JP2011112623A - Two-stage x-ray detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高出力Ｘ線用の２段Ｘ線検出器に関する。 The present invention relates to a two-stage X-ray detector for high-power X-rays.
税関や空港における手荷物検査等において、Ｘ線を被検査物に照射し、透過したＸ線の強度分布を画像化して内部の危険物（銃器等）を検出するＸ線検査装置が従来から広く用いられている。 Conventionally, X-ray inspection equipment that detects X-ray intensity distribution of transmitted X-rays and detects internal dangerous objects (firearms, etc.) in inspection of baggage at customs and airports has been widely used. It has been.
Ｘ線は波長が約０．０１〜１００Å（１０−１２〜１０−８ｍ）程度の電磁波である。
またＸ線の発生源としては、Ｘ線管が広く知られている。しかし、Ｘ線管により発生するＸ線は、低エネルギーであり、検査対象物へのＸ線透過能力が低い問題点がある。
そこで、加速器を用いてターゲットに電子線を衝突させ、高エネルギー（例えば９５０ｋｅＶ）のＸ線ビームを発生するＸ線源が提案されている（例えば特許文献１）。
X-rays are electromagnetic waves having a wavelength of about 0.01 to 100 mm (10 −12 to 10 −8 m).
An X-ray tube is widely known as an X-ray generation source. However, X-rays generated by the X-ray tube have low energy, and there is a problem that the X-ray transmission ability to the inspection object is low.
In view of this, an X-ray source has been proposed in which an electron beam is collided with a target using an accelerator to generate a high-energy (for example, 950 keV) X-ray beam (for example, Patent Document 1).
一方、Ｘ線の強度や画像を検出するＸ線検出器は、気体の電離作用を利用した比例計数管、固体の蛍光作用を利用したシンチレーション計数管、固体半導体のイオン化作用を利用した半導体検出器、等が従来から知られている。 On the other hand, X-ray detectors for detecting X-ray intensity and images are proportional counters using gas ionization, scintillation counters using solid fluorescence, and semiconductor detectors using solid semiconductor ionization. , Etc. are conventionally known.
また、Ｘ線により物質識別をする先行技術として、例えば特許文献２，３が既に開示されている。 For example, Patent Documents 2 and 3 have already been disclosed as prior arts for identifying substances by X-rays.
Ｘ線により物質識別をする場合、従来は、例えば２種のパルスＸ線を用いる必要がある。また、手荷物等の全面を高精度に検査するためには、２種のパルスＸ線を交互に短時間に切り替える必要がある。そのため、このようなパルスＸ線の発生装置は、大型かつ高価となる問題点があった。 In the case of identifying a substance by X-rays, conventionally, for example, two types of pulse X-rays need to be used. In addition, in order to inspect the entire surface of baggage or the like with high accuracy, it is necessary to alternately switch two kinds of pulse X-rays in a short time. Therefore, such a pulse X-ray generator has a problem of being large and expensive.
また、この問題を解決するために、Ｘ線発生装置とＸ線検出器を２組用い、一方のＸ線管で高出力のＸ線を照射し、次いで他方のＸ線管で低出力のＸ線を照射し、それぞれのＸ線画像の強度分布から、被検査物の材質を識別することもできる。
しかし、この手段の場合、２枚のＸ線画像の撮像は、時間と場所が異なるため、その位置を正確に一致させるのが困難である問題点がある。また、この手段では、２組のＸ線発生装置とＸ線検出器を必要とするため、依然として高価となる。
In order to solve this problem, two sets of X-ray generators and X-ray detectors are used, one X-ray tube emits high-power X-rays, and then the other X-ray tube emits low-power X-rays. It is also possible to identify the material of the object to be inspected from the intensity distribution of each X-ray image.
However, in the case of this means, there is a problem that it is difficult to accurately match the positions of two X-ray images because the time and place are different. In addition, this means requires two sets of X-ray generators and X-ray detectors, and is still expensive.
また、特許文献２のように、単一のＸ線発生装置で波長領域の広いＸ線を照射し、被検査物を透過したＸ線を、間にフィルタを挟持した２枚のＸ線検出器で検出し、それぞれのＸ線画像の強度分布から、被検査物の材質を識別することもできる。
この場合、２枚のＸ線画像の撮像は、時間と場所が同一であるため、その位置は一致している。しかし、この手段では、Ｘ線発生装置は１台ですむが、Ｘ線検出器は２台必要であり、さらに間にＸ線の特定の波長をカットする特殊なフィルタを必要とする問題点がある。
Further, as in Patent Document 2, two X-ray detectors that irradiate X-rays having a wide wavelength region with a single X-ray generator and pass X-rays that pass through the object to be inspected with a filter interposed therebetween. And the material of the object to be inspected can be identified from the intensity distribution of each X-ray image.
In this case, the two X-ray images are taken at the same time and place because the time and place are the same. However, this method requires only one X-ray generator, but two X-ray detectors are required, and a special filter that cuts a specific wavelength of X-rays is required between them. is there.
また、税関や空港における手荷物検査等において、手荷物等の全面を高精度に検査するためには、被検査物を透過したＸ線を検出するＸ線検出器は、非常に小さいピッチ（例えば２ｍｍ程度）で直線状に並んだ多数の検出セルを備える必要がある。そのため、このようなマルチチャンネル化が容易であることが望まれていた。 In addition, in order to inspect the entire surface of baggage with high accuracy in baggage inspection at customs or airports, an X-ray detector that detects X-rays that have passed through the inspection object has a very small pitch (for example, about 2 mm). ), It is necessary to provide a large number of detection cells arranged in a straight line. Therefore, it has been desired that such multi-channeling is easy.
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、単一の高出力Ｘ線発生装置を用いて、簡易に被検査物の材質を識別することができ、これにより装置を小型かつ安価にでき、かつマルチチャンネル化が容易である高出力Ｘ線用の２段Ｘ線検出器を提供することにある。 The present invention has been developed to solve the above-described problems. That is, an object of the present invention is to easily identify the material of an object to be inspected by using a single high-power X-ray generator, thereby making the apparatus small and inexpensive, and enabling multi-channeling. It is an object to provide a two-stage X-ray detector for high-power X-rays that is easy.
本発明によれば、所定のエネルギー範囲で分布するＸ線を用い、該Ｘ線を被検査物に照射しこれを透過した入射Ｘ線のＸ線エネルギーを検出しこれから被検査物の物質識別をするための２段Ｘ線検出器であって、
前記入射Ｘ線を透過させる低エネルギー用シンチレータを有し、該低エネルギー用シンチレータにより前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーを吸収し検出する低エネルギーＸ線検出器と、
前記低エネルギー用シンチレータを透過した透過Ｘ線を再度透過させる高エネルギー用フィルタとその後方の高エネルギー用シンチレータを有し、該高エネルギー用シンチレータにより前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーを吸収し検出する高エネルギーＸ線検出器と、を備えたことを特徴とする２段Ｘ線検出器が提供される。
According to the present invention, X-rays distributed in a predetermined energy range are used to irradiate an inspection object with the X-rays, detect X-ray energy of incident X-rays transmitted through the inspection object, and then identify the substance of the inspection object. A two-stage X-ray detector for
A low-energy scintillator that transmits the incident X-ray, and that absorbs and detects X-ray energy in the energy range by the low-energy scintillator;
A high energy filter that transmits again the transmitted X-rays that have passed through the low energy scintillator, and a high energy scintillator behind the high energy filter, and the high energy scintillator absorbs and detects X-ray energy in the energy range. An energy X-ray detector is provided. A two-stage X-ray detector is provided.
本発明の実施形態によれば、前記低エネルギー用シンチレータは、前記入射Ｘ線に直交して位置し、前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーを吸収し発光する平板状の蛍光体であり、
前記低エネルギーＸ線検出器は、さらに、前記低エネルギー用シンチレータの前面に位置し、該低エネルギー用シンチレータ内の発光を９０度全反射する全反射プリズムと、
該全反射プリズムで反射された前記発光光量に比例する電気信号を出力する低エネルギー用光電素子とを備える。
According to an embodiment of the present invention, the low-energy scintillator is a flat phosphor that is positioned perpendicular to the incident X-ray, absorbs X-ray energy in the energy range, and emits light.
The low-energy X-ray detector is further located at the front surface of the low-energy scintillator, and a total reflection prism that totally reflects light emitted in the low-energy scintillator by 90 degrees;
A low-energy photoelectric element that outputs an electrical signal proportional to the amount of emitted light reflected by the total reflection prism.
また、前記全反射プリズムは、その全反射面に、前記入射Ｘ線を透過し前記低エネルギー用シンチレータ内の発光を反射するミラーコーティングを有する。 Further, the total reflection prism has a mirror coating on its total reflection surface that transmits the incident X-ray and reflects light emitted from the low energy scintillator.
また、前記高エネルギー用フィルタは、前記透過Ｘ線に直交して位置し、前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーを吸収する平板状の金属板であり、
前記高エネルギー用シンチレータは、前記高エネルギー用フィルタの後方に位置し、前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーを吸収し発光する矩形平板状の蛍光体であり、
前記高エネルギーＸ線検出器は、さらに、前記高エネルギー用シンチレータの側面に位置し、該高エネルギー用シンチレータ内の発光光量に比例する電気信号を出力する高エネルギー用光電素子とを備える。
The high-energy filter is a flat metal plate that is positioned orthogonal to the transmitted X-ray and absorbs X-ray energy in the energy range,
The high energy scintillator is a rectangular plate-like phosphor that is located behind the high energy filter and absorbs and emits X-ray energy in the energy range,
The high energy X-ray detector further includes a high energy photoelectric element that is located on a side surface of the high energy scintillator and outputs an electrical signal proportional to the amount of light emitted from the high energy scintillator.
また、前記低エネルギーＸ線検出器を構成する前記低エネルギー用シンチレータ、全反射プリズム、及び低エネルギー用光電素子と、前記高エネルギーＸ線検出器を構成する前記高エネルギー用シンチレータ、及び高エネルギー用光電素子は、所定の厚さ内に平面状かつ厚さ方向に積層可能に配置されている。 Further, the low energy scintillator constituting the low energy X-ray detector, the total reflection prism, and the low energy photoelectric element, the high energy scintillator constituting the high energy X-ray detector, and the high energy use The photoelectric element is arranged within a predetermined thickness so as to be planar and stackable in the thickness direction.
また、前記低エネルギー用シンチレータ、全反射プリズム、及び高エネルギー用シンチレータは、前記厚さ方向側面に、前記入射Ｘ線、透過Ｘ線、低エネルギー用シンチレータ内の発光、又は高エネルギー用シンチレータ内の発光を遮断する遮蔽板を有する。 The low-energy scintillator, the total reflection prism, and the high-energy scintillator are arranged on the side surface in the thickness direction with the incident X-rays, transmitted X-rays, light emission in the low-energy scintillator, or in the high-energy scintillator. A shielding plate that blocks light emission is included.
上記本発明によれば、高エネルギーＸ線検出器により、低エネルギー用シンチレータを透過した所定のエネルギー範囲のＸ線エネルギーを検出することができる。また、低エネルギーＸ線検出器における減衰率は既知なので、前記Ｘ線エネルギーから前記エネルギー範囲の入射Ｘ線のＸ線エネルギーを算出することができる。
また、低エネルギーＸ線検出器により、低エネルギー用シンチレータで吸収された前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーを検出することができる。また、高エネルギー用光電素子により低エネルギー用シンチレータを透過したＸ線エネルギーは既知なので、低エネルギーＸ線検出器で検出したＸ線エネルギーから前記エネルギー範囲の入射Ｘ線のＸ線エネルギーを算出することができる。
従って、本発明による２段Ｘ線検出器では、計測対象とする所定のエネルギー範囲において、高エネルギーＸ線検出器と低エネルギーＸ線検出器のいずれかが検出できれば、前記エネルギー範囲内の２点以上において入射Ｘ線のＸ線エネルギーを同時に検出することができ、これから、被検査物の物質識別が可能となる。
According to the present invention, the high energy X-ray detector can detect X-ray energy in a predetermined energy range that has passed through the low energy scintillator. Further, since the attenuation rate in the low energy X-ray detector is known, the X-ray energy of incident X-rays in the energy range can be calculated from the X-ray energy.
The low energy X-ray detector can detect the X-ray energy in the energy range absorbed by the low energy scintillator. Further, since the X-ray energy transmitted through the low-energy scintillator by the high-energy photoelectric element is known, the X-ray energy of the incident X-ray in the energy range is calculated from the X-ray energy detected by the low-energy X-ray detector. Can do.
Therefore, in the two-stage X-ray detector according to the present invention, if either a high energy X-ray detector or a low energy X-ray detector can be detected in a predetermined energy range to be measured, two points within the energy range are detected. In the above, the X-ray energy of incident X-rays can be detected at the same time, and from this, substance identification of the object to be inspected becomes possible.
また、低エネルギーＸ線検出器が、さらに、全反射プリズムと低エネルギー用光電素子とを備えるので、（１）低エネルギー用シンチレータで発生した発光を全反射プリズムにより直角反射させることができ、低エネルギーＸ線検出器を構成する電子部品へのＸ線による影響を軽減することができ、かつ（２）光をプリズム内に通過させることで、不純物による入射光の影響を無くすことができる。 Further, since the low energy X-ray detector further includes a total reflection prism and a low energy photoelectric element, (1) light emitted from the low energy scintillator can be reflected at right angles by the total reflection prism, The influence of X-rays on the electronic components constituting the energy X-ray detector can be reduced, and (2) the influence of incident light due to impurities can be eliminated by allowing light to pass through the prism.
また、前記全反射プリズムが、その全反射面に、入射Ｘ線を透過し低エネルギー用シンチレータ内の発光を反射するミラーコーティングを有するので、（３）低エネルギー用光電素子への低エネルギー用シンチレータからの光の伝達効率を上げることができる。 Further, since the total reflection prism has a mirror coating that transmits incident X-rays and reflects light emitted from the low energy scintillator on the total reflection surface, (3) a low energy scintillator for a low energy photoelectric element. The transmission efficiency of light from can be increased.
また、全反射プリズムが前記低エネルギー用シンチレータの前面に位置するので、（４）高エネルギー用と低エネルギー用のシンチレータ間の距離を短縮することができ、外乱光の影響を低減することができる。 Further, since the total reflection prism is located in front of the low energy scintillator, (4) the distance between the high energy and low energy scintillators can be shortened, and the influence of disturbance light can be reduced. .
さらに、前記低エネルギーＸ線検出器を構成する前記低エネルギー用シンチレータ、全反射プリズム、及び低エネルギー用光電素子と、前記高エネルギーＸ線検出器を構成する前記高エネルギー用シンチレータ、及び高エネルギー用光電素子は、所定の厚さ内に平面状かつ厚さ方向に積層可能に配置されているので、所定の厚さ（例えば２．３ｍｍ厚）で、１チャンネル（１ｃｈ）の２段Ｘ線検出器を構成することができ、これを多層（例えば６４ｃｈ）に積層することで、容易にマルチチャンネルの２段Ｘ線検出器を構成することができる。
Furthermore, the low-energy X-ray detector constituting the low-energy scintillator, the total reflection prism, and the low-energy photoelectric element, the high-energy X-ray detector constituting the high-energy X-ray detector, and the high-energy scintillator Since the photoelectric elements are arranged within a predetermined thickness so as to be planar and stackable in the thickness direction, two-stage X-ray detection of one channel (1ch) with a predetermined thickness (for example, 2.3 mm thickness). A multi-channel two-stage X-ray detector can be easily configured by stacking them in multiple layers (for example, 64 channels).
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図１は、本発明による２段Ｘ線検出器の側面図である。
本発明の２段Ｘ線検出器は、所定のエネルギー範囲で分布するＸ線１を用い、このＸ線１を被検査物２に照射しこれを透過した入射Ｘ線３のＸ線エネルギーを検出し、これから被検査物２の物質識別をするためのＸ線検出器である。
Ｘ線１は、好ましくはＸバンドライナックＸ線源から得られる制動輻射Ｘ線であり、最大９５０ｋｅＶ（０．９５ＭｅＶ）のエネルギーを有し、数ＭｅＶのエネルギー範囲で分布する。
FIG. 1 is a side view of a two-stage X-ray detector according to the present invention.
The two-stage X-ray detector of the present invention uses X-rays 1 distributed in a predetermined energy range, irradiates the inspection object 2 with the X-rays 1 and detects the X-ray energy of incident X-rays 3 transmitted therethrough. The X-ray detector for identifying the substance of the inspection object 2 from now on.
The X-ray 1 is preferably a bremsstrahlung X-ray obtained from an X-band linac X-ray source, has an energy of up to 950 keV (0.95 MeV) and is distributed in an energy range of several MeV.
Ｘ線１がある物質中をｘの距離透過する際の、Ｘ線強度Ｉは、式（１）で表される。
Ｉ＝Ｉ０ｅｘｐ（−μｘ）・・・（１）
ここで、Ｉ０は物質に入射する前のＸ線強度、μは減弱係数（又は線吸収係数）である。
The X-ray intensity I when the X-ray 1 passes through a substance for a distance x is expressed by the formula (1).
I = I 0 exp (−μx) (1)
Here, I 0 is the X-ray intensity before entering the material, and μ is an attenuation coefficient (or linear absorption coefficient).
図１において、本発明の２段Ｘ線検出器は、低エネルギーＸ線検出器１０と高エネルギーＸ線検出器２０を備える。
低エネルギーＸ線検出器１０は、入射Ｘ線３を透過させる低エネルギー用シンチレータ１２を有し、低エネルギー用シンチレータ１２により前記エネルギー範囲の少なくとも一部（例えば低エネルギー領域）のＸ線エネルギーを吸収し検出する。
In FIG. 1, the two-stage X-ray detector of the present invention includes a low energy X-ray detector 10 and a high energy X-ray detector 20.
The low energy X-ray detector 10 includes a low energy scintillator 12 that transmits incident X-rays 3, and the low energy scintillator 12 absorbs X-ray energy in at least a part of the energy range (for example, a low energy region). And detect.
低エネルギー用シンチレータ１２は、入射Ｘ線３に直交して位置し、前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーの少なくとも一部（例えば低エネルギー領域）を吸収し表面で発光する平板状の蛍光体である。低エネルギー用シンチレータ１２は、前記エネルギー範囲の低エネルギー領域のＸ線で効率よく発光する蛍光体であるのが好ましい。後述の実施例では、０．５ｍｍ厚のＣＳＩであるが、本発明はこれに限定されず、ＮａＩ，ＣａＦ２，ＢＧＯ，等でもよい。 The low energy scintillator 12 is a flat phosphor that is positioned perpendicular to the incident X-ray 3 and absorbs at least a part of the X-ray energy in the energy range (for example, a low energy region) and emits light on the surface. The low energy scintillator 12 is preferably a phosphor that emits light efficiently by X-rays in the low energy region of the energy range. In the examples described later, the CSI is 0.5 mm thick, but the present invention is not limited to this, and may be NaI, CaF 2 , BGO, or the like.
また低エネルギーＸ線検出器１０は、さらに、全反射プリズム１４と低エネルギー用光電素子１６を備える。
全反射プリズム１４は、低エネルギー用シンチレータ１２の前面に位置し、低エネルギー用シンチレータ１２内の発光を図で下方に９０度全反射する。全反射プリズム１４は、Ｘ線及び可視光の透過率が高く、減弱係数μが無視できるほど小さい材料（例えば石英ガラス）が好ましい。
The low energy X-ray detector 10 further includes a total reflection prism 14 and a low energy photoelectric element 16.
The total reflection prism 14 is positioned in front of the low energy scintillator 12 and totally reflects light emitted in the low energy scintillator 12 downward 90 degrees in the figure. The total reflection prism 14 is preferably made of a material (for example, quartz glass) that has a high transmittance of X-rays and visible light, and is small enough that the attenuation coefficient μ can be ignored.
全反射プリズム１４は、さらにその全反射面（図で４５度の傾斜面）に、入射Ｘ線３を透過し低エネルギー用シンチレータ１２内の発光５を反射するミラーコーティング１５を有する。この透過率は１００％又はこれに近く、反射率は１００％又はこれに近いのが好ましい。
低エネルギー用光電素子１６は、全反射プリズム１４により図で下方に反射された低エネルギー用シンチレータ１２内の発光５の光量に比例する電気信号６を出力する。
The total reflection prism 14 further has a mirror coating 15 that transmits incident X-rays 3 and reflects light emission 5 in the low-energy scintillator 12 on the total reflection surface (an inclined surface of 45 degrees in the drawing). The transmittance is preferably 100% or close to this, and the reflectivity is preferably 100% or close to this.
The low energy photoelectric element 16 outputs an electric signal 6 proportional to the amount of light emission 5 in the low energy scintillator 12 reflected downward in the figure by the total reflection prism 14.
高エネルギーＸ線検出器２０は、低エネルギー用シンチレータ１２を透過した透過Ｘ線４を再度透過させる高エネルギー用フィルタ２２とその後方の高エネルギー用シンチレータ２４を有し、高エネルギー用シンチレータ２４により前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーの少なくとも一部（例えば高エネルギー領域）を吸収し検出する。
高エネルギー用フィルタ２２は、透過Ｘ線４に直交して位置し、前記エネルギー範囲において低エネルギーのＸ線エネルギーを吸収する平板状（後述の実施例では、１．０ｍｍ厚）の金属板（例えば、Ｃｕ，Ｆｅ，ＡＬ等）である。
The high energy X-ray detector 20 includes a high energy filter 22 that transmits the transmitted X-rays 4 that have passed through the low energy scintillator 12 again and a high energy scintillator 24 behind the high energy filter 22. At least a part of the X-ray energy in the energy range (for example, a high energy region) is absorbed and detected.
The high-energy filter 22 is positioned perpendicular to the transmitted X-ray 4 and absorbs low-energy X-ray energy in the energy range (for example, a 1.0 mm thickness in a later-described embodiment) a metal plate (for example, Cu, Fe, AL, etc.).
また高エネルギー用シンチレータ２４は、高エネルギー用フィルタ２２の後方（図で右側）に位置し、前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーの少なくとも一部（例えば低エネルギー領域）を吸収し内部で発光する矩形平板状の蛍光体である。高エネルギー用シンチレータ２４は、前記エネルギー範囲の高エネルギー領域のＸ線で効率よく発光する蛍光体であるのが好ましい。後述の実施例では、幅１５ｍｍ×高さ１５×厚さ２ｍｍのＣｄＷＯ４であるが、本発明はこれに限定されず、その他の蛍光体でもよい。
高エネルギーＸ線検出器２０は、さらに、高エネルギー用光電素子２６を備える。高エネルギー用光電素子２６は、高エネルギー用シンチレータ２４の側面（この図で下方）に位置し、高エネルギー用シンチレータ２０内の発光７の光量に比例する電気信号８を出力する。
The high energy scintillator 24 is positioned behind the high energy filter 22 (on the right side in the figure) and absorbs at least a part of the X-ray energy in the energy range (for example, a low energy region) and emits light inside. In the form of a phosphor. The high energy scintillator 24 is preferably a phosphor that emits light efficiently with X-rays in the high energy region of the energy range. In Examples described later, is a CdWO 4 width 15 mm × height 15 × thickness 2 mm, the present invention is not limited thereto, but may be other phosphors.
The high energy X-ray detector 20 further includes a high energy photoelectric element 26. The high-energy photoelectric element 26 is located on the side surface (downward in the figure) of the high-energy scintillator 24 and outputs an electrical signal 8 that is proportional to the amount of light emitted 7 in the high-energy scintillator 20.
図１において、３０は演算装置（例えばコンピュータ）であり、電気信号６，８から被検査物２の物質を識別して出力９する。
さらに、図１において、３２は入射Ｘ線３の通路を限定するためにコリメータであり、後述の例では４〜６ｍｍの間隔に保持されて２枚の金属平板（例えば鉛板）からなる。また３４は、入射Ｘ線３の通路に外乱光が入射するのを防止する外乱防止治具であり、後述の例では４〜６ｍｍの間隔に保持されて２枚の金属平板（例えば鉛板）からなる。
なお、コリメータ３２、外乱防止治具３４の形状は、機能を満たす限りで自由に変更できる。またこれらは本発明において必須ではなく、これらを省略することもできる。
In FIG. 1, reference numeral 30 denotes an arithmetic device (for example, a computer), which identifies and outputs 9 the substance of the inspection object 2 from the electric signals 6 and 8.
Further, in FIG. 1, reference numeral 32 denotes a collimator for limiting the path of the incident X-ray 3 and is composed of two metal flat plates (for example, lead plates) which are held at intervals of 4 to 6 mm in the example described later. Reference numeral 34 denotes a disturbance prevention jig for preventing disturbance light from entering the path of the incident X-ray 3. In the example described later, two metal flat plates (for example, lead plates) are held at intervals of 4 to 6 mm. Consists of.
The shapes of the collimator 32 and the disturbance prevention jig 34 can be freely changed as long as the functions are satisfied. Further, these are not essential in the present invention, and these can be omitted.
図２は、図１のＡ−Ａ線における平面図である。
この図において、低エネルギーＸ線検出器１０を構成する低エネルギー用シンチレータ１２、全反射プリズム１４、及び低エネルギー用光電素子１６と、高エネルギーＸ線検出器２０を構成する高エネルギー用シンチレータ２４、及び高エネルギー用光電素子２６は、所定の厚さ（後述の例では２ｍｍ）内に平面状かつ厚さ方向に積層可能に配置されている。
なお、低エネルギーＸ線検出器１０を構成する構成部品１２，１４，１６の一部（例えば、低エネルギー用シンチレータ１２を所定の厚さ（後述の例では２ｍｍ）内に構成せず、数チャンネル（例えば４ｃｈ）で１組にしてもよい。
なお、高エネルギー用フィルタ２２も、同様に所定の厚さ（後述の例では２ｍｍ）内に平面状かつ厚さ方向に積層可能に配置してもよい。
FIG. 2 is a plan view taken along line AA of FIG.
In this figure, a low energy scintillator 12 constituting a low energy X-ray detector 10, a total reflection prism 14, a low energy photoelectric element 16, and a high energy scintillator 24 constituting a high energy X-ray detector 20, And the photoelectric element 26 for high energy is arrange | positioned so that lamination | stacking is planar and thickness direction within predetermined thickness (it is 2 mm in the below-mentioned example).
Note that some of the components 12, 14, and 16 constituting the low-energy X-ray detector 10 (for example, the low-energy scintillator 12 is not configured within a predetermined thickness (2 mm in the example described later), and several channels. (For example, 4ch) may be one set.
Similarly, the high-energy filter 22 may be disposed in a predetermined thickness (2 mm in the example described later) so as to be laminated in a planar shape in the thickness direction.
また、低エネルギー用シンチレータ１２、全反射プリズム１４、及び高エネルギー用シンチレータ２４は、厚さ方向（図で上下）の側面に、入射Ｘ線３、透過Ｘ線４、低エネルギー用シンチレータ内の発光５、又は高エネルギー用シンチレータ内の発光７を遮断する遮蔽板３６を有する。遮蔽板３６は、後述の例では０．３ｍｍ厚の鉛板と水溶性ペイントである。鉛板は発光７の透過を遮断し、水溶性ペイントは反射を防止する。 The low energy scintillator 12, the total reflection prism 14, and the high energy scintillator 24 have incident X-rays 3, transmitted X-rays 4, and light emission in the low energy scintillator on the side surfaces in the thickness direction (up and down in the figure). 5 or a shielding plate 36 for blocking light emission 7 in the scintillator for high energy. The shielding plate 36 is a 0.3 mm-thick lead plate and water-soluble paint in the example described later. The lead plate blocks the transmission of the light emission 7, and the water-soluble paint prevents reflection.
この構成により、所定の厚さ（例えば２．３ｍｍ厚）で、１チャンネル（１ｃｈ）の２段Ｘ線検出器を構成することができ、これを多層（例えば６４ｃｈ）に積層することで、容易にマルチチャンネルの２段Ｘ線検出器を構成することができる。 With this configuration, a two-stage X-ray detector with a predetermined thickness (for example, 2.3 mm) and a single channel (1 channel) can be configured, and this can be easily achieved by stacking it in multiple layers (for example, 64 channels). In addition, a multi-channel two-stage X-ray detector can be configured.
図３は、本発明の２段Ｘ線検出器の原理説明図である。
この図において、Ｘ線１を被検査物２に照射しこれを透過した入射Ｘ線３、低エネルギー用シンチレータ１２を透過した透過Ｘ線４、高エネルギー用フィルタ２２を透過した透過Ｘ線４ｂのＸ線強度をそれぞれＩ３，Ｉ４，Ｉ４ｂとすると、式（１）から以下の式（２）（３）が成り立つ。ここで、μ１，ｘ１は低エネルギー用シンチレータ１２の減弱係数と厚さ、μ２，ｘ２は、高エネルギー用フィルタ２２の減弱係数と厚さである。また、全反射プリズム１４の減弱係数と厚さは無視できるものとする。
FIG. 3 is an explanatory diagram of the principle of the two-stage X-ray detector of the present invention.
In this figure, an incident X-ray 3 that irradiates the inspection object 2 with the X-ray 1 and transmitted therethrough, a transmitted X-ray 4 that transmits through the low-energy scintillator 12, and a transmitted X-ray 4 b that transmits through the high-energy filter 22. When the X-ray intensities are I3, I4, and I4b, respectively, the following expressions (2) and (3) are established from the expression (1). Here, μ 1 and x 1 are the attenuation coefficient and thickness of the low energy scintillator 12, and μ 2 and x 2 are the attenuation coefficient and thickness of the high energy filter 22. Further, it is assumed that the attenuation coefficient and thickness of the total reflection prism 14 are negligible.
Ｉ４＝Ｉ３ｅｘｐ（−μ１ｘ１）・・・（２）
Ｉ４ｂ＝Ｉ４ｅｘｐ（−μ２ｘ２）・・・（３）
I4 = I3exp (−μ1 × 1) (2)
I4b = I4exp (−μ2 × 2) (3)
高エネルギー用光電素子２６によりＩ４ｂを検出すると、式（３）において、μ２，ｘ２は既知なのでＩ４が求まり、さらに、式（２）において、μ１，ｘ１は既知であるから、Ｉ３が求まる。すなわち、高エネルギー用光電素子２６により高エネルギー用フィルタ２２を透過した透過Ｘ線４ｂのＸ線強度が検出できれば、これから入射Ｘ線３のＸ線強度Ｉ３を求めることができる。 When I4b is detected by the high-energy photoelectric element 26, I4 is obtained because μ2 and x2 are known in equation (3), and I3 is obtained because μ1 and x1 are known in equation (2). That is, if the X-ray intensity of the transmitted X-ray 4b transmitted through the high-energy filter 22 can be detected by the high-energy photoelectric element 26, the X-ray intensity I3 of the incident X-ray 3 can be obtained therefrom.
また、高エネルギー用光電素子２６によりＩ４を求め、さらに低エネルギーＸ線検出器１０によりＩ３−Ｉ４を検出すれば、その和としてＩ３が求まる。この場合、透過Ｘ線４ｂのＸ線強度Ｉ４ｂは０であってもよい。
すなわち、低エネルギーＸ線検出器１０により低エネルギー用シンチレータ１２での減衰エネルギー（Ｉ３−Ｉ４）を検出すれば、これから入射Ｘ線３のＸ線強度Ｉ３を求めることができる。
If I4 is obtained by the high-energy photoelectric element 26 and I3-I4 is further detected by the low-energy X-ray detector 10, I3 is obtained as the sum. In this case, the X-ray intensity I4b of the transmitted X-ray 4b may be zero.
That is, if the attenuation energy (I3-I4) in the low-energy scintillator 12 is detected by the low-energy X-ray detector 10, the X-ray intensity I3 of the incident X-ray 3 can be obtained therefrom.
従って、本発明による２段Ｘ線検出器では、計測対象とする所定のエネルギー範囲において、高エネルギーＸ線検出器２０と低エネルギーＸ線検出器１０のいずれかが検出できれば、前記エネルギー範囲内の２点以上において入射Ｘ線のＸ線エネルギーを同時に検出することができ、これから、被検査物の物質識別が可能となる。 Therefore, in the two-stage X-ray detector according to the present invention, if either the high-energy X-ray detector 20 or the low-energy X-ray detector 10 can detect within the predetermined energy range to be measured, X-ray energy of incident X-rays can be detected simultaneously at two or more points, and from this, substance identification of the object to be inspected becomes possible.
以下、本発明の実施例を説明する。
図１に示した２段Ｘ線検出器を製作し、試験した。製作した２段Ｘ線検出器において、低エネルギー用シンチレータ１２は０．５ｍｍ厚のＣＳＩ、全反射プリズム１４は石英ガラス製、ミラーコーティング１５は入射Ｘ線３（例えば波長０．０１〜１００Å）を透過し低エネルギー用シンチレータ１２内の発光５（例えば波長６００nm）を全反射する多層膜コーティングに設定した。
また、高エネルギー用フィルタ２２は、１．０ｍｍ厚のＣｕ、高エネルギー用シンチレータ２４は幅１５ｍｍ×高さ１５×厚さ２ｍｍのＣｄＷＯ４であった。
Examples of the present invention will be described below.
A two-stage X-ray detector shown in FIG. 1 was fabricated and tested. In the manufactured two-stage X-ray detector, the low-energy scintillator 12 is 0.5 mm thick CSI, the total reflection prism 14 is made of quartz glass, and the mirror coating 15 is incident X-ray 3 (for example, a wavelength of 0.01 to 100 mm). The multi-layer coating that transmits and emits light 5 (for example, wavelength 600 nm) in the scintillator 12 for low energy was set to be totally reflected.
The high energy filter 22 was 1.0 mm thick Cu, and the high energy scintillator 24 was CdWO 4 15 mm wide × 15 mm high × 2 mm thick.
図４は、本発明の２段Ｘ線検出器による入射エネルギーと吸収エネルギーとの関係図である。この図において、横軸は入射エネルギー、縦軸は吸収エネルギーの割合、図中の実線は高エネルギー用シンチレータ２４の吸収エネルギー、破線は低エネルギー用シンチレータ１２の吸収エネルギーである。
先行研究の結果から、厚さが異なる２段のシンチレータで得られる投影データが予想とおり、図４から薄いシンチレータ（ＣｓＩ）は低エネルギーのＸ線を、厚いシンチレータ（ＣｄＷＯ４）は高エネルギーのＸ線を採取していることが確認された。
従って、低エネルギー用シンチレータ１２と高エネルギー用シンチレータ２４で同時にＸ線を検出することで、０〜０．９５ＭｅＶのエネルギー範囲で少なくともいずれか一方でＸ線を検出できることがわかる。
FIG. 4 is a relationship diagram between incident energy and absorbed energy by the two-stage X-ray detector of the present invention. In this figure, the horizontal axis represents the incident energy, the vertical axis represents the ratio of the absorbed energy, the solid line in the figure represents the absorbed energy of the high energy scintillator 24, and the broken line represents the absorbed energy of the low energy scintillator 12.
As expected from the results of the previous research, projection data obtained with two-stage scintillators with different thicknesses, as expected, from FIG. 4, a thin scintillator (CsI) produces low energy X-rays, and a thick scintillator (CdWO 4 ) produces high energy X-rays. It was confirmed that a line was collected.
Therefore, it can be seen that by detecting X-rays simultaneously with the low-energy scintillator 12 and the high-energy scintillator 24, X-rays can be detected in at least one of the energy ranges of 0 to 0.95 MeV.
図５は、本発明の２段Ｘ線検出器による低エネルギー用シンチレータの透過率と２つのシンチレータの透過率との関係図である。この図において、横軸は低エネルギー用シンチレータの透過率Ｒ１、縦軸は２つのシンチレータの透過率Ｒである。
この図から、Ｘバンドライナックからの制動輻射Ｘ線を鉄、アルミなどのターゲットに照射すると、本発明の２段Ｘ線検出器で低エネルギー用シンチレータの透過率（Ｒ１）とシンチレータ１２，２４の総合透過率の比（Ｒ）の関係が物質によって変化することが分かった。これは本発明の２段Ｘ線検出器が物質判別手段として適用できることを示している。
FIG. 5 is a relationship diagram between the transmittance of the low-energy scintillator and the transmittances of the two scintillators by the two-stage X-ray detector of the present invention. In this figure, the horizontal axis represents the transmittance R1 of the low-energy scintillator, and the vertical axis represents the transmittance R of the two scintillators.
From this figure, when the bremsstrahlung X-ray from the X-band linac is irradiated onto a target such as iron or aluminum, the transmittance (R1) of the scintillator for low energy and the scintillators 12 and 24 of the two-stage X-ray detector of the present invention. It was found that the relationship of the overall transmittance ratio (R) varies depending on the substance. This indicates that the two-stage X-ray detector of the present invention can be applied as a substance discrimination means.
上述した本発明によれば、高エネルギーＸ線検出器２０により、低エネルギー用シンチレータ１２を透過した所定のエネルギー範囲のＸ線エネルギーを検出することができる。また、低エネルギーＸ線検出器１０における減衰率は既知なので、前記Ｘ線エネルギーから前記エネルギー範囲の入射Ｘ線３のＸ線エネルギーＩ３を算出することができる。
また、低エネルギーＸ線検出器１０により、低エネルギー用シンチレータ１２で吸収された前記エネルギー範囲のＸ線エネルギー（Ｉ３−Ｉ４）を検出することができる。また、高エネルギー用光電素子２６により低エネルギー用シンチレータ１２を透過したＸ線エネルギーＩ４は既知（又は０）なので、低エネルギーＸ線検出器１０で検出したＸ線エネルギー（Ｉ３−Ｉ４）から前記エネルギー範囲の入射Ｘ線３のＸ線エネルギーＩ３を算出することができる。
従って、本発明による２段Ｘ線検出器では、計測対象とする所定のエネルギー範囲において、高エネルギーＸ線検出器２０と低エネルギーＸ線検出器１０のいずれかが検出できれば、前記エネルギー範囲内の２点以上において入射Ｘ線のＸ線エネルギーを同時に検出することができ、これから、被検査物の物質識別が可能となる。
According to the present invention described above, the high energy X-ray detector 20 can detect X-ray energy in a predetermined energy range that has passed through the low energy scintillator 12. Further, since the attenuation factor in the low energy X-ray detector 10 is known, the X-ray energy I3 of the incident X-ray 3 in the energy range can be calculated from the X-ray energy.
The low energy X-ray detector 10 can detect the X-ray energy (I3-I4) in the energy range absorbed by the low energy scintillator 12. Further, since the X-ray energy I4 transmitted through the low-energy scintillator 12 by the high-energy photoelectric element 26 is known (or 0), the energy is determined from the X-ray energy (I3-I4) detected by the low-energy X-ray detector 10. The X-ray energy I3 of the incident X-ray 3 in the range can be calculated.
Therefore, in the two-stage X-ray detector according to the present invention, if either the high-energy X-ray detector 20 or the low-energy X-ray detector 10 can detect within the predetermined energy range to be measured, X-ray energy of incident X-rays can be detected simultaneously at two or more points, and from this, substance identification of the object to be inspected becomes possible.
また、低エネルギーＸ線検出器１０が、さらに、全反射プリズム１４と低エネルギー用光電素子１６とを備えるので、（１）低エネルギー用シンチレータ１２で発生した発光を全反射プリズム１４により直角反射させることができ、低エネルギーＸ線検出器１０を構成する電子部品へのＸ線による影響を軽減することができ、かつ（２）光をプリズム１４内に通過させることで、不純物による入射光の影響を無くすことができる。 Further, since the low energy X-ray detector 10 further includes a total reflection prism 14 and a low energy photoelectric element 16, (1) light emitted from the low energy scintillator 12 is reflected by the total reflection prism 14 at a right angle. The influence of X-rays on the electronic components constituting the low-energy X-ray detector 10 can be reduced, and (2) the influence of incident light due to impurities by allowing light to pass through the prism 14. Can be eliminated.
また、全反射プリズム１４が、その全反射面に、ミラーコーティング１５を有するので、（３）低エネルギー用光電素子１６への低エネルギー用シンチレータ１２からの光の伝達効率を上げることができる。 Further, since the total reflection prism 14 has the mirror coating 15 on the total reflection surface, (3) the light transmission efficiency from the low energy scintillator 12 to the low energy photoelectric element 16 can be increased.
また、全反射プリズム１４が低エネルギー用シンチレータ１２の前面に位置するので、（４）高エネルギー用と低エネルギー用のシンチレータ１２，２４間の距離を短縮することができ、外乱光の影響を低減することができる。 Further, since the total reflection prism 14 is located in front of the low energy scintillator 12, (4) the distance between the high energy and low energy scintillators 12, 24 can be shortened, and the influence of disturbance light can be reduced. can do.
さらに、低エネルギーＸ線検出器１０を構成する低エネルギー用シンチレータ１２、全反射プリズム１４、及び低エネルギー用光電素子１６と、高エネルギーＸ線検出器２０を構成する高エネルギー用フィルタ２２、高エネルギー用シンチレータ２４、及び高エネルギー用光電素子２６は、所定の厚さ内に平面状かつ厚さ方向に積層可能に配置されているので、所定の厚さ（例えば２．３ｍｍ厚）で、１チャンネル（１ｃｈ）の２段Ｘ線検出器を構成することができ、これを多層（例えば６４ｃｈ）に積層することで、容易にマルチチャンネルの２段Ｘ線検出器を構成することができる。 Furthermore, the low energy scintillator 12 constituting the low energy X-ray detector 10, the total reflection prism 14, the photoelectric element 16 for low energy, the high energy filter 22 constituting the high energy X-ray detector 20, the high energy Since the scintillator 24 for use and the photoelectric element 26 for high energy are arranged so as to be planar and stackable in the thickness direction within a predetermined thickness, one channel is provided with a predetermined thickness (for example, 2.3 mm thickness). A (1ch) two-stage X-ray detector can be configured, and a multi-channel two-stage X-ray detector can be easily configured by stacking them in multiple layers (for example, 64 channels).
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, Of course, it can change variously in the range which does not deviate from the summary of this invention.
１ Ｘ線、２ 被検査物、３ 入射Ｘ線、５ 発光（蛍光）、
６ 電気信号、７ 発光（蛍光）、８ 電気信号、９ 出力、
１０ 低エネルギーＸ線検出器、
１２ 低エネルギー用シンチレータ、１４ 全反射プリズム、
１５ ミラーコーティング、１６ 低エネルギー用光電素子、
２０ 高エネルギーＸ線検出器、
２２ 高エネルギー用フィルタ、２４ 高エネルギー用シンチレータ、
２６ 高エネルギー用光電素子、
３０ 演算装置（コンピュータ）、３２ コリメータ、
３４ 外乱防止治具、３６ 遮蔽板（鉛板）
1 X-ray, 2 inspection object, 3 incident X-ray, 5 emission (fluorescence),
6 electrical signals, 7 luminescence (fluorescence), 8 electrical signals, 9 outputs,
10 Low energy X-ray detector,
12 Low energy scintillator, 14 Total reflection prism,
15 Mirror coating, 16 Low energy photoelectric device,
20 high energy X-ray detector,
22 High energy filter, 24 High energy scintillator,
26 Photoelectric element for high energy,
30 arithmetic unit (computer), 32 collimator,
34 Disturbance prevention jig, 36 Shield plate (lead plate)
Claims (6)
前記入射Ｘ線を透過させる低エネルギー用シンチレータを有し、該低エネルギー用シンチレータにより前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーを吸収し検出する低エネルギーＸ線検出器と、
前記低エネルギー用シンチレータを透過した透過Ｘ線を再度透過させる高エネルギー用フィルタとその後方の高エネルギー用シンチレータを有し、該高エネルギー用シンチレータにより前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーを吸収し検出する高エネルギーＸ線検出器と、を備えたことを特徴とする２段Ｘ線検出器。 A two-stage X for detecting X-ray energy of incident X-rays that are irradiated with the X-rays distributed in a predetermined energy range and irradiated on the object to be inspected, and then transmitted through the X-rays. A line detector,
A low-energy scintillator that transmits the incident X-ray, and that absorbs and detects X-ray energy in the energy range by the low-energy scintillator;
A high energy filter that transmits again the transmitted X-rays that have passed through the low energy scintillator, and a high energy scintillator behind the high energy filter, and the high energy scintillator absorbs and detects X-ray energy in the energy range. An energy X-ray detector; and a two-stage X-ray detector.
前記低エネルギーＸ線検出器は、さらに、前記低エネルギー用シンチレータの前面に位置し、該低エネルギー用シンチレータ内の発光を９０度全反射する全反射プリズムと、
該全反射プリズムで反射された前記発光光量に比例する電気信号を出力する低エネルギー用光電素子とを備える、ことを特徴とする請求項１に記載の２段Ｘ線検出器。 The low energy scintillator is a flat phosphor that is positioned perpendicular to the incident X-ray, absorbs X-ray energy in the energy range, and emits light.
The low-energy X-ray detector is further located at the front surface of the low-energy scintillator, and a total reflection prism that totally reflects light emitted in the low-energy scintillator by 90 degrees;
2. The two-stage X-ray detector according to claim 1, further comprising: a low-energy photoelectric element that outputs an electric signal proportional to the amount of emitted light reflected by the total reflection prism.
前記高エネルギー用シンチレータは、前記高エネルギー用フィルタの後方に位置し、前記エネルギー範囲のＸ線エネルギーを吸収し発光する矩形平板状の蛍光体であり、
前記高エネルギーＸ線検出器は、さらに、前記高エネルギー用シンチレータの側面に位置し、該高エネルギー用シンチレータ内の発光光量に比例する電気信号を出力する高エネルギー用光電素子とを備える、ことを特徴とする請求項２に記載の２段Ｘ線検出器。 The high energy filter is a flat metal plate that is positioned orthogonal to the transmitted X-ray and absorbs X-ray energy in the energy range,
The high energy scintillator is a rectangular plate-like phosphor that is located behind the high energy filter and absorbs and emits X-ray energy in the energy range,
The high-energy X-ray detector further includes a high-energy photoelectric element that is located on a side surface of the high-energy scintillator and outputs an electrical signal proportional to the amount of light emitted in the high-energy scintillator. The two-stage X-ray detector according to claim 2, wherein
The low energy scintillator, the total reflection prism, and the high energy scintillator emit the incident X-ray, transmitted X-ray, light emission in the low energy scintillator, or light emission in the high energy scintillator on the side surface in the thickness direction. The two-stage X-ray detector according to claim 5, further comprising a shielding plate for shielding.
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