"中性子を画像化および測定するシステムであって、フレームと、互いに平行で前記フレームによって担持される第1プレートおよび第2プレートと、電子処理ユニットと、を備え、前記第1プレートおよび前記第2プレートはそれぞれ複数の検出器を担持し、前記検出器は、前記電子処理ユニットに電子的に接続されており、前記第1プレートの前記検出器は、プラスチックシンチレーション検出器であり、前記第2プレートの前記検出器は、スチルベンシンチレーション検出器であり、前記検出器は、中性子を検出し、前記電子処理ユニットは、前記第1プレートの前記検出器の1つとの相互作用と、さらに前記第2プレートの前記検出器の1つとの相互作用とに基づいて、中性子の経路を判定するシステム。前記第1プレートおよび前記第2プレートに平行な第3プレートをさらに備え、前記第3プレートは、複数の検出器を有し、前記システムは、中性子およびガンマ線を画像化および測定する請求項1記載のシステム。前記第3プレートの前記検出器は、無機シンチレーション検出器である請求項2記載のシステム。前記無機シンチレーション検出器は、ヨウ化ナトリウムを用いる請求項3記載のシステム。中性子およびガンマ線を画像化し測定するシステムであって、フレームと、互いに平行で前記フレームによって担持される第1プレート、第2プレート、および第3プレートと、電子処理ユニットと、を備え、前記第1プレート、前記第2プレート、および前記第3プレートはそれぞれ複数の検出器を担持し、前記検出器は、前記電子処理ユニットに電子的に接続されており、前記第1プレート、前記第2プレート、および前記第3プレートの夫々の上にある前記検出器は、シンチレーション検出器であり、前記検出器は、中性子を検出し、前記電子処理ユニットは、前記第1プレートの前記検出器の1つとの相互作用と、さらに前記第2プレートの前記検出器の1つとの相互作用と、に基づいて、中性子の経路を判定し、前記検出器は、ガンマ線を検出し、前記電子処理ユニットは、前記第2プレートの前記検出器の1つとの相互作用と、さらに前記第3プレートの前記検出器の1つとの相互作用と、に基づいて、ガンマ線の経路を判定するシステム。前記第1プレート、前記第2プレート、および前記第3プレートの夫々の上にある前記検出器は、非液体シンチレーション検出器である請求項5記載のシステム。前記第3プレート上の前記検出器の夫々は、無機シンチレーション検出器である請求項6記載のシステム。前記第2プレート上の前記検出器の夫々は、パルス波形弁別可能である請求項7記載のシステム。前記第1プレート上の前記検出器の夫々は、プラスチックシンチレーション検出器であり、前記第2プレート上の前記検出器の夫々は、スチルベンシンチレーション検出器である請求項5記載のシステム。前記第3プレート上の前記検出器の夫々は、無機シンチレーション検出器である請求項9記載のシステム。前記第3プレート上の前記検出器の夫々は、ヨウ化ナトリウムNaI製である請求項10記載のシステム。中性子およびガンマ線を画像化し測定する方法であって、プラスチックシンチレーション検出器を有する第1プレート、スチルベンシンチレーション検出器を有する第2プレート、および無機シンチレーション検出器を有する第3プレートを設ける手順と、前記第1プレートの前記プラスチックシンチレーション検出器との相互作用によって、粒子を検出する手順と、前記第1プレートの前記プラスチックシンチレーション検出器から前記第2プレートの前記スチルベン検出器までの前記粒子の飛行時間を測定する手順と、前記第2プレートの前記スチルベン検出器のパルス波形弁別PSD特性によって生成されたパルス波形を含む、前記粒子の前記第2プレートの前記スチルベン検出器との相互作用に基づいて、前記粒子に関する詳細を判定する手順と、前記第3プレートの前記無機シンチレーション検出器との相互作用によって、前記粒子を検出する手順と、データを分析して前記粒子が中性子なのかガンマ線なのかを判定する手順と、を備える方法。PSD測定に基づき、中性子検出およびガンマ線検出の両方のために、ノイズに対する信号を最大にする手順をさらに備える請求項12記載の方法。[好適な実施形態の詳細な説明]図1を参照して、中性子画像化分光装置20を示す。本システムは、中性子源とガンマ線源との両方を、遠隔から画像化し測定することが可能である。本システムにおける遠隔からの画像化および測定は、線源に触れることなしに行われる。分光装置20は、フレーム22と、3つの平行な検出プレートまたは面24,26,28と、電子処理ユニット30とを有している。以下に詳細を示すように、システム20の好適な実施形態は、携帯可能なように設計される。検出プレートまたは面24,26,28は、夫々が互いに平行になっている。各パネルは、複数の検出器34を有している。各検出器34は、シンチレーション検出器である。シンチレーション検出器または計数管34は、電離放射線により、蛍光物質内で閃光シンチレーションを発生させる。閃光は、光増倍管とその関連回路30によって検出およびカウントされる。検出プレート24,26,28の夫々は、他のプレートとは異なる検出器34を有し、検出器34独自の特別な機能を果たしている。3つのプレート24,26,28は、MeV領域の核内中性子およびガンマ放射線を検出可能な積層構造になっている。第1プレート24の検出器34は、プラスチックシンチレータを有し、このシンチレータは、中性子画像化システムの一部、割合はかなり低いがガンマ線画像化システムの一部として機能する。第2プレート26の検出器34は、パルス波形弁別PSD特性を有するスチルベン[C6H5CH:CHC6H5]を使用する。中性子は、二重散乱構成において、まずプラスチックシンチレータ検出器34によって第1プレート24内で散乱され、その後さらに、スチルベン検出器34によって、第2プレート26内で散乱される。スチルベンからのPSD信号を優先的に用いて、中性子相互作用を選定する。本発明によれば、第2プレート26のスチルベン検出器34および第1プレート24のプラスチックシンチレータ検出器34による従来の二つのプレート配列とは異なり、本システムを、ガンマ線画像化用としても使用することができる。ガンマ線画像化には、スチルベン検出器34を有する第2プレート26と第3プレート28とが用いられる。第3プレート28の検出器34の夫々は、無機シンチレータである。好適な実施形態では、検出器は、ヨウ化ナトリウムNaIである。スチルベン検出器34を有する第2プレート26は、ガンマ線画像化システムの鍵となる構成要素であり、両検出システムに対して、ノイズに対する信号を最大化するために必要なPSD測定を提供する。第2プレート26のスチルベン検出器34は、ガンマ線画像化システムと中性子画像化システムとで共有される。スチルベンによって中性子/ガンマ線を識別することによって、両システムに対して信号対ノイズ比を最大化する。上述したように、本システムは、鉱油等の液体シンチレータとは違い、固体シンチレータを用いている。固体シンチレータによって、より堅牢な携帯型のシステム20が可能になる。上述したように、3つの平行な検出プレート24,26,28は、夫々が複数の検出器34を有する。同型式の検出器34がプレート全体にわたって用いられるが、これは他のプレートの検出器とは異なる。検出器34の順番は、上から下への順にすなわち第1プレートから第3プレートへの順に、プラスチックシンチレータ、スチルベン、および無機シンチレータ34である。実際の中性子測定には、プラスチックシンチレータにおけるシンチレーションの振幅と、プラスチック検出器からスチルベン検出器までの飛行時間とを用いる。スチルベンにおけるガンマ線信号は、イベント排除に使用することができる。ガンマ線測定には、スチルベンおよび無機シンチレータの両方におけるシンチレーションの振幅を用い、中性子排除のために飛行時間を用いる。スチルベン内での中性子信号は、イベントを認めるのに必要となる。イベントは、3つの検出面の少なくとも2つに信号が存在するときに発生する。上述したように、システム20は、中性子とガンマ線の両方を測定可能である。中性子およびガンマ線の放射は関連しており、放射線環境の線源に関する知識を増やすために一緒に用いられ得る。システム20は、1対の二重散乱カメラである。第1プレート24および第2プレート26は、中性子用の二重散乱カメラである。第2プレート26および第3プレート28は、ガンマ線放射用の二重散乱カメラである。中性子であってもガンマ線であっても、発想は、いったん前方の検出器内で粒子が散乱し、その後、それが時には後方の検出器内で散乱するというものである。中性子またはガンマ線は、相互作用なしでこれらの検出器34のいずれをも通過することができる。これらの粒子は、確率的なやり方で相互作用する。これらの検出器の厚さは、粒子の適当な量を記録するのに足りるが、2度相互作用するほど厚くはないような厚さになるように選択される。2つの二重散乱カメラの違いは、中性子に対する理想的な散乱または検出媒体、つまり第2プレート26における検出器34がまた、偶然にもガンマ線に対して優れた前方散乱体であることである。このような物質は、水素含有量が高い有機物質である。これにより、中性子カメラに対しては、前方散乱体と後方散乱体の両方に対して有機シンチレータを有するカメラを構成する。中性子エネルギーは、中性子が前方の検出器において蓄積したエネルギーと、後方の検出器までの旅行時間によって測定された反跳中性子のエネルギーと、を合計することによって測定される。ガンマ線に対する状況は、全てのガンマ線が同じ速度で走行している点で異なり、したがって飛行時間からはエネルギー情報を収集できない。代わりに、ガンマ線を全体として捕獲しなければならず、第3プレート28における検出器34のように、一般的に高密度の無機シンチレータで構成された厚みのある検出器を必要とする。ガンマ線検出器の水素含有量は、あまり重要ではない。ただ、この媒体内でのガンマ線の相互作用距離よりも厚みが大きくなければならない。システム20の中性子散乱カメラは、有機シンチレーション検出器の2つのプレート、すなわち第1プレート24および第2プレート26を有している。ガンマ線検出に対しては、無機シンチレーション検出器34を有することが好ましいという点において、第3プレート28は、高密度の無機シンチレータを有している。スチルベンシンチレータを有する中央のプレート26は、中性子カメラに対する後方散乱体およびガンマ線カメラに対する前方散乱体として機能する。これにより2種対応カメラを提供する。全てが有機シンチレーション検出器で構成された中性子カメラは、ガンマ線を検出可能であるが、その質は大幅に妥協せざるを得ない。同様に、従来のガンマ線カメラは、中性子を検出可能であるが、非効率で、解像度を妥協せざるを得ない。好適な実施形態における検出器34は、最初の2つのプレートにおいて、鉱油のような液体の代わりに、プラスチックやスチルベンのような固体有機物を使用する。これは、現場作業には堅牢性が求められるからである。第2の特性は、いわゆるパルス波形弁別PSDであり、検出器からの信号のナノ秒の波形が、散乱粒子がガンマ線なのか中性子なのかを識別するために用いられ得ることを意味している。この性質を有するシンチレーション検出器で構成されたいずれかの種類のカメラの少なくとも1つのプレートを有することは非常に有益である。本システム20は、第1面24の検出器34における材料がパルス波形弁別特性を有さないプラスチックシンチレータであるように設計されている。第2面26の検出器34は、中性子カメラおよびガンマ線カメラの両方に役立ち、スチルベンと称される有機結晶から構成される。スチルベンにはパルス波形弁別特性がある。最後に、第3面28の検出器34は、PSD特性のないNaI等の無機結晶から構成される。完全なシステム20は、両種の粒子に対する感度を最適化しており、一方、ハードウェアや電子機器の総量を最小化する。全てが固体状態であると、システムを堅牢なものにすることができ、それでいて両種に対して優れた解像度および感度を有することができる。上述のシステム20を用いて、基本的な理論の一部を説明する。中性子は電荷を持たないので、容易には相互作用しない。それゆえ、中性子は、間接的な方法で検出しなければならない。MeVのエネルギーで中性子を検出する好適な方法としては、大角np弾性散乱断面積を利用する。選択材料は、中性子散乱体および反跳陽子検出器の機能に役立つもの、つまり有機シンチレータである。この材料は、主に水素と炭素で構成され、個数比は1.0から2.0である。水素の相対濃度は、シンチレータの種類によって変化する。画像化を行うために、入射中性子は、2つの検出器の夫々においてnp散乱されなければならない。いったん中性子が計器に入射すると、中性子の経路に従って、各np相互作用の位置、相対時間、およびエネルギー蓄積を測定可能でなければならない。図2を参照して、中性子の二重散乱運動の概略図を示す。入射方向が未知の中性子46が、図1に示されたような検出器34での検出による2度のnp散乱を受けて、線源に関する情報が得られる。2つの相互作用の空間的座標および飛行時間ToFを測定することにより、散乱された中性子のエネルギーおよび方向つまり運動量ベクトルが決定される。最初の反跳陽子のエネルギーを測定することにより、入射中性子のエネルギーおよび散乱角が算出され得る。この情報により、入射中性子の方向を、反跳中性子の速度図2に示すようなの周りにある円錐50の被覆48上に沿うように制限することができる。散乱角sin2θ=Ep/Enである。円錐50を物体平面もしくは球上に投影することによって、図2に示すように、各イベントに対するイベント円52が得られる。複数のイベント円の交点から、統計的な手段により、中性子源の像を得ることが可能である。さらに図2を参照して、好適な実施形態において、第1プレート24における検出器34は、プラスチックシンチレータの1インチ円筒形セルで構成されていて、高速で堅牢な1インチ光電子増倍管PMTによって読み取られる。第2層および第3層上の検出器も同様に1インチセルで構成されていて、同様のPMTによって読み取られる。第1プレート24のプラスチックシンチレータとは対照的に、第2プレート26は、スチルベンであり、第3プレート28は、ヨウ化ナトリウムNaI等の無機物である。第2プレート26上の検出器34は、パルス波形弁別PSDが可能である。パルス波形弁別および飛行時間ToFによってシステムがガンマ線を除去または区別可能になり、これは高レベルのバックグラウンド環境には重要である。上述された基本的な理論の一部を用いて、図6のブロック図に示されるような検出方法を説明する。飛行時間測定は、プレート24,26,28の間で行われる。全てのセルまたは検出器34は、独立したデータチャネルに相当する。中性子が第1プレート24における検出器34と相互作用するとき、検出器プレートからのアナログ信号が、第1プレート24における様々なセルのアナログ和から生成される。これらの信号は、ToF測定を引き起こし、第2プレート26において起こることと時間合致しているかどうかを検査するために、高速論理信号を生成する。さらに、第1プレート24において中性子が蓄積したエネルギーに対するアナログパルス高として機能する。セル識別は、相互作用位置、すなわち特定の検出器に対応する1インチの空間解像度であるように行われる。第1プレート24における異なる検出器34からの多重信号は、除去される。第2プレート26においても同様の信号処理が行われる。ここでは、和信号がToF測定を停止させ、トリガーとなったセルを識別および記録する。第2プレート26のスチルベン検出器34、つまり有機シンチレータは、パルス波形弁別特性を有する。シンチレータのこの特性によっては、電離粒子が高速電子、ミューオンなのか低速陽子または重イオンなのかを識別するのに使用可能なアナログ信号が生成される。この2種類の粒子は、それぞれの詳細なパルス波形、すなわち、シンチレータの化学的性質の機能が異なる。これにより、中性子が引き起こすイベントは、識別され、さらなるデータ分析のために選定され得る。電子イオン化パルス波形は、一般的に破棄される。好適な実施形態において、2つのプレート24,26は、シンチレータからシンチレータまでは30cm離れている。この距離を横切ったガンマ線は、1nsのToFを記録する一方、1MeVの中性子は、同じ距離を走行するのに、30nsまでの時間を必要とする。斜めの軌道はToF値をより長くしてしまうが、この影響は、セル識別によって得られたイベントの位置情報を用いて補正される。ToFの範囲は、50nsのオーダーであり、典型的な高速中性子の速度の上下にわたる範囲である。ToFの範囲がより長くなることにより、高温放射線環境における重要な測定である偶然同時計数率の測定も自動的に得られる。上述したように、ある実施形態において、システム20は、携帯型に設計される。一実施形態において、システム20は、各プレートに77個の検出器セルが置かれている状態で、バッテリ電源によりで8時間作動できるように設計される。図1を再度参照すると、バッテリパック38がフレーム22によって担持されている。アナログデータは、電子処理ユニット30の一部であるオンボードコンピュータにおいて処理され、遠隔のコンピュータへ伝送してリアルタイムにモニタリングまたは分析、および/またはデータアーカイブするために、デジタル化され、フォーマットされる。オンボードコンピュータと遠隔コンピュータとの接続は、イーサネットケーブルまたは無線通信によって行われ得る。この機器は、遠隔コンピュータ、名目上は、ナショナルインスツルメンツ株式会社によって販売されるLabVIEW商標を実行するラップトップコンピュータを通じて制御される。遠隔コンピュータはまた、温度、電圧、全検出器セルにおける計数率および他のレートといった、機器の動作および性能を評価するために重要な多くのハウスキーピングパラメータを監視する。光電子増倍管PMTsでの利得は指令可能である。検出器セルプレートには、輸送中の衝撃を吸収するばねが付いている。システム20のプロトタイプは、各プレートに3つのセルがある状態で作られた。第1プレート24および第2プレート26を用いて中性子を測定するシステム20の試験は、1複数のセルからの信号を同時に処理する各プレートに対する電子機器の性能試験と、26つのセルの利得と閾値を整える能力の試験であり、その結果は、利得と閾値の変動によるスペクトルと像のばらつきが最小である1つの機器のように動作した。最初の2つのプレート24,26における9組のセルの組み合わせも、各セルが正しく調整および削減されている場合に、1つの機器のように動作しなければならない。これを実行するために、252Cf源を軸上に3.4mの距離で配置した。図3を参照して、252Cfカリホルニウムに対するシステム応答のグラフを示す。角度分解能のグラフを図4に示し、特に、3x3の累積コンビネーションに対する角度分解能測定ARMを示す。セルの各コンビネーションに対する中性子の軌道は異なり、運動学的に測定された散乱角の夫々は、単純幾何学によって測定された散乱角に一致しなければならない。ARM関数は、中性子のイベントあたりの、これら2つの角度の差である。この分布の幅は12°FWHMまでであり、2つのセルのみを用いて測定したもの10°FWHMよりも若干大きい。これは、おそらく、第1プレート24における検出器34の利得の小規模なばらつきか、もしくは飛行時間ToFの較正に起因する。ARM分布上の非ガウシアンの袖部は、検出閾値、つまり図1に示すような第1プレート24または第2プレート26のいずれかにおける50keVeeの近傍での中性子のイベント、等価には約300keVから700keVまでの中性子から生じている。中性子源のスペクトルを測定するために、測定された散乱角が真の角度の20°以内であったイベントを選択した。その結果、すなわち、計数スペクトルを図3に示す。容易には観察できないが、この図から注目される重要な特徴は、2つのセルでの実験と比較して、単位有効時間あたりの計数がはるかに多いことである。これは、2セル構造と比較して、実効面積が9倍大きいからである。指数関数的なワットの形状はさらに回復し、統計規模が大きいので、より滑らかになっている。最後に、イベント円の交差を許容する、対応する異なるイベント円錐軸を有する多数9個の異なるセル形状を用いて、画像化能力を検討する。図5には、円交点の密度の3-Dグラフを示す。この図を作成するためになされたARM削除はない。ARM削除は、線源の位置が既知となってから、エネルギースペクトルを作成するためだけになされる。図5における中央の強いピークは、線源の真の位置に対応して、画像プレート内に存在する。しかしながら、中央のピークの外側にも考慮すべき構造が存在する。この構造は、点源の存在から相関する円の交点から生じている。セル組の数が少ない場合、つまり、我々のケースにおいては9個では、それらは最も顕著に現れる。完全に実装された機器では、セル組の計数は、5900に増加し、これらのローブあるいはゴースト像は、分散する。一方で、中央のピークは実効面積に比例して、つまり、セル組の数に比例して高くなる。このシステムまたは機器20は、混在した放射線環境において特に有用であるが、一般的に中性子環境は、ガンマ線も豊富である。動作用途は、米国国防総省DoD、国土安全保障省DHS、もしくは核分裂性物質または放射性物質の識別に関与するあらゆる機関による、安全保障での使用である。一例としては、主要都市の内外における交通のモニタリングまたはスクリーニングに関与する州警察である。しかし、原子力産業においてもまた、2種対応機器が核燃料および関連するガンマ線放射をモニタリングするのに役立つことがわかるであろう。想定されるDHSでの使用用途は、物質の中性子放射量が他の物質によって覆い隠されている場合である。2種対応カメラは、中性子放射源を識別するだけでなく、中性子の存在によって誘起されたガンマ線放射を識別することも可能である。ガンマ線放射は、例えばプルトニウムのような中性子源を隠す物質の痕跡をもたらす。最もエキサイティングな例は、中性子放射が周囲の爆薬窒素が多く含まれるにおける窒素核を励起することである。中性子は直接的には見ることはできないが、窒素励起の特徴的な痕跡は検出可能である。いずれの機関も、中性子源だけでなく周囲の物質の追加的な情報を有し得る。第2プレートと第3プレートの検出器の使用はガンマ線の検出には好適であるが、第1プレートと第3プレートの検出器の使用も可能であることが認められる。このシステムの効率は、上述の実施形態と同程度に高くはない。スチルベン検出器、またはPSD特性がある他の検出器を有する第1プレートを、プラスチックおよび無機検出器の両方を有する第2プレートとともに使用可能であることも理解される。これにより、第1プレート内の検出器は、中性子検出およびガンマ線検出の両方に対してPSDを提供する。本明細書において本発明の原理を説明してきたが、上述の説明は一例としてなされただけものであり、本発明の範囲に関する限定としてなされてものではないことは、当業者に理解されよう。本明細書に記載された例示の実施形態に加えて、他の実施形態も本発明の範囲内であることが考えられる。当業者による変更や置換も本発明の範囲内であるとみなされる。"