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JP6567296B2 - Internal substance identification device and internal substance identification method - Google Patents
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Description

本発明の実施形態は、ミュオンを用いて対象物の内部物質を特定する内部物質特定装置および方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to an internal substance specifying device and method for specifying an internal substance of an object using a muon.

構造物の内部をイメージングする方法として、ミュオンの散乱を測定するミュオントモグラフィ技術がある。例えば、地表に到達する宇宙線ミュオンの物質中におけるクーロン多重散乱角を観測して、車両や貨物用コンテナの内部を検査する技術が知られている。   As a method for imaging the inside of a structure, there is a muon tomography technique for measuring muon scattering. For example, a technique for inspecting the inside of a vehicle or a cargo container by observing a Coulomb multiple scattering angle in a cosmic ray muon material reaching the ground surface is known.

ミュオントモグラフィによるイメージングでは、透視の対象となる構造物の上下、あるいは前後にミュオン軌跡検出器が外設される。そして、この検出器によりミュオンの飛行軌跡を検出して、散乱前後の軌跡を解析することで構造物内部のイメージングが行われる。ミュオンのクーロン多重散乱は物質の原子番号に依存するため、平均散乱角から物質の原子番号を推定することができる。   In imaging by muon tomography, muon trajectory detectors are externally provided on the top and bottom or front and back of a structure to be seen through. The detector detects the flight trajectory of muon and analyzes the trajectory before and after scattering, thereby imaging the inside of the structure. Muon's Coulomb multiple scattering depends on the atomic number of the material, so the atomic number of the material can be estimated from the average scattering angle.

C.Morris,et al.,Science and Glorbal Security 16,37(2008).C. Morris, et al. , Science and Global Security 16, 37 (2008). C.Morris,et al.,AIP Advances 2,042128(2012).C. Morris, et al. , AIP Advances 2, 042128 (2012).

しかしながら、遮へい物などの構造物が介在し、その構造物越しに測定対象物を観測する場合は、遮へい物などがない場合と比べて、ミュオンの散乱角が変化する。すなわち、ミュオンが、遮へい体を通過することに伴いミュオン粒子のエネルギーが低下する。一方、ミュオンのクーロン多重散乱角はミュオン粒子のエネルギーに反比例する。このため測定対象物でのミュオン多重散乱が変化することによる。   However, when a structure such as a shield is present and the object to be measured is observed through the structure, the scattering angle of the muon changes compared to the case where there is no shield. That is, the energy of the muon particles decreases as the muon passes through the shielding body. On the other hand, the Coulomb multiple scattering angle of muon is inversely proportional to the energy of muon particles. Therefore, muon multiple scattering at the measurement object changes.

この結果、ミュオンの散乱角によって物質を特定しようとする上では、特定の誤差が大きくなる。このため、従来手法では遮へい物内の物質特定が困難であった。   As a result, a specific error increases when trying to specify a substance by the muon scattering angle. For this reason, it has been difficult to identify substances in the shielding object by the conventional method.

本発明の実施形態は、このような事情を考慮してなされたもので、対象物の内部に存在する物質の構成元素を定量的に特定できることを目的とする。   Embodiments of the present invention have been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to be able to quantitatively specify constituent elements of a substance present inside a target object.

上述の目的を達成するため、本実施形態は、ミュオンを利用して対象物の内部に存在する物質を特定する内部物質特定装置であって、前記対象物を挟んで設けられて互いに対向する面が平面上に広がり該平面におけるミュオンの入射位置および入射方向を測定可能な2つのミュオン軌跡検出器と、前記2つのミュオン軌跡検出器それぞれからの複数のミュオン検出信号を受けて内部物質を構成する元素を特定する解析コンピュータと、を備え、前記解析コンピュータは、前記複数のミュオン検出信号を同一のミュオンにより発生した信号ごとにグループ化するグルーピング部と、前記グループ化の結果、同一グループとされた複数の信号に基づいてミュオン散乱角を算出するミュオン散乱角算出部と、既知の物質を収納した前記対象物を用いて、較正データを算出するミュオン散乱角較正部と、前記較正データを用い前記ミュオン散乱角に基づいて内部物質を構成する元素を特定する内部物質特定部と、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, the present embodiment is an internal substance specifying device that specifies a substance existing inside an object using a muon, and is provided on both sides of the object and faces each other. Spreads on a plane, two muon trajectory detectors capable of measuring the incident position and direction of muons on the plane, and a plurality of muon detection signals from the two muon trajectory detectors, and constitutes an internal substance. An analysis computer for identifying an element, and the analysis computer is configured to group the plurality of muon detection signals for each signal generated by the same muon, and to be the same group as a result of the grouping. Using a muon scattering angle calculation unit that calculates a muon scattering angle based on a plurality of signals, and the object containing a known substance And a muon scattering angle calibration unit calculating a calibration data, and the internal substance identification unit that identifies the element constituting the internal material on the basis of the muons scattering angle using the compare positive over data, characterized by comprising .

また、本実施形態は、ミュオンを利用して対象物の内部に存在する物質を特定する内部物質特定方法であって、前記対象物を挟んで設けられた2つのミュオン軌跡検出器によってミュオンの検出を行い複数のミュオン検出信号を取得する検出ステップと、前記複数のミュオン検出信号を同一のミュオンにより発生された信号ごとにグループ化するグルーピングステップと、前記グルーピングステップの後に、前記グループ化の結果、同一グループとされた複数の信号に基づいてミュオン散乱角を算出するミュオン散乱角算出ステップと、既知の物質を収納した前記対象物を用いて、較正データを算出し出力するミュオン散乱角較正ステップと、前記ミュオン散乱角較正ステップにおいて得られた前記較正データを用い前記ミュオン散乱角算出ステップにおいて得られた前記ミュオン散乱角に基づいてそれぞれのグループについての内部物質を構成する元素を特定する内部物質特定ステップと、を有することを特徴とする。 Further, the present embodiment is an internal substance identification method of identifying an agent that is present in the interior of the object by using the muon, detection of muons by two muon trajectories detector mounted across said object Detecting a plurality of muon detection signals, grouping the plurality of muon detection signals for each signal generated by the same muon, and after the grouping step, the grouping result, A muon scattering angle calculating step for calculating a muon scattering angle based on a plurality of signals in the same group, and a muon scattering angle calibration step for calculating and outputting calibration data using the object containing a known substance ; the muon scattering angle calculated using the calibration data obtained in the muons scattering angle calibration step And having a an internal substance specifying step of specifying an element constituting the internal material for each group based on the muons scattering angle obtained in step.

本発明の実施形態によれば、対象物の内部に存在する物質の構成元素を定量的に特定することができる。   According to the embodiment of the present invention, it is possible to quantitatively specify the constituent elements of the substance existing inside the object.

本実施形態に係る内部物質特定装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the internal substance specific device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る内部物質特定装置のミュオン軌跡検出器の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the muon locus detector of the internal substance specific device which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る内部物質特定装置のミュオン軌跡検出器のドリフトチューブの構成を示す立断面図である。It is an elevation sectional view showing the composition of the drift tube of the muon locus detector of the internal substance identification device according to the present embodiment. 図2のIV−IV線矢視部分断面図である。FIG. 4 is a partial cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 2. 散乱角のとり方を説明する概念的斜視図である。It is a conceptual perspective view explaining how to take a scattering angle. 本実施形態に係る内部物質特定方法の手順を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the procedure of the internal substance identification method which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る内部物質特定装置による内部物質特定方法をドライキャスクに適用した場合の例を説明する概念的斜視図である。It is a conceptual perspective view explaining the example at the time of applying the internal substance specific method by the internal substance specific apparatus which concerns on this embodiment to a dry cask.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るミュオントモグラフィによる内部物質特定装置および方法について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。   Hereinafter, an internal substance identification device and method based on muon tomography according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, the same or similar parts are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted.

図1は、本実施形態に係る内部物質特定装置の構成を示すブロック図である。内部物質特定装置100は、対象物の内部の物質の構成元素を特定するものであり、ミュオン軌跡検出器10、解析コンピュータ20、および出力部30を有する。   FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the internal substance identification device according to this embodiment. The internal substance specifying device 100 specifies a constituent element of a substance inside a target object, and includes a muon locus detector 10, an analysis computer 20, and an output unit 30.

ミュオン軌跡検出器10は、第1ミュオン軌跡検出器11および第2ミュオン軌跡検出器12を含む。第1ミュオン軌跡検出器11および第2ミュオン軌跡検出器12のそれぞれは、対象物を挟んで設けられて互いに対向する面が平面上に広がっており、それぞれの面を通過したミュオンを、それぞれが検出する。ミュオン軌跡検出器10は、通過したミュオンの通過部分におけるミュオンの入射位置および入射方向を測定可能である。   The muon locus detector 10 includes a first muon locus detector 11 and a second muon locus detector 12. Each of the first muon trajectory detector 11 and the second muon trajectory detector 12 is provided so as to sandwich the object, and the surfaces facing each other are spread on a plane, and each muon passing through each surface is To detect. The muon locus detector 10 can measure the incident position and the incident direction of the muon in the passing portion of the muon that has passed.

図2は、ミュオン軌跡検出器の構成を示す斜視図である。第1ミュオン軌跡検出器11および第2ミュオン軌跡検出器12のそれぞれは、円筒形状で軸方向に延びた位置敏感型のドリフトチューブ15を複数有する。ユニット16a、16b、16cのそれぞれは、互いに平行に平面的に2段並べたドリフトチューブ15を有する。ユニット16a、16b、16cのそれぞれは互いに、ドリフトチューブ15が広がる平面に垂直な方向に配列されている。   FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the muon locus detector. Each of the first muon trajectory detector 11 and the second muon trajectory detector 12 has a plurality of position-sensitive drift tubes 15 that are cylindrical and extend in the axial direction. Each of the units 16a, 16b, and 16c has a drift tube 15 that is arranged in two stages parallel to each other in a plane. Each of the units 16a, 16b, and 16c is arranged in a direction perpendicular to the plane in which the drift tube 15 extends.

図3は、ドリフトチューブの構成を示す立断面図である。ドリフトチューブ15は、
円筒部15a、芯線15b、端板15cおよび端板15dを有する。端板15cおよび端板15dは、円筒部15aの両端部をそれぞれ閉止している。端板15cおよび端板15dは電気的な絶縁機能を有する。円筒部15aと端板15cおよび端板15dとは密閉空間を形成し、この密閉空間内には、ミュオンにより電離するガス15eが封入されている。
FIG. 3 is an elevational sectional view showing the configuration of the drift tube. The drift tube 15 is
It has a cylindrical portion 15a, a core wire 15b, an end plate 15c, and an end plate 15d. The end plate 15c and the end plate 15d close both ends of the cylindrical portion 15a. The end plate 15c and the end plate 15d have an electrical insulating function. The cylindrical portion 15a, the end plate 15c, and the end plate 15d form a sealed space, and a gas 15e that is ionized by muon is sealed in the sealed space.

芯線15bは、円筒部15aのほぼ軸中心に設けられて、端板15cおよび端板15dに両端を支持されている。芯線15bは端板15dを貫通している。芯線15bが端板15dの外部に出ている部分は直流電源15fの一方の極性に接続されている。また、円筒部15aも直流電源15fの他方の極性に接続されている。   The core wire 15b is provided substantially at the axial center of the cylindrical portion 15a, and both ends are supported by the end plate 15c and the end plate 15d. The core wire 15b penetrates the end plate 15d. The portion where the core wire 15b is exposed to the outside of the end plate 15d is connected to one polarity of the DC power supply 15f. The cylindrical portion 15a is also connected to the other polarity of the DC power supply 15f.

ミュオンがドリフトチューブ15の内部を通過して、ガス15eの原子を電離してイオンが生ずると、イオンが芯線15b、円筒部15aのいずれかに移動し、パルス状に電流が流れることによりミュオンを検出する。また、電流は最短距離を流れるため、軸方向のいずれの位置で電離が発生したか、すなわち、ミュオンが通過したかを測定することができる。   When the muon passes through the inside of the drift tube 15 and ionizes the atoms of the gas 15e to generate ions, the ions move to either the core wire 15b or the cylindrical portion 15a, and the current flows in a pulsed manner to cause the muon to flow. To detect. In addition, since the current flows through the shortest distance, it is possible to measure at which position in the axial direction ionization has occurred, that is, whether the muon has passed.

図4は、図2のIV−IV線矢視部分断面図である。ミュオンが軌跡Mでミュオン軌跡検出器10に入射した場合、その軌跡Mが通過するドリフトチューブ15内で電離が発生し、イオンがたとえばそれぞれの芯線に移動する。   4 is a partial cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. When a muon enters the muon trajectory detector 10 with a trajectory M, ionization occurs in the drift tube 15 through which the trajectory M passes, and ions move, for example, to the respective core wires.

ここで、イオンの移動時間は、電離した個所から芯線への距離に依存する。実質、それぞれのドリフトチューブ15からの信号が同時に発せられたとしても、この移動時間は、ドリフトチューブ15間で極く微小な時間分が互いに異なっている。ある移動時間を生ずる個所は、芯線を中心にした同心円筒上のいずれかの点である。図4の断面図では、それぞれ破線で表示した円上のいずれかの点である。したがって、信号を発したそれぞれのドリフトチューブ15での円に基づいて、ミュオンの軌跡を特定することができる。   Here, the ion movement time depends on the distance from the ionized portion to the core wire. In fact, even if signals from the respective drift tubes 15 are simultaneously generated, the movement time differs from the drift tubes 15 by a very small amount of time. The point where a certain movement time occurs is some point on the concentric cylinder with the core line as the center. In the cross-sectional view of FIG. 4, each point is on a circle indicated by a broken line. Therefore, the muon trajectory can be specified based on the circle in each drift tube 15 that has emitted the signal.

以上のように、入射位置および入射方向を特定することができる。したがって、第1ミュオン軌跡検出器11および第2ミュオン軌跡検出器12はそれぞれ、入射位置および入射方向を特定することができる。   As described above, the incident position and the incident direction can be specified. Therefore, the first muon locus detector 11 and the second muon locus detector 12 can specify the incident position and the incident direction, respectively.

解析コンピュータ20は、グルーピング部21、ミュオン散乱角算出部22、ミュオン散乱角較正部23、および内部物質特定部24を有する。   The analysis computer 20 includes a grouping unit 21, a muon scattering angle calculation unit 22, a muon scattering angle calibration unit 23, and an internal substance specifying unit 24.

グルーピング部21は、第1ミュオン軌跡検出器11および第2ミュオン軌跡検出器12それぞれからの複数のミュオン検出信号を入力として受け入れる。第1ミュオン軌跡検出器11からのミュオン検出信号と、第2ミュオン軌跡検出器12からのミュオン検出信号とが、同時に発生した場合は、同一のミュオンにより、それぞれミュオン検出信号が生じたと判断できる。従って、それぞれのミュオン検出信号の発生時刻を比較することによって、複数のミュオン検出信号を同一のミュオンにより発生された信号ごとにグループ化することができる。   The grouping unit 21 receives a plurality of muon detection signals from the first muon trajectory detector 11 and the second muon trajectory detector 12 as inputs. When the muon detection signal from the first muon trajectory detector 11 and the muon detection signal from the second muon trajectory detector 12 are generated at the same time, it can be determined that the muon detection signal is generated by the same muon. Therefore, by comparing the generation times of the respective muon detection signals, a plurality of muon detection signals can be grouped for each signal generated by the same muon.

ミュオン散乱角算出部22は、グルーピング部21によりグループ化の結果、同一グループとされた複数の信号に基づいてミュオン散乱角を算出する。図5は、散乱角のとり方を説明する概念的斜視図である。今、第1ミュオン軌跡検出器11からのミュオン検出信号と、第2ミュオン軌跡検出器12からのミュオン検出信号とが同時に発せられて、同一のミュオンからのミュオン検出信号グループとしてグルーピング部21でグループ化された場合を例にとる。   The muon scattering angle calculation unit 22 calculates the muon scattering angle based on a plurality of signals that are grouped as a result of grouping by the grouping unit 21. FIG. 5 is a conceptual perspective view for explaining how to determine the scattering angle. Now, the muon detection signal from the first muon trajectory detector 11 and the muon detection signal from the second muon trajectory detector 12 are simultaneously generated and grouped by the grouping unit 21 as a muon detection signal group from the same muon. Take as an example the case.

第1ミュオン軌跡検出器11からのミュオン検出信号は、第1ミュオン軌跡検出器11におけるミュオンの通過位置と方向の情報を有する。同様に、第2ミュオン軌跡検出器12からのミュオン検出信号は、第2ミュオン軌跡検出器12におけるミュオンの通過位置と方向の情報を有する。   The muon detection signal from the first muon trajectory detector 11 has information on the passing position and direction of the muon in the first muon trajectory detector 11. Similarly, the muon detection signal from the second muon trajectory detector 12 has information on the muon passage position and direction in the second muon trajectory detector 12.

同一ミュオンにより発生した場合は、第1ミュオン軌跡検出器11におけるミュオンの通過位置で軌跡方向を延長した直線L10と、第2ミュオン軌跡検出器12におけるミュオンの通過位置で軌跡方向と逆方向に延長した直線L20とは、図5のように点Aで交わる筈であり、このようにしてミュオンが散乱した散乱発生個所である点Aの位置を算出することができる。   When the same muon occurs, the straight line L10 extending the trajectory direction at the muon passage position in the first muon trajectory detector 11 and the muon passage position in the second muon trajectory detector 12 extend in the direction opposite to the trajectory direction. The straight line L20 is a saddle that intersects at the point A as shown in FIG. 5, and the position of the point A that is the scattering occurrence point where the muon is scattered can be calculated in this way.

直線L10と直線L20とは点Aで交わっていることから、直線L10と直線L20を含む平面Sが存在する。平面Sにおいて、直線L10と直線L20とがなす角度をθとする。角度θはミュオンの進行方向の変化する角度とする。この角度θが散乱角である。なお、ミュオン散乱角について平面Sの方向は問わない。すなわち、平面Sを、直線L10を回転中心にして回転させてもよい。いいかえれば、図5の直線L10の方向で入射して、点Aで散乱した場合、直線L20と同様に、点Aから円C上の点を結ぶいずれの直線方向であっても、散乱角はθであるとする。ここで、円Cは、点Pを直線L10を中心に回転させた場合の軌跡である。   Since the straight line L10 and the straight line L20 intersect at a point A, a plane S including the straight line L10 and the straight line L20 exists. In the plane S, an angle formed by the straight line L10 and the straight line L20 is defined as θ. The angle θ is an angle at which the muon travel direction changes. This angle θ is the scattering angle. In addition, the direction of the plane S does not matter about the muon scattering angle. That is, the plane S may be rotated with the straight line L10 as the center of rotation. In other words, when the light is incident in the direction of the straight line L10 in FIG. 5 and scattered at the point A, the scattering angle is equal to any straight direction connecting the point A to the point on the circle C similarly to the straight line L20. It is assumed that θ. Here, the circle C is a locus when the point P is rotated about the straight line L10.

ミュオン散乱角算出部22は、この散乱角を算出する。また、このようにして、それぞれの座標位置(図5の点A)についての複数のミュオン散乱角の結果を集積して保存し、集積した結果を時間的に平均した値を、散乱発生個所それぞれにおけるミュオン散乱角として出力する。   The muon scattering angle calculation unit 22 calculates this scattering angle. In addition, in this way, a plurality of muon scattering angle results for each coordinate position (point A in FIG. 5) are accumulated and stored, and a value obtained by averaging the accumulated results in terms of time is obtained for each scattering occurrence location. Output as muon scattering angle at.

なお、ミュオン散乱角算出部22からの出力は、それぞれの座標位置についての散乱角算出結果の集積をバッチ的に行い、たとえばその平均値など統計的処理をした結果を間欠的に出力することでもよい。あるいは、集積開始後の平均値を常時出力することでもよい。あるいは、所定の時間幅による移動平均を常時出力してもよい。   Note that the output from the muon scattering angle calculation unit 22 may be performed by batch-wise collecting the scattering angle calculation results for the respective coordinate positions, and intermittently outputting the results of statistical processing such as the average value. Good. Or you may always output the average value after an integration | stacking start. Or you may always output the moving average by a predetermined time width.

物質が複数種類の元素で構成されている場合は、同一箇所について、それぞれの元素に対応した散乱角の値が算出されることになる。このようにして算出した散乱発生個所の、対象物内における座標位置ごとのデータを集積することにより、座標位置ごとの頻度分布が求められる。この頻度分布から物質の形状が導き出される。また後述するように、内部物質特定部24によって、それぞれの位置における構成元素の組成が導き出される。すなわち、ミュオントモグラフィが可能である When the substance is composed of a plurality of types of elements, the value of the scattering angle corresponding to each element is calculated for the same location. The frequency distribution for each coordinate position is obtained by accumulating the data for each coordinate position in the object at the scattering occurrence positions calculated in this way. The shape of the substance is derived from this frequency distribution. As will be described later, the composition of the constituent elements at each position is derived by the internal substance specifying unit 24. That is, muon tomography is possible .

ミュオン散乱角の分布は、0度を中心としておおよそガウス分布となる。ミュオン散乱角の頻度分布から標準偏差σを求める。なお、ミュオン散乱角の平均値θは、標準偏差σ程度である。ある物質の散乱角は、次の式(1)によって与えられる。   The distribution of muon scattering angles is approximately Gaussian around 0 degrees. The standard deviation σ is obtained from the frequency distribution of the muon scattering angle. The average value θ of the muon scattering angle is about the standard deviation σ. The scattering angle of a substance is given by the following equation (1).

Figure 0006567296
ただし、θ(rad)は散乱角、13.6は13.6MeV、V(m/sec)は速度、p(kg・m/sec)は運動量、X(m)は放射長であり物質に固有の値、t(m)は物質の厚さである。tは、ミュオントモグラフィで導出された物質の形状から求められる。
Figure 0006567296
Where θ (rad) is the scattering angle, 13.6 is 13.6 MeV, V (m / sec) is the velocity, p (kg · m / sec) is the momentum, and X 0 (m) is the radiation length. The intrinsic value t (m) is the thickness of the material. t is obtained from the shape of the substance derived by muon tomography.

また、式(1)を変形して簡略化した次の式(2)は実用上、十分に良い近似を与える。   Further, the following expression (2) obtained by modifying expression (1) and simplifying it gives a sufficiently good approximation in practice.

Figure 0006567296
したがって、較正は、実質的には、式(2)の定数Cを求めることである。ミュオン散乱角較正部23は、式(2)を算出し、その結果得られた定数Cを較正データとして出力する。定数Cを求めるいくつかの方法を以下に示す。
Figure 0006567296
Therefore, the calibration is substantially to obtain the constant C of Equation (2). The muon scattering angle calibration unit 23 calculates Equation (2) and outputs the constant C obtained as a result as calibration data. Several methods for determining the constant C are shown below.

物質特定のために、形状と材質が既知の物体を容器内に予め入れておく。既知の物体について測定したミュオン散乱角と既知の物体固有の既知のパラメータ、すなわち放射長X(m)および物質の厚さt(m)を用いて、式(2)によりCを決定する。このCを用いて、未知の物質についてのミュオン散乱角と未知の物質の厚さt(m)によって、未知の物質の材質を求めることができる。これは、たとえば、ドライキャスクのように標準的な対象物に、標準的に既知の物質を入れておくなどの場合に有効である。 In order to specify a substance, an object having a known shape and material is placed in the container in advance. C is determined by equation (2) using the muon scattering angle measured for the known object and the known parameters specific to the known object, ie, the radiation length X 0 (m) and the material thickness t (m). Using this C, the material of the unknown substance can be obtained from the muon scattering angle of the unknown substance and the thickness t (m) of the unknown substance. This is effective, for example, when a standard known substance is put in a standard object such as a dry cask.

あるいは、較正用の物質を事前に対象物の内部に入れて較正用のデータを採っておけば、本測定の際には必ずしも対象物の中に較正用の物質を入れる必要はない。較正用のデータはシミュレーションで求めたり、乾式キャスクの壁面でのミュオン散乱を較正用のデータとして使うこともできる。   Alternatively, if a calibration substance is put in the object in advance and data for calibration is taken, it is not always necessary to put the calibration substance in the object at the time of this measurement. Calibration data can be obtained by simulation, or muon scattering on the wall of a dry cask can be used as calibration data.

内部物質特定部24は、ミュオン散乱角較正部23で算出した定数Cを用い、散乱角θに基づいて、前述の式(1)あるいは式(2)を用いて、物質の元素を特定する。 The internal substance specifying unit 24 uses the constant C calculated by the muon scattering angle calibration unit 23 and specifies the element of the substance using the above-described formula (1) or formula (2) based on the scattering angle θ .

物質の構成元素の特定のためには形状と材質が既知の物体を較正のため容器内に予め入れておき、測定したミュオン散乱角からCを決定することによって、未知の物質での散乱角から未知の物質の材質を求めることでもよい。   In order to specify the constituent elements of a substance, an object with a known shape and material is placed in the container in advance for calibration, and C is determined from the measured muon scattering angle. It is also possible to obtain the material of an unknown substance.

出力部30は、解析コンピュータ20によって特定された対象物の内部物質の元素の構成を画像化して表示する。すなわち、出力部30は、画像化部と表示部とを有する。表示部は、別置きのスクリーンでもよいし、あるいは、解析コンピュータに付属する液晶等の表示部であってもよい。   The output unit 30 displays an image of the element configuration of the internal substance of the target object specified by the analysis computer 20. That is, the output unit 30 includes an imaging unit and a display unit. The display unit may be a separate screen or a display unit such as a liquid crystal attached to the analysis computer.

図6は、本実施形態に係る内部物質特定方法の手順を示すフロー図である。まず、ミュオン軌跡検出器10によりミュオン検出信号を取得する(ステップS01)。すなわち、第1ミュオン軌跡検出器11および第2ミュオン軌跡検出器12それぞれが、ミュオンを検出して、ミュオン検出信号を発生する。   FIG. 6 is a flowchart showing the procedure of the internal substance specifying method according to this embodiment. First, a muon detection signal is acquired by the muon locus detector 10 (step S01). That is, each of the first muon locus detector 11 and the second muon locus detector 12 detects the muon and generates a muon detection signal.

次に、グルーピング部21が、第1ミュオン軌跡検出器11および第2ミュオン軌跡検出器12が発生した複数のミュオン検出信号を受け入れて、同一タイミング同士の第1ミュオン軌跡検出器11および第2ミュオン軌跡検出器12信号のグルーピングを行う(ステップS02)。すなわち、同時に発生した第1ミュオン軌跡検出器11および第2ミュオン軌跡検出器12からのミュオン検出信号を同一のミュオンにより発生された信号としてグループ化する。   Next, the grouping unit 21 receives a plurality of muon detection signals generated by the first muon locus detector 11 and the second muon locus detector 12, and the first muon locus detector 11 and the second muon at the same timing. The trajectory detector 12 signals are grouped (step S02). That is, the muon detection signals from the first muon trajectory detector 11 and the second muon trajectory detector 12 generated at the same time are grouped as signals generated by the same muon.

次に、ミュオン散乱角算出部22が、同一グループとされた複数の信号に基づいてミュオン散乱角を算出する(ステップS03)。また、ミュオン散乱角算出部22が、対象物の内部の座標位置ごとのミュオン散乱角データを保存し集積する(ステップS04)。次に、ミュオン散乱角較正部23が、較正の結果により算出した較正データである定数Cを内部物質特定部24に出力する(ステップS05)。次に、内部物質特定部24が、ミュオン散乱角較正部23によって与えられた定数Cを用い、ミュオン散乱角算出部22によって算出された散乱角θに基づいて、対象物内のそれぞれの座標位置における物質の元素の構成および元素量を特定する(ステップS06)。次に、出力部30は、この結果を表示する(ステップS07)。 Next, the muon scattering angle calculation unit 22 calculates the muon scattering angle based on a plurality of signals in the same group (step S03). Also, the muon scattering angle calculation unit 22 stores and accumulates muon scattering angle data for each coordinate position inside the object (step S04). Next, the muon scattering angle calibration unit 23 outputs the constant C, which is calibration data calculated based on the calibration result, to the internal substance specifying unit 24 (step S05). Next, the internal substance specifying unit 24 uses the constant C given by the muon scattering angle calibration unit 23, and based on the scattering angle θ calculated by the muon scattering angle calculation unit 22 , each coordinate position in the object. The element configuration and the element amount of the substance are specified (step S06). Next, the output unit 30 displays this result (step S07).

図7は、本実施形態に係る内部物質特定装置による内部物質特定方法をドライキャスクに適用した場合の例を説明する概念的斜視図である。本例は、対象物であるドライキャスク51内に、未知の物質53および物質が既知である較正用物質52が内蔵されている場合である。   FIG. 7 is a conceptual perspective view for explaining an example when the internal substance specifying method by the internal substance specifying apparatus according to the present embodiment is applied to a dry cask. In this example, an unknown substance 53 and a calibration substance 52 whose substance is known are incorporated in a dry cask 51 as an object.

第1ミュオン軌跡検出器11は、ミュオンの通過位置の(X,Y)座標および方向を測定する。同様に、第2ミュオン軌跡検出器12は、ミュオンの通過位置の(X,Y)座標および方向を測定する。   The first muon locus detector 11 measures the (X, Y) coordinates and direction of the muon passage position. Similarly, the second muon locus detector 12 measures the (X, Y) coordinates and direction of the muon passage position.

ミュオン散乱角算出部22が、較正用物質52についての散乱角をθ1と、また、未知の物質53についての散乱角をθ2と算出する。この結果、たとえば、前述の式(2)内の、較正用物質52についての放射長X(m)および厚さt(m)は既知であるので、式(2)内の計数Cが求められる。また、未知の物質53についての散乱角θ2が求められており、また、ミュオントモグラフィにより、未知の物質53の厚さtも求められる。 The muon scattering angle calculation unit 22 calculates the scattering angle for the calibration substance 52 as θ1 and the scattering angle for the unknown substance 53 as θ2. As a result, for example, since the radiation length X 0 (m) and the thickness t (m) for the calibration substance 52 in the above-described equation (2) are known, the count C in the equation (2) is obtained. It is done. Further, the scattering angle θ2 for the unknown substance 53 is obtained, and the thickness t of the unknown substance 53 is also obtained by muon tomography.

この結果、式(2)により、未知の物質53の放射長X(m)を算出することができる。放射長Xは物質すなわち元素に固有の値であるので、元素を特定することができる。また、それぞれの計測値の強度の比と、元素の量が分かっている較正用物質52の強度に基づいて、未知の物質53の元素の量を定量的に特定することができる。   As a result, the radiation length X (m) of the unknown substance 53 can be calculated from the equation (2). Since the radiation length X is a value inherent to a substance, that is, an element, the element can be specified. Further, the amount of the element of the unknown substance 53 can be quantitatively specified based on the intensity ratio of each measurement value and the intensity of the calibration substance 52 whose amount of the element is known.

以上のように、本実施形態によれば、対象物の内部に存在する物質の構成元素を定量的に特定することができる。   As described above, according to the present embodiment, the constituent elements of the substance existing inside the object can be quantitatively specified.

[その他の実施形態]
以上、本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。たとえば、ミュオン軌跡検出器は実施形態で示したものには限定されない。入射位置と入射方向が測定できるものであれば、たとえば、複数のミュオン軌跡検出器と同時計測回路を組み合わせた方式でもよい。
[Other Embodiments]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. For example, the muon locus detector is not limited to that shown in the embodiment. As long as the incident position and the incident direction can be measured, for example, a method in which a plurality of muon locus detectors and a simultaneous measurement circuit are combined may be used.

また、解析コンピュータについては、1台のコンピュータである必要はない。グルーピング部21ないし内部物質特定部24のそれぞれの機能を有する部分を有していればよい。   Further, the analysis computer need not be a single computer. What is necessary is just to have the part which has each function of the grouping part 21 thru | or the internal substance specific part 24. FIG.

また、実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。   The embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention.

実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。   The embodiments and the modifications thereof are included in the scope of the invention and the scope of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

10…ミュオン軌跡検出器、11…第1ミュオン軌跡検出器、12…第2ミュオン軌跡検出器、15…ドリフトチューブ、15a…円筒部、15b…芯線、15c、15d…端板、15e…ガス、15f…直流電源、20…解析コンピュータ、21…グルーピング部、22…ミュオン散乱角算出部、23…ミュオン散乱角較正部、24…内部物質特定部、30…出力部、51…ドライキャスク、52…較正用物質、53…未知の物質、100…内部物質特定装置   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Muon locus detector, 11 ... 1st muon locus detector, 12 ... 2nd muon locus detector, 15 ... Drift tube, 15a ... Cylindrical part, 15b ... Core wire, 15c, 15d ... End plate, 15e ... Gas, 15 f ... DC power supply, 20 ... analysis computer, 21 ... grouping unit, 22 ... muon scattering angle calculation unit, 23 ... muon scattering angle calibration unit, 24 ... internal substance specifying unit, 30 ... output unit, 51 ... dry cask, 52 ... Calibration substance, 53 ... Unknown substance, 100 ... Internal substance identification device

Claims (4)

ミュオンを利用して対象物の内部に存在する物質を特定する内部物質特定装置であって、
前記対象物を挟んで設けられて互いに対向する面が平面上に広がり該平面におけるミュオンの入射位置および入射方向を測定可能な2つのミュオン軌跡検出器と、
前記2つのミュオン軌跡検出器それぞれからの複数のミュオン検出信号を受けて内部物質を構成する元素を特定する解析コンピュータと、
を備え、
前記解析コンピュータは、
前記複数のミュオン検出信号を同一のミュオンにより発生した信号ごとにグループ化するグルーピング部と、
前記グループ化の結果、同一グループとされた複数の信号に基づいてミュオン散乱角を算出するミュオン散乱角算出部と、
既知の物質を収納した前記対象物を用いて、較正データを算出するミュオン散乱角較正部と、
前記較正データを用い前記ミュオン散乱角に基づいて内部物質を構成する元素を特定する内部物質特定部と、
を備えることを特徴とする内部物質特定装置。
An internal substance identification device that uses muons to identify substances existing inside an object,
Two muon trajectory detectors provided on both sides of the object and having mutually facing surfaces spread on a plane and capable of measuring the incident position and the incident direction of the muon in the plane;
An analysis computer that receives a plurality of muon detection signals from each of the two muon trajectory detectors and identifies an element constituting the internal substance;
With
The analysis computer
A grouping unit that groups the plurality of muon detection signals for each signal generated by the same muon;
As a result of the grouping, a muon scattering angle calculation unit that calculates a muon scattering angle based on a plurality of signals that are the same group, and
A muon scattering angle calibration unit for calculating calibration data using the object containing a known substance,
An internal substance identification unit that identifies the element constituting the internal material on the basis of the muons scattering angle using the compare positive over data,
An internal substance identification device comprising:
前記較正データは、次の式(1)における係数Cの値であることを特徴とする請求項1に記載の内部物質特定装置。  2. The internal substance specifying device according to claim 1, wherein the calibration data is a value of a coefficient C in the following equation (1).
θ=C・√(t/X        θ = C · √ (t / X 0 ) …(1)(1)
ただし、θはミュオン散乱角、X    Where θ is the muon scattering angle and X 0 は放射長、tは物質の厚さである。Is the radiation length and t is the thickness of the material.
ミュオンを利用して対象物の内部に存在する物質を特定する内部物質特定方法であって、
前記対象物を挟んで設けられた2つのミュオン軌跡検出器によってミュオンの検出を行い複数のミュオン検出信号を取得する検出ステップと、
前記複数のミュオン検出信号を同一のミュオンにより発生された信号ごとにグループ化するグルーピングステップと、
前記グルーピングステップの後に、前記グループ化の結果、同一グループとされた複数の信号に基づいてミュオン散乱角を算出するミュオン散乱角算出ステップと、
既知の物質を収納した前記対象物を用いて、較正データを算出し出力するミュオン散乱角較正ステップと、
前記ミュオン散乱角較正ステップにおいて得られた前記較正データを用い前記ミュオン散乱角算出ステップにおいて得られた前記ミュオン散乱角に基づいてそれぞれのグループについての内部物質を構成する元素を特定する内部物質特定ステップと、
を有することを特徴とする内部物質特定方法。
An internal substance identification method for identifying a substance existing inside an object using a muon,
A detection step of detecting a muon by two muon trajectory detectors provided across the object and obtaining a plurality of muon detection signals;
A grouping step of grouping the plurality of muon detection signals for each signal generated by the same muon;
After the grouping step, a muon scattering angle calculation step for calculating a muon scattering angle based on a plurality of signals made into the same group as a result of the grouping;
A muon scattering angle calibration step of calculating and outputting calibration data using the object containing a known substance ; and
Using the calibration data obtained in the muon scattering angle calibration step, based on the muon scattering angle obtained in the muon scattering angle calculation step, an internal substance identification step for identifying an element constituting an internal substance for each group When,
Internal substance identification how to, comprising a.
前記較正データは、次の式(2)における係数Cの値であることを特徴とする請求項3に記載の内部物質特定方法。
θ=C・√(t/X ) …(2)
ただし、θはミュオン散乱角、X は放射長、tは物質の厚さである。
The internal substance identification method according to claim 3 , wherein the calibration data is a value of a coefficient C in the following equation (2) .
θ = C · √ (t / X 0 ) (2)
Where θ is the muon scattering angle, X 0 is the radiation length, and t is the thickness of the substance.
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