特許 7223993 非破壊検査システム及び非破壊検査方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-02-09

(45)【発行日】2023-02-17

(54)【発明の名称】非破壊検査システム及び非破壊検査方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 23/204 20060101AFI20230210BHJP

【ＦＩ】

G01N23/204

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2019034643

(22)【出願日】2019-02-27

(65)【公開番号】P2020139806

(43)【公開日】2020-09-03

【審査請求日】2022-02-03

(73)【特許権者】

【識別番号】000220343

【氏名又は名称】株式会社トプコン

(73)【特許権者】

【識別番号】503359821

【氏名又は名称】国立研究開発法人理化学研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100187322

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 直輝

(72)【発明者】

【氏名】永野 繁憲

(72)【発明者】

【氏名】石黒 哲

(72)【発明者】

【氏名】大竹 淑恵

(72)【発明者】

【氏名】須長 秀行

(72)【発明者】

【氏名】吉村 雄一

(72)【発明者】

【氏名】井門 孝治

【審査官】小野 健二

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／０４３５８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開昭６３－０７０１５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１７４５８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１７５３６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０１０３５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ２３／００－Ｇ０１Ｎ２３／２２７６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

パルス状の中性子を照射可能な中性子照射部と、
前記中性子照射部から照射され被検査物を介した中性子を検出可能な中性子検出器と、
被検査物の材質と中性子の減衰の関係を示す減衰情報を記憶する記憶部と、
前記中性子検出器が検出する中性子量の時間変化の情報である時間変化情報に応じて前記被検査物内の特異部分の位置を示す距離情報を演算可能な演算部と、
を備え、
前記演算部は、前記距離情報と前記減衰情報を用いて前記時間変化情報の中性子量に基づく情報を補正し、当該補正した時間変化情報の中性子量に基づく情報から前記特異部分の量に関する情報を生成可能な非破壊検査システム。

【請求項2】

前記演算部は、前記距離情報を前記時間変化情報のピークとなる時間情報から演算する請求項１に記載の非破壊検査システム。

【請求項3】

前記演算部は、前記時間変化情報の前記ピークにおける中性子量に基づく情報から前記特異部分の量を演算する請求項２に記載の非破壊検査システム。

【請求項4】

前記演算部は、前記時間変化情報の時間経過に基づく積分値から前記特異部分の量を演算する請求項１又は２に記載の非破壊検査システム。

【請求項5】

前記演算部は、前記距離情報に基づき前記中性子検出器が検出する中性子量の時間変化情報から中性子量の情報を抽出する抽出時間を演算し、前記抽出時間における前記時間変化情報の中性子量に応じて、特異部分の量を演算する請求項１から４のいずれか一項に記載の非破壊検査システム。

【請求項6】

前記演算部は、前記中性子検出器が検出する中性子量の時間変化情報から、前記特異部分の組成に関する情報を生成する請求項１から５のいずれか一項に記載の非破壊検査システム。

【請求項7】

前記中性子検出器は、前記被検査物の内部にて後方散乱した中性子を検出可能である請求項１から６のいずれか一項に記載の非破壊検査システム。

【請求項8】

前記中性子検出器は、前記被検査物を透過した中性子を検出可能である請求項１から７のいずれか一項に記載の非破壊検査システム。

【請求項9】

中性子を照射可能な中性子照射部と、
前記中性子照射部から照射され被検査物を介した中性子を検出可能な中性子検出器と、
前記被検査物と前記中性子検出器との間に位置し、前記被検査物を介した中性子を所定の指向性を以って前記中性子検出器に入射するように配置されるコリメータと、
被検査物の材質と中性子の減衰の関係を示す減衰情報を記憶する記憶部と、
前記中性子検出器で検出する結果に基づいて演算するように構成された演算部と、
を備え、
前記中性子照射部は、中性子を照射する中心軸が前記コリメータの中心軸方向に対して交差するように中性子を照射するように構成され、
前記演算部は、前記中性子検出器が検出する中性子量の時間変化の情報である時間変化情報を生成可能であり、前記中性子検出器の位置情報及び／又は前記中性子照射部の位置情報と、中性子を照射する中心軸と前記コリメータの中心軸方向の交差する角度に関する情報と、前記中性子検出器で検出する中性子量と、から、前記コリメータの中心軸方向の特異部分の位置を示す距離情報を演算可能であり、前記距離情報と前記減衰情報を用いて前記時間変化情報の中性子量に基づく情報を補正し、当該補正した時間変化情報の中性子量に基づく情報から前記特異部分の量に関する情報を生成可能な非破壊検査システム。

【請求項10】

前記中性子照射部は、中性子を照射する中心軸が前記コリメータの中心軸方向の交差する角度が１０度から８０度となるように中性子を照射するように構成される請求項９に記載の非破壊検査システム。

【請求項11】

パルス状の中性子を照射可能な中性子照射部と、
前記中性子照射部から照射され被検査物を介した中性子を検出可能な中性子検出器と、
被検査物の材質と中性子の減衰の関係を示す減衰情報を記憶する記憶部と、
前記中性子検出器が検出する中性子量の時間変化の情報である時間変化情報に応じて前記被検査物内の特異部分の位置を示す距離情報を演算可能な演算部と、
を用いて、
前記中性子照射部が、中性子を被検査物に向けて照射するステップと、
前記中性子検出器が中性子を検出するステップと、
前記演算部が、前記距離情報と前記減衰情報を用いて前記時間変化情報の中性子量に基づく情報を補正し、補正後の時間変化情報から前記特異部分の量に関する情報を生成するステップと、
を備える非破壊検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、中性子線を用いた被検査物の非破壊検査システム及び非破壊検査方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、道路、橋梁、トンネル、建築物等のインフラストラクチャー（以下、インフラ構造物という）の老朽化に対して、適切な維持管理、補修、更新が望まれている。

【0003】

このようなインフラ構造物の検査においては、物体に対して透過性を有するＸ線等の放射線を用いることで、被検査物を破壊することなく内部構造を解析することが可能な非破壊検査が行われている。

【0004】

特に近年においては、Ｘ線よりも透過性の高い中性子を用いた非破壊検査装置も検討されている。例えば、特許文献１には、車両に可搬型の中性子発生源を搭載して、橋梁の上を走行しつつ、当該中性子を用いて当該橋梁内部に対する非破壊検査を行う構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】国際公開番号ＷＯ２０１６／０３５１５１

【文献】特開２００８－１８０７００

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、特許文献１の中性子を用いた非破壊検査は、中性子検出器の対向する位置に欠陥があることを検査することができるが、深さ方向のどの位置にどの程度の欠陥があるのかを特定することが困難であった。

【0007】

そこで、特許文献２の検出方法では、高速中性子の発生時刻を基準とする熱中性子検出率の分布情報を算出し、この分布情報を用いて被検査物内に水が存在する場合の水の位置及び水の量を求める方法が開示されている。この発明に係る方法では、予め水の量に応じた熱中性子の検出率を計測しておき、メモリに記憶された水の量と対応する熱中性子検出率と検出した熱中性子から水の量を計測するものである。

【0008】

しかしながら、特許文献２の方法では、水で発生した熱中性子が検出器で検出するまでの透過距離による減衰の影響が考慮されておらず、例えば橋梁の深い部分にある水の量と、浅い部分にある水の量を精度よく計測することが困難である。

【0009】

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、被検査物に対して中性子を用いて行う非破壊検査において、被検査物の特異部分の位置情報から特異部分の量を精度よく検出することができる非破壊検査システム、非破壊検査方法を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記した目的を達成するために、本発明に係る非破壊検査システムは、パルス状の中性子を照射可能な中性子照射部と、前記中性子照射部から照射され被検査物を介した中性子を検出可能な中性子検出器と、被検査物の材質と中性子の減衰の関係を示す減衰情報を記憶する記憶部と、前記中性子検出器が検出する中性子量の時間変化の情報である時間変化情報に応じて前記被検査物内の特異部分の位置を示す距離情報を演算可能な演算部と、を備え、前記演算部は、前記距離情報と前記減衰情報を用いて前記時間変化情報の中性子量に基づく情報を補正し、当該補正した時間変化情報の中性子量に基づく情報から前記特異部分の量に関する情報を生成可能である。

【0011】

また、上記非破壊検査システムとして、前記演算部は、前記距離情報を前記時間変化情報のピークとなる時間情報から演算してもよい。

【0012】

また、上記非破壊検査システムとして、前記演算部は、前記時間変化情報の前記ピークにおける中性子量に基づく情報から前記特異部分の量を演算してもよい。

【0013】

また、上記非破壊検査システムとして、前記演算部は、前記時間変化情報の時間経過に基づく積分値から前記特異部分の量を演算してもよい。

【0014】

また、上記非破壊検査システムとして、前記演算部は、前記距離情報に基づき前記中性子検出器が検出する中性子量の時間変化情報から中性子量の情報を抽出する抽出時間を演算し、前記抽出時間における前記時間変化情報の中性子量に応じて、特異部分の量を演算してもよい。

【0015】

また、上記非破壊検査システムとして、前記演算部は、前記中性子検出器が検出する中性子量の時間変化情報から、前記特異部分の組成に関する情報を生成してもよい。

【0016】

また、上記非破壊検査システムとして、前記中性子検出器は、前記被検査物の内部にて後方散乱した中性子を検出可能となるように構成してもよい。

【0017】

また、上記非破壊検査システムとして、前記中性子検出器は、前記被検査物を透過した中性子を検出可能となるように構成してもよい。

【0018】

また、上記した目的を達成するために、本発明に係る非破壊検査システムは、中性子を照射可能な中性子照射部と、前記中性子照射部から照射され被検査物を介した中性子を検出可能な中性子検出器と、前記被検査物と前記中性子検出器との間に位置し、前記被検査物を介した中性子を所定の指向性を以って前記中性子検出器に入射するように配置されるコリメータと、被検査物の材質と中性子の減衰の関係を示す減衰情報を記憶する記憶部と
、前記中性子検出器で検出する結果に基づいて演算するように構成された演算部と、を備え、
前記中性子照射部は、中性子を照射する中心軸が前記コリメータの中心軸方向に対して交差するように中性子を照射するように構成され、前記演算部は、前記中性子検出器が検出する中性子量の時間変化の情報である時間変化情報を生成可能であり、前記中性子検出器の位置情報及び／又は前記中性子照射部の位置情報と、中性子を照射する中心軸と前記コリメータの中心軸方向の交差する角度に関する情報と、前記中性子検出器で検出する中性子量と、から、前記コリメータの中心軸方向の特異部分の位置を示す距離情報を演算可能であり、前記距離情報と前記減衰情報を用いて前記時間変化情報の中性子量に基づく情報を補正し、当該補正した時間変化情報の中性子量に基づく情報から前記特異部分の量に関する情報を生成可能である。

【0019】

また、上記非破壊検査システムとして、前記中性子照射部は、中性子を照射する中心軸が前記コリメータの中心軸方向の交差する角度が１０度から８０度となるように中性子を照射してもよい。

【0020】

また、上記非破壊検査方法として、パルス状の中性子を照射可能な中性子照射部と、前記中性子照射部から照射され被検査物を介した中性子を検出可能な中性子検出器と、被検査物の材質と中性子の減衰の関係を示す減衰情報を記憶する記憶部と、前記中性子検出器が検出する中性子量の時間変化の情報である時間変化情報に応じて前記被検査物内の特異部分の位置を示す距離情報を演算可能な演算部と、を用いて、前記中性子照射部が、中性子を被検査物に向けて照射するステップと、前記中性子検出器が中性子を検出するステップと、前記演算部が、前記距離情報と前記減衰情報を用いて前記時間変化情報の中性子量に基づく情報を補正し、補正後の時間変化情報から前記特異部分の量に関する情報を生成するステップと、を備える。

【発明の効果】

【0021】

上記手段を用いる本発明によれば、被検査物に対して中性子を用いて行う非破壊検査において、被検査物の特異部分の位置情報から特異部分の量を精度よく検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の第１実施形態に係る非破壊検査システムを示す概略構成図である。

【図2】図１の非破壊検査システムの特異部分の位置を変えた状態を示す概略構成図である。

【図3】被検査物中の深さの異なる位置および異なる量の水により散乱された熱中性子量比の時間変化のデータを示す図である。

【図4】本発明のコントロールユニットを示すブロック図である。

【図5】本発明の第１実施形態に係る非破壊検査システムの動作を示すフローチャートである。

【図6】被検査物中の深さの異なる位置および異なる量の空隙からの熱中性子量比の時間変化のデータを示す図である。

【図7】被検査物中の深さの異なる位置および異なる量の水により散乱された熱中性子量比の時間変化の積分領域を示す図である。

【図8】被検査物中の深さの異なる位置および異なる量の水により散乱された熱中性子量比の時間変化の検出時間を区切った積分領域を示す図である。

【図9】本発明の第１実施形態に係る非破壊検査システムの変形例を示す概略構成図である。

【図10】本発明の第２実施形態に係る非破壊検査システムを示す概略構成図である。

【図11】本発明の第２実施形態に係る非破壊検査システムにおける中性子検出器の検出結果および、被検査物と中性子検出ユニットの位置関係を示す概略構成図である。

【図12】本発明の第２実施形態に係る非破壊検査システムにおける中性子検出器の検出結果および、被検査物と中性子検出ユニットの位置関係を示す概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。

【0024】

（第１実施形態）
まず本発明の第１実施形態について説明する。

【0025】

＜全体構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る非破壊検査システム１の概略構成図である。以下これらの図に基づき本実施形態の非破壊検査システム１の構成について説明する。

【0026】

図１に示すように、本実施形態の非破壊検査システム１は、移動体である車両２に中性子照射源システム３、検出システム４、コントロールユニット５が搭載されて構成されている。車両２は例えばトラックであり、荷台２ａに中性子照射源システム３、検出システム４がそれぞれ搭載され、運転席２ｂにコントロールユニット５が搭載されている。本実施形態では、車両２は主にコンクリートからなる橋１０１の上を走行し、橋１０１を被検査物とした非破壊検査を行う。

【0027】

中性子照射源システム３は、電源部１０、荷電粒子線である陽子ビームＰ（プロトンビーム）を出射する線形加速器１１、中性子照射部１２を有している。また、検出システム４は、被検査物を介した中性子線を検出する中性子検出器１４、中性子が外部へ拡散するのを防ぐための遮蔽筒１５を有している。

【0028】

詳しくは、電源部１０は、各部に電力を供給する発電機である。電源部１０の発電機は、少なくとも荷電粒子である陽子（プロトン）を発生可能な発電性能を備え、電圧変動が少なく、高調波電流に耐えられるものが好ましい。また、電源部１０は、発電機が発電した電力を蓄電可能なバッテリを有していてもよい。

【0029】

線形加速器１１は、陽子を発生するイオン源１１ａを有し、当該イオン源１１ａから円筒状の加速器１１ｂを介して中性子照射部（中性子照射部）１２に接続される。加速器１１ｂは、イオン源１１ａで発生した陽子を加速し、陽子ビームＰとして中性子照射部１２に照射する。イオン源１１ａは、陽子の発生を断続的に行うことで、中性子照射部１２から時間的に離散したパルス状の中性子を照射することができる。

【0030】

中性子照射部１２は、ターゲット部（不図示）と照射コリメータ（不図示）とを含んで構成される。ターゲット部は、陽子と衝突して中性子を生じるものであり、例えばベリリウムを含んで形成されている。ターゲット部には、ターゲット部から発生した中性子のうち所定方向の中性子を選択する照射コリメータが接続される。照射コリメータによって、照射される高速中性子Ｎｈの指向性を高めることができる。なお、線形加速器１１からターゲット部までは、荷電粒子の飛翔を妨げないようにその経路は高真空状態を維持可能な構造となっている。

【0031】

中性子検出器１４は、矩形の板状をなし中性子照射部１２の下方に配置されている。本実施形態の中性子検出器１４は、中性子照射部１２から生じた中性子が橋１０１内にて後方散乱した熱中性子Ｎｓを検出するものである。なお、図１では中性子照射部１２から照射される高速中性子Ｎｈを実線の矢印で示し、熱中性子Ｎｓを点線の矢印で示している。

【0032】

図１では、非破壊検査システム１は、被検査物である橋１０１の上に配置されている状態である。また、中性子照射部１２の下方で、橋１０１の舗装面から距離ｄの位置に特異部分１２１がある状態を示している。特異部分は、橋１０１を構成するコンクリートにできたクラックに水がたまった状態の部分である。中性子照射部１２から照射された１ＭｅＶのエネルギーを持つ高速中性子Ｎｈは、橋１０１を構成するコンクリート内を進行し、その構成元素により、散乱や減衰を生じる。水を構成する元素である水素の原子核は、中性子と質量が近いため弾性散乱時の中性子のエネルギー損失が大きい。そのため、高速中性子Ｎｈは、水に入射すると熱中性子として散乱する。図１の点線で示す特異部分１２２は、特異部分１２１に比べてクラックが大きくクラックにたまった水の量が多い部分である。

【0033】

図２は、図１における特異部分１２１が、橋１０１の舗装面から距離ｄよりも離れた距離ｄ’の位置に特異部分１２１’がある状態を示している。散乱される熱中性子Ｎｓ’は、特異部分１２１’から最短距離ｄ’で舗装面に到達し、中性子検出器１４で検出される。図２の点線で示す特異部分１２２’は、特異部分１２１’に比べてクラックが大きくクラックにたまった水の量が多い部分であり、図１の特異部分１２２と同じ量である。

【0034】

＜検出データについて＞
図３は、非破壊検査システム１で測定した、被検査物中の位置の異なる水に対する熱中性子量比の時間変化のデータを示す図である。図３において、横軸は、中性子照射部１２が被検査物へパルス状の高速中性子を照射した時点を原点とする時間を示す。なお、横軸は、絶対的な時間を示すものではなく、所定の値で規格化したものである。また、縦軸も、中性子検出器１４で検出した熱中性子の検出数を示す。縦軸の検出数は、被検査物に水や空隙のない状態、すなわち特異部分がなく被検査物がコンクリートで満たされている状態を標準状態である１として規格化している。

【0035】

図３の線５１１は、図１の深さｄに位置する特異部分１２１に、高速中性子Ｎｈを照射した際に中性子検出器１４で検出される熱中性子の量の時間変化を示している。また、線５１１’は、図２の深さｄ’に位置する特異部分１２１’に高速中性子Ｎｈを照射した際に中性子検出器１４で検出される熱中性子の量の時間変化を示している。同様に、線５１２は、図１の深さｄに位置する特異部分１２２に、高速中性子Ｎｈを照射した際に中性子検出器１４で検出される熱中性子の量の時間変化を示している。また、線５１２’は、図２の深さｄ’に位置する特異部分１２２’に高速中性子Ｎｈを照射した際に中性子検出器１４で検出される熱中性子の量の時間変化を示している。

【0036】

熱中性子の速度は約２２００［ｍ／ｓ］であり、例えば１．０［ＭｅＶ］の高速中性子の速度１．４×１０^７［ｍ／ｓ］に対してきわめて遅い。そのため、高速中性子の照射タイミングから熱中性子の検出タイミングまでの時間差は、熱中性子の透過距離による。線５１１は、検出時間ｔｃで熱中性子数比のピークを持つ。また線５１１’は、ｔｃよりも遅れたｔｃ’でピークを持つ。線５１１のピークｔｃは、実質的に熱中性子が距離ｄを透過する時間により決まり、また線５１１’のピークｔｃ’は、熱中性子が距離ｄ’を透過する時間により決まる。すなわち、横軸におけるピークの位置は特異部分の深さに対応する。そのため、非破壊検査システム１は、ピークの位置から特異部分の深さ（距離情報）を推定することができる。

【0037】

次に、ピークの高さについて説明する。先に説明したように、図３において、縦軸も、中性子検出器１４で検出した熱中性子の検出量を規格化した値である。すなわち、同じ深さにおいて、水の量が多ければ、その水により散乱されて検出される熱中性子の量は多くなる。ここで、特異部分１２１により散乱された熱中性子の検出結果である線５１１のピークの高さはｒｃ１である。特異部分１２１よりも水の量が多い特異部分１２２により散乱された熱中性子の検出結果である線５１２のピークの高さはｒｃ１よりも大きいｒｃ２である。

【0038】

特異部分１２１と同じ水の量である特異部分１２１’により散乱された熱中性子の検出結果である線５１１’のピークの高さは、ｒｃ１よりも小さいｒｃ１’である。

【0039】

ここで、高速中性子、熱中性子の減衰について説明する。高速中性子は、空気中ではほぼ減衰することなく透過することができる。しかし、コンクリート等の物体中を透過する場合、構成元素との衝突により減衰が生じる。熱中性子は、空気中および物体中で減衰する。減衰率をβとしたときに、入射量ＣＮ_０に対する減衰後の中性子量ＣＮ_Ｘは、その透過する距離Ｘとの関係で、下記数１で表すことができる。なお、減衰率βは、透過する中性子と透過する物質の関係により決まる値である。

【0040】

（数１）
ＣＮｘ＝Ｆ（β、Ｘ）・ＣＮ_０

【0041】

関数Ｆは、例えば、指数関数を用いることができる。

【0042】

特異部分１２１の位置と特異部分１２１’の位置は、ｄ＜ｄ’の関係であることから、特異部分１２１’に到達する高速中性子は、特異部分１２１に到達する高速中性子に比べて減衰する。また、特異部分１２１’で散乱された熱中性子は、特異部分１２１で散乱された熱中性子に対して透過距離の分、減衰する。そのため、ピークの位置から推定した距離ｄ、ｄ’と、減衰率の関係から式１を用いて減衰前の熱中性子の量を推定することができる。それにより、距離ｄとピークの高さｒｃ１の関係と、距離ｄ’とピークの高さｒｃ１’の関係のそれぞれから、特異部分１２１と特異部分１２１’の水の量が同じであることを算出することができる。

【0043】

なお、非破壊検査システム１は、予め特異部分の量と深さが既知であるデータを用いて、検出データと対応させることにより、特異部分の量を推定することができる。

【0044】

＜コントロールユニット構成＞
次に、コントロールユニットの構成について説明する。図４は、コントロールユニット５の構成を示すブロック図である。コントロールユニット５は、制御部３１１と、記憶部３１２と、演算部３１３と、表示部３１４と、線源出力部３２１と、検出器入力部３２２と、位置入力部３２３とを含んで構成されるユニットであり、専用のコンピュータや、ソフトウエアがインストールされた汎用のコンピュータ等により構成される。

【0045】

制御部３１１は、コントロールユニット５全体の制御を行う。記憶部３１２は、中性子検出器１４の中性子量の検出結果の情報を記憶する。また、材質毎の減衰率のデータを記憶する。また、特異部分の量と深さが既知である基準となるデータを記憶する。

【0046】

演算部３１３は、検出結果の処理を行い、中性子量の時間変化情報を生成する。また、演算部３１３は、時間変化情報のピークを検出するための演算を行う。さらに、演算部３１３は、ピークの検出時間から、特異部分の位置を推定する演算を行う。また、演算部３１３は、ピークの検出時間に応じて時間変化情報から中性子量の情報を抽出する抽出時間を演算する。そして、時間変化情報と演算した抽出時間および、ピーク位置による減衰率の補正を行うことで、特異部分の量を推定する演算を行う。

【0047】

表示部３１４は、演算した特異部分の位置、深さ、量の情報をユーザが視認できるように表示する装置である。線源出力部３２１は、接続される線形加速器１１の制御を行う。例えば、時間的に離散したパルス中性子を中性子照射部１２から照射するように線形加速器１１を制御することができる。また、検出器入力部３２２は、接続される中性子検出器１４からの出力を受信する。また、位置入力部３２３は、非破壊検査システム１の位置を位置検出部３１から受信する。位置検出部３１は、例えばＧＰＳや、カメラや、他の計測手段を用いても構わない。それにより、非破壊検査システム１が被検査物のどの位置を計測しているかを知ることができる。

【0048】

＜処理の流れ＞
次に、第１実施形態に係る非破壊検査システム１の動作について、図５に示すフローチャートを参照しながら説明する。

【0049】

ステップＳ１０１において、位置入力部３２３は、非破壊検査システム１の位置情報と被検査物の位置情報から、検出場所の位置を取得する。検出場所の位置とは、例えば橋の表面の平面上の位置を示すものである。

【0050】

ステップＳ１０２において、線源出力部３２１は、線形加速器１１を制御して、パルス中性子を中性子照射部１２から照射する。

【0051】

ステップＳ１０３において、検出器入力部３２２は、中性子検出器１４で検出する中性子量のデータを取得し、時間情報を付与して中性子量の時間変化情報として記憶部３１２に記憶する。

【0052】

ステップＳ１０４において、演算部３１３は、時間変化情報のピークを検出するための演算を行う。さらに、演算部３１３は、ピーク時間から、特異部分の位置を推定する演算を行う。

【0053】

ステップＳ１０５において、演算部３１３は、推定された特異部分の位置による熱中性子の透過距離を用いて、時間変化情報のピーク高さについて減衰率の補正を行う。また、演算部３１３は、補正を行ったピーク高さから特異部分の量を推定する演算を行う。

【0054】

ステップＳ１０６において、表示部３１４は、演算部３１３で演算された特異部分の推定された位置や量をユーザが視認できる形で表示する。

【0055】

ステップＳ１０７において、制御部３１１は、ユーザの要求により、測定を終了するかどうかを判別し、終了すると判別（Ｙ）の場合処理を終了し、終了しないと判別（Ｎ）の場合、ステップＳ１０１へ処理を戻す。

【0056】

以上、特異部分が水である場合について説明したが、特異部分が空隙である場合には、図６で示すように、縦軸の１を基準に、カーブは下向きのピークを持つ。水の場合と同様にピークの位置の検出時間から空隙の深さ方向の位置を検出可能である。また、ピークの高さから空隙の量を推定することができる。このように、検出された中性子量の時間変化情報であるカーブが上向きか下向きかにより、特異部分が水であるか、空隙であるか、すなわち、特異部分の組成を推定することができる。

【0057】

以上、説明したように、パルス状の高速中性子を被検査物に照射し、検出した熱中性子の時間変化情報のピーク位置により特異部分の距離（位置）を推定し、また、その距離の情報と減衰情報を用いて時間変化情報のピーク高さから特異部分の水や空隙の量を推定し、その情報を生成することができる。

【0058】

なお、熱中性子の量は、ピークの高さに換えて、図７で示すカーブが作る面積の積分値を用いても構わない。線５１１が基準値との間で作る面積Ｓは、特異部分１２１により散乱された熱中性子を積算したものであり、すなわち、特異部分の量に応じた値を示す。線５１１’が基準値との間で作る面積Ｓ’は、同様に特異部分１２１’により散乱された熱中性子を積算したものである。特異部分１２１と特異部分１２１’は同じ量であるが、深さがｄと、ｄより大きなｄ’で異なる。深さｄに位置する特異部分１２１により散乱される熱中性子は、ｄの距離で減衰される。また、深さｄ’に位置する特異部分１２１’により散乱される熱中性子は、ｄ’の距離で減衰される。そのため、面積Ｓと面積Ｓ’をそれぞれの減衰量を補正することにより、特異部分の量を推定することができる。

【0059】

また、積分を行う時間の範囲は、特異部分の距離情報により変化させても構わない。図１において、熱中性子Ｎｓは最短の距離であるｄを透過し中性子検出器１４に検出される。これに加えて、熱中性子は、コンクリート内で更なる散乱を繰り返し、距離ｄよりも長い距離を透過して舗装面に到達し、中性子検出器１４で検出されるものもあり、それらの中性子の検出時間は遅れる。距離が長くなれば、遅れは大きくなり、線５１１’の描くカーブは、線５１１のカーブよりもよりブロードになる。ピークから遅延して検出される熱中性子は、散乱を繰り返したものであり、その中性子数は、水の量だけではなく、周囲の環境に応じて変化する場合がある。そのため、検出時間を長期に摂り、積分値を算出すると、遅延して検出される熱中性子により、水の量を異なって算出するおれがある。そのため、ピークに対して、中性子量を抽出するための積分のための時間を設定し、当該時間内での中性子量を積分することで、安定した水の量を測定することができる。図８では、線５１１では、ピークがｔｃから、ｔ１からｔ２の期間を抽出時間として設定し、その間の積分値がＳｔとなる。線５１１’では、ピークがｔｃ’であり、ｔ１’からｔ２’の期間を抽出時間として設定し、その間の積分値がＳｔ’となる。積分を行う範囲を限定することにより、周囲の環境の影響を除外して特異部分の量を精度よく推定することができる。

【0060】

また、第１実施形態では、中性子照射部１２と中性子検出器１４が被検査物に対して同じ方向、すなわち被検査物に対して後方散乱した熱中性子を検出するものであるが、これに限られるものではない。図９で示す非破壊検査システム１’では、検出システム４’を構成する中性子検出器１４’を、中性子照射部１２と被検査物を挟んで配置し、被検査物を透過して得られる熱中性子Ｎｓ１’’を検出しても構わない。その際、位置情報は特異部分１２１から、舗装面の反対面までの距離であるｄ’’の距離に基づいて演算を行い、特異部分の量の推定を行う。

【0061】

（第２実施形態）
図１０は、本発明の第２実施形態に係る非破壊検査システム１’’の概略構成図である。以下これらの図に基づき本実施形態の非破壊検査システム１’’の構成について説明する。なお、第１実施形態と同じ要素については同じ符号を付し、説明を省略する。

【0062】

第２の実施形態では、非破壊検査システム１’’は、中性子検出器の位置情報や中性子照射部の位置情報と、中性子を照射する中心軸とコリメータの中心軸方向の交差する角度に関する情報から、距離情報を算出することができる。そして、非破壊検査システム１’’は、当該距離情報と減衰情報を用いて、特異部分の水や空隙の量を推定することができるシステムである。

【0063】

中性子検出ユニット２１は、熱中性子を検出可能な中性子検出器２２ａ～２２ｅと、それぞれの中性子検出器に入射する熱中性子の指向性を高めるためのコリメータ２３ａ～２３ｅとを含んで構成される。中性子検出ユニット２１は、連結部２４を介して車両２に接続されている。中性子検出器２２ａ～２２ｅは、車両２の進行方向に平行に１列に配置されるアレイ構造である。

【0064】

図１０では、非破壊検査システム１’’は、被検査物である橋１０１の上に配置されている状態である。橋１０１は内部に、水で満たされた特異部分１２３、１２４が存在する。

【0065】

中性子照射部１２は、橋１０１に向けて照射できるように車両２の上で傾けられて設置される。中性子照射部１２から照射される高速中性子は照射コリメータにより指向性が高められ、橋１０１に照射される。図１０では、照射される高速中性子の中心軸を点線で示しＮｈと表示する。照射される高速中性子は、照射コリメータにより指向性を高められているが、完全な平行ビームである必要はなく、多少の拡散角を持っていても構わない。その場合、拡散角を持って拡散する高速中性子のビームの中心軸が図１０のＮｈとなる。

【0066】

図１０では、コリメータ２３ａ～２３ｅの中心軸を一点鎖線で示す。各コリメータの中心軸は、コリメータの指向性の中心を示している。中性子照射部１２から照射される高速中性子は、コリメータ２３ａ～２３ｅの中心軸方向と高速中性子のビームの中心軸が角度θ１で交差するように照射される。具体的には、中性子照射部１２は、照射する高速中性子の中心軸が前記コリメータの中心軸方向の交差する角度が１０度から８０度となるように高速中性子を照射する。角度を小さくすれば、高速中性子は橋１０１に深く侵入し、角度を大きくすれば、浅く侵入することになる。高速中性子Ｎｈの各コリメータの中心軸が交差する位置を、図１０で位置１１１ａから位置１１１ｅで示す。高速中性子は、橋１０１を構成する材質に衝突し、その一部が熱中性子として散乱される。位置１１１ａで散乱した熱中性子Ｎｓａはコリメータ２３ａを介して中性子検出器２２ａで検出される。同様に位置１１１ｂから位置１１１ｅで散乱した熱中性子は、それぞれ中性子検出器２２ｂから２２ｅで検出される。

【0067】

次に図１１を用いて、中性子検出器２２ａから２２ｅで検出される検出結果である中性子量、および、被検査物である橋１０１と中性子検出ユニット２１の関係を説明する。図１１（ａ）は、中性子検出器２２ａから２２ｅで検出される検出結果である中性子量を示すグラフである。また図１１（ｂ）は、橋１０１と中性子検出ユニット２１の関係を示す概略構成図である。なお、図１０で説明したものについては省略する。

【0068】

図１１（ａ）は、縦軸に中性子検出器が検出した中性子量を示し、横軸に中性子検出器の位置を示すグラフである。実線は、被検査物に特異部分がない場合であり、点線は被検査物に特異部分がある場合を示している。縦軸の中性子量は、中性子検出器が検出した熱中性子の量を示しており、検出した熱中性子の量をカウントした値である。中性子量は、実施例１における深さ方向の位置に応じた抽出時間により積分により求めた値を用いても構わない。点２１１ａは、中性子照射部１２から照射された高速中性子Ｎｈが、被検査物である橋１０１を介して散乱した熱中性子Ｎｓａを中性子検出器２２ａが検出した中性子量である。以下、同様に点２１１ｂから点２１１ｅは、中性子検出器２２ｂから２２ｅが検出した中性子量である。

【0069】

ここで、図１１（ａ）、図１１（ｂ）を用いて、中性子照射部１２から照射された高速中性子Ｎｈが、中性子検出器２２ａに到達する過程における減衰について説明する。図１１（ｂ）において、中性子照射部１２から照射される高速中性子の中心軸（照射方向）と、コリメータ２３ａの中心軸（検出方向）は、角度θ１で交差する。コリメータ２３ａの中心軸が、被検査物である橋１０１と直交する場合、中性子照射部１２から照射される高速中性子Ｎｈの被検査物への入射角α１は下記数２で表すことができる。

【0070】

（数２）
α１＝９０°－θ１

【0071】

高速中性子Ｎｈが、橋１０１に位置１１０で入射し、位置１１１ａに到達するまでの距離Ｌｈａは、位置１１０からコリメータ２３ａの中心軸までの距離をＸａとすると下記数３で表すことができる。

【0072】

（数３）
Ｌｈａ＝Ｘａ／ｃｏｓα１

【0073】

次に、高速中性子は物質中で散乱し、熱中性子が発生する。位置１１１ａで発生した熱中性子が、位置１１１ａから、被検査物の表面、すなわち中性子検出器側に熱中性子が透過する距離Ｌｓａ、すなわち特異部分の舗装面からの距離情報は以下の数４で表すことができる。

【0074】

（数４）
Ｌｓａ＝Ｘａ・ｔａｎα１

【0075】

また、被検査物の表面から出射した熱中性子は、空気中を透過し、コリメータ２３ａを介して中性子検出器２２ａで検出される。この際、空気中を透過する距離をＺａとする。この場合、高速中性子の照射量ＣＮｈに対する減衰後の熱中性子の量ＣＮｓは、下記数５の関係で表すことができる。なお、高速中性子の橋の構成物質における減衰率をβｈ、熱中性子の橋の構成物質における減衰率をβｓ、熱中性子の空気中における減衰率をβａとする。なお、位置１１０の位置、Ｚａ、ＸａからＸｅは、中性子照射部１２の位置、中性子検出ユニット２１の位置を被検査物との関係で測定することで決定することができる。

【0076】

（数５）
ＣＮｓ∝Ｆ(βｈ，βａ，βｓ，Ｌｈａ，Ｌｓａ，Ｚａ)・ＣＮｈ

【0077】

すなわち、各減衰率および高速中性子の入射角度および各中性子検出器の位置により、各中性子検出器が検出する中性子量の相対関係が定まる。図１１（ａ）のグラフの実線は、数５の関係が成立している。

【0078】

図１１（ａ）の点線は、コリメータ２３ｃの下に特異部分１２３、１２４が存在する場合の中性子量を示すグラフである。特異部分１２３、１２４は、橋にできた欠陥であるクラックに水が満たされている状態である。水は、その量に応じて高速中性子Ｎｈが散乱し熱中性子を生じる。つまり、図１１（ｂ）で示すように、位置１１１ｃに存在する特異部分１２３に入射する高速中性子Ｎｈが特異部分１２４の水の量に応じて散乱させる熱中性子Ｎｓｃが中性子検出器２２ｃで検出される。そのため、図１１（ａ）で示すように、点２１１ｃ’は、特異部分１２３が存在しない場合の中性子量を示す点２１１ｃに対して増加する。また、生じた熱中性子Ｎｓｃはコンクリート内の距離Ｌｓｃを透過する間に減衰する。さらに、位置１１１ｄで熱中性子Ｎｓｄを生じさせる高速中性子Ｎｈは特異部分１２３で減衰しているため、中性子検出器２２ｄで検出される中性子量を示す点２１１ｄ’は点２１１ｄに比べて減少する。点２１１ｅ’が点２１１ｅよりも減少しているのも同様の理由である。

【0079】

このように、図１１（ａ）において、特異部分のない状態を測定した実線のデータとの比較により、水平方向のＸｃの位置の、深さ方向の距離Ｌｓｃに特異部分１２３が存在することを推定することができる。また、演算部３１３は、検出した中性子量を、実施形態１と同様に距離Ｌｓｃから抽出時間を演算し、その時間内における中性子量を積分することにより、特異部分１２３の水の量を推定することができる。

【0080】

次に、図１２（ｂ）は、非破壊検査システム１’’全体が、橋１０１に対して相対的に右側に移動した状態である。そのため、中性子照射部１２から照射された高速中性子Ｎｈは、特異部分１２４に照射される。特異部分１２４の水により散乱された熱中性子Ｎｓｅは、特異部分１２３を透過し中性子検出器２２ｅで検出される。

【0081】

図１２（ａ）において、点２１１ｅ、２１１ｅ’’、２１１ｅ'''は、それぞれ特異部分の有無による中性子検出器２２ｅで検出される中性子量を示している。点２１１ｅは、特異部分が存在しない場合の中性子量を示している。点２１１ｅ’’は、特異部分１２３のみが存在する場合の中性子量を示している。特異部分１２３に存在する水の量に応じて、熱中性子Ｎｓｅの量は増加するため、点２１１ｅ’’の中性子量は、点２１１ｅの中性子量よりも多い。点２１１ｅ'''は、特異部分１２３、１２４が存在する場合の中性子量を示している。特異部分１２４で散乱された熱中性子Ｎｓｅは、特異部分１２３を透過することによる減衰が生じるため、点２１１ｅ'''の中性子量は点２１１ｅ’’の中性子量に比べて少なくなる。特異部分１２３の水の量は、非破壊検査システム１’’全体の移動前の測定により既に推定されているため、当該推定量から減衰量を定めることができる。このようにして、演算部３１３は、中性子検出器２２ｅで検出された中性子量に対して減衰要素を補正することにより、特異部分１２４の水の量を推定することができる。また、特異部分のない状態を測定した実線のデータとの比較により、水平方向のＸｅの位置の、深さ方向の距離Ｌｓｅに特異部分１２４が存在することを推定することができる。このように、高速中性子の照射方向と、中性子検出器の検出方向が斜めになるように各構成を配置することにより、中性子検出器の下方に複数の特異部分がある場合においても、それぞれの位置、深さと特異部分の量（水の量）を推定することができる。当然に、特異部分が１か所の場合においては、その特異場所の位置、深さと特異部分の水の量を推定することができる。

【0082】

以上で本発明の各実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれらの実施形態に限定されるものではない。また、以上の説明において、水や空隙の量と表現しているものは、水の量においては、水分子の量ととらえても良いし、空隙の量においては、空隙の体積ととらえても構わない。

【符号の説明】

【0083】

１、１’、１’’ 非破壊検査システム
２ 車両
３ 中性子照射源システム
４ 検出システム
５ コントロールユニット
１０ 電源部
１１ 線形加速器
１２ 中性子照射部
１４ 中性子検出器
２２、２２ａ～２２ｅ 中性子検出器
２３、２３ａ～２３ｅ コリメータ
２４ 連結部
１０１ 橋
１２１、１２１’、１２２、１２２’、１２３、１２４ 特異部分
３１１ 制御部
３１２ 記憶部
３１３ 演算部
３１４ 表示部
３２１ 線源出力部
３２２ 検出器入力部
３２３ 位置入力部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】