特定することができることが期待される。
【００７１】
電離放射線源に移ると、６ＭｅＶ範囲の電磁放射線を生成するには、たとえばレーザーエネルギーを増大させ、パルス間隔を〜１ｐｓに短くし、制動放射エネルギープロファイルピークをさらにＭｅＶへ向けて遷移させることで、より高エネルギーかつ高い線束のＸ線を生成することによって、十分高いレーザー強度に対する相互作用条件を整備することが要求される。あるいはその代わりに、これは、様々な方法を用いて電子を加速させることによって実現されてよい。様々な方法とはたとえば、レーザービームを気体キャピラリに通過させ、かつ、３０〜４０ｆｓの非常に短いパルス長でＸ線を生成する制動放射変換器と〜３０μｍにまで小さくした線源のサイズを用いてことである。レーザー加速された電子のエネルギーはこの場合、数百ＭｅＶから最大ＧｅＶまで調整可能である。それにより電子が変換器ホイルを通過するときに数十〜数百ＭｅＶの平均制動放射線が生成される（たとえばS. Cipiccia et al, Journal of Applied Physics, 111, 063302, (2012)を参照のこと）。しかしビームの放出ははるかにコリメートされ、かつ、光子密度は顕著に減少するため、大きな視野の単パルス曝露画像取得は非現実的と考えられる。現時点では、これらの高エネルギーでの撮像の進歩及び発展は、検出器技術及び装置の冷却によって制限されている。高エネルギーγ線の検出には、取得時間及び処理時間が迅速な高密度、高分解能、大きな２Ｄシンチレータ検出器の開発が必要となる。単一画像の取得は迅速な（ＣｓＩ検出器の）データ取得となるが、長期にわたる複数の照射−たとえば断層撮像分析を実行するとき−は２０分当たり１パルスという時間的制限がある。その理由は、レーザーシステムはフラッシュポンプ動作するため、各照射後に冷却する必要があるからである。これは、高出力ダイオードポンプレーザー−たとえばＤｉＰＯＬＥシステム（Mason P D et al 2015 Appl. Opt. 54 4227-38）−を用いることによって解決され得る。ＤｉＰＯＬＥシステムは、高出力なだけでなく、１０Ｈｚで動作可能で、より効率的で、より小型で、かつ、配置可能性を高める。ダイオードポンプシステムを効率的に冷却することで、１秒当たりに複数の照射を行う動作を可能にすることで、良好な画質の撮像、像の平均化、及び断層撮像システムの開発が実現し、大量の高密度及び低密度物質の体積測定が可能となる。
【００７２】
核廃棄物の安全な閉じ込めに対して最も危険を与える物質は一般的に水素系物質−水素ガス又は金属ハイドライド−、あるいは活性が非常に高い物質である。そのためその物質が多量に蓄積すると臨界に到達する恐れがある。便利なことに中性子は、水素系化合物に対して非常に高い感度を有するので、中性子撮像は、それらの位置及び相対量を効率的に特定するのに用いられ得る。.中性子はまた、−たとえばオークリッジ国立研究所報告（https://www.nti.org/media/pdfs/Mihalczo_Mullens_2012_NMIS_Imaging_Gamma_Spectr_Pu_HEU_HE_other.pdf?_=1439478470で入手可能）においてミハルクゾとミュレンが議論しているように、核物質特定システムＮＭＩＳによって−臨界試験にこれまで用いられてきた。この方法では、時間分解分析が実現される。つまり活性物質を通過する中性子が核分裂を誘起することで、直接透過する中性子よりも遅く検出される他の粒子が生成される。
【００７３】
本発明の特定の実施形態及び用途が説明されてきたが、本発明の技術的思想から逸脱することなく様々な修正型及び代替型が可能であることは当業者には明らかである。
【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６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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