JP2009198469A - 核物質検出装置、核物質検査システムおよびクリアランス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高精度にて核物質を検出することができる核物質検出装置を提供する。
【解決手段】 検査対象となる検査物Ａに含まれる核物質を検出する核物質検出装置１０である。中性子検出センサ１は、検査物Ａに対して対向配置され、核物質から放出される中性子を検出する。中性子検出センサ１は、核物質から放出される中性子の発生源の二次元位置が検出可能とされている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、核物質から放射される中性子を検出する中性子検出センサを備えた核物質検出装置、これを備えた核物質検査システムおよびクリアランス装置に関するものである。

核爆弾（核物質）を用いたテロ対策のため、手荷物内に存在する核爆弾を精度良く効率的に検査する手法が望まれている。
検査物中に存在する核物質を検出する方法として、核物質から放射されるγ線を検出する方法（いわゆる^３Ｈｅカウンター）が知られている（特許文献１参照）。

特開２００７−１８７４６７号公報（段落［００２７］及び図３）

しかし、ウランやプルトニウムから放射されるγ線は比較的少ないため、得られる信号が弱く検知精度の点で問題がある。
また、従来の^３Ｈｅカウンターは、γ線の有無を検出することはできるが、二次元位置まで特定することはできなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、高精度にて核物質を検出することができる核物質検出装置、核物質検査システムおよびクリアランス装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の核物質検出装置、核物質検査システムおよびクリアランス装置は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる核物質検出装置は、検査対象となる検査物に含まれる核物質を検出する核物質検出装置であって、前記検査物に対して対向配置され、前記核物質から放出される中性子を検出する中性子検出センサを備え、該中性子検出センサは、前記核物質から放出される中性子の発生源の二次元位置が検出可能とされていることを特徴とする。

核物質から放出される中性子の発生源の二次元位置を検出できる中性子検出センサを備えているので、検査物に含まれる核物質の二次元位置を特定することができる。これにより、核物質検出の精度を上げることができる。
中性子検出センサは、典型的には、二次元位置が測定可能なように厚さ方向に比べて長手方向および幅方向に大きな寸法を有する面状の形状とされる。
ここで、「二次元位置」とは、例えば、検査物の長手方向位置および幅方向位置を意味する。
中性子検出センサによって中性子を検出することとしているので、γ線を検出する場合のように鉛等の遮蔽を必要とせず、装置を軽量かつ簡素な構成にて実現することができる。
検出対象とされる中性子は自然界に殆ど存在しないので、γ線検出のようにバックグラウンドによる検出精度の低下という問題がない。また、中性子はγ線に比べて透過力が強いので、より検出精度を向上させることができる。
核物質としては、自発核分裂を行う物質が想定され、典型的にはプルトニウムやウランが挙げられる。

さらに、本発明の核物質検出装置では、前記中性子検出センサは、前記検査物に対して接近離間可能とされていることを特徴とする。

中性子検出センサを検査物に対して接近離間させることにより、中性子の検出に適した位置に中性子検出センサを位置させることができ、検査精度を向上させることができる。

さらに、本発明の核物質検出装置では、前記検査物は、手荷物とされ、前記中性子検出センサは、前記手荷物が載置される手荷物検査台に設けられていることを特徴とする。

中性子検出センサを手荷物検査台に設けることにより、手荷物中に存在する核物質を検出することができる。
このような核物質検出装置は、官公庁建物の入口、空港、空港税関、ホテルロビー、原子力発電所、放射性管理区域出入り口等に好適に設置される。

また、本発明の核物質検査システムは、前記検査物に対してＸ線を照射して得られるＸ線透過画像によって該検査物を検査するＸ線検査装置と、該Ｘ線検査装置によって検査された前記検査物を検査する請求項１から３のいずれかに記載の核物質検出装置とを備えていることを特徴とする。

核物質は質量数が大きいため、Ｘ線透過画像では他の領域に対して強調されて（例えば黒く）示される。したがって、Ｘ線検査装置によって核物質が存在すると予測される位置を特定することができる。そして、この核物質の存在が予測される位置と、核物質検出装置によって得られた中性子発生源の二次元位置とを照合することによって、核物質の存在および位置を高い信頼性をもって得ることができる。
また、Ｘ線検査装置によって得られる特定位置と、核物質検出装置によって得られる特定位置との対応付けを精度良く行うために、Ｘ線検査装置および核物質検出装置のそれぞれに、検査物を定位置に位置決めする位置決め装置を設けることが好ましい。

さらに、本発明の核物質検査システムでは、前記検査物から放出される危険物質を検出するための質量分析器を備えていることを特徴とする。

検査物から放出する爆薬等の危険物質を質量分析器によって検査することにより、検査物に含まれる爆薬等の危険物質をも併せて検出することができる。
本発明は、特に、放射性物質を含むダーティボムの検査に有効である。

また、本発明のクリアランス装置は、前記検査物から放出されるγ線を検出するクリアランス検査器と、該クリアランス検査器によって検査された前記検査物を検査する請求項１又は２に記載の核物質検出装置とを備えていることを特徴とする。

放射能汚染物質の放射能を検出するクリアランス装置は、放出されるγ線を検出することによって放射能汚染の程度を判定している。しかし、γ線の検出は、バックグランドのγ線による影響があるため、検査精度には限界がある。本発明では、クリアランス検査器によって検査された検査物について、さらに上記した核物質検出装置によって中性子の放出の有無を検査するので、クリアランス検査の精度を向上させることができる。

本発明の核物質検出装置によれば、核物質から放出される中性子の発生源の二次元位置を検出できる中性子検出センサを備えることとしたので、検査物に含まれる核物質の二次元位置を特定することができ、核物質検出の精度を上げることができる。
本発明の核物質検査システムによれば、Ｘ線検査装置と中性子検出センサを備えた核物質検出装置とを組み合わせて用いることとしたので、高い信頼性にて核物質の検出および二次元位置の特定を行うことができる。
本発明のクリアランス装置によれは、γ線検出を行うクリアランス検査器と中性子検出センサを備えた核物質検出装置とを組み合わせて用いることとしたので、高精度なクリアランス検査を行うことができる。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第一実施形態］
以下、本発明の第一実施形態について、図面を用いて説明する。
図１（ａ）には、本発明の核物質検出装置に用いられる中性子検出センサ１が示されている。

中性子検出センサ１は、容器３と、この容器３内に配置されたセンサ本体５とを備えている。容器３内には数気圧程度の^３Ｈｅが封入されている。
センサ本体５は、ポジションセンシティブ型のアレイセンサを用いる。ポジションセンシティブ型のアレイセンサは、非特許文献であるNuclear Instruments and Methods in Physics Research A 580
(2007),1119-1122に開示されているものを用いる。図１（ｂ）には、同非特許文献に開示されたセンサ（MSGC: Microstrip Gas Counter）の拡大図が示されている。このセンサは長手方向に延在する長尺状とされており、この長尺状のセンサを多数並列に並べて平面的二次元配置することにより、二次元位置の特定が可能となる。

中性子検出センサ１は、中性子ｎが入射した場合に、ｎ（^３Ｈｅ，ｔ）ｐ反応が生じ、その反応位置にてセンサ本体５がｐ（陽子）を検出するものである。すなわち、中性子検出センサによって、プルトニウムやウランといった自発核分裂を行う核物質の中性子の有無を検出することができるとともに、中性子発生源の二次元位置を検出することができる。

図２には、図１に示した中性子検出センサ１を用いた核物質検出装置１０が示されている。
核物質検出装置１０は、検査物Ａを載置するテーブル１２を備えており、このテーブル１２の下面に中性子検出センサ１が配置されている。中性子検出センサ１は、厚さに比べて長手方向Ｘおよび幅方向Ｙの寸法が大きくされた面状に形成されており、検査物Ａの大きさ全体をカバーできる程度の大きさとされている。
テーブル１２上に載置された検査物Ａ内に核物質が存在する場合には、この核物質から放射される中性子が中性子検出センサ１内に入射し、中性子発生源の二次元位置および検出強度が得られる。この中性子発生源の検出強度から、検査物Ａ内に存在する核物質の存在確率が推定されるとともに、中性子発生源の二次元位置から検査物Ａ内の核物質の位置を特定することができる。
また、本実施形態では、自然界に殆ど存在しない中性子を検出することとしているので、γ線検出のようにバックグラウンドによる検出精度の低下という問題がない。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態を説明する。本実施形態は、第一実施形態にて説明した核物質検出装置を手荷物検査装置として使用いた場合である。したがって、第一実施形態と同様の構成については同一符号を付し、その説明を省略する。
図３には、手荷物検査装置２０に、中性子検出センサ１を備えた核物質検出装置１０を適用した概略構成が示されている。手荷物検査装置２０は、手荷物（検査物）Ｂが載置される手荷物検査台２２と、手荷物検査台２０を備えている。
図４（ａ）には、図３を平面視した場合の、中性子検出センサ１と手荷物Ｂとの位置関係が示されている。同図からわかるように、中性子検出センサ１は、面状に形成されており、種々の大きさの手荷物Ｂに対応できるように、手荷物Ｂよりも十分大きな大きさとされている。
図４（ｂ）には、図４（ａ）と同様の視野にて、中性子検出センサ１から得られる出力結果の画像が示されている。同図から分かるように、手荷物Ｂ内に位置する核物質Ｗ（中性子発生源，図４（ａ）参照）の位置が二次元的に特定されているとともに、所定の強度分布をもって示されている。同図において、黒色に近いほど中性子濃度が高いことを意味する。

このように、本実施形態によれば、手荷物Ｂ内に位置する核物質Ｗの二次元位置を特定できる。また、得られた検出強度から核物質Ｗの存在確率を推定することができる。すなわち、図４（ｂ）のように、所定位置に強いピークを有する検出強度が得られた場合には、核物質Ｗの存在確率が高いと推定できる。

なお、第一実施形態および第２実施形態では、中性子検出センサ１をテーブル１２及び手荷物検査台２２の下方に配置した構成として説明したが、図５に示されているように、検査物Ａ、Ｂの上方に配置しても良い。また、検査物Ａ，Ｂに対して中性子検出センサ１を接近離間するようにしてもよい。このように中性子検出センサ１を検査物に対して接近離間させることにより、検出に適した位置に中性子検出センサ１を位置させることができ、中性子の検出精度を向上させることができる。

［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態について説明する。本実施形態は、第一実施形態にて説明した核物質検出装置をＸ線検査装置と組み合わせて用いた核物質検査システムである。したがって、第一実施形態と同様の構成については同一符号を付し、その説明を省略する。
図６に示されているように、核物質検査システム３０は、テーブル３２と、Ｘ線検査装置３４と、核物質検出装置１０とを備えている。
Ｘ線検査装置３４は、手荷物Ｂに対してＸ線を照射すると共に、Ｘ線透過画像を得るものである。Ｘ線検査装置３４は、外部への放射能漏れを防ぐための鉛製のカバー３５を備えている。また、図示しないが、Ｘ線検査装置３４は、Ｘ線透過画像を制御装置に出力する画像出力手段と、Ｘ線透過画像を表示する表示装置を備えている。

核物質検出装置１０は、中性子検出センサ１を備えている。中性子検出センサは、テーブル３２の下面に設けられている。中性子検出センサ１の検出出力は、図示しない制御装置へと送信される。

テーブル３２は、図示しないコンベア（搬送手段）を備えており、手荷物ＢをＸ線検査装置３４側から核物質検出装置１０側へと搬送する。コンベアは、図示しない制御装置の指令によって駆動される。
テーブル３２には、Ｘ線検出装置３４の下流端位置および核物質検出装置１０の下流端位置のそれぞれに、位置検出センサ３６ａ，３６ｂが設けられている。これら位置検出センサ３６ａ，３６ｂは、手荷物Ｂが到達すると、検出信号を制御装置へと出力し、制御装置はこの検出信号を受けてコンベアを停止させる。

上記構成の核物質検査システム３０は、以下のように用いられる。
Ｘ線検出装置３４の上流側にて、テーブル３２上に検査対象となる手荷物Ｂを載置する。次に、制御装置の指令により、テーブル３２のコンベアを駆動させて、手荷物ＢをＸ線検査装置３４内に送る。位置検出センサ３６ａによって手荷物Ｂの到達が検出されると、制御装置の指令によって、コンベアが停止される。この位置にて、手荷物はＸ線検査装置３４によって検査される。すなわち、手荷物ＢにＸ線が照射されると共に、Ｘ線透過画像が得られる。手荷物Ｂに核物質が存在している場合には、核物質は質量数が大きいので、Ｘ線透過画像には他領域に比べて黒く（その位置が強調されて）表示される。この画像は、表示装置に表示されるとともに、制御装置へと送られる。

Ｘ線検査装置３４による検査が終了すると、制御装置の指令によってコンベアが再び駆動され、手荷物Ｂが核物質検出装置１０へと導かれる。位置検出センサ３６ｂによって手荷物Ｂの到達が検出されると、制御装置の指令によって、コンベアが停止される。この位置にて、手荷物Ｂは核物質検出装置１０によって検査される。手荷物Ｂに核物質が存在している場合には、図４（ｂ）に示したように、中性子濃度が局所的に高い位置が二次元位置情報として特定される。この検査結果は、制御装置へと出力され、先に受け取ったＸ線透過画像と照合することによって、核物質の存在の有無および位置が特定される。

本実施形態によれば、Ｘ線検査装置３４によって核物質の存在位置を予測できるとともに、中性子の放出によって核物質の位置を特定する核物質検出装置１０によって得られる検出結果とを併せて考慮することができるので、核物質の存在および位置を高精度にて得ることができる。
また、コンベアを停止させて手荷物Ｂを位置決めした後に、Ｘ線検査および核物質検査を行うこととし、Ｘ線検出装置３４及び核物質検出装置１０のそれぞれで常に一定の位置で手荷物Ｂを停止させて測定することとしたので、Ｘ線検出装置３４の検出結果と核物質検出装置１０の検出結果とを高い位置精度にて照合することが可能となり、核物質の検出精度が向上する。

［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態について説明する。本実施形態は、第三実施形態に対して、質量分析器をさらに加えたものである。したがって、第一実施形態及び第三実施形態と同様の構成については同一符号を付し、その説明を省略する。
図７には、本実施形態にかかる核物質検査システム４０が示されている。Ｘ線検査装置３４の下方には、質量分析器４２が設けられている。また、Ｘ線検査装置３４のカバー３５内には、送風装置（図示せず）が設けられており、図中の矢印Ｆで示すように、手荷物Ｂに対してエアシャワーが行われるようになっている。手荷物Ｂに対するエアシャワーＦの下流位置に質量分析器４２が配置されているので、手荷物Ｂから放出される各種物質が質量分析器４２へと導かれる。

質量分析器４２は、エアシャワーＦによって導かれた核物質の質量分析を行うことによって、危険物質（爆薬等）に相当する物質が存在するか否かを判断する。質量分析器４２としては、例えば特開２００２−１７０５１７号公報に開示されたものを用いることができる。具体的には、サンプルガスを真空紫外光によりイオン化するイオン化手段と、真空紫外光によりイオン化されたイオンのうち、特定質量として危険物質のイオンを補足するイオントラップと、イオントラップ中に蓄積されたイオンを加速させ、加速されたイオンの飛行時間に基づいてサンプルガス中の特定質量の化学物質を同定する飛行型質量分析手段とを備えている。
このように、本実施形態によれば、手荷物Ｂから放出する爆薬等の危険物質を質量分析器４２によって検査することにより、手荷物Ｂに含まれる爆薬等の危険物質をも併せて検出することができる。
本実施形態は、特に、放射性物質を含むダーティボムの検査に有効である。

［第五実施形態］
次に、本発明の第五実施形態について説明する。本実施形態は、第一実施形態にて説明した核物質検出装置をクリアランス装置と組み合わせて用いた核物質検査システムである。したがって、第一実施形態と同様の構成については同一符号を付し、その説明を省略する。
図８に示されているように、本実施形態のクリアランス装置５０は、テーブル５２と、クリアランス検査器５１と、核物質検出装置１０とを備えている。
クリアランス検査器５１は、放射能汚染の可能性がある廃棄物Ｃの放射能レベルを計測するものである。具体的には、廃棄物Ｃから放出されるγ線を検出することによって、放射能汚染の程度を判定する。
テーブル５２は、図示しないコンベア（搬送手段）を備えており、廃棄物Ｃをクリアランス検査器５１側から核物質検出装置１０側へと搬送する。コンベアは、図示しない制御装置の指令によって駆動される。テーブル５２には、第三実施形態と同様に、位置検出センサを設け、廃棄物Ｃの位置決めを行うようにしてもよい。
核物質検出装置１０は、中性子検出センサ１を備えている。中性子検出センサは、テーブル５２の下面に設けられている。中性子検出センサ１の検出出力は、図示しない制御装置へと送信される。

本実施形態のクリアランス装置５０は、クリアランス検査器５１によってγ線検出による放射能汚染の程度を判断した上で、さらに、核物質検出装置１０にて中性子濃度を検査する。
このように、本実施形態によれば、バックグランドのγ線による影響によって検出精度が低下するクリアランス検査器５１に加えて、中性子を検出することによってバックグランドの影響を殆ど無視できる核物質検出装置にて放射能汚染の程度を検査することができるので、クリアランス検査の精度を向上させることができる。

（ａ）は本発明の核物質検出装置に用いる中性子検出センサを示し、（ｂ）は中性子検出センサのセンサ部分の拡大図である。 核物質検出装置の概略を示した斜視図である。 本発明の第二実施形態であり、手荷物検査装置を示した正面図である。 （ａ）は図３の手荷物検査装置を平面視した概略図であり、（ｂ）は中性子検出センサの出力画像を示した図である。 変形例を示した斜視図である。 本発明の第三実施形態であり、Ｘ線検出器を備えた核物質検出システムを示した概略図である。 本発明の第四実施形態であり、質量分析装置を備えた核物質検出システムを示した概略図である。 本発明の第五実施形態であり、クリアランス装置を示した概略図である。

符号の説明

１ 中性子検出センサ
１０ 核物質検出装置
２０ 手荷物検査装置
２２ 手荷物検査台
３０ 核物質検査システム
３４ Ｘ線検査装置
４０ 核物質検査システム
４２ 質量分析器
５０ クリアランス装置
５１ クリアランス検査器
Ａ 検査物
Ｂ 手荷物（検査物）
Ｃ 廃棄物（検査物）
ｎ 中性子

Claims (6)

1. 検査対象となる検査物に含まれる核物質を検出する核物質検出装置であって、
   前記検査物に対して対向配置され、前記核物質から放出される中性子を検出する中性子検出センサを備え、
   該中性子検出センサは、前記核物質から放出される中性子の発生源の二次元位置が検出可能とされていることを特徴とする核物質検出装置。
2. 前記中性子検出センサは、前記検査物に対して接近離間可能とされていることを特徴とする請求項１記載の核物質検出装置。
3. 前記検査物は、手荷物とされ、
   前記中性子検出センサは、前記手荷物が載置される手荷物検査台に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の核物質検出装置。
4. 前記検査物に対してＸ線を照射して得られるＸ線透過画像によって該検査物を検査するＸ線検査装置と、
   該Ｘ線検査装置によって検査された前記検査物を検査する請求項１から３のいずれかに記載の核物質検出装置と、
   を備えていることを特徴とする核物質検査システム。
5. 前記検査物から放出される危険物質を検出するための質量分析器を備えていることを特徴とする請求項４記載の核物質検査システム。
6. 前記検査物から放出されるγ線を検出するクリアランス検査器と、
   該クリアランス検査器によって検査された前記検査物を検査する請求項１又は２に記載の核物質検出装置と、
   を備えていることを特徴とするクリアランス装置。