特許 7428865 非破壊検査システム、中性子照射源及び中性子照射方法

(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】2024-01-30

(45)【発行日】2024-02-07

(54)【発明の名称】非破壊検査システム、中性子照射源及び中性子照射方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 23/204 20060101AFI20240131BHJP

   H05H 7/04 20060101ALI20240131BHJP

【ＦＩ】

G01N23/204

H05H7/04

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2023001502

(22)【出願日】2023-01-10

(62)【分割の表示】P 2018182813の分割

【原出願日】2018-09-27

(65)【公開番号】P2023052274

(43)【公開日】2023-04-11

【審査請求日】2023-01-30

(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】塚田 央

(72)【発明者】

【氏名】大竹 淑恵

(72)【発明者】

【氏名】井門 孝治

(72)【発明者】

【氏名】吉村 雄一

(72)【発明者】

【氏名】須長 秀行

【審査官】井上 徹

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１６／０３５１５１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－１５０８０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００８－５２１２０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表平４－５０４１７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２９７４９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－９３７００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平４－９５９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／０４３５８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－５０６９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５０－１７８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２３／００ － Ｇ０１Ｎ ２３／２２７６

Ｈ０５Ｈ ３／００ － Ｈ０５Ｈ １５／００

Ｇ０１Ｔ １／００ － Ｇ０１Ｔ １／１６

Ｇ０１Ｔ １／１６７－ Ｇ０１Ｔ ７／１２

Ｇ２１Ｋ １／００ － Ｇ２１Ｋ ３／００

Ｇ２１Ｋ ５／００ － Ｇ２１Ｋ ７／００

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

中性子を照射可能な中性子照射源と、
前記中性子照射源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部と、
を備え、車両に搭載される非破壊検査システムであって、
前記中性子照射源は、
加速された荷電粒子を前記車両の進行方向と反対方向に出射可能な線形加速器と、
前記線形加速器から出射された前記荷電粒子の出射方向に対して上方又は下方に向けて、略垂直方向に偏向可能な、対向する磁石を有する第１の磁石部と、
前記第１の磁石部を通過し、上方又は下方に偏向された荷電粒子が照射され中性子を発生可能なターゲット部と、
を備え、
前記線形加速器の前記荷電粒子の出射方向と、前記車両の進行方向は略平行であり、
前記ターゲット部は、前記荷電粒子の前記ターゲット部への入射軸と平行な軸を有する、中性子を遮蔽する素材からなる遮蔽筒内に設けられ、
前記遮蔽筒は前記被検査物の表面まで延び、
前記中性子検出部は、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ように、前記遮蔽筒内において、前記ターゲット部よりも出射側に設けられ、
前記被検査物の位置にて前記車両を停止又は走行させながら前記車両の上方又は下方に位置する被検査物に前記中性子を照射し、非破壊検査を行うための非破壊検査システム。

【請求項2】

前記線形加速器は、前記荷電粒子として照射断面が扁平形状となる陽子ビームを照射可能であり、
前記第１の磁石部は、前記磁石が対向する方向を前記陽子ビームの照射断面短径方向に配置する請求項１に記載の非破壊検査システム。

【請求項3】

前記第１の磁石部は、前記磁石が電磁石であり、前記電磁石に通電する電流を変化させることで前記磁石の間の磁束密度を変化させ、前記荷電粒子としての陽子ビームを偏向させることで前記ターゲット部への照射位置を変化可能である請求項２に記載の非破壊検査システム。

【請求項4】

前記第１の磁石部は、前記磁石の対向する距離を変化させることで前記磁石の間の磁束密度を変化させ、前記荷電粒子としての陽子ビームを偏向させることで前記ターゲット部への照射位置を変化可能である請求項２に記載の非破壊検査システム。

【請求項5】

前記第１の磁石部は、前記荷電粒子の出射方向を軸としたときに、前記磁石が当該軸を中心に回動させ、前記荷電粒子としての陽子ビームを偏向させることで前記ターゲット部への照射位置を変化可能である請求項３又は４に記載の非破壊検査システム。

【請求項6】

前記中性子照射源は、第２の磁石部を更に備え、
前記第２の磁石部は、前記第１の磁石部を構成する前記２つの磁石の対向する方向と直交するように対向する磁石を有し、
前記第２の磁石部は、前記第１の磁石部で略垂直方向に偏向された前記荷電粒子としての陽子ビームを更に偏向する請求項３又は４に記載の非破壊検査システム。

【請求項7】

前記第２の磁石部は電磁石であり、前記第２の磁石部の電磁石に通電する電流を変化させることで前記第２の磁石部の当該対向する磁石の間の磁束密度を変化させ、前記第１の磁石部で略垂直方向に偏向された前記荷電粒子としての陽子ビームを更に偏向させることで前記ターゲット部への照射位置を変化可能である請求項６に記載の非破壊検査システム。

【請求項8】

前記遮蔽筒は、前記ターゲット部の下部から前記車両の荷台を貫通して道路構造体である前記被検査物の表面まで延び、水、アクリル、ポリエチレン等を用いて形成され、開口部の下部は柔軟性を有している、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】

前記中性子照射源は、
前記線形加速器から出射された前記荷電粒子の出射方向に対して上方に向けて、略垂直方向に偏向可能な、対向する磁石を有する第１の磁石部と、
前記第１の磁石部を通過し、上方に偏向された荷電粒子が照射され中性子を発生可能なターゲット部と、
を備え、
前記遮蔽筒はトンネル構造体である前記被検査物の表面まで延び、
前記中性子検出部は、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ように、前記遮蔽筒内において、前記ターゲット部の上方に設けられ、
前記被検査物の位置にて前記車両を停止又は走行させながら前記車両の上方に位置する被検査物に前記中性子を照射し、非破壊検査を行うための、請求項１～７のいずれか１項に記載の非破壊検査システム。

【請求項10】

前記中性子照射源は、
前記線形加速器から出射された前記荷電粒子の出射方向に対して下方に向けて、略垂直方向に偏向可能な、対向する磁石を有する第１の磁石部と、
前記第１の磁石部を通過し、下方に偏向された荷電粒子が照射され中性子を発生可能なターゲット部と、
を備え、
前記遮蔽筒は道路構造体である前記被検査物の表面まで延び、
前記中性子検出部は、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ように、前記遮蔽筒内において、前記ターゲット部の下方に設けられ、
前記被検査物の位置にて前記車両を停止又は走行させながら前記車両の下方に位置する被検査物に前記中性子を照射し、非破壊検査を行うための、請求項１～８のいずれか１項に記載の非破壊検査システム。

【請求項11】

前記中性子検出部により検出した中性子の情報に基づいて前記被検査物の内部解析を行う解析部と、
を更に備える請求項１から１０のいずれか一項に記載の非破壊検査システム。

【請求項12】

車両に搭載され、線形加速器と、第１の磁石部と、ターゲット部と、中性子を遮蔽する素材からなり被検査物の表面まで延びる遮蔽筒と、中性子検出部を備えた非破壊検査システムを用いて非破壊検査を行う方法であって、
前記線形加速器が、前記車両の進行方向と反対方向に加速された荷電粒子を出射するステップと、
対向する磁石を有する前記第１の磁石部が、前記線形加速器から出射された前記荷電粒子の出射方向に対して上方に向けて、略垂直方向に偏向するステップと、
前記荷電粒子の前記ターゲット部への入射軸と平行な軸を有する前記遮蔽筒内に設けられている前記ターゲット部が、前記第１の磁石部を通過した荷電粒子が照射されることで中性子を発生するステップと、
前記車両を走行させながら、前記ターゲット部から拡散される中性子のうち上方に向かう中性子が前記遮蔽筒の開口部から、前記車両の上方に位置するトンネル構造体である前記被検査物に向けて照射されるステップと、
前記被検査物の内部で散乱した後方散乱中性子を前記遮蔽筒内に配置された中性子検出部で検出するステップと、を含む、非破壊検査方法。

【請求項13】

車両に搭載され、線形加速器と、第１の磁石部と、ターゲット部と、中性子を遮蔽する素材からなり被検査物の表面まで延びる遮蔽筒と、中性子検出部を備えた非破壊検査システムを用いて非破壊検査を行う方法であって、
前記線形加速器が、前記車両の進行方向と反対方向に加速された荷電粒子を出射するステップと、
対向する磁石を有する前記第１の磁石部が、前記線形加速器から出射された前記荷電粒子の出射方向に対して下方に向けて、略垂直方向に偏向するステップと、
前記荷電粒子の前記ターゲット部への入射軸と平行な軸を有する前記遮蔽筒内に設けられている前記ターゲット部が、前記第１の磁石部を通過した荷電粒子が照射されることで中性子を発生するステップと、
前記車両を走行させながら、前記ターゲット部から拡散される中性子のうち下方に向かう中性子が前記遮蔽筒の開口部から、前記車両の下方に位置する道路構造体である前記被検査物に向けて照射されるステップと、
前記被検査物の内部で散乱した後方散乱中性子を前記遮蔽筒内に配置された中性子検出部で検出するステップと、を含む、非破壊検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、放射線を用いた被検査物の非破壊検査システム、中性子照射源及び中性子照射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

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ここで、陽子線の照射によりターゲットから発生する中性子は様々な方向に散乱するが、入射する陽子線の運動エネルギーのベクトル方向の中性子は、収率が高くなる。そのため、線形加速器に投入するエネルギーを減少させシステムを小型化するためには、陽子線のターゲットへの入射方向と、検査に用いるための中性子の出射方向は揃えることが望ましい。しかし、特許文献１の中性子を用いた非破壊検査は、検査に用いるための中性子の方向と、ターゲットに入射する陽子線の方向が直交している。線形加速器は付帯設備も含め大きいため、線形加速器を移動させて、陽子線のターゲットへの入射方向を変化させることは難しい。そのため、システムを小型化し、かつ検査のために任意の方向に中性子を効率的に出射させることは困難であった。

【0007】

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、線形加速器から出射される荷電粒子を偏向することで、ターゲットから発生する中性子のうち検査に用いるための中性子の収率を高め、かつ検査方向の自由度を高めた非破壊検査システム、中性子照射源及び中性子照射方法を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

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源と、前記中性子照射源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部と、を備え、移動体に搭載される非破壊検査システムであって、前記中性子照射源は、加速された荷電粒子を出射可能な線形加速器と、前記線形加速器から出射された前記荷電粒子の出射方向に対して略垂直方向に偏向可能な、対向する磁石を有する第１の磁石部と、前記第１の磁石部を通過した荷電粒子が照射され中性子を発生可能なターゲット部と、を備え、前記線形加速器の前記荷電粒子の出射方向と、前記移動体の移動方向は略平行であり、前記ターゲット部は、前記荷電粒子のターゲット部への入射軸と平行な軸を有する遮蔽筒内に設けられている。

【0009】

また、上記非破壊検査システムとして、前記線形加速器は、前記荷電粒子として照射断面が扁平形状となる陽子ビームを照射可能であり、前記第１の磁石部は、前記磁石が対向する方向を前記陽子ビームの照射断面短径方向に配置するものとしてもよい。

【0010】

また、上記非破壊検査システムとして、前記第１の磁石部は、前記磁石が電磁石であり、前記電磁石に通電する電流を変化させることで前記磁石の間の磁束密度を変化させ、前記荷電粒子としての陽子ビームを偏向させることで前記ターゲット部への照射位置を変化可能であるものとしてもよい。

【0011】

また、上記非破壊検査システムとして、前記第１の磁石部は、前記磁石の対向する距離を変化させることで前記磁石の間の前記磁束密度を変化させ、前記荷電粒子としての陽子ビームを偏向させることで前記ターゲット部への照射位置を変化可能であるものとしてもよい。

【0012】

また、上記非破壊検査システムとして、前記第１の磁石部は、前記荷電粒子の出射方向を軸としたときに、前記磁石が当該軸を中心に回動させ、前記荷電粒子としての陽子ビームを偏向させることで前記ターゲットへ部の照射位置を変化可能であるものとしてもよい。

【0013】

また、上記非破壊検査システムとして、前記中性子照射源は、第２の磁石部を更に備え、前記第２の磁石部は、前記第１の磁石部を構成する前記２つの磁石の対向する方向と直交するように対向する磁石を有するものとしてもよい。

【0014】

また、上記非破壊検査システムとして、前記第２の磁石部は、前記第２の磁石部の当該対向する磁石の間の磁束密度を変化させ、前記荷電粒子としての陽子ビームを偏向させることで前記ターゲット部への照射位置を変化可能であるものとしてもよい。

【0015】

また、上記非破壊検査システムとして、前記遮蔽筒は、前記ターゲット部の下部から前記移動体の荷台を貫通して被検査物の表面まで延びていてもよい。

【0016】

また、上記非破壊検査システムとして、前記中性子検出部は、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ものとしてもよい。

【0017】

また、上記非破壊検査システムとして、前記中性子検出部は、前記被検査物を透過した中性子を検出可能であるものとしてもよい。

【0018】

また、上記非破壊検査システムとして、前記中性子検出部により検出した中性子の情報に基づいて前記被検査物の内部解析を行う解析部と、を更に備えるものとしてもよい。

【0019】

また、上記した目的を達成するために、本発明に係る中性子照射源は、移動体に搭載される中性子照射源であって、加速された荷電粒子を出射可能な線形加速器と、前記線形加速器から出射された前記荷電粒子の出射方向に対して略垂直方向に偏向可能な、対向する磁石を有する第１の磁石部と、前記第１の磁石部を通過した荷電粒子が照射される中性子を発生可能なターゲット部と、からなり、前記線形加速器の前記荷電粒子の出射方向と、前記移動体の移動方向は略平行であり、前記ターゲット部は、前記荷電粒子のターゲット部への入射軸と平行な軸を有する遮蔽筒内に設けられている。

【0020】

また、上記した目的を達成するために、本発明に係る中性子照射方法は、線形加速器が、加速された荷電粒子を出射するステップと、対向する磁石を有する第１の磁石部が、前記線形加速器から出射された前記荷電粒子の出射方向に対して略垂直方向に偏向するステップと、ターゲット部が、前記第１の磁石部を通過した荷電粒子が照射されることで中性子を発生するステップと、を備える中性子照射方法であって、前記線形加速器、前記第１の磁石部、及び前記ターゲット部が移動体に搭載され、前記線形加速器の前記荷電粒子の出射方向と、前記移動体の移動方向は略平行であり、前記ターゲット部は、前記荷電粒子のターゲット部への入射軸と平行な軸を有する遮蔽筒内に設けられている。

【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、線形加速器から出射される荷電粒子を偏向することで、ターゲットから発生する中性子のうち検査に用いるための中性子の収率を高め、かつ検査方向の自由度を高めることができる。

【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】本発明の第１実施形態に係る非破壊検査システムであり、図１のＡ－Ａ断面図である。

【図3】本発明の第１実施形態の変形例に係る非破壊検査システムを示す概略構成図である。

【図4】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5】本発明の第２実施形態に係る非破壊検査システムであり、図４のＢ－Ｂ断面図である。

【図6】本発明の第３実施形態に係る非破壊検査システムであり、図１のＡ－Ａ断面図に相当する図である。

【図7】本発明の第４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。

【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】

図１及び図２を参照すると、図１には本発明の第１実施形態に係る非破壊検査システム１の概略構成図が示されており、図２には図１に示す非破壊検査システム１のＡ－Ａ断面図が示されている。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、測量システム４、解析装置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、測量システム４がそれぞれ搭載され、運転席２ｂに解析装置５が搭載されている。本実施形態では、車両２はコンクリートからなる床版６ａの表面にアスファルト６ｂが舗装された橋６の上を走行し、主に当該床版６ａ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、磁石部１２、及びターゲット部１３を有している。また、測量システム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、車両２の前側に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が車両２の前後方向に延びており、磁石部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として磁石部１２に照射する。

【0030】

磁石部１２（第１の磁石部）は、線形加速器１１から照射された陽子ビームＰを、磁力により陽子ビームＰの入射方向に対して、略垂直方向に偏向し出射する。磁石部１２は、少なくとも２つの対向する磁石１２ａ、１２ｂを有し、対向する磁石の間に磁場を有する。磁石１２ａ、１２ｂは電磁石であり、電磁石に流す電流を制御することで、磁石間に所定の磁束密度の磁場を形成することができる。なお、磁石１２ａ、１２ｂは磁束密度を確保できれば永久磁石を用いてもよい。図１では、紙面の奥から手前（車両幅方向左から右）に向かって磁場が形成されている。

【0031】

ターゲット部１３は磁石部１２の下面に設けられている。ターゲット部１３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。遮蔽体は中性子を遮蔽する素材からなり、例えば水、アクリル、ポリエチレン等を用いて形成されている。ターゲット部１３の下部には、ターゲット部１３から発生した中性子のうち所定方向の中性子を外部に照射する開口部（不図示）が形成されている。例えば、本実施形態のターゲット部１３の下部には、車両２の下方に向けて中性子Ｎを照射するよう開口部が形成されている。本実施形態では矩形に開口しているものとするが、開口部の形状は特に限定されず検査対象に応じて定められるものであり、例えば円形であってもよい。また、開口部には、中性子の出射方向を制限するコリメータを有していても構わない。コリメータによって、照射される中性子Ｎ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１３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。

【0032】

中性子検出器１４は、矩形の板状をなしターゲット部１３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、ターゲット部１３から生じた中性子が床版６ａ内にて後方散乱した後方散乱中性子Ｎｂを検出するものである。なお、図１ではターゲット部１３から照射される中性子Ｎを実線の矢印で示し、後方散乱中性子Ｎｂを点線の矢印で示している。

【0033】

遮蔽筒１５は、ターゲット部１３の下部から車両２の荷台２ａを貫通して橋６の表面まで延びている。ターゲット部１３及び中性子検出器１４は、遮蔽筒１５内に設けられており、当該遮蔽筒１５はターゲット部１３から照射される中性子Ｎ及び後方散乱中性子Ｎｂが外部に漏れるのを防ぐものである。遮蔽筒１５は、中性子を遮蔽する素材からなる。特に遮蔽筒１５の下部は、密閉性を高めるべく、橋表面の凹凸を吸収するよう柔軟性を有しているのが好ましい。

【0034】

次に、図２により、図１に示す非破壊検査システムのＡ－Ａ断面図について説明する。磁石部１２を構成する磁石１２ａと１２ｂは、距離ｄのギャップをもって配置される。線形加速器１１から照射される陽子ビームＰは、図２の断面で示すように照射断面が車両の幅方向を短径とする扁平形状である。本実施形態において、扁平形状な陽子ビームＰの照射断面における短径方向の長さは約２ｍｍ、長径方向の長さは約４ｍｍである。図２で示すように、磁石１２ａ、１２ｂは、対向する方向が扁平な陽子ビームＰの照射断面の短径方向となるように配置する。磁石は、その磁石が持つ磁力が一定の場合、磁石間の距離を短くすることで、磁石間の磁束密度を高めることができる。そのため、磁石１２ａ、１２ｂの距離ｄは、上記のように磁石１２ａ、１２ｂを対向する方向が扁平な陽子ビームＰの照射断面の短径方向となるように配置する場合、陽子ビームＰの照射断面の長径方向となるように配置する場合に比べて、磁石に陽子ビームＰが接触しない程度に短くすることができる。そのため、この構成により、磁石の磁力を高めることなく磁石間の磁束密度を高め、陽子ビームＰの偏向曲率を大きく（短い曲率半径で曲げる）することができる。

【0035】

次に、このように構成された非破壊検査システム１により実行される非破壊検査手法について説明する。

【0036】

非破壊検査を行う際は、非破壊検査システム１を搭載した車両２を走行させ、橋６等の被検査対象の位置にて車両２を停止又は走行させながら中性子を照射する。

【0037】

線形加速器１１のイオン源１１ａは、電源部１０からの電力の供給を受け、陽子を発生する。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として磁石部１２に照射する。磁石部１２の磁石１２ａ、１２ｂは、電源部１０からの電力の供給を受け、電磁石が励磁し磁界を発生する。照射された荷電粒子線である陽子ビームＰは、磁石間に生じた磁界によりローレンツ力により偏向される。

【0038】

ここで、陽子ビームＰが磁石部１２で偏向される曲率半径について説明する。

【0039】

質量ｍ、電荷ｑを持つ速度ｖの荷電粒子は磁束密度Ｂの一様磁場中では、半径ｒとして、ローレンツ力により下記の数１の関係が成立する。

【0040】

【数1】

【0041】

線形加速器１１で加速され磁石部１２に入射する陽子ビームＰのエネルギーが７［ＭｅＶ］である場合、陽子の電荷ｑ＝１．６×１０^－１９［Ｃ］、陽子の静止質量を９３８ ［ＭｅＶ／ｃ^２］、光速ｃ＝３×１０^８［ｍ／ｓ］として、磁石１２ａ、１２ｂの間の磁束密度は１．０［Ｔ］とすると、半径ｒ（曲率半径）は下記の数２により、０．３８［ｍ］であることが求められる。

【0042】

【数2】

【0043】

上記の計算で明らかなように、磁束密度を変化させることで曲率半径を変化させることができる。すなわち、磁束密度を大きくすることで曲率半径を小さくすることができる。上記の計算のように、磁石部１２で、１［Ｔ］オーダーの磁場を発生させることで、車両に搭載可能な曲率半径で陽子ビームＰを偏向することができる。

【0044】

次に、ターゲット部１３は、偏向された陽子ビームＰが照射され、ターゲット部１３を構成するベリリウム等の元素と陽子が衝突することで高速中性子（以下中性子という）を発生する。そして、ターゲット部１３から拡散される中性子のうち下方に向かう中性子Ｎが開口部から橋６に向けて照射される（中性子照射工程）。ターゲット部１３は、陽子の衝突により全方向に中性子を発生する。橋６へ照射される中性子Ｎは、偏向された陽子ビームＰの方向と同じ方向に発生する中性子である。そのため、中性子照射源システム３に投入されたエネルギーに対して、効率的に中性子Ｎを発生させることができる。

【0045】

橋６に照射された中性子のうちの一部は、そのまま透過して橋６の下方に抜けていき、残りの一部は床版６ａ内部で散乱し、後方散乱中性子Ｎｂとして反射される。この後方散乱中性子Ｎｂを中性子検出器１４により検出する（中性子検出工程）。

【0046】

解析装置５は、中性子検出器１４による後方散乱中性子Ｎｂの情報である検出結果を受信し、放射線輸送計算等を用いた所定の演算を行うことで、床版６ａの内部構造を解析する。当該解析により例えば床版６ａ内部に形成された空隙や水の存在が確認可能となる。

【0047】

線形加速器１１は、陽子ビームＰを所定の速度にまで加速させるため、所定の長さが必要となる。一般公道を走行可能なトラック等の車両は、幅方向や高さ方向の制約がある。そのため、線形加速器１１は、車両２の進行方向（移動方向）である前後方向に平行に配置することになる。本実施形態では、磁石部１２は、線形加速器１１から照射された陽子ビームＰを、照射された陽子ビームＰの出射方向に対して垂直方向である下方に向けて偏向することができる。この場合、垂直方向である下方は、垂直を中心として４５度程度の範囲を含むものとする。そのため、線形加速器１１の方向と検査方向の配置の自由度を高めつつ、ターゲット部１３から発生する中性子のうち、検査に用いるための中性子Ｎの収率を高め、高効率な、非破壊検査システムを提供することができる。

【0048】

本実施形態における非破壊検査システム１では中性子検出器１４は、後方散乱中性子Ｎｂを検出するものであり、被検査物に対してターゲット部１３と同じ側に中性子検出器１４を配置できることから、被検査物越しに中性子検出器を設ける必要がなくなる。これにより、中性子照射源システム３と、測量システム４を、１つの車両内に設置することができるため、移動しながらの非破壊検査を容易に行うことができる。

【0049】

なお、測量システム４は、必ずしも車両２に一体に搭載される必要はなく、車両と別体に構成しても、車両から延びるアーム等に取り付けられように構成しても構わない。測量システム４は、被検査物を透過した中性子Ｎを検出する中性子検出器１４を用いて、検出した中性子に基づく内部構造の解析を正確に行うことができる。これにより第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

【0050】

また、ターゲット部１３から発生する中性子は高速中性子に限られず、熱中性子であっても構わない。また、開口部から照射される中性子は高速中性子を減速した熱中性子としてもかまわない。

【0051】

次に、本発明の第１実施形態の変形例について説明する。

【0052】

図３は、本発明の第１実施形態の変形例に係る非破壊検査システム１を示す概略構成図である。磁石部１２は、少なくとも２つの対向する磁石を有し、対向する磁石の間に磁場を有する。磁石は電磁石であり、電磁石に通電する電流を変化させることで、磁石間の磁場の磁束密度を変化させることができる。

【0053】

磁石部１２は、磁束密度が大きくなれば陽子ビームＰの偏向する曲率半径が小さくなる。そのため、偏向された陽子ビームＰは、ターゲット部１３に図３の紙面の左方向（車両前方）に照射される。また、磁束密度が小さくなれば陽子ビームＰの偏向する曲率半径が大きくなる。そのため、偏向された陽子ビームＰは、ターゲット部１３に図３の紙面の右方向（車両後方）に照射される。このように電磁石に流す電流を変化させることで、陽子ビームＰのターゲット部１３への照射位置を変化させることができ、そのため中性子の出射位置を変化させることができる。また、ターゲット部１３は、陽子ビームＰが照射される場所の温度が高くなる。そのため本実施形態のように、陽子ビームＰのターゲット部１３への照射位置を変化させることで、ターゲット部１３のピンポイントに陽子ビームＰが照射され続けることを防ぎ、ターゲット部１３の熱による損傷を防ぐことができる。

【0054】

なお、磁石は磁束密度を確保できれば永久磁石を用いてもよい。図２において磁石部１２を構成する磁石１２ａと１２ｂは、距離ｄのギャップをもって配置されており、距離ｄを変化させることで、磁石１２ａと１２ｂの間の磁束密度を変化させることができる。具体的には距離ｄを小さくすることで磁束密度は大きくなり、距離ｄを大きくすることで磁束密度は小さくなる。そのため、上述した電磁石に通電する電流を変化するのと同様に、距離ｄを変化させることで、陽子ビームＰのターゲット部１３への照射位置を変化させることができ、それにより中性子の出射位置を変化させることができる。それを実現するために、磁石部１２は、磁石１２ａと１２ｂの距離を制御するための機構が設けられていても構わない。

【0055】

（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について説明する。

【0056】

図４及び図５を参照すると、図４には本発明の第２実施形態に係る非破壊検査システム１’の概略構成図が示されており、図５には図４に示す非破壊検査システム１’のＢ－Ｂ断面図が示されている。以下これらの図に基づき第２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。

【0057】

第２実施形態における非破壊検査システム１’は、磁石部１２（本実施形態においては第１の磁石部１２という）の下部に第２の磁石部１６が配置される以外は基本的に第１実施形態と同じである。第２実施形態における第２の磁石部１６は、第１の磁石部１２で偏向され出射された陽子ビームＰを更に偏向する。図４で示すように、第２の磁石部１６は、第１の磁石部１２を構成する２つの磁石１２ａ、１２ｂの対向する方向と直交する方向に対向する磁石１６ａ、１６ｂで構成される。

【0058】

第２の磁石部１６を構成する２つの磁石１６ａ、１６ｂは電磁石であり、電磁石に通電する電流を変化させることで、磁石間の磁場の磁束密度を変化させることができる。また、通電する電流の方向を変化させることで、磁場の方向を反転させることができる。

【0059】

図５において、第２の磁石部１６の発生する磁場がゼロの場合、陽子ビームＰは、第２の磁石部１６で偏向されることなく、図５における紙面の下方にまっすぐ出射される。第２の磁石部１６の発生する磁場が紙面の手前から奥（車両後方から前方）に向かって形成されている場合、陽子ビームＰは、第２の磁石部１６で紙面の右方向（車両右方）に偏向され出射される。また、第２の磁石部１６の発生する磁場が紙面の奥から手前（車両前方から後方）に向かって形成されている場合、陽子ビームＰは、第２の磁石部１６で紙面の左方向（車両左方）に偏向され出射される。このように電磁石に流す電流の量や方向を変化させることで、陽子ビームＰのターゲット部１３への照射位置を変化させることができ、そのため中性子の出射位置を変化させることができる。

【0060】

なお、第２の磁石部１６の磁石１６ａ、１６ｂは磁束密度を確保できれば永久磁石を用いてもよい。図４において第２の磁石部１６を構成する磁石１６ａと１６ｂは、距離ｄ２のギャップをもって配置されており、距離ｄ２を変化させることで、第２の磁石部１６の磁石１６ａと１６ｂの間の磁束密度を変化させることができる。そのため、距離ｄ２を変化させることで、陽子ビームＰのターゲット部１３への照射位置を変化させることができ、それにより中性子の出射位置を変化させることができる。それを実現するために、第２の磁石部１６は、磁石１６ａと１６ｂの距離を制御するための機構が設けられていても構わない。

【0061】

（第３実施形態）
次に本発明の第３実施形態について説明する。

【0062】

図６には本発明の第３実施形態に係る非破壊検査システム１''の概略構成図が示されている。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。

【0063】

第３実施形態における非破壊検査システム１''は、磁石部１２が、所定の軸を中心に回動動作を行うことができる以外は基本的に第１実施形態と同じである。図６で示す、第３実施形態における磁石部１２は、線形加速器１１から照射される陽子ビームＰの出射方向を中心軸として、回動動作を行うことができる。磁石部１２を回動すると、磁石部１２を通過する陽子ビームＰは磁石部１２の回動方向に合わせて偏向する。すなわち、磁石部１２の回動動作を行うことで、陽子ビームＰのターゲット部１３への照射位置を変化させることができ、そのため中性子の出射位置を変化させることができる。

【0064】

（第４実施形態）
次に本発明の第４実施形態について説明する。

【0065】

図７には本発明の第４実施形態に係る非破壊検査システム１'''の概略構成図が示されている。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。

【0066】

第４実施形態における非破壊検査システム１'''は、測量システム４やターゲット部１３が、磁石部１２を挟んで上下に配置されている点以外は、基本的に第１実施形態と同じである。本実施形態では、車両２’はコンクリートからなるトンネル構造体７ａの表面にトンネル壁７ｂが塗布されたトンネル７の中を走行し、主に当該トンネル構造体７ａを被検査物とした非破壊検査を行う。また、車両２’はコンクリートからなる道路構造体８ａの表面にアスファルト８ｂが舗装された道路８の上を走行し、床版を被検査物とした非破壊検査を行うこともできる。

【0067】

磁石部１２を構成する磁石は電磁石であり、電磁石に通電する電流を変化させることで、磁石間の磁場の磁束密度を変化させることができる。また、通電する電流の方向を変化させることで、磁場の方向を反転させることができる。

【0068】

図７では、磁石部１２は、紙面の手前から奥（車両幅方向右から左）の磁場が形成されるように電流の方向が制御されている。そのため、陽子ビームＰは、紙面の上方に向かって偏向する。偏向された陽子ビームＰはターゲット部１３’に衝突し、中性子Ｎを生じる。

【0069】

中性子検出器１４’は、矩形の板状をなしターゲット部１３’の上方に配置されている。本実施形態の中性子検出器１４’は、ターゲット部１３’から生じた中性子がトンネル構造体７ａ内にて後方散乱した後方散乱中性子Ｎｂを検出するものである。なお、図７ではターゲット部１３’から照射される中性子Ｎを実線の矢印で示し、後方散乱中性子Ｎｂを点線の矢印で示している。

【0070】

トンネル７に照射された中性子のうちの一部はそのまま透過してトンネル７の内部に抜けていき、残りの一部はトンネル構造体７ａ内部で散乱し、後方散乱中性子Ｎｂとして反射される。この後方散乱中性子Ｎｂを中性子検出器１４’により検出する。

【0071】

解析装置５は、中性子検出器１４’による後方散乱中性子Ｎｂの情報である検出結果を受信し、放射線輸送計算等を用いた所定の演算を行うことで、トンネル構造体７ａの内部構造を解析する。当該解析により例えばトンネル構造体７ａ内部に形成された空隙や水の存在が確認可能となる。

【0072】

次に、車両２’が、検査位置を変えて道路８を検査する場合、磁石部１２は、紙面の奥から手前（車両幅方向左から右）の磁場が形成されるように電流の方向を切り替える。そのため、陽子ビームＰは、紙面の下方に向かって偏向する。偏向された陽子ビームＰはターゲット部１３に衝突し、中性子Ｎを生じる。そして、実施形態１の橋と同様に、道路８の非破壊検査を行うことができる。

【0073】

以上説明したように、非破壊検査システム１'''は、トンネルや道路のように、被検査物の位置が上下に異なるような場合においても、磁石部１２の電流の方向を切り替えることにより、１種類の車両２’で対応することが可能となる。

【0074】

以上で本発明の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。

【0075】

上記実施形態の非破壊検査システム１、１’では、橋６の床版６ａや、トンネル７のトンネル構造体７ａ、道路８の道路構造体８ａを被検査物としているが、被検査物はこれに限られるものではない。例えば、滑走路や建築物の床や天井にも適用可能である。

【0076】

また、上記実施形態の非破壊検査システムでは磁石部１２により車両の下方、又は上方に陽子ビームを偏向しているが、偏向方向はこれに限られるものではない。例えば、車両の幅方向に陽子ビームを偏向する構成としてもよい。これにより、橋脚、トンネルの側面、建築物の壁面等の立設した被検査物に対する非破壊検査を実現することができる。

【符号の説明】

【0077】

１、１'、１''、１''' 非破壊検査システム
２、２’ 車両
３ 中性子照射源システム
４、４’ 測量システム
５ 解析装置
６ 橋
６ａ 床版（被検査物）
７ トンネル
７ａ トンネル構造体（被検査物）
８ 道路
８ａ 道路構造体（被検査物）
１０ 電源部
１１ 線形加速器
１２ 磁石部（第１の磁石部）
１２ａ、１２ｂ 磁石
１３、１３’ ターゲット部
１４、１４’ 中性子検出器
１５、１５’ 遮蔽部
１６、１６ａ、１６ｂ 第２の磁石部
１６ａ、１６ｂ 磁石

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】