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明細書 :ガンマ線源を利用した可視化装置

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 特許公報(B2)
特許番号 特許第4568818号 (P4568818)
公開番号 特開2007-093471 (P2007-093471A)
登録日 平成22年8月20日(2010.8.20)
発行日 平成22年10月27日(2010.10.27)
公開日 平成19年4月12日(2007.4.12)
発明の名称または考案の名称 ガンマ線源を利用した可視化装置
国際特許分類 G01T   1/167       (2006.01)
G01T   1/29        (2006.01)
G01N  23/04        (2006.01)
FI G01T 1/167 C
G01T 1/29 C
G01N 23/04
請求項の数または発明の数 2
全頁数 10
出願番号 特願2005-285073 (P2005-285073)
出願日 平成17年9月29日(2005.9.29)
審査請求日 平成17年9月29日(2005.9.29)
特許権者または実用新案権者 【識別番号】505374783
【氏名又は名称】独立行政法人 日本原子力研究開発機構
発明者または考案者 【氏名】大高 雅彦
【氏名】荒 邦章
【氏名】林田 均
【氏名】平林 勝
個別代理人の代理人 【識別番号】100078961、【弁理士】、【氏名又は名称】茂見 穰
審査官 【審査官】木下 忠
参考文献・文献 特公平05-074794(JP,B2)
特開平05-027044(JP,A)
特開2003-075540(JP,A)
特開平07-049385(JP,A)
特開昭61-204582(JP,A)
特開平07-301674(JP,A)
特開平04-142487(JP,A)
特開2005-180936(JP,A)
特開2003-194740(JP,A)
特開2003-240855(JP,A)
特開平07-209428(JP,A)
大高雅彦, 平林勝, 林田均, 荒邦章,自己放出γ線を用いたNa中透視手法の基礎検討 ,日本原子力学会秋の大会予稿集,日本,日本原子力学会,2003年 8月 7日,Vol.2003 第2分冊,Page.248
大高雅彦, 平林勝, 荒邦章,自己放出γ線を用いたNa中透視手法の研究(2)-画像再構成アルゴリズムの適用検討- ,日本原子力学会秋の大会予稿集,日本,日本原子力学会,2004年 8月 5日,Vol.2004 第2分冊 ,Page. 408
調査した分野 G01T1/00-7/12
特許請求の範囲 【請求項1】
ガンマ線源を内包する被測定対象の周囲に配置されて前記ガンマ線源からの特定到来方向のガンマ線を通すコリメータと、該コリメータを通ったガンマ線を検出する1種類のガンマ線検出器と、被測定対象の外側に配置され該被測定対象の回転位置を検出するための回転位置検出用センサーと、該回転体位置検出用センサーの信号から被測定対象の回転位置を計測して前記ガンマ線検出器の信号取り込み用同期信号を出力する回転位置検出処理装置と、該回転位置検出処理装置から出力された同期信号に基づいたタイミングでガンマ線検出信号を取り込みエネルギーと計数値を計測するガンマ線検出信号処理装置と、単位時間あるいは単位位置毎に計測したガンマ線エネルギーとガンマ線強度とのスペクトル分析により放射性核種の識別と放射性核種の強度とを解析するエネルギー弁別処理装置と、識別された放射性核種毎に被測定対象中のガンマ線源の濃度及び空間分布を画像化する画像化計算処理装置と、その計算処理の結果に基づき可視化表示する画像化表示装置とを有し、外部放射線源を使用することなく被測定対象内のガンマ線源のみで、被測定対象内の放射性核種の識別、濃度及びその空間分布を計測することを特徴とするガンマ線源を利用した可視化装置。



【請求項2】
ガンマ線源を内包する被測定対象とコリメータを備えたガンマ線検出器は、相対的な回転運動あるいは直線運動を行い、エネルギー弁別処理装置では、前記回転運動あるいは直線運動の位置、時間の信号を加味して放射性核種の識別と放射性核種の強度との解析を行い、画像化計算処理装置では、ガンマ線強度を示す画素値の反復計算を行うことにより離散的な画素の集合体として画像化するようにした請求項1記載のガンマ線源を利用した可視化装置。
発明の詳細な説明 【技術分野】
【0001】
本発明は、被測定対象に内包されているガンマ線源を利用して被測定対象を可視化する装置に関するものである。この技術は、核燃料サイクル分野(例えば濃縮、再処理、廃棄物管理・処理・処分)などにおける放射性同位元素の取扱機器、設備等のガンマ線源の可視化に有用である。
【背景技術】
【0002】
被測定対象の内部を画像化する検査装置としては、工業用X線CT装置がある。工業用X線CT装置は、被測定対象の外部にX線源を必要とし、発生するX線を被測定対象に照射する方式である。そのために、線形加速器などを用いた大掛かりなX線発生装置を使用している。従って、X線発生のために、エネルギー供給装置等の付帯機器が必要となるなど、装置全体として大型化が不可避である。また、工業用X線CT装置では、X線の発生方向とX線検出器とは正確な位置決めをする必要があり、装置を固定して使用することが前提となる。従って、被測定対象を移動できるように配置しなければならないという制約がある。また、大型の常設設備となることからメンテナンスが困難である。
【0003】
このような問題を解決できる技術として、被検査伝熱管内に放射線源を挿入し、それを利用して被検査伝熱管の断面を画像化し、欠陥や肉厚等の検査を容易に且つ非破壊で実施できるようにした装置がある(特許文献1参照)。しかしながら、この従来技術は、被検査伝熱管自体の欠陥検査を行うものであり、そのため単に放射線の有無を検出することにより断面を画像化している。ここでは放射線源は既知であり、検査時に挿入するものであることから、核種の特定などは不要である。このような技術では、放射性核種の特定を含めた分析は実現できないし、その必要もない。従って、放射線源を内包する被測定対象について、線源核種の識別、濃度および空間分布を計測することは不可能である。

【特許文献1】特開2003-194740号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明が解決しようとする課題は、機器など被測定対象に内包されているガンマ線源の放射性核種の識別が可能で、しかも放射性核種別のガンマ線濃度及び空間分布を非破壊で計測し、画像化できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明は、ガンマ線源を内包する被測定対象の周囲に配置されて前記ガンマ線源からの特定到来方向のガンマ線を通すコリメータと、該コリメータを通ったガンマ線を検出する1種類のガンマ線検出器と、被測定対象の外側に配置され該被測定対象の回転位置を検出するための回転位置検出用センサーと、該回転体位置検出用センサーの信号から被測定対象の回転位置を計測して前記ガンマ線検出器の信号取り込み用同期信号を出力する回転位置検出処理装置と、該回転位置検出処理装置から出力された同期信号に基づいたタイミングでガンマ線検出信号を取り込みエネルギーと計数値を計測するガンマ線検出信号処理装置と、単位時間あるいは単位位置毎に計測したガンマ線エネルギーとガンマ線強度とのスペクトル分析により放射性核種の識別と放射性核種の強度とを解析するエネルギー弁別処理装置と、識別された放射性核種毎に被測定対象中のガンマ線源の濃度及び空間分布を画像化する画像化計算処理装置と、その計算処理の結果に基づき可視化表示する画像化表示装置とを有するガンマ線源を利用した可視化装置である。



【0006】
ここで、ガンマ線源を内包する被測定対象とコリメータを備えたガンマ線検出器は、相対的な回転運動あるいは直線運動を行い、エネルギー弁別処理装置では、前記回転運動あるいは直線運動の位置、時間の信号を加味して放射性核種の識別と放射性核種の強度との解析を行い、画像化計算処理装置では、ガンマ線強度を示す画素値の反復計算を行うことにより離散的な画素の集合体として画像化するのが好ましい。
【発明の効果】
【0007】
本発明に係る可視化装置は、被測定対象に内包されているガンマ線源から放出されるガンマ線を計測し、単位時間あるいは単位位置毎に計測したガンマ線エネルギーとガンマ線強度とのスペクトル分析により放射性核種の識別と放射性核種の強度とを解析し、識別された放射性核種毎に被測定対象中のガンマ線源の濃度及び空間分布を画像化するように構成されているので、線源核種の識別、ガンマ線の濃度および空間分布を画像として確認でき、且つ結果として線源が存在しない領域も可視化されることになるため、被測定対象内部の構造物の形状や状態などを監視することも可能となる。また、回転体や移動体の場合にも、ガンマ線検出器との回転・移動の同期を取ることで計測できる。
【0008】
更に、ガンマ線源を移動させてガンマ線を計測する場合には、一方向からの計測でも可視化が可能であり、狭隘な箇所においても利用することが可能となる。この場合、コリメータやガンマ線検出器を移動する必要がないことから、移動のための軌道および制御装置が不要となり、装置の小型化、安価な装置が実現できるばかりでなく、移動による画質劣化の要因を排除することができ、高画質化を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
本発明に係るガンマ線源を利用した可視化装置の基本的な構成と動作を図1に示す。ここでは被測定対象として、円筒状の容器1内にガンマ線源2が収容されている例を示しているが、容器の形状、材質などは任意であってよい。被測定対象の周囲には、コリメータ6とガンマ線検出器7とが配置され、それらによってガンマ線の到来方向およびエネルギーを検出できるようになっている。そして、ガンマ線検出器7の出力は、ガンマ線検出信号処理装置9、エネルギー弁別処理装置10、画像化計算処理装置11で処理され、画像表示装置12で画像表示されるように構成されている。なお、説明を簡略化するため、以下の各図において同様の部材・装置などについては、同一符号を付している。
【0010】
ガンマ線源2を内包する容器1の周りにコリメータ6とガンマ線検出器7を配置する。ガンマ線源2から放出されたガンマ線は、容器1の外へ透過する。ガンマ線は内部から等方的に放出されるが、コリメータ6によってある到来方向のみのガンマ線がガンマ線検出器7に入射する。ガンマ線検出器7に入射したガンマ線は、エネルギーおよび計数値がガンマ線検出信号処理装置9で計測される。計測された信号はエネルギー弁別処理装置10によりエネルギーに応じて弁別され、その計数値とともに記録される。
【0011】
ここで、ガンマ線検出器7を移動もしくは回転するか、複数のガンマ線検出器7を用いるか、あるいは被測定対象を移動して、容器1に内包されているガンマ線源2に対して様々な方向から計測したガンマ線のエネルギー強度のデータを収集する。あるいは、ガンマ線検出器7を移動もしくは回転する代わりに被測定対象を移動または回転してもよい。個々の計測データは、ガンマ線の存在率や物質の密度に依存するガンマ線の吸収率に応じて計数値が変化するため、様々な方向から計測することで、ガンマ線の存在する場所や、物質の存在する場所を画像として再現することが可能となる。
【0012】
まず、本発明の主要部分をなすエネルギー弁別処理および画像化計算処理について説明する。エネルギー弁別処理の内容を図1のb)に示すが、ガンマ線源は、説明をわかりやすくするために、ここでは図1のa)とは異なる3種類のガンマ線源(核種A、核種B、核種C)として説明する。コリメータ6及びガンマ線検出器7がXの位置にあるとき、ガンマ線検出器7には、Xの位置でのガンマ線計測可能領域(図1のb)で破線にはさまれている領域)にある核種Aと核種Bから放射されるガンマ線が入ってくる。更に、コリメータ6及びガンマ線検出器7がYの位置にきたとき、ガンマ線検出器7には、Yの位置でのガンマ線計測可能領域にある核種Cから放射されるガンマ線が入ってくる。このようにして、これらのガンマ線は、コリメータ6及びガンマ線検出器7の移動に伴なって、微小移動時間毎あるいは微小位置移動毎にガンマ線検出器7に入ってくる。ガンマ線検出器7に入ってくるガンマ線は、単位時間あるいは単位位置毎にエネルギー弁別処理される。
【0013】
このエネルギー弁別処理は、図1のb)の下部に示すように、単位時間あるいは単位位置毎にガンマ線エネルギーとガンマ線強度とのエネルギースペクトルを作成するものである。この段階で、エネルギースペクトルのガンマ線エネルギー毎のガンマ線強度のピークを解析することにより、ガンマ線源(核種A、核種B、核種C)特定が可能となる。これらの解析データはその後の画像化計算処理装置11の解析用データとして利用する。
【0014】
次に、画像化について説明する。エネルギー弁別処理装置10により解析されたデータを、放射性核種毎に、核種の位置及びガンマ線検出器7の移動の位置等による位相を同期させることにより画像化処理を行う。具体的には、下記の数1に示す式を用いて反復計算を行い、離散的な画素の集合体として画像化することが可能となる。上記式による画像計算処理を経た後、画像表示装置12によってガンマ線源自身を可視化することができる。画像計算処理のフローチャートを図2に示す。
【数1】
JP0004568818B2_000002t.gif

【0015】
図3は、数値シミュレーションによる第1の検証例である。図3のa)は被測定対象のモデル図である。被測定対象としては、直径1m程度の容器1(金属製円筒形状で肉厚15mm)内に液体金属からなるガンマ線源2が一様に分布し、内部に複数の金属板13(肉厚10mm)が存在する場合を想定した。ガンマ線のエネルギーはNa-24が放出するガンマ線相当の2.75MeVとし、容器1の外周においてコリメータ6とガンマ線検出器7で計測されるガンマ線をシミュレーションし、得られたデータを用い画像化計算処理を行った。結果を図3のb)に示す。容器1の形状である円形状に線源領域が可視化されているとともに、光学的に不透明である液体金属内にある金属板13も可視化されている。また、図3のc)に示すように、図3のb)のA’-A’の画素データを解析することで形状に関する定量的情報(存在位置等)も得ることができる。
【0016】
この数値シミュレーションにより、線源領域が可視化されると同時に、線源を内包する容器1および線源が存在しない領域として金属板13が可視化されていることは明らかであり、非接触で線源の分布状態、線源を内包する容器の形状、線源を内包する機器の内部構造の状態確認等への応用が可能であることが分かる。
【0017】
図4は、数値シミュレーションによる第2の検証例である。図4のa)は被測定対象のモデル図である。被測定対象としては、金属製で肉厚20mm程度の収納容器(筐体)内に複層の容器1内(金属製容器で1mm程度の薄肉容器)にウランがドーナツ状に分布した場合を想定している。ガンマ線のエネルギーは、U-235が放出するガンマ線相当の186KeVとし、容器1の外周においてコリメータ6とガンマ線検出器7で計測されるガンマ線をシミュレーションし、得られたデータを用いて画像化を行った。結果を図4のb)に示す。ウランがドーナツ状の分布状態として位置及び濃度が可視化されると共に、数値シミュレーションによる前記第1の検証例とは異なるガンマ線エネルギーにおいても可視化が可能であることが示された。本結果により核種の識別(この場合、ウランであるということ)も可能であることがわかる。
【実施例】
【0018】
図5は本発明に係るガンマ線源を利用した可視化装置の一実施例を示す説明図であり、回転体内のガンマ線源の可視化の例を示している。容器1内にガンマ線源2が存在し、回転軸3を中心として回転自在となっている。容器1は、ここでは円筒状であるが、形状や材質に関しては特に制約はない。容器1の外周には回転位置検出用マーカー4が設けられている。マーカーは塗料、磁性体、凹凸等で形成されており、光学式、磁気式、接触式センサーで検出可能な対象であればよい。この例では等間隔で複数箇所にマーカーが付けられているが、最低1箇所あればよい。容器1の外側には、該容器1の回転位置を検出するための回転位置検出用センサー5が設置されている。回転位置検出用センサー5は、回転位置検出用マーカー4に応じて、それを検出可能であれば光学式、磁気式、あるいは接触式センサーなどいずれでもよい。
【0019】
容器1の周囲には、コリメータ6とガンマ線検出器7とが配置され、それらによってガンマ線の到来方向およびエネルギーを検出できるようになっている。ガンマ線源2から放出されたガンマ線は、等方的に放出され、容器1の外へ透過するが、コリメータ6によってある到来方向のみのガンマ線がガンマ線検出器7に入射する。
【0020】
この実施例では、回転体計測の場合の同期系8を付設している。具体的には、回転体位置検出用センサー5の信号から容器1の回転位置を計測し、ガンマ線検出器7の信号取り込み用同期信号を出力するための回転位置検出処理装置8aを設けている。ガンマ線検出信号処理装置9は、回転位置検出処理装置8aから出力された同期信号に基づいたタイミングでガンマ線計測データを取り込む。即ち、ガンマ線検出器7に入射したガンマ線は、ガンマ線検出器信号処理装置9において、回転位置検出処理装置8aから出力された同期信号が入力された時刻、あるいは同期信号が入力されてからある設定時間をおいた時刻に、そのエネルギーおよび計数値が計測される。
【0021】
計測された信号はエネルギー弁別処理装置10によりエネルギーに応じて弁別され、その計数値とともに記録される。回転位置検出処理装置8aにより多数の回転位置おいてガンマ線データであるエネルギーおよびその強度を計測した後、コリメータ6およびガンマ線検出器7を移動あるいは異なる方向に向けて、再び回転位置検出処理装置8aにより多数の回転位置においてガンマ線データを計測する。コリメータ7およびガンマ線検出器7の移動または計測方向を換えることにより、様々な位置、方向から画像化に必要なデータを収集する。収集したデータは、画像化計算処理装置11により画像化され、可視化結果は画像表示装置12により表示される。
【0022】
図6は、本発明に係るガンマ線源を利用した可視化装置の他の実施例を示す説明図であり、この例も回転体内のガンマ線源の可視化の例を示している。容器1内にガンマ線源2が存在し、回転軸3を中心として回転自在となっている。容器1は、ここでは円筒状であるが、形状や材質に関しては特に制約はない。容器1の周囲には、コリメータ6とガンマ線検出器7とが時系列に移動できるように配置され、それらによってガンマ線の到来方向およびエネルギーを検出できるようになっている。ガンマ線源2から放出されたガンマ線は、等方的に放出され、容器1の外へ透過するが、コリメータ6によってある到来方向のみのガンマ線がガンマ線検出器7に入射する。
【0023】
ガンマ線検出器7に入射したガンマ線は、ガンマ線検出信号処理装置9で計測される。計測された信号は、エネルギー弁別処理装置10によりエネルギーに応じて弁別され、その計数値とともに記録される。ガンマ線検出器7を移動し、画像化に必要なデータを収集する。データの計測の際に、エネルギー強度の時系列を記録すると、線源が存在する領域の大きさとデータの計測時間には相関があることから、回転方向に対しての存在領域の大きさに関する情報を得ることが可能となる。このデータを用い可視化計算処理11により画像化し、可視化結果は画像表示装置12により表示される。これにより、静止状態と等価な画像を得ることが可能となる。
【0024】
本発明の更に他の実施例として容器1内の数種類のガンマ線源の核種識別および分布状態を3次元的に計測する場合を図7に示す。コリメータ6及びガンマ線検出器7の相対的な移動方向を上下方向または斜め方向にも移動することで、異なる高さ方向に対してもガンマ線のデータを収集する。計測データはエネルギー弁別処理装置によりエネルギー強度に応じた情報を得ることができるため、ガンマ線源の識別および分布状態を3次元的に可視化することが可能となる。
【0025】
以上述べた内容について、本発明と従来技術(例えば特許文献1)との概念的な比較を図8に示す。被測定対象である可視化対象が、核種A(濃度:低)、(濃度:中)、(濃度:高)、核種B、核種Cである場合における可視化結果は、従来技術では、放射線源の有無の検出のみであるのに対して、本発明では、可視化対象の核種A(濃度:低)、(濃度:中)、(濃度:高)、核種B、核種Cのすべてに対して、放射線核種の特定、ならびにその濃度についての可視化が可能となる。
【0026】
その結果、本発明は放射性廃棄物貯蔵容器内のガンマ線源の識別および分布状態の可視化への応用、内容物が不明な密閉容器内のガンマ線源の識別および分布状態の可視化、更には、遠心分離機稼動中におけるガンマ線源の識別および分布状態の可視化、その他の分野にも幅広く活用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】本発明に係る可視化装置の基本的な構成と動作を示す説明図。
【図2】画像計算処理のフローチャート
【図3】その数値シミュレーションによる第1の検証例を示す説明図。
【図4】その数値シミュレーションによる第2の検証例を示す説明図。
【図5】本発明に係る可視化装置の一実施例を示す説明図。
【図6】本発明に係る可視化装置の他の実施例を示す説明図。
【図7】本発明に係る可視化装置の更に他の実施例を示す説明図。
【図8】本発明と従来技術との可視化の概念比較図。
【符号の説明】
【0028】
1 容器
2 ガンマ線源
3 回転軸
4 回転位置検出用マーカー
5 回転位置検出用センサー
6 コリメータ
7 ガンマ線検出器
8 回転体計測の場合の同期系
8a 回転位置検出処理装置
9 ガンマ線検出信号処理装置
10 エネルギー弁別処理装置
11 画像化計算処理装置
12 画像表示装置
図面
【図1】
0
【図2】
1
【図3】
2
【図4】
3
【図5】
4
【図6】
5
【図7】
6
【図8】
7