ホーム > 特許ランキング > 国立研究開発法人理化学研究所
知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(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】2024-05-15
(45)【発行日】2024-05-23
(54)【発明の名称】濃度検出装置と濃度検出方法
(51)【国際特許分類】
G01N 23/222 20060101AFI20240516BHJP
【ＦＩ】
G01N23/222
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2020084238
(22)【出願日】2020-05-13
(65)【公開番号】P2021179345
(43)【公開日】2021-11-18
【審査請求日】2023-03-03
(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】100097515
【弁理士】
【氏名又は名称】堀田 実
(74)【代理人】
【識別番号】100136700
【弁理士】
【氏名又は名称】野村 俊博
(72)【発明者】
【氏名】若林 泰生
(72)【発明者】
【氏名】大竹 淑恵
(72)【発明者】
【氏名】池田 裕二郎
【審査官】井上 徹
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１９／１９８２６０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開昭６２－２８２２８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－１９４３２４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ ２３／００ － Ｇ０１Ｎ ２３／２２７６
Ｇ０１Ｔ １／００ － Ｇ０１Ｔ １／１６
Ｇ０１Ｔ １／１６７－ Ｇ０１Ｔ ７／１２
ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
検査対象物の表面へ中性子線を照射する中性子源と、前記検査対象物において前記中性子線により発生したガンマ線のうち対象成分に由来の特定ガンマ線を検出して、該特定ガンマ線の検出量を求めるガンマ線検出装置と、
前記検出量に基づいて前記検査対象物における各深さ又は特定深さの対象成分の濃度を求める濃度算出装置と、を備え、
前記特定ガンマ線として、エネルギーが互いに異なる複数種類の特定ガンマ線があり、
前記複数種類のそれぞれに対応する複数の関係式が予め定められて前記濃度算出装置に保持されており、
各前記関係式は、前記検査対象物を仮想的に複数の層に区分した場合に、前記複数の層のそれぞれに同時に存在する対象成分の複数の濃度と当該関係式に対応する前記種類の前記特定ガンマ線の前記検出量との関係を表し、
前記ガンマ線検出装置が求めた前記複数種類の特定ガンマ線それぞれの複数の前記検出量を、当該複数種類にそれぞれ対応する前記複数の関係式に適用することにより連立方程式を生成し、該連立方程式を解くことにより、各深さ又は特定深さにおける前記層の前記濃度を算出する、濃度検出装置。
【請求項2】
検査対象物の表面へ中性子線を照射する中性子源と、前記検査対象物において前記中性子線により発生したガンマ線のうち対象成分に由来の特定ガンマ線を検出して、該特定ガンマ線の検出量を求めるガンマ線検出装置と、
前記検出量に基づいて、前記検査対象物における各深さ又は特定深さの対象成分の濃度を求める濃度算出装置と、を備え、
前記特定ガンマ線として、エネルギーが互いに異なる複数種類の特定ガンマ線があり、前記中性子源と前記ガンマ線検出装置のガンマ線検出器と前記検査対象物との位置関係及び姿勢関係の一方又は両方を配置関係として、複数の配置関係が設定され、
前記検査対象物を仮想的に複数の層に区分した場合に、前記複数の層における対象成分の複数の濃度と前記検出量との関係を表す関係式が、前記特定ガンマ線の前記種類毎に、当該種類と前記複数の配置関係の各々との組合せについて、予め定められて前記濃度算出装置に保持されており、
前記濃度算出装置は、前記種類毎に、各前記組合せに対して前記ガンマ線検出装置が求めた前記検出量を、当該組合せに対応する前記関係式に適用することにより連立方程式を生成し、該連立方程式を解くことにより、各深さ又は特定深さにおける前記層の前記濃度を算出する、濃度検出装置。
【請求項3】
前記関係式は、ΣＸｉ×αｉ，ｋ＝Ｄｋ
で表され、
ｉは、前記層の番号であり、ｋは、前記種類の番号であり、ｉとｋは、１～ｎの値をとり、ｎは、２以上の整数であり、
Ｘｉは、ｉ番目の前記層における前記対象成分の濃度を示し、
αｉ，ｋは、ｉ番目の層とｋ番目の前記種類とに対応する係数であり、予め求められたものであり、
Σは、前記複数の層ｉの全てに関する総和を示し、
Ｄｋは、ｋ番目の前記種類について前記ガンマ線検出装置により求められる前記特定ガンマ線の検出量である、請求項１に記載の濃度検出装置。
【請求項4】
前記関係式は、ΣＸｉ×αｉ，ｋ，ｊ＝Ｄｋ，ｊ
で表され、
ｉは、前記層の番号であり、ｋは、前記種類の番号であり、
ｊは、前記配置関係の番号であり、
Ｘｉは、ｉ番目の前記層における前記対象成分の濃度を示し、
αｉ，ｋ，ｊは、ｉ番目の層とｋ番目の前記種類とｊ番目の前記配置関係とに対応する係数であり、予め求められたものであり、
Σは、前記複数の層ｉの全てに関する総和を示し、
Ｄｋ，ｊは、ｋ番目の前記種類とｊ番目の前記配置関係との前記組合せについて前記ガンマ線検出装置により求められる特定ガンマ線の検出量である、請求項２に記載の濃度検出装置。
【請求項5】
前記検査対象物は、鉄筋を内部に含むコンクリート構造物であり、前記対象成分は塩分である、請求項１～４のいずれか一項に記載の濃度検出装置。
【請求項6】
（Ａ）中性子源により検査対象物の表面へ中性子線を照射し、（Ｂ）前記検査対象物において前記中性子線により発生したガンマ線のうち対象成分に由来の特定ガンマ線を検出して、該特定ガンマ線の検出量を求め、
エネルギーが互いに異なる複数種類の前記特定ガンマ線について、前記（Ｂ）を行うことにより、当該複数の種類に対応する複数の前記検出量を求め、
（Ｃ）濃度算出装置により前記複数の検出量に基づいて対象成分の濃度を求め、
前記複数種類のそれぞれに対応する複数の関係式が予め定められて前記濃度算出装置に保持されており、
各前記関係式は、前記検査対象物を仮想的に複数の層に区分した場合に、前記複数の層のそれぞれに同時に存在する対象成分の複数の濃度と当該関係式に対応する前記種類の前記特定ガンマ線の前記検出量との関係を表し、
前記（Ｃ）において、前記（Ｂ）で求めた前記複数種類の特定ガンマ線それぞれの複数の前記検出量を、前記濃度算出装置が、当該複数種類にそれぞれ対応する前記複数の関係式に適用することにより連立方程式を生成し、該連立方程式を解くことにより、各深さ又は特定深さにおける前記層の前記濃度を算出する、濃度検出方法。
【請求項7】
（Ａ）中性子源により検査対象物の表面へ中性子線を照射し、（Ｂ）ガンマ線検出装置により、前記検査対象物において前記中性子線により発生したガンマ線のうち対象成分に由来の特定ガンマ線を検出して、該特定ガンマ線の検出量を求め、
（Ｃ）濃度算出装置により前記検出量に基づいて対象成分の濃度を求め、
前記特定ガンマ線として、エネルギーが互いに異なる複数種類の前記特定ガンマ線があり、前記中性子源と前記ガンマ線検出装置のガンマ線検出器と前記検査対象物との位置関係及び姿勢関係の一方又は両方を配置関係として、複数の配置関係が設定され、
前記検査対象物を仮想的に複数の層に区分した場合に、前記複数の層における対象成分の複数の濃度と前記検出量との関係を表す関係式が、前記特定ガンマ線の前記種類毎に、当該種類と前記複数の配置関係の各々との組合せについて、予め定められて前記濃度算出装置に保持されており、
前記種類毎に、各前記組合せについて前記（Ｂ）を行うことにより、複数の前記組合せに対応する複数の前記検出量を求め、
前記（Ｃ）において、前記濃度算出装置が、前記種類毎に、各前記組合に対して前記（Ｂ）で求められた前記検出量を当該組合せに対応する前記関係式に適用することにより連立方程式を生成し、該連立方程式を解くことにより、各深さ又は特定深さにおける前記層の前記濃度を算出する、濃度検出方法。
【請求項8】
前記検査対象物は、鉄筋を内部に含むコンクリート構造物であり、前記対象成分は塩分である、請求項６又は７に記載の濃度検出方法。
【請求項9】
前記検査対象物は、鉄筋を内部に含むコンクリート構造物であり、前記対象成分が前記鉄筋の成分であるとして、前記（Ａ）～（Ｃ）を行うことにより、各前記層における前記鉄筋の成分の濃度を求め、
（Ｄ）当該濃度が閾値以上となった前記層を、鉄筋が存在する層として定め、
前記対象成分が塩分であるとして、前記（Ａ）～（Ｃ）を行うことにより、前記（Ｄ）により定めた前記層における塩分の濃度を求める、請求項６又は７に記載の濃度検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、検査対象物内に存在する対象成分の濃度を求める技術に関する。
【背景技術】
【0002】
検査対象物内において対象成分が存在する深さと、その深さにおける対象成分の濃度を非破壊的に求める装置と方法が、下記特許文献１に開示されている。
【0003】
特許文献１では、次のように対象成分の存在深さと濃度を求めている。検査対象物に中性子線を入射し、中性子線により発生したガンマ線のうち検査対象物内の対象成分に由来の特定ガンマ線を検出する。この時、エネルギーが異なる複数種類の特定ガンマ線の強度を、検出強度としてそれぞれ検出する。
【0004】
次いで、複数種類の特定ガンマ線の検出強度同士の比率を、対象成分が存在する深さを示す指標値として求める。この比率を、比率と深さとの対応関係に適用して、対象成分が存在する深さを求める。
【0005】
また、特許文献１では、求めた深さと特定ガンマ線の強度とを、深さとガンマ線の検出強度と対象成分の濃度との対応関係に適用して、求めた深さでの対象成分の濃度を求める。
【0006】
このような技術により、例えば、コンクリート構造物内の塩分を対象成分として塩分の深さと濃度を検出することができる。この検出結果に基づいて、コンクリート構造物における塩分による鉄筋の腐食可能性を把握することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】国際公開第２０１９／１９８２６０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
検査対象物内において、各深さにおける対象成分の濃度、又は、所望の特定深さにおける対象成分の濃度を非破壊的に検出する技術が望まれる。
【0009】
そこで、本発明の目的は、検査対象物内の各深さ又は所望の特定深さにおける対象成分の濃度を非破壊的に求めることができる装置と方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上述の目的を達成するため、本発明による濃度検出装置は、検査対象物の表面へ中性子線を照射する中性子源と、前記検査対象物において前記中性子線により発生したガンマ線のうち対象成分に由来の特定ガンマ線を検出して該特定ガンマ線の検出量を求めるガンマ線検出装置と、前記検出量に基づいて検査対象物における各深さ又は特定深さの対象成分の濃度を求める濃度算出装置とを備える。
検査対象物を仮想的に複数の層に区分した場合に、前記複数の層における対象成分の複数の濃度と前記検出量との関係を表す関係式が、特定ガンマ線の種類毎に又は検出条件毎に予め定められて前記濃度算出装置に保持されている。
前記濃度算出装置は、各前記種類又は各前記検出条件に対してガンマ線検出装置が求めた前記検出量を、当該種類又は検出条件に対応する前記関係式に適用することにより連立方程式を生成し、該連立方程式を解くことにより、各深さ又は特定深さにおける前記層の前記濃度を算出する。
検査対象物を仮想的に複数の層に区分した場合に、前記複数の層における対象成分の複数の濃度と前記検出量との関係を表す関係式が、特定ガンマ線の種類毎に又は検出条件毎に予め定められて前記濃度算出装置に保持されている。
前記濃度算出装置は、各前記種類又は各前記検出条件に対してガンマ線検出装置が求めた前記検出量を、当該種類又は検出条件に対応する前記関係式に適用することにより連立方程式を生成し、該連立方程式を解くことにより、各深さ又は特定深さにおける前記層の前記濃度を算出する。
【0011】
また、上述の目的を達成するため、本発明による濃度検出方法は、
（Ａ）検査対象物の表面へ中性子線を照射し、
（Ｂ）前記検査対象物において前記中性子線により発生したガンマ線のうち対象成分に由来の特定ガンマ線を検出して、該特定ガンマ線の検出量を求め、
互いに異なる複数種類の特定ガンマ線について、又は、互いに異なる複数の検出条件について、前記（Ｂ）を行うことにより、当該複数の種類又は検出条件に対応する複数の前記検出量を求め、
（Ｃ）濃度算出装置により前記複数の検出量に基づいて対象成分の濃度を求める。
検査対象物を仮想的に複数の層に区分した場合に、前記複数の層における対象成分の複数の濃度と前記検出量との関係を表す関係式が、前記種類毎又は前記検出条件毎に予め定められて前記濃度算出装置に保持されている。
前記（Ｃ）において、前記濃度算出装置により、各前記種類又は各前記検出条件に対してガンマ線検出装置が求めた前記検出量を、当該種類又は検出条件に対応する前記関係式に適用することにより連立方程式を生成し、該連立方程式を解くことにより、各深さ又は特定深さにおける前記層の前記濃度を算出する。
（Ａ）検査対象物の表面へ中性子線を照射し、
（Ｂ）前記検査対象物において前記中性子線により発生したガンマ線のうち対象成分に由来の特定ガンマ線を検出して、該特定ガンマ線の検出量を求め、
互いに異なる複数種類の特定ガンマ線について、又は、互いに異なる複数の検出条件について、前記（Ｂ）を行うことにより、当該複数の種類又は検出条件に対応する複数の前記検出量を求め、
（Ｃ）濃度算出装置により前記複数の検出量に基づいて対象成分の濃度を求める。
検査対象物を仮想的に複数の層に区分した場合に、前記複数の層における対象成分の複数の濃度と前記検出量との関係を表す関係式が、前記種類毎又は前記検出条件毎に予め定められて前記濃度算出装置に保持されている。
前記（Ｃ）において、前記濃度算出装置により、各前記種類又は各前記検出条件に対してガンマ線検出装置が求めた前記検出量を、当該種類又は検出条件に対応する前記関係式に適用することにより連立方程式を生成し、該連立方程式を解くことにより、各深さ又は特定深さにおける前記層の前記濃度を算出する。
【発明の効果】
【0012】
本発明によると、各深さ又は所望の特定深さにおける対象成分の濃度を非破壊的に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の第１実施形態による濃度検出装置の構成例を示す。
【図2】検査対象物を仮想的に複数の層に区分した場合の一例を示す。
【図3】本発明の第１実施形態による濃度検出方法における関係式取得処理を示すフローチャートである。
【図4A】関係式取得処理の説明図である。
【図4B】関係式取得処理の別の説明図である。
【図4C】関係式取得処理の更に別の説明図である。
【図5】本発明の第１実施形態による濃度検出方法における濃度検出処理を示すフローチャートである。
【図6A-6B】本発明の第２実施形態による濃度検出装置の構成例を示し、関係式に関する説明図でもある。
【図7】本発明の第３実施形態による濃度検出装置の構成例を示し、関係式に関する説明図でもある。
【図8】本発明の第３実施形態による濃度検出方法における濃度検出処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。また、以下の説明は、特許請求の範囲に記載された発明を限定するものではない。例えば、本発明は、以下で述べる構成要素の全てを備えるものに限定されない。
【0015】
［第１実施形態］
（濃度検出装置）
図１は、本発明の第１実施形態による濃度検出装置１０の構成を示す。濃度検出装置１０は、検査対象物１の外部からその表面２へ中性子線を入射し、これにより検査対象物１において発生したガンマ線のうち検査対象物１内の対象成分に由来のガンマ線（以下で、単に特定ガンマ線という）を検出し、この検出結果に基づいて、検査対象物１における各深さ又は特定深さでの対象成分の濃度を求める。ここで、深さは、検査対象物１の表面２からの深さである。また、対象成分の濃度は元素としての濃度であってよい。
（濃度検出装置）
図１は、本発明の第１実施形態による濃度検出装置１０の構成を示す。濃度検出装置１０は、検査対象物１の外部からその表面２へ中性子線を入射し、これにより検査対象物１において発生したガンマ線のうち検査対象物１内の対象成分に由来のガンマ線（以下で、単に特定ガンマ線という）を検出し、この検出結果に基づいて、検査対象物１における各深さ又は特定深さでの対象成分の濃度を求める。ここで、深さは、検査対象物１の表面２からの深さである。また、対象成分の濃度は元素としての濃度であってよい。
【0016】
１つの実施例では、検査対象物１は、鉄筋を内部に含むコンクリート構造物であり、対象成分は塩分（塩素）である。対象成分が塩分である場合、塩分は、例えば、安定して存在する塩素Ｃｌの同位体３５Ｃｌであってよい。なお、検査対象物１と対象成分は、コンクリート構造物と塩分の組み合わせに限定されない。すなわち、検査対象物１はコンクリート構造物に限定されず、対象成分は、検査対象物１に入射された中性子線との反応により特定ガンマ線を放出するものであればよい。例えば、対象成分は、カルシウム（主に４０Ｃａ）、ケイ素（主に２８Ｓｉ）などであってもよい。なお、水素（１Ｈ）は、１種類（単一のエネルギー）の特定ガンマ線しか放出しないので、後述するように複数種類の特定ガンマ線を利用する第１実施形態と第２実施形態では水素は対象成分として不適切であるが、後述する第３実施形態においては水素を対象成分としてもよい。
【0017】
濃度検出装置１０は、中性子源３と、ガンマ線検出装置５と、濃度算出装置７とを備える。
【0018】
中性子源３は、検査対象物１の表面２へ多数の中性子線（ｎｅｕｔｒｏｎ ｒａｙ）を（例えば中性子ビームとして）照射し、中性子線を検査対象物１に入射させる。中性子源３は、一例では、中性子を発生する放射性線源（ＲＩ（ｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅ ｉｓｏｔｏｐｅ）線源）であってもよい。この場合、放射性線源は、２５２Ｃｆであってよいが、これに限定されない。別の例では、中性子源３は、荷電粒子ビームが照射されることにより中性子線を発生するターゲットを有するものであってもよい。この場合、ターゲットは、ベリリウムであってよいが、これに限定されない。
【0019】
中性子源３により検査対象物１に入射された中性子線は、検査対象物１内の対象成分と反応する。これにより、対象成分に由来の特定ガンマ線が発生する。第１実施形態では、エネルギー（すなわち波長）が異なる複数種類の特定ガンマ線が対象成分から発生する。対象成分が塩分の場合には、複数種類の特定ガンマ線として、エネルギーが５１７ｋｅＶ、７８６ｋｅＶ、７８８ｋｅＶ、１１６５ｋｅＶ、１９５１ｋｅＶ、６１１１ｋｅＶである特定ガンマ線がある。
【0020】
ガンマ線検出装置５は、検査対象物１において中性子線により発生したガンマ線のうち対象成分に由来の特定ガンマ線を検出して、該特定ガンマ線の検出量を求める。ガンマ線検出装置５は、ガンマ線検出器５ａと検出量抽出部５ｂを有する。
【0021】
ガンマ線検出器５ａは、検査対象物１からのガンマ線の各エネルギー（各波長）について、ガンマ線を検出し、その検出データを検出量抽出部５ｂに入力する。この検出データは、検出した各ガンマ線のエネルギーに対応する波高値であってよい。ガンマ線検出器５ａは、例えばゲルマニウム検出器を用いたものであってよいが、これに限定されない。なお、第１実施形態において、ガンマ線検出器５ａには、後述のコリメータ６が設けられてもよい。
【0022】
検出量抽出部５ｂは、入力された検出データに基づいて、特定ガンマ線の検出量を求める。例えば、検出量抽出部５ｂは、ガンマ線検出器５ａから入力された検出データとしての各波高値に基づいて、ガンマ線のエネルギースペクトルを取得する。このエネルギースペクトルは、ガンマ線の各エネルギーにおけるガンマ線の検出回数を示す。検出量抽出部５ｂは、当該エネルギースペクトルに基づいて、特定ガンマ線（第１実施形態では発生した複数種類の特定ガンマ線のうちｎ（ｎは２以上の整数）種類の各々の特定ガンマ線）の検出回数を検出量として求める。
【0023】
この検出回数は、第１実施形態では、所定の測定時間にわたる検出回数であってよい。所定の測定時間は、中性子線を検査対象物１に照射している期間内の時間であってよい。所定の測定時間は、例えば、１００秒、２００秒、または３００秒などの時間であってよいが、これらの時間に限定されない。
【0024】
濃度算出装置７は、ガンマ線検出装置５が求めた特定ガンマ線の検出量に基づいて、検査対象物１における各深さ又は特定深さの対象成分の濃度を求める。
【0025】
対象成分の濃度を求めるために、検査対象物１を仮想的に複数の層（本明細書において、単に層ともいう）に表面１と直交する方向に区分する。これらの層の各々の厚みは、数ｃｍ程度（例えば２ｃｍ又は３ｃｍ程度）であってよいが、他の範囲内の値であってもよい。
【0026】
図２は、検査対象物１を仮想的に複数の層１ａ，１ｂ，１ｃに区分した場合の一例を示す。図２の例では、検査対象物１は３つの層１ａ，１ｂ，１ｃに区分されている。区分された複数の層は、表面２と直交する方向に重なっているものであってよい。区分された各層において対象成分の濃度が一定であるとする。区分された複数の層における複数の濃度と、ガンマ線検出装置５により求められる特定ガンマ線の検出量との関係を表す関係式（関数）が、特定ガンマ線の種類（以下で単に種類ともいう）毎に予め定められて濃度算出装置７に保持されている。
【0027】
上述の関係式は、次の式（１）で表されてよい。
ΣＸｉ×αｉ，ｋ＝Ｄｋ ・・・（１）
ΣＸｉ×αｉ，ｋ＝Ｄｋ ・・・（１）
【0028】
この関係式（１）における各記号の意味は、次の通りである。
ｉは、上述の層の番号であり、１～ｎの値をとり、ｎは、上述した層の数である。
ｋは、特定ガンマ線の種類を示す。すなわち、ｋは、検出量を求める対象となる特定ガンマ線の種類の番号である。ｋは、１～ｎの値をとり、ｎは、上述した層の数である。すなわち、互いに異なるこれらの種類の数は、検査対象物１を区分した層の数と同じである。各種類ｋについて関係式が予め求められている。言い換えると。ｎ個の関係式（１）が予め求められている。例えば、対象成分が塩素（３５Ｃｌ）である場合は、ｋ＝１，２，３は、それぞれ１１６５ｋｅＶ，１９５１ｋｅＶ，６１１１ｋｅＶのエネルギーを有する特定ガンマ線を示す。対象成分がケイ素（２８Ｓｉ）である場合は、ｋ＝１，２，３は、それぞれ２０９２ｋｅＶ，３５３８ｋｅＶ，４９３３ｋｅＶのエネルギーを有する特定ガンマ線を示す。
ｉは、上述の層の番号であり、１～ｎの値をとり、ｎは、上述した層の数である。
ｋは、特定ガンマ線の種類を示す。すなわち、ｋは、検出量を求める対象となる特定ガンマ線の種類の番号である。ｋは、１～ｎの値をとり、ｎは、上述した層の数である。すなわち、互いに異なるこれらの種類の数は、検査対象物１を区分した層の数と同じである。各種類ｋについて関係式が予め求められている。言い換えると。ｎ個の関係式（１）が予め求められている。例えば、対象成分が塩素（３５Ｃｌ）である場合は、ｋ＝１，２，３は、それぞれ１１６５ｋｅＶ，１９５１ｋｅＶ，６１１１ｋｅＶのエネルギーを有する特定ガンマ線を示す。対象成分がケイ素（２８Ｓｉ）である場合は、ｋ＝１，２，３は、それぞれ２０９２ｋｅＶ，３５３８ｋｅＶ，４９３３ｋｅＶのエネルギーを有する特定ガンマ線を示す。
【0029】
Ｘｉは、ｉ番目の層における対象成分の濃度（質量濃度）を示す。Ｘｉは、未知数である。
αｉ，ｋは、ｋ番目の種類とｉ番目の層とに対応する係数である。αｉ，ｋは、予め求められたものである。
Ｄｋは、ガンマ線検出装置５により求められる、ｋ番目の種類の特定ガンマ線の検出量である。
Σは、全てのｉ（すなわち複数の層の全て）に関する総和を示す。
αｉ，ｋは、ｋ番目の種類とｉ番目の層とに対応する係数である。αｉ，ｋは、予め求められたものである。
Ｄｋは、ガンマ線検出装置５により求められる、ｋ番目の種類の特定ガンマ線の検出量である。
Σは、全てのｉ（すなわち複数の層の全て）に関する総和を示す。
【0030】
第１実施形態では、濃度検出装置１０が検査対象物１に対する検査（後述の濃度検出処理）において、複数種類の特定ガンマ線の検出量を求める時に、これら複数の（ｎ個の）種類の間で、検出条件は同じであってよい。ここで、検出条件は、後述の前提事項（ｂ）と（ｃ）や、検査対象物１とガンマ線源とガンマ線検出器５ａとの位置関係及び姿勢関係などを含む。
【0031】
第１実施形態では、各種類ｋについての上記関係式（例えば上述の関係式（１））は、当該種類ｋに対応する種類の特定ガンマ線に関する式である。言い換えると、各種類ｋにおける上記関係式（１）のＤｋは、ｋ番目の種類の特定ガンマ線の検出量である。このように、第１実施形態では、Ｄｋは、添え字ｋが示す種類の特定ガンマ線の検出量である。
【0032】
濃度算出装置７は、ガンマ線検出装置５が求めた、各種類ｋの特定ガンマ線の検出量を、当該種類についての上述の関係式に適用することにより連立方程式を生成し、当該連立方程式を解くことにより、各深さ又は特定深さにおける層での対象成分の濃度を算出する。例えば、濃度算出装置７は、ガンマ線検出装置５が求めたｎ個の検出量Ｄｋ（ｋは１～ｎの整数）を、それぞれに対応するｎ個の関係式（１）に適用することにより、Ｄｋの数値が特定されたｎ個の関係式（連立方程式）を生成し、当該連立方程式を解くことにより、各深さ又は特定深さにおける層での対象成分の濃度を算出する。
【0033】
＜濃度検出のより詳しい説明＞
以下において、濃度検出についてより詳しく説明する。第１実施形態では、次の事項（ａ）～（ｄ）を前提とする。なお、後述の第２実施形態と第３実施形態でも、これらの事項（ａ）～（ｄ）を前提とする。
以下において、濃度検出についてより詳しく説明する。第１実施形態では、次の事項（ａ）～（ｄ）を前提とする。なお、後述の第２実施形態と第３実施形態でも、これらの事項（ａ）～（ｄ）を前提とする。
【0034】
（ａ）検査対象物１を仮想的に複数の層に区分した場合に、これらの層の各々において対象成分の濃度が上述のように一定である。これについて、各層において、対象成分の濃度は、当該層の厚み方向と直交する方向において、ある程度の範囲では一定であるとする。当該範囲を、特定ガンマ線を発生させる濃度検出対象の範囲とする。
（ｂ）中性子源３から検査対象物１に放射される中性子線のスペクトルが、既知であり、各種類の特定ガンマ線の検出量は、一定のスペクトルの中性子線に対して求められる。中性子線のスペクトルは、単位時間あたりに中性子源３から放射される多数の中性子のエネルギー分布であり、この分布において、各エネルギーについて、当該エネルギーを有する中性子の数が表される。
（ｃ）中性子源３から検査対象物１に照射される中性子線の強度が、既知であり、各種類の特定ガンマ線の検出量は、一定の強度の中性子線に対して求められる。中性子線の強度は、単位時間あたりに中性子源３から検査対象物１へ照射される中性子の数である。
（ｄ）ガンマ線検出装置５により求められる上述の検出量が、複数の層における対象成分の複数の濃度の関数（上述の関係式）により表される。この関数が線形である場合には、当該関係式は、上述の関係式（１）であってよい。
（ｂ）中性子源３から検査対象物１に放射される中性子線のスペクトルが、既知であり、各種類の特定ガンマ線の検出量は、一定のスペクトルの中性子線に対して求められる。中性子線のスペクトルは、単位時間あたりに中性子源３から放射される多数の中性子のエネルギー分布であり、この分布において、各エネルギーについて、当該エネルギーを有する中性子の数が表される。
（ｃ）中性子源３から検査対象物１に照射される中性子線の強度が、既知であり、各種類の特定ガンマ線の検出量は、一定の強度の中性子線に対して求められる。中性子線の強度は、単位時間あたりに中性子源３から検査対象物１へ照射される中性子の数である。
（ｄ）ガンマ線検出装置５により求められる上述の検出量が、複数の層における対象成分の複数の濃度の関数（上述の関係式）により表される。この関数が線形である場合には、当該関係式は、上述の関係式（１）であってよい。
【0035】
検査対象物１を図２のように３つの層１ａ，１ｂ，１ｃに区分する場合には、上述の関係式（１）は、次の３つの関係式（２）～（４）となる。
Ｘ１×α１，１＋Ｘ２×α２，１＋Ｘ３×α３，１＝Ｄ１ ・・・（２）
Ｘ１×α１，２＋Ｘ２×α２，２＋Ｘ３×α３，２＝Ｄ２ ・・・（３）
Ｘ１×α１，３＋Ｘ２×α２，３＋Ｘ３×α３，３＝Ｄ３ ・・・（４）
Ｘ１×α１，１＋Ｘ２×α２，１＋Ｘ３×α３，１＝Ｄ１ ・・・（２）
Ｘ１×α１，２＋Ｘ２×α２，２＋Ｘ３×α３，２＝Ｄ２ ・・・（３）
Ｘ１×α１，３＋Ｘ２×α２，３＋Ｘ３×α３，３＝Ｄ３ ・・・（４）
【0036】
関係式（２）は、１番目（ｋ＝１）の種類の特定ガンマ線に関する関係式であり、関係式（３）は、２番目（ｋ＝２）の種類の特定ガンマ線に関する関係式であり、関係式（３）は、３番目（ｋ＝３）の種類の特定ガンマ線に関する関係式である。すなわち、関係式（２）～（４）のＤ１とＤ２とＤ３は、それぞれ、互いに種類（エネルギー、すなわち、波長）が異なる特定ガンマ線の検出量であり、検査対象物１の検査時（例えば後述のステップＳ１３）において求められる。３つの関係式（２）～（４）において、９つの係数α１，１～α３，３は、後述するように予め求められている。したがって、Ｄ１とＤ２とＤ３が求められた関係式（２）～（４）を連立方程式として解くことにより、３つの未知数Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３を求めることができる。検査対象物１を、３以外の複数の層に区分する場合についても同様である。
【0037】
（濃度検出方法）
第１実施形態による濃度検出方法について説明する。濃度検出方法は、上述した濃度検出装置１０を用いて行われる。濃度検出方法は、関係式取得処理と濃度検出処理を含む。
第１実施形態による濃度検出方法について説明する。濃度検出方法は、上述した濃度検出装置１０を用いて行われる。濃度検出方法は、関係式取得処理と濃度検出処理を含む。
【0038】
＜関係式取得処理＞
図３は、関係式取得処理を示すフローチャートである。関係式取得処理では、検査対象物１を複数の層に仮想的に区分した場合に、これら複数の層のそれぞれにおける対象成分の複数の濃度と検出量との関係を表す関係式（例えば上記関係式（１））を求める。関係式取得処理は、ステップＳ１～Ｓ５を有する。
図３は、関係式取得処理を示すフローチャートである。関係式取得処理では、検査対象物１を複数の層に仮想的に区分した場合に、これら複数の層のそれぞれにおける対象成分の複数の濃度と検出量との関係を表す関係式（例えば上記関係式（１））を求める。関係式取得処理は、ステップＳ１～Ｓ５を有する。
【0039】
ステップＳ１では、検査対象物１を模擬した供試体と中性子源３とガンマ線検出器５ａとを配置する。ステップＳ１で配置した供試体と中性子源３とガンマ線検出器５ａとの位置関係及び姿勢関係は、実際の検査時（すなわち後述の濃度検出処理を行う時）における検査対象物１と中性子源３とガンマ線検出器５ａとの位置関係及び姿勢関係と同じである。
【0040】
供試体は、上述の複数（ｎ個）の層のそれぞれに対応する複数のブロックを、順に配置して互いに重ねたものである。複数の層の数とブロックの数とは、同じである。これらのブロックは、検査対象物１（対応する層の部分）と同じ材質と構成で形成されており、それぞれ上記複数の層と同じ厚みを有する。供試体を構成するこれらのブロックのうち、１つのブロック（以下で成分含有ブロックという）のみが既知の濃度で対象成分を含んでおり、他のブロック（以下で成分ゼロブロックという）は対象成分を含んでいない。供試体を構成する複数のブロックは、同じ大きさと形状を有していてよい。
【0041】
検査対象物１が図２のように３つの層１ａ，１ｂ，１ｃからなると仮定した場合（ｎ＝３の場合）、ステップＳ１では、例えば、図４Ａのように、３つのブロック１０１ａ，１０１ｂからなる供試体１０１と中性子源３とガンマ線検出器５ａを配置している。図４Ａにおいて、３つブロック１０１ａ，１０１ｂのうち、ブロック１０１ａは、成分含有ブロックであり、他の２つのブロック１０１ｂは、成分ゼロブロックである。
【0042】
ステップＳ１において、供試体を構成するように複数のブロックを中性子源３側から順に配置して互いに重ねる。この配置において、中性子源３側から数えた成分含有ブロックの順番をｉ番目にする。図４Ａの例では、成分含有ブロック１０１ａの順番は１番目である。上述のように供試体を構成するブロックの数をｎとした場合、成分含有ブロックの取り得る順番は、１番目からｎ番目までのｎ通りある。
【0043】
ステップＳ２では、ステップＳ１で配置した供試体と中性子源３とガンマ線検出器５ａとの位置関係及び姿勢関係の状態で、中性子源３により中性子線を供試体に照射する。例えば、図４Ａにおいて、中性子源３により中性子線を供試体１０１に照射する。
【0044】
ステップＳ３では、ステップＳ２で照射した中性子線により供試体（すなわち成分含有ブロック）において発生した、対象成分に由来の複数種類の特定ガンマ線を、ガンマ線検出器５ａで検出する。また、ステップＳ３では、この検出データが、ガンマ線検出器５ａから検出量抽出部５ｂに入力され、当該検出データに基づいて、検出量抽出部５ｂにより、ｎ種類の特定ガンマ線のそれぞれの検出量ｄｉ，ｋを求める。
【0045】
当該検出量を表わすｄｉ，ｋの添え字ｉは、ステップＳ１において配置された成分含有ブロックの上記順番を示す。すなわち、添え字ｉは、供試体１０１を構成する複数のブロックのうち成分含有ブロックがｉ番目に配置されている場合の検出量であることを示す。ｄｉ，ｋの添え字ｋは、上記ｎ種類のうちｋ番目の種類の特定ガンマ線の検出量であることを示す。図４Ａの状態でステップＳ２、Ｓ３を行った場合には、当該ステップＳ３において、３つの検出量ｄ１，１，ｄ１，２，ｄ１，３が求められる。
【0046】
このようなステップＳ１～Ｓ３を、ステップＳ１における成分含有ブロックの上記順番を変えて繰り返すように、ステップＳ３を終えたら、ステップＳ４の判断を行う。ステップＳ４では、成分含有ブロックを、取り得るｎ通りの全ての上記順番の各々に配置した状態でステップＳ２とステップＳ３を行ったかを判断する。
【0047】
ステップＳ４の判断の結果が否定である場合には、ステップＳ１に戻り、上述したステップＳ１～Ｓ４を再び行う。戻った再度のステップＳ１では、成分含有ブロックを未だ配置していない順番にして構成した供試体と中性子源３とガンマ線検出器５ａを配置する。再度のステップＳ１についての他の点は、上述と同じであってよい。例えば、再度のステップＳ２で配置した供試体と中性子源３とガンマ線検出器５ａとの位置関係及び姿勢関係は、実際の検査時における検査対象物１と中性子源３とガンマ線検出器５ａとの位置関係及び姿勢関係と同じである。なお、再度のステップＳ２において、中性子源３とガンマ線検出器５ａの位置と向きは、最初のステップＳ２で配置した状態に保たれていてよい。
【0048】
１回目のステップＳ１で、図４Ａのように成分含有ブロック１０１ａの順番を１番目にした場合には、例えば、２回目のステップＳ１では図４Ｂのように成分含有ブロック１０１ａの順番を２番目にし、３回目のステップＳ１では図４Ｃのように成分含有ブロック１０１ａの順番を３番目にする。この場合、２回目のステップＳ３では、３つの検出量ｄ２，１，ｄ２，２，ｄ２，３が求められ、３回目のステップＳ３では、３つの検出量ｄ３，１，ｄ３，２，ｄ３，３が求められる。
【0049】
ステップＳ１～Ｓ４を繰り返すことにより、ステップＳ４の判断の結果が肯定となったら、ステップＳ５へ進む。
【0050】
ステップＳ５では、複数回のステップＳ３の各々で求めたｎ種類の特定ガンマ線の検出量ｄｉ，ｋと、成分含有ブロックにおける対象成分の既知の濃度Ｃとに基づいて、検査対象物１の複数の層におけるそれぞれの対象成分の濃度と検出量との関係を表す上記関係式を求める。例えば、ステップＳ５では、複数回のステップＳ３の各々で求めたｎ種類の特定ガンマ線の検出量ｄｉ，ｋと、成分含有ブロックにおける対象成分の濃度Ｃとに基づいて、上述の関係式（１）の各係数αｉ，ｋを求める。各層における対象成分の濃度と各種類の特定ガンマ線の検出量とが比例関係にあるとして、各係数αｉ，ｋを、次の式（５）で求めることができる。
αｉ，ｋ＝ｄｉ，ｋ／Ｃ ・・・（５）
αｉ，ｋ＝ｄｉ，ｋ／Ｃ ・・・（５）
【0051】
したがって、検査対象物１のｎ個の層におけるそれぞれの対象成分の濃度と検出量との関係を表す上記関係式（１）として次の関係式（６）が求められる。この関係式（６）は、記憶部７ｂに記憶され、後述の濃度検出処理で用いられる。
ΣＸｉ×ｄｉ，ｋ／Ｃ＝Ｄｋ ・・・（６）
ΣＸｉ×ｄｉ，ｋ／Ｃ＝Ｄｋ ・・・（６）
【0052】
図４Ａ～図４Ｃのように、供試体１０１を３つのブロック１０１ａ，１０１ｂで構成した場合（ｎ＝３の場合）には、関係式（６）として次の３つの関係式（７）～（９）が得られる。
Ｘ１×ｄ１，１／Ｃ＋Ｘ２×ｄ２，１／Ｃ＋Ｘ３×ｄ３，１／Ｃ＝Ｄ１ ・・・（７）
Ｘ１×ｄ１，２／Ｃ＋Ｘ２×ｄ２，２／Ｃ＋Ｘ３×ｄ３，２／Ｃ＝Ｄ２ ・・・（８）
Ｘ１×ｄ１，３／Ｃ＋Ｘ２×ｄ２，３／Ｃ＋Ｘ３×ｄ３，３／Ｃ＝Ｄ３ ・・・（９）
Ｘ１×ｄ１，１／Ｃ＋Ｘ２×ｄ２，１／Ｃ＋Ｘ３×ｄ３，１／Ｃ＝Ｄ１ ・・・（７）
Ｘ１×ｄ１，２／Ｃ＋Ｘ２×ｄ２，２／Ｃ＋Ｘ３×ｄ３，２／Ｃ＝Ｄ２ ・・・（８）
Ｘ１×ｄ１，３／Ｃ＋Ｘ２×ｄ２，３／Ｃ＋Ｘ３×ｄ３，３／Ｃ＝Ｄ３ ・・・（９）
【0053】
＜濃度検出処理＞
図５は、濃度検出処理を示すフローチャートである。濃度検出処理では、検査対象物１に対して実際に検査を行うことにより、検査対象物１の各層又は特定の層に相当する検査対象物１の各深さ又は特定深さにおける対象成分の濃度を検出する。濃度検出処理は、ステップＳ１１～Ｓ１４を有する。
図５は、濃度検出処理を示すフローチャートである。濃度検出処理では、検査対象物１に対して実際に検査を行うことにより、検査対象物１の各層又は特定の層に相当する検査対象物１の各深さ又は特定深さにおける対象成分の濃度を検出する。濃度検出処理は、ステップＳ１１～Ｓ１４を有する。
【0054】
ステップＳ１１では、検査対象物１に対して中性子源３とガンマ線検出器５ａを配置する。ステップＳ１１での配置では、検査対象物１と中性子源３とガンマ線検出器５ａとの位置関係及び姿勢関係を、上述のステップＳ１において配置した供試体と中性子源３とガンマ線検出器５ａとの位置関係及び姿勢関係と同じになるようにする。より詳しくは、ステップＳ１１での配置において検査対象物１の表面２から見た中性子源３とガンマ線検出器５ａの位置と姿勢が、ステップＳ１での配置において供試体の表面（例えば図４Ａ～図４Ｃにおける表面１０２）から見た中性子源３とガンマ線検出器５ａの位置と姿勢と同じになるようにする。
【0055】
ステップＳ１２では、ステップＳ１１での配置による検査対象物１と中性子源３とガンマ線検出器５ａとの位置関係及び姿勢関係の状態で、検査対象物１の表面２に、中性子源３により中性子線を照射する。
【0056】
ステップＳ１３では、ステップＳ１２で照射した中性子線により検査対象物１において発生した、対象成分に由来の複数種類の特定ガンマ線を、ガンマ線検出器５ａで検出する。また、ステップＳ１３では、この検出データが、ガンマ線検出器５ａから検出量抽出部５ｂに入力され、当該検出データに基づいて、検出量抽出部５ｂによりｎ種類の特定ガンマ線のそれぞれの検出量Ｄｋ（ｋは１～ｎまでの整数）求める。
【0057】
ここで求められる検出量Ｄｋの数は、検査対象物１において区分された複数の層の数ｎと同じである。また、当該検出量Ｄｋの添え字ｋは、ガンマ線検出装置５が求めた、ｋ番目の種類の特定ガンマ線の検出量を示す。
【0058】
図２のように複数の層の数ｎが３である場合には、ステップＳ１３では、１番目の種類の特定ガンマ線の検出量Ｄ１と、２番目の種類の特定ガンマ線の検出量Ｄ２と、３番目の種類の特定ガンマ線の検出量Ｄ３が求められる。
【0059】
ステップＳ１４では、ステップＳ１３で求めたｎ種類の検出量Ｄｋを、濃度算出部７ａにより、それぞれに対応し記憶部７ｂに記憶されている上述のｎ個の関係式（１）に、すなわち、ΣＸｉ×αｉ，ｋ＝ＤｋのＤｋ（ｋは１～ｎまでの整数）に適用する。これにより、濃度算出部７ａが、Ｄｋが具体的な数値となった連立方程式ΣＸｉ×αｉ，ｋ＝Ｄｋを生成し、該連立方程式を解くことにより、検査対象物１における複数の層のうち、各深さ又は特定深さに存在する層における対象成分の濃度を、検査対象物１の各深さ又は特定深さにおける対象成分の濃度として算出する。
【0060】
図２のように複数の層の数ｎが３である場合には、ステップＳ１４では、濃度算出部７ａは、検出量Ｄ１と検出量Ｄ２と検出量Ｄ３を、上述の関係式（７）～（９）のＤ１とＤ２とＤ３にそれぞれに適用する。これにより、濃度算出部７ａは、Ｄ１とＤ２とＤ３が具体的な数値となった関係式（７）～（９）を連立方程式として生成する。濃度算出部７ａは、当該連立方程式を解くことにより、検査対象物１の各層における対象成分の濃度Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３、あるいは、特定深さにおける層の濃度Ｘ１，Ｘ２又はＸ３を求める。
【0061】
（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、検査対象物１を仮想的に複数の層に区分し、これら複数の層のそれぞれにおける対象成分の濃度と、特定ガンマ線の検出量との関係式を特定ガンマ線の種類毎に予め求めておく。検査時に、検査対象物１に中性子線を照射することにより、検査対象物１において発生した対象成分に由来の特定ガンマ線を検出して、その検出量を求める。この検出量を特定ガンマ線の種類毎に求める。求められた複数の検出量を、予め求めた複数の関係式に適用することにより連立方程式を生成する。この連立方程式を解くことにより、検査対象物１における複数の層のうち、各深さ又は特定深さに存在する層における対象成分の濃度を、検査対象物１の各深さ又は特定深さにおける対象成分の濃度として算出することができる。このように、検査対象物１の各深さ又は所望の特定深さにおける対象成分の濃度を非破壊的に求めることができる。
第１実施形態では、検査対象物１を仮想的に複数の層に区分し、これら複数の層のそれぞれにおける対象成分の濃度と、特定ガンマ線の検出量との関係式を特定ガンマ線の種類毎に予め求めておく。検査時に、検査対象物１に中性子線を照射することにより、検査対象物１において発生した対象成分に由来の特定ガンマ線を検出して、その検出量を求める。この検出量を特定ガンマ線の種類毎に求める。求められた複数の検出量を、予め求めた複数の関係式に適用することにより連立方程式を生成する。この連立方程式を解くことにより、検査対象物１における複数の層のうち、各深さ又は特定深さに存在する層における対象成分の濃度を、検査対象物１の各深さ又は特定深さにおける対象成分の濃度として算出することができる。このように、検査対象物１の各深さ又は所望の特定深さにおける対象成分の濃度を非破壊的に求めることができる。
【0062】
［第２実施形態］
（濃度検出装置）
本発明の第２実施形態による濃度検出装置１０を説明する。図６Ａと図６Ｂは、第２実施形態による濃度検出装置１０の構成例を示す。図６Ａは、後述のコリメータ６が設けられている場合を示し、図６Ｂは、コリメータ６が設けられていない場合を示す。図６Ａと図６Ｂでは、一例として、検査対象物１を３つの層１ａ，１ｂ，１ｃに仮想的に区分している。第２実施形態について、以下において説明しない点は、第１実施形態と同じであってよい。第２実施形態による濃度検出装置１０は、第１実施形態と同様に、中性子源３と、ガンマ線検出装置５と、濃度算出装置７とを備える。
（濃度検出装置）
本発明の第２実施形態による濃度検出装置１０を説明する。図６Ａと図６Ｂは、第２実施形態による濃度検出装置１０の構成例を示す。図６Ａは、後述のコリメータ６が設けられている場合を示し、図６Ｂは、コリメータ６が設けられていない場合を示す。図６Ａと図６Ｂでは、一例として、検査対象物１を３つの層１ａ，１ｂ，１ｃに仮想的に区分している。第２実施形態について、以下において説明しない点は、第１実施形態と同じであってよい。第２実施形態による濃度検出装置１０は、第１実施形態と同様に、中性子源３と、ガンマ線検出装置５と、濃度算出装置７とを備える。
【0063】
第２実施形態において、第１実施形態と同様に、検査対象物１を仮想的に複数の層に区分した場合に、これら複数の層のそれぞれにおけるαｉ，ｋを求めるための測定または計算を予め行っておく。
【0064】
また、第２実施形態において、第１実施形態と同様に、各種類についての当該関係式は、例えば上述の関係式（１）、すなわち、ΣＸｉ×αｉ，ｋ＝Ｄｋであってよい。また、第２実施形態においても、上記関係式（上述の関係式（１））は、各種類ｋの特定ガンマ線に関する式である。
【0065】
第２実施形態では、上述の関係式（１）の各係数αｉ，ｋの求め方が第１実施形態の場合と異なる。
【0066】
αｉ，ｋは、次の式（１０）で表される。
αｉ，ｋ＝Ｎｉ×Ｔｉ，ｋ×εｉ，ｋ×ｂｋ×ｄｉ×σｉ×（ＮＡ×ｒ／Ａ） ・・・（１０）
αｉ，ｋ＝Ｎｉ×Ｔｉ，ｋ×εｉ，ｋ×ｂｋ×ｄｉ×σｉ×（ＮＡ×ｒ／Ａ） ・・・（１０）
【0067】
αｉ，ｋは、上述した前提（ａ）～（ｄ）の下で、予め求められている。αｉ，ｋを表わす上記式（１０）の各記号について説明する。なお、以下で適宜に図６Ａと図６Ｂを参照して補足説明する。図６Ａの例のように、ガンマ線検出器５ａにはコリメータ６が設けられている場合には、ガンマ線検出器５ａは、検査対象物１において発生した特定ガンマ線のうち、コリメータ６の向きと一致する方向からガンマ線検出器５ａに進行して来た特定ガンマ線のみを選択的に検出してもよい。式（１０）の各記号の意味は以下の通りである。
【0068】
Ｎｉは、上述した所定の測定時間にわたるｉ番目の層への入射中性子量である。詳しくは、検査時における検査対象物１と中性子線とガンマ線検出器５ａとの位置関係及び姿勢関係は予め定められており、当該位置関係及び姿勢関係の下で中性子源３が中性子線を表面２に照射することにより、検査対象物１のｉ番目の層に入射する中性子の数が入射中性子量Ｎｉである。入射中性子量Ｎｉは、中性子源３から散乱せずにｉ番目の層に入射する中性子の数であってもよいし、当該数を含むだけでなく、検査対象物１内において散乱してｉ番目の層に入射する中性子の数も含んでよい。
【0069】
コリメータ６を設けた場合には、ｉ番目の層において、コリメータ６の向きの方向にガンマ線検出器５ａと重なる重複領域Ｒｉに入射する中性子の数が中性子量Ｎｉであってよい。この重複領域Ｒｉは、図６Ａの例では、１番目の層ではＲ１であり、２番目の層ではＲ２であり、３番目の層ではＲ３である。
【0070】
Ｎｉは、放射線輸送シミュレーション又は事前の実験により予め求められている。放射線輸送シミュレーションでは、例えば、次のようにＮｉを求めてよい。材質が既知である検査対象物１において、中性子源３から入射された中性子の挙動を、放射線輸送シミュレーションにより把握して、当該挙動に基づいてＮｉを求める。事前の実験では、例えば、次のように放射化法によりＮｉを求めてよい。検査対象物１と材質が同じであり、検査対象物１の表面２からｉ番目の層までの厚みを有する供試体を用意する。この供試体の裏面に金箔を張り付ける。このような供試体の表面に中性子源３（例えば２５２Ｃｆ線源）から中性子線を照射する。その後、金箔からのガンマ線を測定し、そのガンマ線スペクトルに基づいてＮｉを求める。
【0071】
Ｔｉ，ｋは、ｉ番目の層で発生したｋ番目の種類の特定ガンマ線が、ｉ番目の層からガンマ線検出器５ａまで進行する経路において検査対象物１の内部を透過する率である。透過率Ｔｉ，ｋは、当該経路上におけるｉ番目の層における基準位置Ｐｉから当該経路上の表面２の位置ＰＳ（以下で表面位置という）までの距離に基づいて求められてよい。例えば、当該距離と同じ厚みを有し検査対象物１と同じ材質で形成された供試体を用意し、この供試体に対して。その厚み方向に、１５２Ｅｕなどのガンマ線標準線源からガンマ線を照射する実験により、Ｔｉ，ｋを求めてよい。あるいは、ガンマ線の透過率に関するデータベースに基づいてＴｉ，ｋを求めてもよい。透過率Ｔｉ，ｋは、ｉ番目の層の基準位置Ｐｉから表面位置ＰＳまでをｋ番目の種類の特定ガンマ線が透過する率である。
【0072】
図６Ａの例のようにガンマ線検出器５ａにコリメータ６が設けられている場合には、上記の基準位置Ｐｉは、上述した重複領域Ｒｉ内の位置（例えば重複領域Ｒｉの中心位置）であってよい。図６Ｂの例のようにガンマ線検出器５ａにコリメータ６が設けられていない場合には、上記の基準位置Ｐｉは、検査時に検査対象物へ照射された中性子線が通過する領域内の位置（例えば当該領域の中心位置）であってよい。図６Ａと図６Ｂの例では、基準位置Ｐｉは、１番目の層ではＰ１であり、２番目の層ではＰ２であり、３番目の層ではＰ３である。図６Ｂでは、上述の位置ＰＳは層毎に異なる。Ｔｉ，ｋは、シミュレーション又は事前の実験又は理論計算により予め求められている。
【0073】
εｉ，ｋは、予め定められた上述の位置関係により定まる値であって、ｉ番目の層で発生したｋ番目の種類の特定ガンマ線に対するガンマ線検出器５ａの検出効率である。言い換えると、検出効率εｉ，ｋは、ｉ番目の層で発生したｋ番目の種類の特定ガンマ線の量に対する、当該量のうちガンマ線検出器５ａが検出するｋ番目の種類の特定ガンマ線の量の割合である。一般的に、検出効率は、ガンマ線検出器５ａの形状、ガンマ線発生位置とガンマ線検出器５ａとの距離、ガンマ線のエネルギーなどに依存する。したがって、検出効率εｉ，ｋは、ガンマ線検出器５ａの形状、ｋ番目の種類の特定ガンマ線のエネルギー、ガンマ線検出器５ａとｉ番目の層との距離などに依存する。例えば、εｉ，ｋは、１５２Ｅｕなどのガンマ線標準線源を用いて求められてよい。その際、当該線源とガンマ線検出器５ａとの間には、物体が何も存在しないようにする。
【0074】
図６Ａと図６Ｂのように、検出効率εｉ，ｋは、ガンマ線の発生位置とみなす基準位置Ｐｉとガンマ線検出器５ａとの距離と、ｋ番目の種類の特定ガンマ線のエネルギーと、ガンマ線検出器５ａの形状とに基づいて求められてよい。
【0075】
ｂｋは、ｋ番目の種類の特定ガンマ線の絶対強度（％）を示す。言い換えると、１００個の中性子が対象成分に捕獲された場合に、ｋ番目の種類の特定ガンマ線が対象成分からｍ個放出されたとすると、ｂｋはｍ％である。ｂｋとして、文献などに記載されている値を用いてよい。
ｄｉは、ｉ番目の層の厚みである。
ｄｉは、ｉ番目の層の厚みである。
【0076】
σｉは、ｉ番目の層における対象成分の中性子捕獲反応断面積である。σｉは、中性子のエネルギーに依存する。σｉは、Japanese Evaluated Nuclear Data Library (JENDL)などのデータベースから取得されてよい。σｉは、i番目の層での中性子エネルギースペクトルに依存する。この中性子エネルギースペクトルは、例えば放射線輸送シミュレーションにより求められてよい。また、σｉは、平均的な値であってよい。例えば、σｉ＝∫Ｉ（Ｅ）・ｆ（Ｅ）ｄＥ／∫Ｉ（Ｅ）ｄＥにより、σｉを求めてもよい。ここで、Ｉ（Ｅ）は、ｉ番目の層内での深さによる中性子エネルギースペクトルの変化や、（ｉ＋１）番目の層から散乱により戻ってくる中性子等を考慮した、ｉ番目の層での平均的な中性子線のスペクトルにおけるエネルギーＥを有する中性子の数であり、ｆ（Ｅ）は、エネルギーＥでの捕獲断面積であり、∫はＥについての積分である。
【0077】
ＮＡは、アボガドロ数（６．０２２ｘ１０２３個／ｍｏｌ）である。Ａは、対象成分の原子量である。対象成分が同一の元素に属する複数種類の同位体のいずれかである場合に、ｒは、これら複数種類の同位体における対象成分の自然存在比である。この場合、上述の関係式（１）におけるＸｉは、当該元素としての濃度である。対象成分が塩素の３５Ｃｌの場合は、ｒ＝０．７５７７、Ａ＝３５．４５２７である。
【0078】
このように予め求めたＮｉとＴｉ，ｋとεｉ，ｋとｂｋ等により、αｉ，ｋ＝Ｎｉ×Ｔｉ，ｋ×εｉ，ｋ×ｂｋ×ｄｉ×σｉ×（ＮＡ×ｒ／Ａ）を定めておき、αｉ，ｋを用いた上述の関係式（１）を記憶部７ｂに記憶させておく。
【0079】
図６の例のように、層の数ｎが３である場合には、上述の関係式（１）は、次の３つの関係式（１１）～（１３）となる。
Ｘ１×Ｎ１×Ｔ１，１×ε１，１×ｂ１×ｄ１×σ１×（ＮＡ×ｒ／Ａ）＋Ｘ２×Ｎ２×Ｔ２，１×ε２，１×ｂ１×ｄ２×σ２×（ＮＡ×ｒ／Ａ）＋Ｘ３×Ｎ３×Ｔ３，１×ε３，１×ｂ１×ｄ３×σ３×（ＮＡ×ｒ／Ａ）＝Ｄ１ ・・・（１１）
Ｘ１×Ｎ１×Ｔ１，２×ε１，２×ｂ２×ｄ１×σ１×（ＮＡ×ｒ／Ａ）＋Ｘ２×Ｎ２×Ｔ２，２×ε２，２×ｂ２×ｄ２×σ２×（ＮＡ×ｒ／Ａ）＋Ｘ３×Ｎ３×Ｔ３，２×ε３，２×ｂ２×ｄ３×σ３×（ＮＡ×ｒ／Ａ）＝Ｄ２ ・・・（１２）
Ｘ１×Ｎ１×Ｔ１，３×ε１，３×ｂ３×ｄ１×σ１×（ＮＡ×ｒ／Ａ）＋Ｘ２×Ｎ２×Ｔ２，３×ε２，３×ｂ３×ｄ２×σ２×（ＮＡ×ｒ／Ａ）＋Ｘ３×Ｎ３×Ｔ３，３×ε３，３×ｂ３×ｄ３×σ３×（ＮＡ×ｒ／Ａ）＝Ｄ３ ・・・（１３）
Ｘ１×Ｎ１×Ｔ１，１×ε１，１×ｂ１×ｄ１×σ１×（ＮＡ×ｒ／Ａ）＋Ｘ２×Ｎ２×Ｔ２，１×ε２，１×ｂ１×ｄ２×σ２×（ＮＡ×ｒ／Ａ）＋Ｘ３×Ｎ３×Ｔ３，１×ε３，１×ｂ１×ｄ３×σ３×（ＮＡ×ｒ／Ａ）＝Ｄ１ ・・・（１１）
Ｘ１×Ｎ１×Ｔ１，２×ε１，２×ｂ２×ｄ１×σ１×（ＮＡ×ｒ／Ａ）＋Ｘ２×Ｎ２×Ｔ２，２×ε２，２×ｂ２×ｄ２×σ２×（ＮＡ×ｒ／Ａ）＋Ｘ３×Ｎ３×Ｔ３，２×ε３，２×ｂ２×ｄ３×σ３×（ＮＡ×ｒ／Ａ）＝Ｄ２ ・・・（１２）
Ｘ１×Ｎ１×Ｔ１，３×ε１，３×ｂ３×ｄ１×σ１×（ＮＡ×ｒ／Ａ）＋Ｘ２×Ｎ２×Ｔ２，３×ε２，３×ｂ３×ｄ２×σ２×（ＮＡ×ｒ／Ａ）＋Ｘ３×Ｎ３×Ｔ３，３×ε３，３×ｂ３×ｄ３×σ３×（ＮＡ×ｒ／Ａ）＝Ｄ３ ・・・（１３）
【0080】
（濃度検出方法）
第２実施形態による濃度検出方法において関係式取得処理は、上述のようにＮｉとＴｉ，ｋとεｉ，ｋとｂｋとｄｉとσｉ等予め求め、αｉ，ｋ＝Ｎｉ×Ｔｉ，ｋ×εｉ，ｋ×ｂｋ×ｄｉ×σｉ×（ＮＡ×ｒ／Ａ）を用いた上述の関係式（１）を記憶部７ｂに記憶させておく処理である。
第２実施形態による濃度検出方法において関係式取得処理は、上述のようにＮｉとＴｉ，ｋとεｉ，ｋとｂｋとｄｉとσｉ等予め求め、αｉ，ｋ＝Ｎｉ×Ｔｉ，ｋ×εｉ，ｋ×ｂｋ×ｄｉ×σｉ×（ＮＡ×ｒ／Ａ）を用いた上述の関係式（１）を記憶部７ｂに記憶させておく処理である。
【0081】
第２実施形態による濃度検出方法において濃度検出処理は、第１実施形態の場合と同様であるので、図３のフローチャートに基づいて説明する。第２実施形態による濃度検出処理は、ステップＳ１１～Ｓ１４を有する。
【0082】
ステップＳ１１では、検査対象物１に対して中性子源３とガンマ線検出器５ａを、上述のように予め定めた位置関係及び姿勢関係となるように配置する。
【0083】
ステップＳ１２では、ステップＳ１１での配置による検査対象物１と中性子源３とガンマ線検出器５ａとの位置関係及び姿勢関係の状態で、検査対象物１の表面２に、中性子源３により中性子線を照射する。例えば、図６において、検査対象物１の表面２に、中性子源３により中性子線を照射する。
【0084】
ステップＳ１３では、ステップＳ１２で照射した中性子線により検査対象物１において発生した、対象成分に由来の複数種類の特定ガンマ線を、ガンマ線検出器５ａで検出する。また、ステップＳ１３では、この検出データが、ガンマ線検出器５ａから検出量抽出部５ｂに入力され、当該検出データに基づいて、検出量抽出部５ｂによりｎ種類の特定ガンマ線のそれぞれの検出量Ｄｋ（ｋは１～ｎまでの整数）を求める。
【0085】
図６のように複数の層の数ｎが３である場合には、ステップＳ１３では、１番目の種類の特定ガンマ線の検出量Ｄ１と、２番目の種類の特定ガンマ線の検出量Ｄ２と、３番目の種類の特定ガンマ線の検出量Ｄ３が求められる。
【0086】
ステップＳ１４では、ステップＳ１３で求めたｎ種類の検出量Ｄｋを、濃度算出部７ａにより、それぞれに対応し記憶部７ｂに記憶された上述のｎ個の関係式（１）に、すなわち、ΣＸｉ×αｉ，ｋ＝ＤｋのＤｋ（ｋは１～ｎまでの整数）に適用する。これにより、濃度算出部７ａが、Ｄｋが具体的な数値となった連立方程式ΣＸｉ×αｉ，ｋ＝Ｄｋを生成し、該連立方程式を解くことにより、検査対象物１における上述の複数の層のうち、各深さ又は特定深さに存在する層における対象成分の濃度を、検査対象物１の各深さ又は特定深さにおける対象成分の濃度として算出する。
【0087】
図６のように複数の層の数ｎが３である場合には、ステップＳ１４では、濃度算出部７ａは、検出量Ｄ１と検出量Ｄ２と検出量Ｄ３を、上述の関係式（１１）～（１３）のＤ１とＤ２とＤ３にそれぞれに適用する。これにより、濃度算出部７ａは、Ｄ１とＤ２とＤ３が具体的な数値となった関係式（１１）～（１３）を連立方程式として生成する。濃度算出部７ａは、当該連立方程式を解くことにより、検査対象物１の各層における対象成分の濃度Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３、あるいは、特定深さにおける層の濃度Ｘ１，Ｘ２又はＸ３を求める。
【0088】
（第２実施形態の効果）
第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、検査対象物１の各深さ又は所望の特定深さにおける対象成分の濃度を非破壊的に求めることができる。
第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、検査対象物１の各深さ又は所望の特定深さにおける対象成分の濃度を非破壊的に求めることができる。
【0089】
［第３実施形態］
（濃度検出装置）
本発明の第３実施形態による濃度検出装置１０を説明する。図７は、第３実施形態による濃度検出装置１０の構成例を示す。図７では、一例として、検査対象物１を３つの層１ａ，１ｂ，１ｃに仮想的に区分している。第３実施形態について、以下において説明しない点は、第２実施形態と同じであってよい。
（濃度検出装置）
本発明の第３実施形態による濃度検出装置１０を説明する。図７は、第３実施形態による濃度検出装置１０の構成例を示す。図７では、一例として、検査対象物１を３つの層１ａ，１ｂ，１ｃに仮想的に区分している。第３実施形態について、以下において説明しない点は、第２実施形態と同じであってよい。
【0090】
第３実施形態による濃度検出装置１０は、第２実施形態と同様に、中性子源３と、ガンマ線検出装置５と、濃度算出装置７とを備える。図７の例では、３つのガンマ線検出器５ａが図示されているが、後述のように、１つのガンマ線検出器５ａを、１番目の位置と、２番目の位置と、３番目の位置に順に配置する場合に、これらの位置に配置した状態を同時に図示している。すなわち、濃度検出装置１０は、１つのガンマ線検出装置５（１つのガンマ線検出器５ａ）を有していてよい。また、濃度検出装置１０は、１つのガンマ線検出装置５を有している場合に限定されず、後述のように複数のガンマ線検出装置５を有していてもよい。
【0091】
第３実施形態において、検査対象物１を仮想的に複数の層に区分した場合に、これら複数の層のそれぞれにおける対象成分の濃度と、特定ガンマ線の検出量との関係式を検出条件毎に予め求めておく。ここで、第３実施形態では関係式が検出条件毎に求められるのに対して、第１実施形態では関係式が特定ガンマ線の種類毎に求められる点で両実施形態は相違するが、第３実施形態における関係式の求め方の他の点は、第１実施形態と同様であってよい。検出条件は、ガンマ線検出装置５が特定ガンマ線を検出して特定ガンマ線の検出量を求めることに関する条件である。
【0092】
また、第３実施形態において、各検出条件についての当該関係式は、例えば上述の関係式（１）、すなわち、ΣＸｉ×αｉ，ｋ＝Ｄｋであってよい。ここで、ｋは、検出条件の番号であり、１～ｎの値をとり、ｎは、上述した層の数である。すなわち、互いに異なるこれらの検出条件の数は、検査対象物１を区分した層の数と同じである。各検出条件ｋについて関係式が予め求められている。言い換えると、ｎ個の関係式（１）が予め求められている。例えば、各検出条件ｋについての上記関係式（上述の関係式（１））は、当該検出条件ｋに対応する配置関係に関する式である。この配置関係は、中性子源３とガンマ線検出器５ａと検査対象物１との位置関係及び姿勢関係の一方又は両方であり、以下で単に配置関係という。記号ｋは、第２実施形態では特定ガンマ線の種類を示していたが、第３実施形態では、上述の配置関係を示す。即ち、複数の配置関係を予め定めておく。予め定めた複数の配置関係の数はｎである。すなわち、配置関係を示す記号ｋは１～ｎの整数をとる。
【0093】
第３実施形態において、中性子源３が検査対象物１に中性子線を照射することにより、検査対象物１内において対象成分から放出される特定ガンマ線の種類は１種類であってもよい。対象成分から放出される特定ガンマ線の種類が複数種類である場合には、これら種類のうち、予め定めた１つの種類の特定ガンマ線の検出量が、各検出条件ｋについての上記関係式（上述の関係式（１））における検出量である。
【0094】
第３実施形態では、上述の関係式（１）の各αｉ，ｋは、第１実施形態又は第２実施形態の場合と同じであってよい。すなわち、関係式（１）の各αｉ，ｋは、第１実施形態又は第２実施形態の場合と同様に求められてよい。各αｉ，ｋを第１実施形態の場合と同様に求める場合には、上述した成分含有ブロックの各順番ｉについて、各検出条件ｋ（配置関係）の下で上述のステップＳ１～Ｓ３を行う。これにより、上述のステップＳ５のように各αｉ，ｋ＝ｄｉ，ｋ／Ｃを求めることができる。第３実施形態において、第２実施形態のように各αｉ，ｋを求める場合については、以下のように補足説明する。
【0095】
αｉ，ｋは、上述の式（１０）と同じ次の式（１４）で表される。
αｉ，ｋ＝Ｎｉ，ｋ ×Ｔｉ，ｋ×εｉ，ｋ×ｂｋ×ｄｉ×σｉ×（ＮＡ×ｒ／Ａ） ・・・（１４）
αｉ，ｋ＝Ｎｉ，ｋ ×Ｔｉ，ｋ×εｉ，ｋ×ｂｋ×ｄｉ×σｉ×（ＮＡ×ｒ／Ａ） ・・・（１４）
【0096】
αｉ，ｋは、上述した前提（ａ）～（ｄ）の下で、予め求められている。αｉ，ｋを表わす上記式（１４）の各記号について、以下で説明するが、以下で説明しない点は、第２実施形態における上述の式（１０）の各記号の場合と同じであってよい。なお、以下で適宜に図７を参照して補足説明する。図７の例のように、第３実施形態では、ガンマ線検出器５ａにはコリメータ６が設けられており、ガンマ線検出器５ａは、検査対象物１において発生した特定ガンマ線のうち、コリメータ６の向きと一致する方向からガンマ線検出器５ａに進行して来た特定ガンマ線のみを選択的に検出する。
【0097】
Ｎｉ，ｋは、第３実施形態では、ｉ番目の層において、ｋ番目の配置関係の下でコリメータ６の向きの方向にガンマ線検出器５ａと重なる重複領域Ｒｉ，ｋに、上述した所定の測定時間にわたって入射する中性子の数である。図７の例では、３つの配置関係（すなわち１番目～３番目の位置のガンマ線検出器５ａ）を同時に示しており、３つの配置関係の間で検査対象物１と中性子源３との位置関係及び姿勢関係は一定であるが、ガンマ線検出器５ａの位置ｋが互いに異なり、ガンマ線検出器５ａ（コリメータ６）の向きは互いに一定である。
【0098】
図７の例のように、複数の層の数ｎが３である場合には、ガンマ線検出器５ａの位置としてｎと同じ数の３つの位置（配置関係）を予め設定する。この場合、図７において、１番目（ｋ＝１）のガンマ線検出器５ａの位置についてはＲ１，１，Ｒ２，１，Ｒ３，１の３つのＲｉ，ｋがあり、２番目（ｋ＝２）のガンマ線検出器５ａの位置についてはＲ１，２，Ｒ２，２，Ｒ３，２の３つのＲｉ，ｋがあり、３番目（ｋ＝３）のガンマ線検出器５ａの位置についてはＲ１，３，Ｒ２，３，Ｒ３，３の３つのＲｉ，ｋがある。Ｎｉ，ｋは、第２実施形態の場合と同様に、シミュレーション又は事前の実験により予め求められる。
【0099】
Ｔｉ，ｋは、重複領域Ｒｉ，ｋで発生した特定ガンマ線がガンマ線検出器５ａまで進行する経路において検査対象物１の内部を透過する率である。透過率Ｔｉ，ｋは、当該経路上における重複領域Ｒｉ，ｋにおける基準位置Ｐｉ，ｋから当該経路上の表面２の位置（以下で表面位置ＰＳという）までの距離に基づいて求められてよい。言い換えると、透過率Ｔｉ，ｋは、ｋ番目の配置関係の下で、ｉ番目の層の基準位置Ｐｉ，k
から表面位置ＰＳまでを特定ガンマ線が透過する率である。
【0100】
上記の基準位置Ｐｉ，ｋは、上述した重複領域Ｒｉ，ｋ内の位置（例えば重複領域Ｒｉ，ｋの中心位置）であってよい。図７のように、複数の配置関係の間で、ガンマ線検出器５ａの位置が異なり、ガンマ線検出器５ａとコリメータ６の向きが同じである場合には、Ｔｉ，ｋは、検出条件ｋ（ガンマ線検出器５ａの位置ｋ）によらず一定であり、層の番号ｉに応じて変化する。図７の例では、Ｔ１，１は、基準位置Ｐ１，１と、基準位置Ｐ１，１から１番目の位置のガンマ線検出器５ａまでの経路上の表面位置ＰＳ，１との距離に基づいて定められ、Ｔ１，２とＴ１，３は、Ｔ１，１と同じ値である。同様に、図７の例では、Ｔ２，１は、基準位置Ｐ２，１と表面位置ＰＳ，１との距離に基づいて定められ、Ｔ２，２とＴ２，３は、Ｔ２，１と同じ値であり、Ｔ３，１は、基準位置Ｐ３，１と表面位置ＰＳ，１との距離に基づいて定められ、Ｔ３，２とＴ３，３は、Ｔ３，１と同じ値である。
【0101】
εｉ，ｋは、予め定められた上述の配置関係により定まる値であって、重複領域Ｒｉ，ｋで発生した特定ガンマ線に対するガンマ線検出器５ａの検出効率である。検出効率εｉ，ｋは、ガンマ線の発生位置とみなす上述の基準位置Ｐｉ，ｋとガンマ線検出器５ａとの距離と、特定ガンマ線のエネルギーと、ガンマ線検出器５ａの形状とに基づいて求められてよい。図７のように、複数の配置関係の間で、ガンマ線検出器５ａの位置ｋが異なり、ガンマ線検出器５ａとコリメータ６の向きが同じである場合には、εｉ，ｋは、検出条件ｋ（ガンマ線検出器５ａの位置ｋ）によらず一定であり、層の番号ｉに応じて変化する。
【0102】
ｂｋ、ｄｉ、σｉ等は、第２実施形態の場合と同じである。このように予め求めたＮｉ，ｋ，Ｔｉ，ｋ，εｉ，ｋ等によりαｉ，ｋ＝Ｎｉ，ｋ
×Ｔｉ，ｋ×εｉ，ｋ×ｂｋ×ｄｉ×σｉ×（ＮＡ×ｒ／Ａ）を定めておき、αｉ，ｋを用いた上述の関係式（１）を記憶部７ｂに記憶させておく。
【0103】
図７の例のように、層の数ｎが３である場合には、上述の関係式（１）は、第２実施形態における上述の関係式（１１）～（１３）と同じになる。
【0104】
（濃度検出方法）
第３実施形態による濃度検出方法において関係式取得処理は、上述のようにαｉ，ｋを予め求め、αｉ，ｋを用いた上述の関係式（１）を記憶部７ｂに記憶させておく処理である。
第３実施形態による濃度検出方法において関係式取得処理は、上述のようにαｉ，ｋを予め求め、αｉ，ｋを用いた上述の関係式（１）を記憶部７ｂに記憶させておく処理である。
【0105】
図８は、第３実施形態による濃度検出方法における濃度検出処理を示すフローチャートである。第３実施形態による濃度検出処理は、ステップＳ２１～Ｓ２４を有する。
【0106】
ステップＳ２１では、検査対象物１に対して中性子源３とガンマ線検出器５ａを、ｋ番目の配置関係で配置する。図７の場合には、例えば、この図における１番目の位置（ｋ＝１）のガンマ線検出器５ａの位置にガンマ線検出器５ａを配置する。
【0107】
ステップＳ２２では、ステップＳ１１での配置関係の状態で、検査対象物１の表面２に、中性子源３により中性子線を照射する。
【0108】
ステップＳ２３では、ステップＳ１２で照射した中性子線により検査対象物１において発生した、対象成分に由来の特定ガンマ線を、ガンマ線検出器５ａで検出する。また、ステップＳ１３では、この検出データが、ガンマ線検出器５ａから検出量抽出部５ｂに入力され、当該検出データに基づいて、検出量抽出部５ｂにより特定ガンマ線の検出量Ｄｋ
を求める。
【0109】
ステップＳ２４では、全ての配置関係について上述のステップＳ２２とステップＳ２３を行ったかを判断する。この判断の結果が否定である場合には、ステップＳ２１へ戻り、ステップＳ２１～Ｓ２４を再び行う。再度のステップＳ２１では、予め定めた複数の配置関係のうち、中性子源３とガンマ線検出器５ａをまだ配置していない配置関係で、中性子源３とガンマ線検出器５ａを検査対象物１に対して配置する。この状態で、ステップＳ２２～Ｓ２４を再び行う。
【0110】
図７の場合には、例えば、２回目のステップＳ２１では、この図における２番目の位置（ｋ＝２）のガンマ線検出器５ａの位置にガンマ線検出器５ａを配置して、ステップＳ２２，Ｓ２３を再び行い、３回目のステップＳ２１では、この図における３番目の位置（ｋ＝３）のガンマ線検出器５ａの位置にガンマ線検出器５ａを配置して、ステップＳ２２，Ｓ２３を再び行う。
【0111】
ステップＳ２４の判断の結果が肯定である場合には、ステップＳ２５へ進む。この場合、予め定めた全て（ｎ種類）の配置関係について、ステップＳ２３で検出量Ｄｋ（ｋは１～ｎの整数）が求められている。図７のようにｎが３である場合には、１番目の配置関係についての検出量Ｄ１と、２番目の配置関係についての検出量Ｄ２と、３番目の配置関係についての検出量Ｄ３が、３回のステップＳ２３で求められている。
【0112】
ステップ２５では、複数回（ｎ回）のステップＳ２３で求めたｎ個の検出量Ｄｋを、濃度算出部７ａにより、それぞれに対応し記憶部７ｂに記憶されている上述のｎ個の関係式（１）に、すなわち、ΣＸｉ×αｉ，ｋ＝ＤｋのＤｋ（ｋは１～ｎまでの整数）に適用する。これにより、濃度算出部７ａが、Ｄｋが具体的な数値となった連立方程式ΣＸｉ×αｉ，ｋ＝Ｄｋを生成し、該連立方程式を解くことにより、検査対象物１における上述の複数の層のうち、各深さ又は特定深さに存在する層における対象成分の濃度を、検査対象物１の各深さ又は特定深さにおける対象成分の濃度として算出する。
【0113】
図７のように複数の層の数ｎが３である場合には、濃度算出部７ａは、３回のステップＳ２３で求めた検出量Ｄ１と検出量Ｄ２と検出量Ｄ３を、第１実施形態の場合と同様の上述の関係式（７）～（９）又は第２実施形態の場合と同じ上述の関係式（１１）～（１３）のＤ１とＤ２とＤ３にそれぞれに適用する。これにより、濃度算出部７ａは、Ｄ１とＤ２とＤ３が具体的な数値となった関係式（７）～（９）又は（１１）～（１３）を連立方程式として生成する。濃度算出部７ａは、当該連立方程式を解くことにより、検査対象物１の各層における対象成分の濃度Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３、あるいは、特定深さにおける層の濃度Ｘ１，Ｘ２又はＸ３を求める。
【0114】
＜複数のガンマ線検出装置を設ける場合＞
第３実施形態において、濃度検出装置１０は、複数（ｎ個）のガンマ線検出装置５を有していてもよい。この場合、１回のステップＳ２１において、ｎ個のガンマ線検出器５ａを互いに異なる位置に同時に配置することにより、各ガンマ線検出器５ａと中性子源３と検査対象物１との配置関係を１つの配置関係として、ｎ個の配置関係を同時に成立させてよい。例えば、ｎが３である場合には、図７における１番目～３番目の各位置にガンマ線検出器５ａを同時に配置することで、３つのガンマ線検出器５ａにより１回のステップＳ２１で３つの配置関係を同時に成立させてよい。
第３実施形態において、濃度検出装置１０は、複数（ｎ個）のガンマ線検出装置５を有していてもよい。この場合、１回のステップＳ２１において、ｎ個のガンマ線検出器５ａを互いに異なる位置に同時に配置することにより、各ガンマ線検出器５ａと中性子源３と検査対象物１との配置関係を１つの配置関係として、ｎ個の配置関係を同時に成立させてよい。例えば、ｎが３である場合には、図７における１番目～３番目の各位置にガンマ線検出器５ａを同時に配置することで、３つのガンマ線検出器５ａにより１回のステップＳ２１で３つの配置関係を同時に成立させてよい。
【0115】
したがって、続いてのステップＳ２２とステップＳ２３により、各ガンマ線検出装置５により検出量Ｄｋ（ｋは１～ｎまでの整数）が求められる。ここで、Ｄｋは、ｋ番目のガンマ線検出器５ａを有するガンマ線検出装置５により求められた特定ガンマ線の検出量である。このように、ステップＳ２１～Ｓ２３を１回行うことにより、ｎ個の検出量Ｄｋが得られる。その後、ステップＳ２４を省略して、ステップＳ２５へ進み、ステップＳ２５では、濃度算出部７ａにより、ｎ個の検出量Ｄｋを上記関係式（１）に適用して、上述と同様に、各深さ又は特定深さに存在する層における対象成分の濃度を算出する。
【0116】
（第３実施形態の効果）
第３実施形態においても、第１実施形態と同様に、検査対象物１の各深さ又は所望の特定深さにおける対象成分の濃度を非破壊的に求めることができる。
第３実施形態においても、第１実施形態と同様に、検査対象物１の各深さ又は所望の特定深さにおける対象成分の濃度を非破壊的に求めることができる。
【0117】
［応用例］
上述した各実施形態による濃度検出装置１０と濃度検出方法は、様々な構造物や材料・部材に適用可能であるが、検査対象物１は、例えば、鉄筋を内部に含むコンクリート構造物であってよい。検査対象物１が鉄筋を内部に含むコンクリート構造物である場合には、次のように濃度検出方法を行ってもよい。ここで、行われる濃度検出方法は、第１実施形態と第２実施形態と第３の実施形態のいずれによる濃度検出方法であってもよい。
上述した各実施形態による濃度検出装置１０と濃度検出方法は、様々な構造物や材料・部材に適用可能であるが、検査対象物１は、例えば、鉄筋を内部に含むコンクリート構造物であってよい。検査対象物１が鉄筋を内部に含むコンクリート構造物である場合には、次のように濃度検出方法を行ってもよい。ここで、行われる濃度検出方法は、第１実施形態と第２実施形態と第３の実施形態のいずれによる濃度検出方法であってもよい。
【0118】
対象成分が鉄筋の成分（例えば鋼又は他の成分）であるとして、上述の関係式取得処理を行うことにより、鉄筋の成分に関する上記関係式（例えば上記関係式（１））を予め求めて鉄筋用の関係式として記憶部７ｂに記憶させておく。
【0119】
更に、対象成分が塩分であるとして、上述の関係式取得処理を行うことにより、塩分に関する上記関係式（例えば上記関係式（１））を予め求めて塩分用の関係式として記憶部７ｂに記憶させておく。
【0120】
その後、対象成分が鉄筋の成分であるとして、上述の濃度検出処理を行うことにより、各層における鉄筋の成分の濃度を求める。この時に用いる上記関係式は、鉄筋用の上記関係式である。この時に求めた鉄筋の成分の上記濃度が予め定めた閾値以上となった層を、鉄筋が存在する特定深さの層として定める。
【0121】
次に、対象成分が塩分であるとして、上述の濃度検出処理を行うことにより、鉄筋の成分の濃度が上記閾値以上となった層（特定深さの層）における塩分の濃度を求める。この時に用いる上記関係式は、塩分用の上記関係式である。
【0122】
このように、鉄筋の成分の濃度が上記閾値以上となった層を鉄筋が存在する層として定め、当該層における塩分の濃度を求めることにより、鉄筋が存在する層（深さ）における塩分の濃度を求めることができる。塩分の当該濃度が高い場合には、鉄筋が腐食する可能性があると判断できる。
【0123】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下の変更例１又は変更例２を採用してもよい。この場合、以下で述べない点は、上述と同じであってよい。
【0124】
（変更例１）
変更例１によると、以下のように、上述した第１実施形態又は第２実施形態において、複数種類の特定ガンマ線の利用に加えて、複数種類の配置関係を利用してもよい。この変更例１では、上述の関係式（１）は、次の式（１５）となる。
ΣＸｉ×αｉ，ｋ，ｊ＝Ｄｋ，ｊ ・・・（１５）
変更例１によると、以下のように、上述した第１実施形態又は第２実施形態において、複数種類の特定ガンマ線の利用に加えて、複数種類の配置関係を利用してもよい。この変更例１では、上述の関係式（１）は、次の式（１５）となる。
ΣＸｉ×αｉ，ｋ，ｊ＝Ｄｋ，ｊ ・・・（１５）
【0125】
式（１５）において、αｉ，ｋ，ｊとＤｋ，ｊの添え字ｊは、配置関係の番号であり、１～ｑの値をとり、ｑは、配置関係の数である。配置関係ｊは、中性子源３とガンマ線検出器５ａと検査対象物１との位置関係及び姿勢関係の一方又は両方である。したがって、αｉ，ｋ，ｊは、特定ガンマ線のｋ番目の種類とｉ番目の層とｊ番目の配置関係に対応する係数である。このように、変更例１では、αｉ，ｋ，ｊは、上述のαｉ，ｋに対して更に配置関係ｊにも依存するが、αｉ，ｋ，ｊの他の点は、上述のαｉ，ｋと同様である。
【0126】
変更例１において、配置関係ｊの数を上述のようにｑとし、使用する特定ガンマ線の種類ｋの数をｓとし（すなわち、ｋは、１～ｓの値をとる）、検査対象物１を仮想的に区分した層ｉの数をｎとして（すなわち、ｉは、１～ｎの値をとる），ｎとｑとｓとの関係は、後述のように連立方程式を解くためには、ｎ≦ｑ×ｓを満たせばよい。ｎとｑとｓは、それぞれ２以上であってよい。なお、ｎとｑがそれぞれ２以上であり、ｓが１であってもよいが（例えば、ｎ＝３、ｑ＝３、且つｓ＝１）、この場合は、上述の第３実施形態に含まれる。
【0127】
式（１５）の関係式（すなわちαｉ，ｋ，ｊ）を、層ｉと種類ｋと配置関係ｊとの各組合せについて、第１実施形態又は第２実施形態の場合と同様の関係式取得処理により予め求めておく。これについて、第１実施形態に対する変更例１では、図３のフローチャートにおいて、ステップＳ１で、ｑの（全ての）配置関係ｊが同時に成り立つように複数のガンマ線検出装置５（ガンマ線検出器５ａ）を配置し、この状態で関係式取得処理の以降の各ステップを行うことにより、関係式取得処理を１回だけ行うようにしてもよい。あるいは、ステップＳ１で、一部の配置関係ｊが成り立つように１つ又は複数のガンマ線検出装置５（ガンマ線検出器５ａ）を、配置して当該一部の配置関係ｊについて関係式取得処理を行い、その後、残りの配置関係ｊについて同様に関係式取得処理を行うように関係式取得処理を２回以上行ってもよい。
【0128】
濃度検出処理は、図５のフローチャートにおいて、上述のステップＳ１１で、ｑの（全ての）配置関係ｊが同時に成り立つように複数（ｑ個）のガンマ線検出装置５（ガンマ線検出器５ａ）を配置してよい。すなわち、濃度検出装置１０は、複数のガンマ線検出装置５を有していてもよい。
【0129】
ステップＳ１２では、ステップＳ１１での配置の状態で、検査対象物１の表面２に、中性子源３により中性子線を照射する。
【0130】
ステップＳ１３では、ステップＳ１２で照射した中性子線により検査対象物１において発生した、対象成分に由来の複数種類（ｓ種類）の特定ガンマ線を、ｑ個のガンマ線検出装置５の各々において、ガンマ線検出器５ａで検出し、この検出データが、ガンマ線検出器５ａから対応する検出量抽出部５ｂに入力され、当該検出データに基づいて、検出量抽出部５ｂによりｓ種類の特定ガンマ線のそれぞれの検出量Ｄｋ，ｊを求める。
【0131】
ステップＳ１４では、ステップＳ１３で求めたｑ×ｓ種類の検出量Ｄｋ，ｊを、濃度算出部７ａにより、それぞれに対応し記憶部７ｂに予め記憶された上述のｑ×ｓ個の関係式（１５）に、すなわち、ΣＸｉ×αｉ，ｋ，ｊ＝Ｄｋ，ｊのＤｋ，ｊに適用する。これにより、濃度算出部７ａが、Ｄｋ，ｊが具体的な数値となった連立方程式ΣＸｉ×αｉ，ｋ，ｊ＝Ｄｋ，ｊを生成し、該連立方程式を解くことにより、検査対象物１における上述の複数の層のうち、各深さ又は特定深さに存在する層における対象成分の濃度を、検査対象物１の各深さ又は特定深さにおける対象成分の濃度として算出する。
【0132】
ステップＳ１１で、ｓの配置関係のうち一部の配置関係ｊが成り立つように１つ又は複数のガンマ線検出装置５（ガンマ線検出器５ａ）を配置し、当該一部の配置関係ｊについてステップＳ１２とステップＳ１３を行い、その後、残りの配置関係ｊについて同様にステップＳ１１～Ｓ１３を行うようにステップＳ１１～Ｓ１３を２回以上行い、これにより、全ての種類（ｑ×ｓ種類）の検出量Ｄｋ，ｊを求めてもよい。その後、これら検出量Ｄｋ，ｊについて、上述と同様にステップＳ１４を行う。
【0133】
変更例１によると、配置関係ｊの数をｑとし、特定ガンマ線の種類ｋの数をｓとし、層ｉの数をｎとした場合に、ｎ≦ｑ×ｓであればよいので、使用する特定ガンマ線の種類を減らすことができる。例えば、対象成分に由来の特定ガンマ線の種類が少ない場合には、本変更例１により、層ｉの数を減らすことなく、検査対象物１の各深さの対象成分の濃度を求めることができる。
【0134】
（変更例２）
複数の層における複数の濃度と、ガンマ線検出装置５により求められる特定ガンマ線の検出量との関係を表す関係式（関数）は、上述の関係式（１）のように線形でなくてもよい。この場合、当該関係式は、例えば次の式（１６）で表されてもよい。
ΣＦｉ，ｋ（Ｘｉ）＝Ｄｋ ・・・（１６）
複数の層における複数の濃度と、ガンマ線検出装置５により求められる特定ガンマ線の検出量との関係を表す関係式（関数）は、上述の関係式（１）のように線形でなくてもよい。この場合、当該関係式は、例えば次の式（１６）で表されてもよい。
ΣＦｉ，ｋ（Ｘｉ）＝Ｄｋ ・・・（１６）
【0135】
ここで、Ｆｉ，ｋは、上述の特定ガンマ線の種類ｋ又は上述の検出条件ｋ（配置関係）についての、ｉ番目の層に関するＸｉの関数である。Ｆｉ，ｋは、層毎に異なっていてもよい。ただし、Ｆｉ，ｋは、各層について同じ関数であってもよい。また、Ｆｉ，ｋは、各ｋについて同じであってもよいし、ｋ毎に異なっていてもよい。このような関係式（１６）を、シミュレーション又は実験又は理論計算により予め求め、記憶部７ｂに記憶させておいてよい。
【0136】
また、変更例１において、上述の関係式（１５）の代わりに、次の式（１７）を用いてもよい。
ΣＦｉ，ｋ，ｊ（Ｘｉ）＝Ｄｋ，ｊ ・・・（１７）
ここで、Ｆｉ，ｋ，ｊは、特定ガンマ線の種類ｋと配置関係ｊの組み合わせについての、ｉ番目の層に関するＸｉの関数である。関係式（１７）を、シミュレーション又は実験又は理論計算により予め求め、記憶部７ｂに記憶させておいてよい。
ΣＦｉ，ｋ，ｊ（Ｘｉ）＝Ｄｋ，ｊ ・・・（１７）
ここで、Ｆｉ，ｋ，ｊは、特定ガンマ線の種類ｋと配置関係ｊの組み合わせについての、ｉ番目の層に関するＸｉの関数である。関係式（１７）を、シミュレーション又は実験又は理論計算により予め求め、記憶部７ｂに記憶させておいてよい。
【符号の説明】
【0137】
１ 検査対象物、１ａ，１ｂ，１ｃ 層、２ 表面、３ 中性子源、５ ガンマ線検出装置、５ａ ガンマ線検出器、５ｂ 検出量抽出部、６ コリメータ、７ 濃度算出装置、７ａ 濃度算出部、７ｂ 記憶部、１０ 濃度検出装置、１０１ 供試体、１０１ａ 成分含有ブロック、１０１ｂ 成分ゼロブロック、１０２ 表面
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】