(57)【要約】【課題】領域または空間をモニタリングする際に存在し得る全ての予想される物質を表すデータを生成する方法を提供すること。【解決手段】上記方法は、複数の物質のグループの１つに、予想される物質をグループ分けすることと、物質の原子番号および／または電子親和力に基づいて、物質のグループのうちの各々を複数のサブグループに細分化することと、複数の物質のグループの各々のサブグループの各々に対する第一のデータを格納することであって、複数のエネルギーレベルにおいて、各関心のある放射性同位元素のスペクトル特性を表す第二のデータを格納することと、各関心のある放射性同位元素に対して、第二のデータを用いて関心のある放射性同位元素と、各物質のグループの複数のサブグループの各々に対する第一のデータとの間の相互作用を表すスペクトルデータを計算することと該スペクトルデータをライブラリに格納することとを包含する。【選択図】図１
2009265096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
関心のある放射性同位元素の領域または空間をモニタリングする際に存在し得る予想される物質を表すデータを生成する方法であって、該方法は、
複数の物質のグループのうちの１つに、該予想される物質をグループ分けすることと、
物質の原子番号および／または電子親和力に基づいて、該物質のグループのうちの各々を複数のサブグループに細分化することと、
該複数の物質のグループの各々の該サブグループの各々に対する第一のデータを格納することであって、該第一のデータは、対応するサブグループに対する代表的な物質と、複数のエネルギーレベルにおける放射との間の相互作用を表す、ことと、
該複数のエネルギーレベルにおいて、各関心のある放射性同位元素のスペクトル特性を表す第二のデータを格納することと、
各関心のある放射性同位元素に対して、該第二のデータを用いて該関心のある放射性同位元素と、各物質のグループの該複数のサブグループの各々に対する該第一のデータとの間の相互作用を表すスペクトルデータを計算することと
該スペクトルデータをライブラリに格納することと
を包含する、方法。
【請求項２】
スペクトルデータを計算することは、関心のある１つ以上の放射性同位元素の各々に対する第二のデータと、前記複数のサブグループの１つ以上の組み合わせに対する第一のデータとの間の相互作用を計算することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
検出器デバイスに関連付けられた量子効率特性に対して、前記スペクトルデータを調整することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
検出器デバイスの分解能に対して、前記スペクトルデータを調整することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
第一のデータを格納することは、物質のグループの各サブグループに対する行列に対するデータを格納することを包含し、該行列は放射と前記複数のエネルギーレベルにおいてそのサブグループにグループ分けされる物質との間の相互作用を表す、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
物質のグループの各サブグループに対する行列に対するデータを格納することは、行列Ｍを格納することを包含し、ここで、
【数１４】
2009265096.tif 000031
であり、式中、Ｅｉｊは、前記物質を介したエネルギーＥｉの単一なエネルギー供給源の輸送に起因する、Ｍｏｎｔｅ  Ｃａｒｌｏ  Ｎｅｕｔｒｏｎ  ａｎｄ  Ｐｈｏｔｏｎ（ＭＣＮＰ）計算値（すなわち集計値）を表す、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
第二のデータを格納することは、真空において関心のある放射性同位元素のスペクトルを表す、関心のある各放射性同位元素に対するベクトル
【数１５】
2009265096.tif 000032
に対するデータを格納することを包含し、
ここで、
【数１６】
2009265096.tif 000033
であり、ａ１，ａ２，…，ａｎは、それぞれ、エネルギービンＥ１，…Ｅｎにおけるスペクトル振幅である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
計算することが、
【数１７】
2009265096.tif 000034
を計算することを包含し、ここでＰはスペクトルデータである、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
計算することが、密度ρおよび厚さｒの物質の前記相互作用に対するスペクトルデータを、
【数１８】
2009265096.tif 000035
として計算することを包含し、ここでΓ＝αρｒであり、αは負でない整数である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
計算することが、
【数１９】
2009265096.tif 000036
を計算することを包含する単一の放射性同位元素と前記サブグループの各々との間の相互作用を計算することを包含し、ここでκは、全ての物質のグループにわたるサブグループｊに対する物質行列Ｍｊの集合である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
計算することは、
【数２０】
2009265096.tif 000037
を計算することを包含する複数の関心のある放射性同位元素と前記サブグループの各々との間の相互作用を計算することを包含し、ここでδｉは、
【数２１】
2009265096.tif 000038
で関心のある表現されたＪ個の個別の放射性同位元素の各々による放射の重み付け率である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
請求項１に記載のデータのライブラリを用いて関心のある放射性同位元素の存在を検出する方法であって、関心のある領域または空間をインターロゲートする際に、検出器によって生成されたスペクトルデータと該ライブラリに格納されたスペクトルデータとを比較することと、該検出器によって生成されたスペクトルデータと該ライブラリ中のスペクトルデータとの間に十分な整合がある場合には、該関心のある放射性同位元素の存在を宣言することとをさらに包含する、方法。
【請求項１３】
前記関心のある放射性同位元素を、名前または他の識別子によって、識別することをさらに包含する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
実行のために１つ以上の実体的な媒体にコード化され、実行されたとき、関心のある放射性同位元素に対する領域または空間をモニタリングする際に存在し得る予想される物質を表すデータを生成するように動作可能な論理であって、
複数のエネルギーレベルにおける放射と、該予想される物質がグループ分けされる複数の物質のグループの各々の、複数のサブグループの各々に対する代表的な物質との間の相互作用を表す第一のデータを格納する論理であって、各物質のグループは、物質の原子番号および／または電子親和力に基づいて複数のサブグループに細分化される、論理と
該複数のエネルギーレベルにおいて、各関心のある放射性同位元素のスペクトル特性を表す第二のデータを格納する論理と、
各関心のある放射性同位元素に対して、該第二のデータを用いて該関心のある放射性同位元素と、各物質のグループの該複数のサブグループに対する該第一のデータとの相互作用を表すスペクトルデータを計算する論理と
該スペクトルデータをライブラリに格納する論理と
を備えている、論理。
【請求項１５】
前記スペクトルデータを計算する前記論理は、関心のある１つ以上の放射性同位元素の各々に対する第二のデータと、前記複数のサブグループの１つ以上の組み合わせに対する第一のデータとの間の相互作用を計算する命令を備えている、請求項１４に記載の論理。
【請求項１６】
検出器デバイスに関連付けられた量子効率特性に対する前記スペクトルデータの調整を計算する論理をさらに備えている、請求項１４に記載の論理。
【請求項１７】
検出器デバイスの分解能に対する前記スペクトルデータの調整を計算する論理をさらに備えている、請求項１４に記載の論理。
【請求項１８】
前記第一のデータを格納する前記論理は、
物質のグループの各サブグループに対する行列を格納する命令を備え、該行列は、放射と前記複数のエネルギーレベルのサブグループにグループ分けされる物質との間の相互作用を表す、請求項１４に記載の論理。
【請求項１９】
前記第一のデータを格納する前記論理は、行列Ｍを格納することを包含する、物質のグループの各サブグループに対する該行列を格納する命令を備え、ここで、
【数２２】
2009265096.tif 000039
であり、式中、Ｅｉ，ｊは、Ｅｉの単一なエネルギー源の輸送に起因するＭｏｎｔｅ  Ｃａｒｌｏ  Ｎｅｕｔｒｏｎ  ａｎｄ  Ｐｈｏｔｏｎ（ＭＣＮＰ）計算値（すなわち集計値）を表す、請求項１５に記載の論理。
【請求項２０】
前記第二のデータを格納する前記論理は、真空において関心のある放射性同位元素のスペクトルを表す関心のある各放射性同位元素に対するベクトル
【数２３】
2009265096.tif 000040
に対するデータを格納する命令を備え、
ここで
【数２４】
2009265096.tif 000041
であり、
ａ１，ａ２，…，ａｎは、それぞれ、エネルギービンＥ１，…Ｅｎのスペクトル振幅である、請求項１９に記載の論理。
【請求項２１】
前記スペクトルデータを計算する前記論理は、
【数２５】
2009265096.tif 000042
を計算する命令を備え、ここでＰはスペクトルデータである、請求項１９に記載の論理。
【請求項２２】
前記計算する論理は、密度ρおよび厚さｒの物質の相互作用に対するスペクトルデータを、
【数２６】
2009265096.tif 000043
として計算する命令を備え、ここでΓ＝αρｒであり、αは負でない整数である、請求項１９に記載の論理。
【請求項２３】
前記計算する論理は、
【数２７】
2009265096.tif 000044
を包含する、複数の関心のある放射性同位元素と、前記サブグループの各々との間の相互作用を計算する命令を備え、ここでδｉは、
【数２８】
2009265096.tif 000045
で関心のある表現されたＪ個の個別の放射性同位元素の各々による放射の重み付け率である、請求項１９に記載の論理。
【請求項２４】
請求項１３に記載のコンピュータ読み取り可能媒体を備えているシステムであって、関心のある領域または空間をインターロゲートし、スペクトルデータを生成するよういに構成されている検出器デバイスと、計算デバイスとを備えており、該計算デバイスは、スペクトルデータと前記ライブラリに格納されたスペクトルデータとを比較して、該検出器デバイスによって生成されたスペクトルデータと該ライブラリ内のスペクトルデータとの間に十分な整合がある場合には、関心のある放射性同位元素の存在を決定する、システム。
【請求項２５】
スペクトルデータを含むデータのライブラリを格納するデータストレージユニットであって、該スペクトルデータは、予想される物質を複数の物質のグループのうちの１つにグループ分けすることと、物質の原子番号および／または電子親和力に基づいて、該物質のグループを複数のサブグループに細分化することと、該複数の物質のグループの各々のサブグループの各々に対する第一のデータを格納することであって、該第一のデータは、対応するサブグループに対する代表的な物質と複数のエネルギーレベルにおける放射との間の相互作用を表す、ことと、該複数のエネルギーレベルにおける各関心のある放射性同位元素のスペクトル特性を表す第二のデータを格納することと、各関心のある放射性同位元素に対して、該第二のデータを用いて該関心のある放射性同位元素と各物質のグループの該複数のサブグループの各々に対する該第一のデータとの間の相互作用を表すスペクトルデータを計算することとによって生成される、データストレージユニットと、
領域または空間をインターロゲートし、該領域または該空間のインターロゲートから生じるスペクトルデータを出力するように構成されている検出器デバイスと、
該検出器デバイスに結合されている計算デバイスであって、該計算デバイスは、該検出器デバイスによって生成された該スペクトルデータと、スペクトルデータのライブラリとを比較して、該検出器デバイスによって生成された該スペクトルデータと該ライブラリ内のスペクトルデータとの間に十分な整合がある場合には、関心のある放射性同位元素の存在を決定する、計算デバイスと
を備えている、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、同一人に譲渡され、同時係属中の米国出願第１１／８４７，６０２号（２００７年８月３０日に出願された発明の名称「Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｒａｄｉｏｉｓｏｔｏｐｅ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ」）に関し、その全体が本明細書において参考により援用される。
【背景技術】
【０００２】
（背景）
物質を目的地まで輸送する目的のコンテナ内部に配置され得る物質の存在を検出することが可能な技術を開発する努力が進行中である。識別することがもっとも重要になり得る有害物質の例は、放射性因子、爆発性因子、生物学的因子および／または化学因子である。
【０００３】
現在の放射性同位元素の識別は、ピーク検出およびパターン整合アルゴリズムに基づく。研究室において、そして一部の産業用途において（例えば、商業的な原子力の原子炉において）、これらの技術は十分であり得るが、これらの技術は、遮蔽された放射性同位元素を検出する試みにおいては、主として、現在のアルゴリズムが、放出される放射線と周囲の物質との間の相互作用を十分に説明できないので不十分である。
【０００４】
前述の同時係属出願は、関心のある放射性同位元素物質が検出器の視野に存在するか否かを決定するように検出器の出力を迅速に分析するために、任意の遮蔽物質を有する放射性同位元素物質の相互作用をモデル化するシステムおよび方法を提示する。これらの技術を改善する余地があり、特に、任意の組み合わせにおける、関心のある放射性同位元素と予想される物質との間の相互作用を表すデータの信頼性あるライブラリを構築する余地がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（概要）
簡単に言うと、関心のある放射性同位元素の領域または空間をモニタリングする際に、存在し得る全ての予想される物質を表すデータを生成する方法、コンピュータソフトウェアおよびシステムが提供される。放射性同位元素物質が相互作用し得る、全ての予想される物質が、複数のグループのうちの１つにグループ分けされるか、またはカテゴライズされる。各物質のグループは、物質の原子番号および／または物質の電子親和力に基づいて複数のサブグループにさらに細分化される。第一のデータは、複数の物質のグループの各々のサブグループの各々に格納され、ここで、第一のデータは、対応するサブグループに対する代表的な物質と、複数のエネルギーレベルにおける放射との間の相互作用を表す。複数のエネルギーレベルにおいて、関心のある各放射性同位元素のスペクトル特性を表す、第二のデータが格納される。関心のある放射性同位元素に対して、第二のデータを用いて、各物質のグループの複数のサブグループの各々に対する第一のデータとの間の相互作用から由来するスペクトルデータを生成するために計算がなされる。次いで、スペクトルデータが、検出器からの出力を用いた現場での後の使用のためにライブラリに格納される。スペクトルデータは、現場で使用される特定の検出器に対して格納され、そのために、このような検出器特有のスペクトルライブラリデータが調整され得、検出器の量子効率と分解能特性とを考慮し得る。
【０００６】
例えば、本発明は以下の項目を提供する。
（項目１）  
関心のある放射性同位元素の領域または空間をモニタリングする際に存在し得る予想される物質を表すデータを生成する方法であって、該方法は、
複数の物質のグループのうちの１つに、該予想される物質をグループ分けすることと、
物質の原子番号および／または電子親和力に基づいて、該物質のグループのうちの各々を複数のサブグループに細分化することと、
該複数の物質のグループの各々の該サブグループの各々に対する第一のデータを格納することであって、該第一のデータは、対応するサブグループに対する代表的な物質と、複数のエネルギーレベルにおける放射との間の相互作用を表す、ことと、
該複数のエネルギーレベルにおいて、各関心のある放射性同位元素のスペクトル特性を表す第二のデータを格納することと、
各関心のある放射性同位元素に対して、該第二のデータを用いて該関心のある放射性同位元素と、各物質のグループの該複数のサブグループの各々に対する該第一のデータとの間の相互作用を表すスペクトルデータを計算することと
該スペクトルデータをライブラリに格納することと
を包含する、方法。
（項目２）
スペクトルデータを計算することは、関心のある１つ以上の放射性同位元素の各々に対する第二のデータと、上記複数のサブグループの１つ以上の組み合わせに対する第一のデータとの間の相互作用を計算することを包含する、項目１に記載の方法。
（項目３）
検出器デバイスに関連付けられた量子効率特性に対して、上記スペクトルデータを調整することをさらに包含する、項目１に記載の方法。
（項目４）
検出器デバイスの分解能に対して、上記スペクトルデータを調整することをさらに包含する、項目１に記載の方法。
（項目５）
第一のデータを格納することは、物質のグループの各サブグループに対する行列に対するデータを格納することを包含し、該行列は放射と上記複数のエネルギーレベルにおいてそのサブグループにグループ分けされる物質との間の相互作用を表す、項目１に記載の方法。
（項目６）
物質のグループの各サブグループに対する行列に対するデータを格納することは、行列Ｍを格納することを包含し、ここで、
【０００７】
【化１４】
2009265096.tif 000003
であり、式中、Ｅｉｊは、上記物質を介したエネルギーＥｉの単一なエネルギー供給源の輸送に起因する、Ｍｏｎｔｅ  Ｃａｒｌｏ  Ｎｅｕｔｒｏｎ  ａｎｄ  Ｐｈｏｔｏｎ（ＭＣＮＰ）計算値（すなわち集計値）を表す、項目４に記載の方法。
（項目７）
第二のデータを格納することは、真空において関心のある放射性同位元素のスペクトルを表す、関心のある各放射性同位元素に対するベクトル
【０００８】
【化１５】
2009265096.tif 000004
に対するデータを格納することを包含し、
ここで、
【０００９】
【化１６】
2009265096.tif 000005
であり、ａ１，ａ２，…，ａｎは、それぞれ、エネルギービンＥ１，…Ｅｎにおけるスペクトル振幅である、項目６に記載の方法。
（項目８）
計算することが、
【００１０】
【化１７】
2009265096.tif 000006
を計算することを包含し、ここでＰはスペクトルデータである、項目７に記載の方法。
（項目９）
計算することが、密度ρおよび厚さｒの物質の上記相互作用に対するスペクトルデータを、
【００１１】
【化１８】
2009265096.tif 000007
として計算することを包含し、ここでΓ＝αρｒであり、αは負でない整数である、項目８に記載の方法。
（項目１０）
計算することが、
【００１２】
【化１９】
2009265096.tif 000008
を計算することを包含する単一の放射性同位元素と上記サブグループの各々との間の相互作用を計算することを包含し、ここでκは、全ての物質のグループにわたるサブグループｊに対する物質行列Ｍｊの集合である、項目９に記載の方法。
（項目１１）
計算することは、
【００１３】
【化２０】
2009265096.tif 000009
を計算することを包含する複数の関心のある放射性同位元素と上記サブグループの各々との間の相互作用を計算することを包含し、ここでδｉは、
【００１４】
【化２１】
2009265096.tif 000010
で関心のある表現されたＪ個の個別の放射性同位元素の各々による放射の重み付け率である、項目１０に記載の方法。
（項目１２）
項目１に記載のデータのライブラリを用いて関心のある放射性同位元素の存在を検出する方法であって、関心のある領域または空間をインターロゲートする際に、検出器によって生成されたスペクトルデータと該ライブラリに格納されたスペクトルデータとを比較することと、該検出器によって生成されたスペクトルデータと該ライブラリ中のスペクトルデータとの間に十分な整合がある場合には、該関心のある放射性同位元素の存在を宣言することとをさらに包含する、方法。
（項目１３）
上記関心のある放射性同位元素を、名前または他の識別子によって、識別することをさらに包含する、項目１２に記載の方法。
（項目１４）
実行のために１つ以上の実体的な媒体にコード化され、実行されたとき、関心のある放射性同位元素に対する領域または空間をモニタリングする際に存在し得る予想される物質を表すデータを生成するように動作可能な論理であって、
複数のエネルギーレベルにおける放射と、該予想される物質がグループ分けされる複数の物質のグループの各々の、複数のサブグループの各々に対する代表的な物質との間の相互作用を表す第一のデータを格納する論理であって、各物質のグループは、物質の原子番号および／または電子親和力に基づいて複数のサブグループに細分化される、論理と
該複数のエネルギーレベルにおいて、各関心のある放射性同位元素のスペクトル特性を表す第二のデータを格納する論理と、
各関心のある放射性同位元素に対して、該第二のデータを用いて該関心のある放射性同位元素と、各物質のグループの該複数のサブグループに対する該第一のデータとの相互作用を表すスペクトルデータを計算する論理と
該スペクトルデータをライブラリに格納する論理と
を備えている、論理。
（項目１５）
上記スペクトルデータを計算する上記論理は、関心のある１つ以上の放射性同位元素の各々に対する第二のデータと、上記複数のサブグループの１つ以上の組み合わせに対する第一のデータとの間の相互作用を計算する命令を備えている、項目１４に記載の論理。
（項目１６）
検出器デバイスに関連付けられた量子効率特性に対する上記スペクトルデータの調整を計算する論理をさらに備えている、項目１４に記載の論理。
（項目１７）
検出器デバイスの分解能に対する上記スペクトルデータの調整を計算する論理をさらに備えている、項目１４に記載の論理。
（項目１８）
上記第一のデータを格納する上記論理は、
物質のグループの各サブグループに対する行列を格納する命令を備え、該行列は、放射と上記複数のエネルギーレベルのサブグループにグループ分けされる物質との間の相互作用を表す、項目１４に記載の論理。
（項目１９）
上記第一のデータを格納する上記論理は、行列Ｍを格納することを包含する、物質のグループの各サブグループに対する該行列を格納する命令を備え、ここで、
【００１５】
【化２２】
2009265096.tif 000011
であり、式中、Ｅｉ，ｊは、Ｅｉの単一なエネルギー源の輸送に起因するＭｏｎｔｅ  Ｃａｒｌｏ  Ｎｅｕｔｒｏｎ  ａｎｄ  Ｐｈｏｔｏｎ（ＭＣＮＰ）計算値（すなわち集計値）を表す、項目１５に記載の論理。
（項目２０）
上記第二のデータを格納する上記論理は、真空において関心のある放射性同位元素のスペクトルを表す関心のある各放射性同位元素に対するベクトル
【００１６】
【化２３】
2009265096.tif 000012
に対するデータを格納する命令を備え、
ここで
【００１７】
【化２４】
2009265096.tif 000013
であり、
ａ１，ａ２，…，ａｎは、それぞれ、エネルギービンＥ１，…Ｅｎのスペクトル振幅である、項目１９に記載の論理。
（項目２１）
上記スペクトルデータを計算する上記論理は、
【００１８】
【化２５】
2009265096.tif 000014
を計算する命令を備え、ここでＰはスペクトルデータである、項目１９に記載の論理。
（項目２２）
上記計算する論理は、密度ρおよび厚さｒの物質の相互作用に対するスペクトルデータを、
【００１９】
【化２６】
2009265096.tif 000015
として計算する命令を備え、ここでΓ＝αρｒであり、αは負でない整数である、項目１９に記載の論理。
（項目２３）
上記計算する論理は、
【００２０】
【化２７】
2009265096.tif 000016
を包含する、複数の関心のある放射性同位元素と、上記サブグループの各々との間の相互作用を計算する命令を備え、ここでδｉは、
【００２１】
【化２８】
2009265096.tif 000017
で関心のある表現されたＪ個の個別の放射性同位元素の各々による放射の重み付け率である、項目１９に記載の論理。
（項目２４）
項目１３に記載のコンピュータ読み取り可能媒体を備えているシステムであって、関心のある領域または空間をインターロゲートし、スペクトルデータを生成するよういに構成されている検出器デバイスと、計算デバイスとを備えており、該計算デバイスは、スペクトルデータと上記ライブラリに格納されたスペクトルデータとを比較して、該検出器デバイスによって生成されたスペクトルデータと該ライブラリ内のスペクトルデータとの間に十分な整合がある場合には、関心のある放射性同位元素の存在を決定する、システム。
（項目２５）
スペクトルデータを含むデータのライブラリを格納するデータストレージユニットであって、該スペクトルデータは、予想される物質を複数の物質のグループのうちの１つにグループ分けすることと、物質の原子番号および／または電子親和力に基づいて、該物質のグループを複数のサブグループに細分化することと、該複数の物質のグループの各々のサブグループの各々に対する第一のデータを格納することであって、該第一のデータは、対応するサブグループに対する代表的な物質と複数のエネルギーレベルにおける放射との間の相互作用を表す、ことと、該複数のエネルギーレベルにおける各関心のある放射性同位元素のスペクトル特性を表す第二のデータを格納することと、各関心のある放射性同位元素に対して、該第二のデータを用いて該関心のある放射性同位元素と各物質のグループの該複数のサブグループの各々に対する該第一のデータとの間の相互作用を表すスペクトルデータを計算することとによって生成される、データストレージユニットと、
領域または空間をインターロゲートし、該領域または該空間のインターロゲートから生じるスペクトルデータを出力するように構成されている検出器デバイスと、
該検出器デバイスに結合されている計算デバイスであって、該計算デバイスは、該検出器デバイスによって生成された該スペクトルデータと、スペクトルデータのライブラリとを比較して、該検出器デバイスによって生成された該スペクトルデータと該ライブラリ内のスペクトルデータとの間に十分な整合がある場合には、関心のある放射性同位元素の存在を決定する、計算デバイスと
を備えている、システム。
【００２２】
（摘要）
関心のある放射性同位元素の領域または空間をモニタリングする際に存在し得る全ての予想される物質を表すデータを生成する方法、論理およびシステムが提供される。放射性同位元素が相互作用し得る、全ての予想される物質は、複数の物質のグループのうちの１つにグループ分けされるか、またはカテゴライズされる。各物質のグループは、物質の原子番号に基づいて複数のサブグループにさらに細分化される。第一のデータは複数の物質のグループの各々のサブグループの各々に格納され、ここで第一のデータは、対応するサブグループに対する代表的な物質と、複数のエネルギーレベルにおける放射との間の相互作用を表す。複数のエネルギーレベルにおいて、関心のある各放射性同位元素のスペクトル特性を表す第二のデータが格納される。関心のある放射性同位元素に対して、第二のデータを用いて、各物質のグループの複数のサブグループの各々に対する第一のデータとの間の相互作用から由来するスペクトルデータを生成するために計算がなされる。次いで、スペクトルデータが、検出器からの出力を用いた現場での後の使用のためにライブラリに格納される。スペクトルデータは、現場で使用される特定の検出器に対して格納され、そのために、このような検出器特有のスペクトルライブラリデータが調整され得、検出器の量子効率と分解能特性とを考慮し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、放射性同位元素物質の存在を検出する検出システムのブロック図の例である。
【図２】図２は、単純な放射線輸送装置の例を描く。
【図３】図３は、関心のある放射性同位元素と物質との相互作用を表すデータのライブラリを生成するように構成されたシステムのブロック図の例である。
【図４】図４は、関心のある放射性同位元素と物質との相互作用を表すデータを生成するライブラリ生成プロセスのフローチャートの例である。
【図５】図５は、ライブラリ生成プロセスによって作成されたデータを用いる検出プロセスのフローチャートの例である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（詳細な説明）
最初に図１を参照すると、任意の領域または空間１０内の関心のある放射性同位元素の存在を検出し、識別するために有用なシステム５のブロック図が示される。検出器２０は、関心のある放射性同位元素物質と関連付けられたスペクトルサインについて、領域または空間１０をインターロゲートする。概して、検出器２０は、スペクトルを生成する任意の検出器または検出システムであり得る。
【００２５】
領域または空間１０は、任意の開放空間または閉鎖空間であり得、これらの空間は、小さなコンテナ、大きなコンテナ（例えば、カーゴ輸送コンテナ）、手荷物、車両、ハンドバッグ、バックパック、衣服などを含むがこれらに限定はされない。領域１０は、静止していても良いし、動いていても良い。
【００２６】
検出器２０の出力を受信するように結合された計算リソース３０はコンピュータ読み取り可能メモリ５０に格納された比較アルゴリズムまたは整合アルゴリズム４０に対するコンピュータソフトウェア命令を実行することによって検出器出力を分析する。メモリ５０は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、これらの組み合わせ、または任意の他のタイプの適切なコンピュータ読み取り可能メモリであり得る。一例において、メモリ５０は、計算リソース３０内（この場合にはデスクトップコンピュータ）に存在し得る。しかしながら、比較アルゴリズム４０のためのプログラムを含むメモリ５０が有線接続または無線接続（ネットワークまたは専用の接続）を介して計算リソース３０によってアクセス可能であることもまた可能であり、その結果、計算リソース３０は検出器２０に接続されたままである。比較アルゴリズム４０を実行している際に、コンピュータリソース３０は、１つ以上の関心のある放射性同位元素物質と、検出器２０の面と関心のある放射性同位元素との間に存在し得る全ての関心のある予想される物質との間の数学的にモデル化された物理的な相互作用を表すデータを含むデータライブラリ６０を参照する。ライブラリ６０におけるデータの生成を単純化する能力は、より信頼性が高く実際に有用なシステム５を提供するために望ましい。比較／整合アルゴリズム４０は、検出器が、出力としてある種のスペクトル（すなわち、エネルギーレベル対周波数、またはエネルギーレベル対波長）を生成している限り、任意の特定の形式またはタイプの検出器２０と共に使用されるように限定されないが、それにもかかわらず、このような検出器２０の例は、半導体技術に基づく検出器（シリコン検出器、ダイヤモンド検出器、ゲルマニウム検出器、テルル化カドミウム検出器、ヨウ化水銀検出器、テルル化カドミウム亜鉛検出器、四ホウ化トリウム検出器、ハロゲン化ランタノイド（ｌａｎｔｈａｉｄｅ）またはハロゲン化アクチノイド検出器を含むがこれらに限定されない）、シンチレータ技術に基づく検出器（アルカリハライド（ヨウ化ナトリウムを含む）、低速有機シンチレータ（例えば、硫化亜鉛）、不活性高速無機シンチレータ（例えば、ヨウ化セシウム）、セリウム活性化高速無機シンチレータ（例えば、セリウムドーピングしたイットリウムアルミニウムガーネットすなわちＹＡＧ：Ｃｅ）、およびガラスシンチレータ（例えば、セリウム活性リチウムガラス）を含むがこれらに限定されない）、またはそれらの任意の派生物、あるいは物理的「ゲーティング」または飛行時間に基づく検出器である。
【００２７】
このために、データライブラリ６０における使用のために必要とされるデータ生成の複雑性およびデータの量を低減するために、技術が提供される。本明細書に説明される技術に対する根拠として、以下の議論のために図２に対する参照がここでなされる。
【００２８】
図２は、放射の輸送の問題を示し、ここでは、中心においてエネルギーＥｉの単一のエネルギー（ｍｏｎｏ−ｅｎｅｒｇｅｔｉｃ）点光子源が、半径ｒおよび密度ρを有する単一で、一様な物質の球の中心７０において示される。光子の輸送の計算において、結果は、ｒにおいて、球の外部表面上で集計される。
【００２９】
放射は周知の方法で物質と相互作用する。本来の強度Ｉ０の分数として任意の所与の経路に沿う単色の光子源からの放射の強度Ｉが、以下の関係
【００３０】
【数１】
2009265096.tif 000018
によって与えられ、ここで、粒子（本発明に関しては、光子または中性子のいずれか）は、密度ρ、相互作用の全断面σ（特定の粒子に依存するだけでなく、物質と相互作用する際には粒子のエネルギーＥにも依存する）、および粒子が移動する経路長ｘを有する単一の物質を通って移動する。より一般化された関係性が複数の物質との相互作用に対して書き込まれ得る。それゆえ、放射が様々な物質（空気を含む）を移動する場合には、検出されたスペクトル（サイン）は、弱くなる（振幅が減少する）傾向にあり、スペクトルの様々なピークがエネルギーにおいてシフトされる傾向にある。各スペクトル特性は、他とは異なるように影響され得る。特定の放射性同位元素の識別は、信号対ノイズ比条件の問題であるだけでなく、放射と物質との相互作用を、エンドユーザが利益を有する方法で、理解すること、モデル化することおよびコード化することを含む。
【００３１】
これらの様々な相互作用は、概して、理解され、（例えば、「ＭＣＮＰ」または「ＰＥＮＥＬＯＰＥ」として、当該分野で公知のモンテカルロコンピュータソフトウェアを用いて）非常に良好にモデル化および予測され得るが、これらは全体の幾何学形状（物質特性を含む）が特定化されることを必要とする。いったん、幾何学形状が規定されると、これらのソフトウェアアルゴリズムはモンテカルロ技術および大規模な断面ライブラリ（例えば、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｄａｔａ  Ｃｅｎｔｅｒ、Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  Ｓａｆｅｔｙ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  ＣｅｎｔｅｒおよびＮｕｃｌｅａｒ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ  Ｄａｔａ  Ｃｅｎｔｅｒｓにより配布される“ＥＮＤＦ−ＶＩ”ライブラリ、これらのライブラリは、大量のコンピュータストレージスペースの使用を必要とし得る）を用いて、特定の問題をシミューレーションする。物質の全て、それらの物理的特性（例えば、密度）および特定の化学組成物、ならびに問題のあるそれぞれの位置および幾何学構成が良好に規定されない場合には、これらのソフトウェアアルゴリズムは最適にならない。
【００３２】
半径ｒおよび密度ρが非常に小さい定数値に各々設定され、初期光子エネルギーが複数のエネルギーレベルの間でＥ１からＥｎの範囲に及ぶことを可能にされる場合には、物質行列Ｍの列ベクトル
【００３３】
【数２】
2009265096.tif 000019
から、スペクトルの各々が結果として生じる。物質行列Ｍは、正方行列である。なぜなら列ベクトルの数とエネルギービンの数とが共に等しくｎであるからである。
【００３４】
【数３】
2009265096.tif 000020
ここで、Ｅｉ，ｊは、物質を介したエネルギーＥｉの単一のエネルギー供給源の輸送に起因する、Ｍｏｎｔｅ  Ｃａｒｌｏ  Ｎｅｕｔｒｏｎ  ａｎｄ  Ｐｈｏｔｏｎ（ＭＣＮＰ）計算値（すなわち、集計値）を表す。従って、行列の各列は、複数のエネルギーレベルＥ１からＥｎにおける結果として生じるスペクトルを表す。行列Ｍは、放射と、関心のある全てのエネルギーにおいて選ばれた物質との間の相互作用を正確に表す固有性を有する。結果として、相互作用に関連付けられた輸送物理学の全ては単一の行列に概略される。一例において、ｘ線スペクトル（ここで、放射性同位元素の放射が関連するか、または関心がある）は、非常に多数の細かく間隔を開けられたビンまたはレベルに分割され、ここでもっとも低いビンエネルギーは１０ｋｅＶであり、もっとも高いビンエネルギーは、２．６ＭｅＶである。
【００３５】
行列Ｍは、関心のある放射性同位元素についての情報を全く含まない。従って、列ベクトルは、各エネルギーレベルＥｉに対する（自己遮蔽をともなわない）関心のある放射性同位元素の真空内の事実とは異なったスペクトルで占有されるように定義される。このベクトルは、本明細書において同位体ベクトル
【００３６】
【数４】
2009265096.tif 000021
と称され、
【００３７】
【数５】
2009265096.tif 000022
であり、ここで、ａ１，ａ２，…，ａｎは、それぞれ、エネルギービンＥ１，…，Ｅｎの振幅スペクトルである。
【００３８】
従って、物質と放射性同位元素との間の相互作用は、以下の行列とベクトルとの掛け算で計算される。
【００３９】
【数６】
2009265096.tif 000023
ここで、Ｐは結果として生じるスペクトルである。
【００４０】
上述のように、ρおよびｒに対する任意に小さい値が式１において行列Ｍを生成するように選択された。可能な限り多くの密度および経路長の組み合わせを考慮するために、これらのパラメータが組み合わされて、単一のスカラーの密度経路長量Γを形成する。
Γ＝αρｒ          （５）
ここで、αは規格化定数であり、常に負でない整数である。この構成を用いて、ρおよびｒの多くの値が得られ得、実際には物理的に妥当と思える値の全てが見出され得る。なぜなら、任意の２つの値の差が非常に小さくなるからである。（これは、ρおよびｒの初期値ならびに条件が任意であり得るが、非常に小さいことに起因する）。任意の密度ρおよび任意の厚さｒの単一の物質と単一の放射性同位元素物質との相互作用が
【００４１】
【数７】
2009265096.tif 000024
で表され得る。ここで、Γ＝０のとき、Ｍは項等行列になり、
【００４２】
【数８】
2009265096.tif 000025
である。
【００４３】
一部の用途のために、密度／経路長項Γは、０から、整数の増分で、ある最大値までの範囲にわたり変化し得、その結果、より厚い物質のモデル化を適合させるために、Γの各値に対する異なる行列Ｍを生成する。
【００４４】
図３は、ライブラリ６０を生成する配置の例を示す。メモリ内に格納された１つ以上のソフトウェアプログラムを実行するコンピュータ（または複数のコンピュータ）８０が提供される。特に、メモリ９０は、１００において示されるライブラリ生成プロセスのためのプログラム命令を格納する。メモリ９０は、命令（およびデータ）を格納することが可能な任意のコンピュータ読み取り可能媒体である。さらに一般的に、ライブラリ生成プロセス１００（および図１において上記で参照される比較／整合アルゴリズム４０）が１つ以上の実体的な媒体にコード化された論理によって実装され得る（例えば、特定用途向け集積回路のような埋め込み論理、デジタル信号プロセッサのファームウェア命令、プロセッサによって実行されるソフトウェアなど）。
【００４５】
ここで図４を参照すると、ライブラリ生成プロセス１００の実行を描くフローチャートの例がここで説明される。１１０において、存在することが事前に知られている（または今後発見される）全ての予想される物質が、複数の物質のグループのうちの１つにグループ分けされる。例えば、多くの基礎材料のグループがある（例えば、プラスチック、セラミック、金属など）。次に、１２０において、各物質のグループは、原子番号（Ｚ）または電子親和力に基づいて、複数のサブグループに細分化され、ここでは第一のサブグループは、小さい原子番号を有する物質に対するサブグループであり、第二のサブグループは、中程度の原子番号を有する物質に対するサブグループであり、第三のサブグループは大きな原子番号を有する物質に対するサブグループである。例えば、金属物質のグループにおいては、（例えば、アルミニウムなどの物質に対する）小さい原子番号のサブグループと、（例えば、ステンレス鋼などの物質に対する）中程度の原子番号のサブグループと、（例えば、ガドリニウムなどの物質に対する）大きな原子番号のサブグループとがある。
【００４６】
図４に１２０で示されるように、以下の表記が単純さのために採用される。この表記とは、物質のグループの各々が、文字Ａ、ＢおよびＣによって表されるが、これは単なる例示であることと、３つよりも多いか、または少ない物質のグループが存在し得ることが理解されるべきである。
【００４７】
物質のグループ内の小さい原子番号、中程度の原子番号および大きな原子番号の代表的な物質を表す物質のグループ内のサブグループまたはカテゴリの各々が、物質のグループの表記に対する整数の下付き数字が与えられ、例えば、Ａ１、Ａ２、Ａ３であり、ここでＡ１は、物質のグループＡの小さい原子番号のサブグループを示し、Ａ２は、物質のグループＡの中程度の原子番号のサブグループを示し、Ａ３は、物質のグループＡの大きい原子番号のサブグループを示し、他の物質のグループに対しても同様である。
【００４８】
事実上全ての物質は、上記の物質のグループと、サブグループ（カテゴリ）との組み合わせのうちの１つによって正確に表され得る。各物質のグループおよびサブグループは、それぞれの固有の物質行列Ｍによって表され得る。
【００４９】
１３０において、代表的な物質が、各物質のグループ内の各サブグループに対して選択され、その選択された物質とその物質に対する既知のＭＣＮＰ値とを共に用いて、そのサブグループを表す物質行列Ｍに対する個別の列ベクトルが計算される。
【００５０】
１４０において、存在度が検出され、識別が確認された、関心のある１つ以上の放射性同位元素が、ライブラリに格納される相互作用を計算する目的で識別される。確かに可能ではあるが、多くの用途に対して、必ずしも全ての放射性同位元素（現在では約３８００ある）をモデル化する必要はあり得ない。動物および／または植物の生活に対する、予想される放射線の脅威または核の脅威が存在する、それらの放射性同位元素とのみ、あるいは特定の半減期を有する放射性同位元素とのみ関連することが望ましくあり得る。
【００５１】
１５０において、関心のある放射性同位元素と、全てのサブグループに対する各物質行列Ｍとの相互作用が計算される。しかし、当業者には認識されるように、一般的に言えば、単一の放射性同位元素と単一の物質との相互作用は、必ずしも非常に興味深かったり、有用であったりしない。
【００５２】
１１０および１２０において物質のグループおよびサブグループと関連して上記されたように、物質の「世界」は、選択された数のカノニカルグループからの３つの代表的な物質を用いて、（ｘ線のレジームにおいて）極めて正確にモデル化され得る。単純な表記のために、この物質の全体のコレクションは、κとして参照され、
κ≡｛Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ｂ１，…，Ｃ３｝          （７）
である。
【００５３】
次いで、単一の放射性同位元素とこれらの物質との相互作用は、
【００５４】
【数９】
2009265096.tif 000026
である。
【００５５】
一部の検出用途に対して、行列Ｍｊが交換可能である（ｃｏｍｍｕｔｅ）ことを仮定しているので、物質行列Ｍｊの順序は関係ないことがあり得る。各行列Ｍｊに関連付けられたΓの値は、それゆえ、κｊの各要素に対する個別のΓの値の全ての合計である。他方、行列が交換可能であるという仮定が保持されない用途があり得、その場合行列の順序はΓの値の他に考慮される必要があり、このことが必要とされる計算量を増加させる。
【００５６】
２つ以上の放射性同位元素を含有する物質（いわゆる「ブレンドされた供給源（ｂｌｅｎｄｅｄ  ｓｏｕｒｃｅ）」）は、個別のスペクトルの線強度の比を規格化することと、それらの比を適切に
【００５７】
【数１０】
2009265096.tif 000027
にスケーリングすることとによって単純にモデル化され得る。
【００５８】
ライブラリ構築に際して考慮されるべき複数の放射性同位元素供給源がある場合には、式８は、単純な一次の組み合わせの級数に拡張され得る。Ｊ個の放射性同位元素供給源に対して、式８は、
【００５９】
【数１１】
2009265096.tif 000028
であり、ここでδｉは、
【００６０】
【数１２】
2009265096.tif 000029
としてモデル化された、個別のＪ個の放射性同位元素供給源の各々による放射の重み付け率である。
【００６１】
関心のある放射性同位元素と関心のある物質との間の相互作用が１５０において計算された後、結果生じる相互作用データが（図１のライブラリ６０に）格納される。１７０および１８０において示されるように、１５０における計算および１６０における格納は、関心のある放射性同位元素とそれらの組み合わせとの全てに対して繰り返される。相互作用データは、相互作用データ内で考慮された１つ以上の放射性同位元素が任意の組み合わせにおける代表的な物質のうちの任意の１つ以上と共に存在した場合に検出器により生成されるスペクトルを表すが、この後に説明する、検出器量子効率（ＤＱＥ）および検出器分解能を考慮していない。
【００６２】
実時間で生成されたスペクトルの、ライブラリ内のスペクトルとの比較に影響を与え得る、現場で使用され得る特定の検出器の特性がある。２つのこのような特性は、ＤＱＥおよび検出器分解能である。
【００６３】
概して、ＤＱＥは各検出器の形式およびモデルに対して固有である。ＤＱＥ情報はまた、比較的に容易に得られる。なぜならば、検出器の製造業者は、典型的に、その検出器製品の仕様にＤＱＥ情報を提供するからである。ＤＱＥは、主対角、すなわち、各エネルギーレベルＥｉに対する単一のスケーラ乗数（ｓｃａｌｉｅｒ  ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）μに沿ったスカラー値［０，１］を有する行列として表され得る。この行列の対角に沿っていない全ての値は、等しくゼロである。Ｐの計算が既になされたという「事実の後に」、スペクトルデータＰに対する調整がなされ得、その結果、
【００６４】
【数１３】
2009265096.tif 000030
ここで、Ｓは、ＤＱＥ行列Ｄによって後で調整されたスペクトルデータである。
【００６５】
検出器デバイスの分解能はまた、ユーザに提示するための情報分析に影響を与える。選ばれるエネルギービンの分解能に依存して、所与の検出器に対する仕様および／または性能測定値に整合させるために、物質行列Ｍ、スペクトルデータＰおよび／またはＤＱＥ調整スペクトルデータＳにエネルギービン（Ｅｉ）のコレクションを共に加算することによって、分解能の補正を行うことが望ましくあり得る。いかなる場合においても、ＤＱＥに対する調整は、分解能の調整の前になされる。
【００６６】
ここで、図１と関連させて図５を参照して、ライブラリ６０が使用されるプロセス２００の例が示される。２１０において、検出器２０が起動し、領域または空間１０と関連付けられたスペクトルデータを捕捉する。２２０において、計算リソース３０は、検出器２０からのスペクトルデータを、ライブラリ６０内のスペクトルデータと比較する。２３０において、検出器２０からのスペクトルデータが、ライブラリ内のいかなる「脅威の」スペクトルデータとも十分に整合しないことが決定された場合には、２４０において、この領域または空間には、（ライブラリ６０に対してデータが生成されるときに考慮される）関心のある「脅威の」放射性同位元素が存在しないことが宣言される。このような場合に、「脅威でない」信号が生成され得る。他方、２３０において、検出器２０からのスペクトルデータと「脅威の」放射性同位元素に対するライブラリ６０との間に十分な整合があることが決定される場合には、次いで、２５０において、この領域または空間に、１つ以上の関心のある「脅威の」放射性同位元素が存在することが宣言され、その１つ以上の放射性同位元素に対する（テキスト名、化学物質名またはその他の識別子による）識別もまた決定される。このような場合に、「脅威の」信号が生成され、検出された１つ以上の放射性同位元素の識別がユーザに提示される。２６０において、次の検出イベントに対する準備がなされ、次の検出イベントにおいて２１０〜２５０が繰り返される。
【００６７】
ライブラリ６０に対してデータを生成する、本明細書に説明された技術は、これまで公知の技術よりもかなり速く、数多くの物質および検出環境に適用可能であるという点でかなり一般的である。さらに、関心のある新しい放射性同位元素に対するデータによってライブラリをアップデートすることはいくぶん（数分間）迅速なプロセスである。
【００６８】
装置、システムおよび方法が、１つ以上の特定の実施例を具体化するように、本明細書に示され、説明されたが、それにもかかわらず示される詳細に限定されることを意図していない。なぜなら、多くの修正および構造的変更が、装置、システムおよび方法の範囲から逸脱することなしに、その中でなされ得、これらは特許請求の範囲の均等物の範囲および範囲内であるからである。従って、添付される特許請求の範囲は、広範囲で、かつ以下の特許請求の範囲に述べられる装置、システムおよび方法と矛盾しないように解釈されることが適切である。
【符号の説明】
【００６９】
５  システム
１０  任意の領域または空間
２０  検出器
３０  計算リソース、コンピュータリソース
４０  比較／整合アルゴリズム
５０  メモリ
６０  ライブラリ
【図１】
2009265096.tif 000046
【図２】
2009265096.tif 000047
【図３】
2009265096.tif 000048
【図４】
2009265096.tif 000049
【図５】
2009265096.tif 000050