(57)【要約】【課題】排ガス処理装置を計測用に改造することなく、当該装置内部における計測対象物質の分布を計測することができる流体計測システムを提供する。【解決手段】燃焼機関から排出された排ガスを処理する排ガス処理装置１０に、放射性同位元素を含む単体又は化合物を有する流体を供給する供給装置１８と、排ガス処理装置１０内の前記放射性同位元素から放出される電磁波を検出する放射線検出器（２２ａ，２２ｂ）と、を備え、放射線検出器（２２ａ，２２ｂ）により検出された電磁波に基づいて、排ガス処理装置１０内部における前記単体又は化合物の分布状態を計測する流体計測システム１である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼機関から排出された排ガスを処理する排ガス処理装置に、放射性同位元素を含む単体又は化合物を有する流体を供給する供給手段と、
前記排ガス処理装置内の前記放射性同位元素から放出される電磁波を検出する放射線検出手段と、を備え、
前記放射線検手段により検出された電磁波に基づいて、前記排ガス処理装置内部における前記単体又は化合物の分布状態を計測することを特徴とする流体計測システム。
【請求項２】
前記放射性同位元素は、１３Ｎ、１１Ｃ、又は１５Ｏの陽電子放出核種であることを特徴とする請求項１に記載の流体計測システム。
【請求項３】
前記放射線検出手段が検出する電磁波はガンマ線であることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体計測システム。
【請求項４】
前記放射線検出手段は、前記排ガス処理装置を挟んで対向配置された一対の放射線検出器を含み、
前記一対の放射線検出器は、前記陽電子放出核種から放出される陽電子が消滅する際に相対する方向に同時に発生される一対のガンマ線を前記電磁波として検出することを特徴とする請求項２に記載の流体計測システム。
【請求項５】
前記排ガス処理装置は、内燃機関から排出される排ガスを処理する装置であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の流体計測システム
【請求項６】
前記放射性同位元素を含む単体に１３Ｎ２又は１３Ｎ１４Ｎを用いることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の流体計測システム。
【請求項７】
前記放射性同位元素を含む化合物に１３Ｎｘ１４ＮｉＯｎ（ｘは１以上の整数、ｉ、ｎは０以上の整数）、又は１１Ｃｙ１２ＣｊＯｍ（ｙは１以上の整数、ｊ、ｍは０以上の整数）を用いることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の流体計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス処理装置の内部における、放射性同位元素を含む単体又は化合物の分布状態を計測する流体計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼機関から排出される排ガスを処理する排ガス処理装置が知られている。排ガス処理装置内には、排ガス浄化触媒や吸着剤等が充填されており、排ガス処理装置に排ガスを流通させることで、排ガス中に含まれる有害物質が分解されたり吸着されたりして、排ガスが処理（無害化）される。
【０００３】
ところで、ガス中に含まれる計測対象物質の濃度を測定する装置として、レーザー式ガス分析計が知られている。レーザー式ガス分析計は、計測対象物質を含むガスにレーザー光を照射し、その特定波長の吸光量から計測対象物質の濃度を測定するものである。
【０００４】
例えば、特許文献１には、レーザーガス分析計の原理を用いて、計測対象物質を含むガスに多数のレーザー光を照射する送光手段と、送光手段から照射された多数のレーザー光を受光する受光手段とを備え、各レーザー光の光強度を用いて、数学的に多元連立方程式を解くことで、計測対象物質の濃度分布を求める濃度分布測定装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２２１８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
レーザー式ガス分析計を用いて、排ガス処理装置の内部における計測対象物質の分布を計測しようとすると、排ガス処理装置に光学的に透明な窓を設け、当該窓を介して排ガス処理装置内部にレーザー光を照射する必要がある。また、排ガス中には煤等の気体でない成分が含まれており、当該成分による光の透過率の低下により、計測対象物質の測定精度が低下してしまう場合がある。
【０００７】
そこで、本発明は、排ガス処理装置を計測用に改造することなく、当該装置内部における計測対象物質の分布を計測することができる流体計測システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、燃焼機関から排出された排ガスを処理する排ガス処理装置に、放射性同位元素を含む単体又は化合物を有する流体を供給する供給手段と、前記排ガス処理装置内の前記放射性同位元素から放出される電磁波を検出する放射線検出手段と、を備え、前記放射線検手段により検出された電磁波に基づいて、前記排ガス処理装置内部における前記単体又は化合物の分布状態を計測する流体計測システムである。
【０００９】
また、前記流体計測システムにおいて、前記放射性同位元素は、１３Ｎ、１１Ｃ、又は１５Ｏの陽電子放出核種であることが好ましい。
【００１０】
また、前記流体計測システムにおいて、前記放射線検出手段が検出する電磁波はガンマ線であることが好ましい。
【００１１】
また、前記流体計測システムにおいて、前記放射線検出手段は、前記排ガス処理装置を挟んで対向配置された一対の放射線検出器を含み、前記一対の放射線検出器は、前記陽電子放出核種から放出される陽電子が消滅する際に相対する方向に同時に発生される一対のガンマ線を前記電磁波として検出することが好ましい。
【００１２】
また、前記流体計測システムにおいて、前記排ガス処理装置は、内燃機関から排出される排ガスを処理する装置であることが好ましい。
【００１３】
また、前記流体計測システムにおいて、前記放射性同位元素を含む単体に１３Ｎ２または１３Ｎ１４Ｎを用いることが好ましい。
【００１４】
また、前記流体計測システムにおいて、前記放射性同位元素を含む化合物に１３Ｎｘ１４ＮｉＯｎ（ｘは１以上の整数、ｉ、ｎは０以上の整数）、又は１１Ｃｙ１２ＣｊＯｍ（ｙは１以上の整数、ｊ、ｍは０以上の整数）を用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、排ガス処理装置を計測用に改造することなく、当該装置内部における計測対象物質の分布を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施形態に係る流体計測システムの概略構成を示す模式図である。
【図２】陽電子崩壊によるγ線発生を示す模式図である。
【図３】対消滅で発生した一対のγ線を一対の放射線検出器で同時検出した状態を示す図である。
【図４】図1における放射線検出器（２２ａ，２２ｂ）を含む処理システムの構成を示す図である。
【図５】放射線検出器の計測位置に対する同時計数分布（または同時計数率分布）を示す図である。
【図６】２２Ｎａを含む化合物を塗布した排ガス浄化触媒の正面図及び側面図である。
【図７】図６の計測対象線源における２２Ｎａの分布を計測するシステムを示す断面図である。
【図８】（Ａ）は、２２Ｎａを含む化合物を塗布した排ガス浄化触媒の正面図であり、（Ｂ）は、図８（Ａ）の計測対象線源における２２Ｎａの分布を計測するシステムを示す断面図である。
【図９】実験１、実験２−１、及び実験２−１の計測結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。
【００１８】
＜全体構成＞
図１には、一実施形態に係る流体計測システムの概略構成が模式的に示されている。図１に示す流体計測システム１は、排ガス処理装置１０内部を流れる流体の挙動を把握するものである。図１に示す排ガス処理装置１０は、燃焼機関（不図示）から排出される排ガスを処理する装置である。燃焼機関としては、内燃機関、蒸気機関等の外燃機関等が挙げられる。排ガス処理装置１０の流体入口には、流入ガス配管１２が接続され、燃焼機関から排出される排ガスが流入ガス配管１２を通って排ガス処理装置１０内に導入される。また、排ガス処理装置１０の流体出口には、排出ガス配管１４が接続され、排ガス処理装置１０内部を通過した流体が排出ガス配管１４から排出される。
【００１９】
図１では、排ガス処理装置１０の内部構造を説明するために、排ガス処理装置１０を透過図で表している。また、図１に示す破線矢印は排ガス処理装置１０内の流体の流れの一部を示している。排ガス処理装置１０内部には、吸着剤や排ガス浄化触媒を有する構造体１６が配置されており、流体が内部を通過するように構成されている。構造体１６の具体的形態は特に制限されるものではないが、例えば、吸着剤や排ガス浄化触媒が担持されたハニカム状基材、又は吸着剤や排ガス浄化触媒が担持された基材層が積層された積層体等が挙げられる。
【００２０】
図１に示す流体計測システム１は、放射性同位元素を含む単体又は化合物を有する流体を排ガス処理装置１０に供給する供給装置１８を備える。
【００２１】
供給装置１８は、例えば、放射性同位元素を含む単体又は化合物を有する流体が充填されたボンベ、又は放射性同位元素を含む単体又は化合物を生成する装置等で構成されている。供給装置１８と流入ガス配管１２は供給配管２０により接続されており、供給装置１８から供給された流体は、供給配管２０、流入ガス配管１２を経由して、排ガス処理装置１０に供給される。
【００２２】
図１に示す流体計測システム１は、排ガス処理装置１０内部の放射性同位元素から放出される電磁波を検出する放射線検出装置を備える。放射線検出装置は、一対の放射線検出器（２２ａ，２２ｂ）を複数備えている。具体的には、排ガス処理装置１０を挟んで対向配置された一対の放射線検出器（２２ａ，２２ｂ）が、排ガス処理装置１０内の流体の流れ方向（排ガス処理装置１０の長手方向）に沿って複数配置されている。なお、図での説明は省略するが、一対の放射線検出器（２２ａ，２２ｂ）には、例えば入射放射線を限定するコリメータが配置されている。
【００２３】
＜計測原理＞
放射性同位元素は、各種壊変を起こす際に電離放射線を放出する。電離放射線の一つである電磁波（ガンマ線や高エネルギーＸ線）には高い透過力があるため、機械内部に存在する放射性同位元素から放出される電磁波を機械外部の放射線検出器で検出することができる。
【００２４】
本実施形態では、供給装置１８から排ガス処理装置１０内に供給された放射性同位元素を含む単体又は化合物を有する流体が、構造体１６を通過することで、構造体１６に当該単体又は化合物が吸着・吸蔵され、当該単体又は化合物の分布が形成される。そして、排ガス処理装置１０内部の単体又は化合物から放出される電磁波を、排ガス処理装置１０外部に設置した放射線検出器（２２ａ，２２ｂ）で検出し、検出した電磁波から、排ガス処理装置１０内部において吸着・吸蔵された単体又は化合物の分布状態を計測する。本実施形態では、流体の流れ方向に放射線検出器（２２ａ，２２ｂ）が配置されているため、排ガス処理装置１０内の流体流れ方向における放射性同位元素を含む単体又は化合物（計測対象物質）の分布状態が計測される。
【００２５】
ここで、放射性同位元素として、陽電子崩壊を起こす放射性同位元素、すなわち陽電子放出核種を用いることが好ましい。図２に示すように、陽電子崩壊を起こす放射性同位元素は、陽電子を原子核から放出する。陽電子は、電子と衝突する際に確率的に対消滅を起こし、これによって質量分のエネルギー５１１ｋｅＶの一対のγ線を対消滅が起こった箇所から１８０度方向（相対する方向）に放出する。そして、コリメータの窓を通過した電磁波（エネルギー５１１ｋｅＶのγ線）を、放射線検出器（２２ａ，２２ｂ）で計測する。
【００２６】
さらに、対消滅で発生した一対のγ線（エネルギー５１１ｋｅＶ）であって、一対の放射線検出器（２２ａ，２２ｂ）で同時検出されたものに限定することで、図３に示すように、一対の放射線検出器（２２ａ，２２ｂ）を結ぶ直線状で対消滅が発生したことがわかり、その他の位置で対消滅が発生した事象と区別することができる。これにより、排ガス処理装置１０内部における放射性同位元素を含む単体又は化合物（計測対象物質）の位置精度を高めることが可能となる。なお、対消滅が発生した位置と陽電子壊変が起こった位置とは、陽電子が移動した距離分ことなるが、その距離はｍｍレベルであるため、ｃｍレベルの位置分解能の計測であれば、対消滅及び陽電子壊変の位置はおよそ等しいものとしても差し支えない。
【００２７】
図４に、図１における放射線検出器（２２ａ，２２ｂ）を含む処理システムの構成を示す。本実施形態の流体計測システム１では、図４に示す処理システムにより、放射性同位元素を含む単体又は化合物の分布が計測される。
【００２８】
放射線検出器（２２ａ，２２ｂ）は、例えば、電磁波（γ線）が入射されると、それを光信号に変換するシンチレータ（例えばＮａＩシンチレータ）から構成される。入射した電磁波（γ線）は放射線検出器（２２ａ，２２ｂ）で光信号に変換され、エネルギー弁別器（２４ａ，２４ｂ）に送信される。なお、図での説明は省略するが、放射線検出器（２２ａ，２２ｂ）とエネルギー弁別器（２４ａ，２４ｂ）との間に光電子倍増管及び増幅器等を設け、得られた光信号を光電子倍増管で電気信号に変換し、変換された電気信号を増幅器で増幅して、エネルギー弁別器（２４ａ，２４ｂ）に送信することが好ましい。
【００２９】
エネルギー弁別器（２４ａ，２４ｂ）では、入力された信号の中から、自然放射線等に含まれる異なるエネルギーのガンマ線が除かれ、例えば、５１１ｋｅＶ近傍のエネルギーのガンマ線に基づく信号のみが選別される。
【００３０】
タイミング信号生成器（２６ａ，２６ｂ）は、選別されたガンマ線に基づく信号が入力されると、タイミング信号を生成し、同時計数分析器２８に送信する。例えば、タイミング信号生成器２６ａと同時計数分析器２８との間に信号遅延器を設置し、タイミング信号生成器２６ａからの信号入力を若干遅延させることが望ましい。
【００３１】
同時計数分析器２８は、各入力タイミング信号が、同時入射した一対のガンマ線に基づく信号であるか否かが判定される。なお、同時入射した一対のガンマ線であるか否かは、例えば、時間差がマイクロ秒以内である一対のガンマ線であるか否かにより判定される。同時計数分析器２８により、同時入射した一対のガンマ線に基づく信号であると判定された信号は、計数積算器３０に供給され、５１１ｋｅＶ近傍のエネルギーの一対のγ線であって当該一対のガンマ線が同時入射した回数としてカウントされる。以下、計数積算器３０によりカウントされた数を同時計数と称する。本実施形態では、排ガス処理装置１０の流体流れ方向に沿って、一対の放射線検出器（２２ａ，２２ｂ）が複数配置されているため、それらの計測位置毎の同時計数が得られる。
【００３２】
コンピュータ３２は、計数積算器３０で得られた同時計数の結果から、例えば、図５に示すように、流体流れ上流側から下流側に沿った放射線検出器の計測位置に対する同時計数分布、または同時計数を計測時間で割った同時計数率分布を作成する。同時計数の値は、排ガス処理装置１０内部における放射性同位元素を含む単体又は化合物の存在量に対応している。したがって、供給装置１８から供給される放射性同位元素を含む単体又は化合物が、排ガス処理装置１０内部の特定位置でより多く吸着・吸蔵されていれば、その特定位置に対応する放射線検出器の計測位置における同時計数の値も高くなる。すなわち、同時計数分布から、排ガス処理装置１０内部における放射性同位元素を含む単体又は化合物の挙動を推定することが可能となる。また、コンピュータ３２は、同時計数と、上記単体又は化合物の存在量などの関係示す検量線を予め記憶しており、この検量線に従って、単体又は化合物の存在量分布を算出してもよい。
【００３３】
放射線検出器（２２ａ，２２ｂ）は、シンチレータに限定されるものではなく、例えば、電磁波を入射すると、それを電気信号に変換する半導体検出器等から構成されてもよい。上記実施形態では、固定した一対の放射線検出器（２２ａ，２２ｂ）を複数配置しているが、これに限定されるものではなく、例えば、一対の放射線検出器のみ、又は１個の放射線検出器のみを移動して、分布状態を計測してもよい。なお、１個の放射線検出器を用いる場合には、前述した同時計数処理を行わず、放射線検出器により検出した信号を計数積算器３０でカウントし、放射線検出器の計測位置に対する計数分布（計数分布率）を得る。
【００３４】
放射線検出器（２２ａ，２２ｂ）により検出される電磁波には、放射性同位元素から放出される電磁波の他に、自然放射線が含まれる場合がある。そのため、放射性同位元素を含む単体又は化合物を有する流体が供給される前に、放射線検出器（２２ａ，２２ｂ）による計測を行い、それをバックグラウンドとして、放射性同位元素を含む単体又は化合物を有する流体を供給した後の計測により得られる値（シグナル）から差し引く補正を行っても良い。なお、自然放射線の影響は、陽電子放出核種を用いること、前述の同時計数処理を実行することで、ほとんど無視することができる。
【００３５】
放射線検出器（２２ａ，２２ｂ）からの信号処理は、図４に示す処理システムの構成に限定されるものではなく、例えば、複数の信号処理を一つの信号処理モジュール等で実行してもよいし、放射線検出器（２２ａ，２２ｂ）の後段以降にＡ／Ｄ変換器を用いてデジタル信号に変換した後、ソフトウェアにより同様の処理を行ってもよい。
【００３６】
供給装置１８から供給される流体中の放射性同位元素としてしは、排ガス処理装置１０の外部にある放射線検出器（２２ａ，２２ｂ）により検出可能な強度の電磁波を放出するものであれば特に制限されるものではない。しかし、本実施形態を排ガス処理装置１０内における排ガス中の処理対象物質又は処理後（分解後）の物質の挙動を把握するため等に適用する場合には、流体中の放射性同位元素を上記物質の構成原子の同位元素とすることが望ましい。
【００３７】
ここで、排ガス中の処理対象となる物質、排ガス処理装置１０による処理後（分解後）の物質としては、主に、Ｎ２、ＮｘＯｙ（ｘ、ｙは自然数）、ＣｎＯｚ（ｎ、ｚは自然数）が考えられる。そこで、供給装置１８から供給される流体中の放射性同位元素として、上記物質の構成原子の同位元素である１３Ｎ、１１Ｃ、又は１５Ｏの陽電子放出核種を用いることが好ましい。さらに、上記物質と化学的・物理的性質が同程度である点で、例えば放射性同位元素を含む単体として、１３Ｎ２または１３Ｎ１４Ｎを用いることがより好ましく、放射性同位元素を含む化合物として、１３Ｎｘ１４ＮｉＯｎ（ｘは１以上の整数、ｉ、ｎは０以上の整数）、又は１１Ｃｙ１２ＣｊＯｍ（ｙは１以上の整数、ｊ、ｍは０以上の整数）を用いることよりが好ましい。なお、前述したように、放射性同位元素は、１３Ｎ、１１Ｃ、又は１５Ｏに限定されるものではなく、例えば、１８Ｆ、２２Ｎａ、６５Ｚｎ、１２４Ｉ、又は６８Ｇａ等を含む単体又は化合物でもよい。これらは、１３Ｎ、１１Ｃ、又は１５Ｏと同様に、陽電子崩壊により５１１ｋｅＶのガンマ線を放出するからである。
【００３８】
供給装置１８から排ガス処理装置１０に流体を供給する際には、燃焼機関から排出される排ガスに上記流体を添加して、混合気として供給してもよいし、上記流体のみをモデルガスとして供給しても良い。いずれにしろ、本実施形態を排ガス処理装置１０内における排ガス中の処理対象物質又は処理後（分解後）の物質の挙動を把握するため等に適用する場合には、排ガス中の上記物質の濃度比率と、供給装置１８から供給される流体中の放射性元素を含む単体又は化合物の濃度比率を合わせることで、排ガス処理装置１０内の上記物質の挙動をより正確に把握することが可能となる。また、供給装置１８からの流体のみを供給する場合には、その流量を排ガスの流量に合わせることが望ましい。
【００３９】
また、本実施形態では、供給装置１８から流体を排ガス処理装置１０に供給する形態を例に説明したが、燃焼機関の吸気側に供給装置１８を設け、例えば供給装置から１５Ｏ２や１３Ｎ２（又は１３Ｎ１４Ｎ）を燃焼機関に供給してもよい。これにより、燃焼機関から排出される排ガスには１５Ｏや１３Ｎを構成原子とする化合物が含まれるため、排ガス処理装置１０内に導入された排ガス中の放射性元素から放出された電磁波を、外部に設けた放射線検出器（２２ａ，２２ｂ）により検出することが可能となる。
【００４０】
＜実験１＞
図６（Ａ）は、２２Ｎａを含む化合物を塗布した排ガス浄化触媒の正面図であり、図６（Ｂ）は、２２Ｎａを含む化合物を塗布した排ガス浄化触媒の側面図である。図６（Ａ）の正面図は、排ガス等の流体が流れる方向から見た図に対応し、図６（Ｂ）の側面図は、流体が流れる方向に対して垂直方向から見た図に対応する。図６に示すように、排ガス浄化触媒３４の側面に、陽電子放出核種である２２Ｎａ（半減期２．６年）を含む化合物（２２ＮａＣｌ水溶液）を約２００ｋＢｑ滴下し、乾燥する。２２ＮａＣｌの滴下乾燥物が塗布された排ガス浄化触媒を計測対象線源３５とする。
【００４１】
図７は、図６の計測対象線源における２２Ｎａの分布を計測するシステムを示す断面図である。図６に示す計測対象線源３５の２２ＮａＣｌの滴下乾燥物面側にコリメータ３６を配置する。コリメータ３６は、タングステン合金製であり、中央部に幅５ｍｍ、長さ１２０ｍｍのウインドウ３８を有する。ウインドウ３８の先端部を２２ＮａＣｌの滴下乾燥物面に接触させ、上記先端部の反対側に、φ３インチ×３インチのサイズのＮａＩ（ＴＩ）シンチレータ（放射線検出器４０）を設置する。放射線検出器４０はタングステン合金製の遮蔽板４２で囲われている。
【００４２】
流体が流れる方向に計測対象線源３５を移動させ、コリメータ３６を通過する陽電子放出核種から放射されたガンマ線を放射線検出器４０により検出する。実験１においては、放射線検出器が１つのため、前述した同時計数処理を行わず、放射線検出器４０で検出された光信号の回数をカウントし、計測した各線源位置における計数率（ｃｐｓ：count per second）を求めている。その結果を図９に示す。
【００４３】
＜実験２−１、実験２−２＞
図８（Ａ）は、２２Ｎａを含む化合物を塗布した排ガス浄化触媒の正面図である。図８（Ａ）に示す計測対象線源３９は、図６に示す排ガス浄化触媒３４と同形状の排ガス浄化触媒の側面に陽電子放出核種である２２Ｎａ（半減期２．６年）を含む化合物（２２ＮａＣｌ水溶液）を約２００ｋＢｑ滴下し、乾燥した後、その面に図６に示す排ガス浄化触媒３４と同形状の排ガス浄化触媒を貼り合せたものである。
【００４４】
図８（Ｂ）は、図８（Ａ）の計測対象線源における２２Ｎａの分布を計測するシステムを示す断面図である。図８（Ｂ）に示す計測対象線源３９の両側に、一対のコリメータ（３６ａ，３６ｂ）を配置する。コリメータ（３６ａ，３６ｂ）のウインドウ（３８ａ，３８ｂ）の寸法は、幅５ｍｍ、長さ６０ｍｍとし、ウインドウ（３８ａ，３８ｂ）の先端部は、計測対象線源３９から９０ｍｍ離している。コリメータ（３６ａ，３６ｂ）の外側には、遮蔽板（４２ａ，４２ｂ）で囲われたシンチレータ（放射線検出器（４０ａ，４０ｂ））を設置している。
【００４５】
実験２−１では、実験１と同様に、流体が流れる方向に計測対象線源３９を移動させ、コリメータを通過する陽電子放出核種から放射されたガンマ線を、図８（Ｂ）右側の放射線検出器４０ｂのみで検出する。そして、同時計数処理を行わず、放射線検出器４０ｂで検出された光信号の入力回数をカウントし、計測した各線源位置における計数率（ｃｐｓ）を求めている。その結果を図９に示す。
【００４６】
実験２−２では、流体が流れる方向に計測対象線源３９を移動させ、コリメータを通過する陽電子放出核種から放射されたガンマ線を一対の放射線検出器（３８ａ，３８ｂ）で検出する。そして、前述した同時計数処理を行い、計測した各線源位置における同時計数率（ｃｐｓ）を求めている。
【００４７】
図９に、実験１、実験２−１、及び実験２−１の計測結果を示す。図９の横軸は、ガンマ線を計測した各線原位置を示している。また、横軸の一目盛の間隔は流体の流れ方向に２ｃｍ移動した距離である。図９の左側縦軸は、実験１及び実験２−１の計数率を示し、右側の縦軸は実験２−２の同時計数率を示す。
【００４８】
これらの実験は、排ガス浄化触媒における放射性同位元素の分布を意図的に作成し、当該分布を放射線検出器で計測できるかを確認することを目的としている。実験２−１は、排ガス浄化触媒の内部における２２Ｎａ分布を計測しているため、実験１と比べると、２２Ｎａの位置分解能は悪いが、分布の全体的傾向は取得できていると言える。実験２−２は、実験２−１と比べて、２２Ｎａの位置分解能が向上し、実験１と同程度であると言える。また、実験２−２は同時計数処理を行う関係上、計数率は小さくなっているが、スペクトル上のバックグランドがほとんどなく、実験１や実験２−１と比べて、ピーク／バックグランドの比が大きくなっている。したがって、実験１や実験２−１よりも、分布の中で微量な領域の計測も可能である。
【００４９】
上記実験から、排ガス浄化触媒における放射性同位元素の分布を放射性検出器で計測することが可能であると言える。また、一対の放射性検出器による同時計測を行うことで、より詳細な分布を取得することが可能となる。
【００５０】
なお、本実験では、放射性同位元素を含む化合物として、半減期が長く、取扱いが容易な２２ＮａＣｌを使用している。２２ＮａＣｌから放出されるガンマ線は５１１ｋｅＶの消滅ガンマ線であるため、１３Ｎ、１１Ｃ、１５Ｏを用いた場合と同等の検出効率、透過能である。したがって、２２Ｎａは、１３Ｎ、１１Ｃ、１５Ｏの代替種として用いることができる。
【００５１】
＜効率試算＞
上記実験では、２２Ｎａ約２００ｋＢｑの使用量で、線原位置１点につき約２００秒間の計測である。
【００５２】
排ガス浄化触媒における１３Ｎ、１１Ｃ、又は１５Ｏの分布が、上記実験における２２Ｎａの分布と同程度であると仮定し、同程度の位置分解能で測定を行う場合を想定すると、２２Ｎａの陽電子放出率は約９０％、１３Ｎ、１１Ｃ、１５Ｏはいずれもほぼ１００％であるから、１３Ｎ、１１Ｃ、１５Ｏの場合における線原位置１点に必要な時間は、２００ｋＢｑ×０．９×２００ｓ／触媒内放射能＝３６ＭＢｑ・ｓ／触媒内放射能となる。すなわち、触媒内に３６ＭＢｑの１３Ｎ、１１Ｃ又は１５Ｏが存在していれば、線原位置１点につきおよそ１秒でその分布を計測することができる。この数量は医療用ＰＥＴ薬剤でよく用いられる３７０ＭＢｑの約１／１０である（１分の測定であれば６００ｋＢｑで、ＰＥＴ薬剤の約１／６２０）。したがって、１３Ｎ、１１Ｃ、又は１５Ｏが排ガス浄化触媒装置内で吸着・吸蔵されているならば、十分にそれらの分布を計測することが可能である。また、触媒装置内における計測対象物の分布は、定常状態だけでなく、吸蔵脱離の挙動も一定の性能で計測可能である。
【００５３】
＜実施形態の効果＞
本実施形態によれば、排ガス処理装置内部で放出されたガンマ線が装置外部へ放出されるため、光学的測定のように排ガス処理装置の構造体に透明な窓を設ける等の改造を必要とすることなく、計測対象物の分布を計測することができる。また、可視光または赤外光が透過できない構造であっても、ガンマ線は透過して外部に放出されるため、光学式手法では計測できない計測対象物の分布を得ることができる。
【００５４】
放出された放射線から化学状態等に関する情報を直接得ることはできないが、例えば、放射性同位元素から放出された放射線から得られる放射性同位元素の量は、排ガス処理装置に吸着・吸蔵された量と気体状態で存在する量と足し合わされた量で測定されるため、別の手法で計測した気体状態の量を差し引けば、実際に排ガス処理装置に吸着・吸蔵した量を推定することができる。
【００５５】
本実施形態によれば、放射線計測は放射性同位元素の有無・存在量の測定であり、放射性同位元素以外には全く感度はないため、放射性物質以外であれば流体中にどのような物質が共存していても測定精度の低下が抑えられる。
【００５６】
消滅ガンマ線は２本の５１１ｋｅＶのガンマ線が同時に反対方向に放出される特徴があり、この２本のガンマ線を同時に検出する同時計数処理を実施するとこで、通常のガンマ線の計測よりも、高いピーク／バックグラウンド（ノイズ）比と位置分解能の測定が可能となる。
【符号の説明】
【００５７】
１  流体計測システム、１０  排ガス処理装置、１２  流入ガス配管、１４  排出ガス配管、１６  構造体、１８  供給装置、２０  供給配管、２２ａ，２２ｂ、４０，４０ａ，４０ｂ  放射線検出器、２４ａ，２４ｂ  エネルギー弁別器、２６ａ，２６ｂ  タイミング信号生成器、２８  同時計数分析器、３０  計数積算器、３２  コンピュータ、３４  排ガス浄化触媒、３５，３９  計測対象線源、３６，３６ａ，３６ｂ  コリメータ、３８，３８ａ，３８ｂ  ウインドウ、４２，４２ａ，４２ｂ  遮蔽板。
【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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