JP2011085480A - 非破壊検査方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検体の形状や場所に制約されずに被検体の状態を非破壊検査できるようにする。
【解決手段】中性子発生器１３から鉄筋コンクリート３に向けて中性子線１３ａを照射し、その照射軸線上の基準点１３ｂを中性子線１３ａが通過する際に中性子モニタ１４ａの塩素から即発γ線を放射させ、これをγ線モニタ１４ｂが検出した時点で波高分析器１７ａからスタート信号を出力させる。また、中性子を捕獲した鉄筋コンクリート３の塩素から放射される即発γ線を、基準点１３ｂの近傍の測定点１３ｃに配置したγ線検出部１５が検出した時点で、波高分析器１７ｂからストップ信号を出力させる。計測装置１９においてスタート信号の入力からストップ信号の入力までの経過時間を測定し、この経過時間と、鉄筋コンクリート３に対する基準点１３ｂや測定点１３ｃの相対位置とを元に、制御装置２１が鉄筋コンクリート３中の塩素の位置を解析する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検体を破壊せずにその状態を検査する非破壊検査方法とその装置に関するものである。

躯体や部品等の状態（腐食、亀裂、空洞化等）検査として、旧来から目視検査や打音検査、超音波検査（エコー検査）等が行われている。しかし、目視検査や打音検査は、検査者の熟練度によって検査結果に差が生じ易く、また、人的検査であることから検査精度に自ずと限界がある。しかも、作業員が目視又は打突できる形状の箇所でしか実施できないという制約もある。一方、超音波検査については、先に挙げた人的検査に起因する問題は生じないが、検査対象部分の形状特定に難点がある等の弱点がある。

これに対して、原子核が熱外中性子エネルギー領域において固有の大きな中性子共鳴吸収を持つことを利用し、中性子を共鳴吸収した原子核からの即発γ線を測定して原子核を特定することにより、被検体の状態を検査することが提案されている（例えば、特許文献１）。

中性子共鳴吸収を利用した即発γ線分析法（放射線利用技術データベース、放射線技術、047 論文、http://www.rada.or.jp/database/home4/normal/ht-docs/member/synopsis/040275.html）

上述した即発γ線を測定する分析法は、被検体が小型のものである場合は非破壊検査として実施することができる。しかし、例えば構造物の躯体のように被検体が大型のものである場合は、被検体から試験片を切り出して検査しなければならず、非破壊検査として実施することが困難である。

本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、精度の良い被検体の状態検査を、被検体の形状や場所に制約されずに非破壊検査として実施することができる非破壊検査方法と、この方法を実施するのに用いて好適な非破壊検査装置とを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載した本発明の非破壊検査方法は、被検体に中性子線を照射するステップと、前記中性子線に含まれる前記被検体の特定の含有元素に対応する共鳴中性子が前記中性子線の照射軸線上の所定点を通過した時点から、該共鳴中性子を捕獲した前記特定の含有元素が放射する即発γ線が、前記所定点に対する相対位置が既知である所定の測定点において検出されるまでの経過時間を測定するステップと、前記被検体に対する前記所定点及び前記測定点の相対位置と前記経過時間とに基づいて、前記被検体における前記特定の含有元素の位置を検出するステップとを備えることを特徴とする。

また、上記目的を達成するため、請求項３に記載した本発明の非破壊検査装置は、被検体に照射する中性子線を発生する中性子線源と、前記中性子線の照射軸線上の所定点における、前記被検体の特定の含有元素に対応する前記中性子線中の共鳴中性子の通過を検出する共鳴中性子検出手段と、前記所定点に対する相対位置が既知である所定の測定点における、前記被検体の前記特定の含有元素が前記共鳴中性子を捕獲して放射する即発γ線を検出する即発γ線検出手段と、前記中性子線中の前記共鳴中性子が前記所定点を通過した時点から、前記所定点において前記即発γ線が検出されるまでの経過時間を測定する経過時間測定手段と、前記被検体に対する前記所定点及び前記測定点の相対位置と前記経過時間とに基づいて、前記被検体における前記特定の含有元素の位置を検出する位置検出手段とを備えることを特徴とする。

請求項１に記載した本発明の非破壊検査方法と、請求項３に記載した本発明の非破壊検査装置とによれば、中性子線が被検体に照射されると、被検体の特定の含有元素に固有の中性子エネルギー領域において、共鳴中性子が特定の含有元素の原子核に捕獲（共鳴吸収）される。共鳴中性子を捕獲した原子核はその直後に、捕獲した共鳴中性子の中性子エネルギーに対応するエネルギーで即発γ線を放射する。被検体から放射された即発γ線は測定点において同時に検出される。

そして、被検体の特定の含有元素に対応する共鳴中性子を含む中性子線が所定点を通過した時点から、被検体の特定の含有元素が放射する即発γ線が測定点で検出されるまでの経過時間が検出される。

ここで、所定点と測定点との相対位置は既知であるから、被検体に対する所定点及び測定点の相対位置と経過時間とに基づいて、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）法により、被検体における特定の含有元素の位置が、所定点を基準にして検出されることになる。

したがって、精度の良い被検体の状態検査を、被検体の形状や場所に制約されることなく非破壊検査として実施することができる。

さらに、請求項４に記載した本発明の非破壊検査装置は、請求項３に記載した本発明の非破壊検査装置において、前記中性子線源による前記中性子線の前記被検体に対する照射を検出する照射検出手段をさらに備えており、前記経過時間測定手段は、前記中性子線を前記被検体に対して照射した時点から、前記中性子線中の前記共鳴中性子が前記所定点を通過するまでの経過時間と、前記中性子線を前記被検体に対して照射した時点から、前記所定点において前記即発γ線が検出されるまでの経過時間との差分により、前記中性子線中の前記共鳴中性子が前記所定点を通過した時点から、前記所定点において前記即発γ線が検出されるまでの経過時間を測定することを特徴とする。

請求項４に記載した本発明の非破壊検査装置によれば、請求項３に記載した本発明の非破壊検査装置において、特定の含有元素に対応する共鳴中性子が所定点を通過する時点は、共鳴中性子の中性子エネルギーの分布に応じて一定の時間幅を有する。そこで、この時間幅の立ち上がりの時点を、特定の含有元素に対応する共鳴中性子が所定点を通過する時点として認識するのが通常である。

ところが、この通過時点の時間幅が大きいと、共鳴中性子の中性子エネルギーの立ち上がりの時点が、共鳴中性子の所定点の通過時点として理想的な、所定点を通過する共鳴中性子の中性子エネルギーがピーク値を迎える時点から、時間的に大きくずれた時点となる可能性がある。このような大きなずれは、被検体における特定の含有元素の位置を検出する際の誤差となって現れてしまう。

そこで、経過時間の測定開始時点を中性子線源が中性子線を被検体に対して照射した時点に変え、共鳴中性子が所定点を通過する時点を経過時間の測定終了時点とすれば、所定点を通過する共鳴中性子の中性子エネルギーの立ち上がり以降も、中性子エネルギーが増加してピーク値を迎えさらに減少して中性子エネルギーが立ち下がるまでの間、検出周期毎に共鳴中性子が所定点を通過しているものと認識して、経過時間の測定終了時点として位置付けることができる。つまり、中性子線を被検体に対して照射した時点からの経過時間を、所定点を通過する共鳴中性子の中性子エネルギーの立ち上がり時点だけでなく、その後の中性子エネルギーのピーク値乃至立ち下がりまでの複数の時点で、それぞれ時間差により測定することができる。

そして、複数測定した経過時間を統計的に解析し、中性子エネルギーの分布が最もピークを迎える時点を後から特定して、その時点を測定終了時点とする中性子線の被検体への照射時点からの経過時間を、後から検出することができるようになる。

このため、所定点を通過する共鳴中性子の中性子エネルギーがピーク値を迎える時点を共鳴中性子の所定点の通過時点として認識し、この通過時点を測定終了時点とする中性子線の被検体に対する照射時点からの経過時間を特定し、これと、中性子線を被検体に照射した時点から所定点において即発γ線が検出されるまでの経過時間との差分により、共鳴中性子が所定点を通過した時点から所定点において即発γ線が検出されるまでの経過時間を正確に測定し、被検体における特定の含有元素の位置を正確に検出することができる。

また、請求項２に記載した本発明の非破壊検査方法は、請求項１に記載した本発明の非破壊検査方法において、前記中性子線の前記被検体に対する照射位置を、前記被検体の表面に沿って順次変えつつ、前記各ステップを実行することを特徴とする。

さらに、請求項５に記載した本発明の非破壊検査装置は、請求項３又は４に記載した本発明の非破壊検査装置において、前記被検体上を移動可能に構成され、前記中性子線源と前記各γ線モニタとが設置される移動台をさらに備えていることを特徴とする。

請求項２に記載した本発明の非破壊検査方法によれば、請求項１に記載した本発明の非破壊検査方法において、また、請求項５に記載した本発明の非破壊検査装置によれば、請求項３又は４に記載した本発明の非破壊検査装置において、いずれも、被検体に中性子線を照射する中性子線源の被検体からの距離や、被検体に対する所定点及び測定点の相対位置を変えずに維持したまま、中性子線を照射する位置が被検体の表面に沿って移動することになる。

このため、中性子線中の共鳴中性子が被検体の特定の含有元素に到達する箇所が、被検体の表面と平行して移動することになる。したがって、被検体の表面と平行する平面内の被検体部分の全体について、特定の含有元素の有無による被検体の状態を非破壊検査で検査することができる。

また、請求項６に記載した本発明の非破壊検査装置は、請求項３、４又は５に記載した本発明の非破壊検査装置において、前記被検体が鉄筋コンクリートであり、前記共鳴中性子検出手段が、前記所定点における、前記鉄筋コンクリートの鉄及び塩素にそれぞれ対応する前記共鳴中性子の通過を検出し、前記即発γ線検出手段が、前記測定点における、前記鉄筋コンクリートの鉄及び塩素がそれぞれ放射する即発γ線を検出し、前記位置検出手段が、前記鉄筋コンクリートの鉄及び塩素の位置をそれぞれ検出すると共に、前記検出した前記鉄筋コンクリートにおける鉄及び塩素の各位置に基づいて、前記鉄筋コンクリートにおける鉄筋の腐食状態を解析する腐食状態解析手段をさらに備えることを特徴とする。

請求項６に記載した本発明の非破壊検査装置によれば、請求項３、４又は５に記載した本発明の非破壊検査装置において、鉄筋コンクリート中の鉄（鉄筋）や塩素（塩化物）の位置が検出されることになる。したがって、鉄筋コンクリートに存在する鉄（鉄筋）の位置と塩素（塩化物イオン）の位置との接近状況から、塩化物イオンによる鉄筋の腐食の発生とその度合い、又は、腐食の発生可能性といった、鉄筋コンクリート中の鉄筋の腐食状態が解析されることになる。

このため、構造物の躯体等に使用されている鉄筋コンクリートにおける塩化物イオンに起因する鉄筋の腐食、即ち塩害の発生状況を、試験片を切り出すことなく非破壊検査によって正確に検査することができる。

本発明によれば、精度の良い被検体の状態検査を、被検体の形状や場所に制約されずに非破壊検査として実施することができる。

本発明による非破壊検査方法を適用した本発明の一実施形態に係る非破壊検査装置を示す概略構成図である。 図１の中性子発生器における中性子線の発生原理を示す説明図である。 塩素３５に関する中性子エネルギーと捕獲断面積との関係を示すグラフである。 塩素３７に関する中性子エネルギーと捕獲断面積との関係を示すグラフである。 図１の非破壊検査装置による塩素の位置解析原理を示す説明図である。 図５の共鳴中性子モニタによる共鳴中性子の通過検出原理を示す説明図である。 塩化カルシウムから放射されるγ線のエネルギースペクトルを示すグラフである。 図１の非破壊検査装置による鉄筋コンクリート中の塩素又は塩化物イオンの分布検査の際に発生するγ線の時間スペクトルを示すグラフである。 鉄筋コンクリート中の塩素からの即発γ線のエネルギースペクトルを鉄筋コンクリートの深さ別にシミュレートした結果を示すグラフである。 本発明の他の実施形態に係る非破壊検査装置を示す概略構成図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明による非破壊検査方法を適用した本発明の一実施形態に係る非破壊検査装置を示す概略構成図である。

図１に引用符号１で示す非破壊検査装置は、中性子を捕獲した原子核が即発γ線を放射することを利用し、中性子線を照射した被検体からの即発γ線を検出することで被検体の状態を検査するものである。本実施形態では、橋梁等における鉄筋コンクリート３の躯体における鉄筋（図示せず）の、塩害による腐食の状態を知るために、鉄筋コンクリート３における鉄筋の分布と、塩害の原因となる塩素（塩化物イオン）の分布とを検査する場合について説明する。

そして、本実施形態の非破壊検査装置１は、鉄筋コンクリート３上で移動可能な移動台１１、中性子線を出力する中性子発生器１３（請求項中の中性子線源に相当）、中性子線中の特定元素に対応する共鳴中性子を検出する共鳴中性子検出部１４、及び、鉄筋コンクリート３からの即発γ線を検出するγ線検出部１５を有している。中性子発生器１３、共鳴中性子検出部１４、及び、γ線検出部１５は、移動台１１上に設置されている。

また、本実施形態の非破壊検査装置１は、共鳴中性子検出部１４が検出した即発γ線の強度を計数する波高分析器１７ａと、γ線検出部１５が検出した即発γ線の強度を計数する波高分析器１７ｂと、両波高分析器１７ａ，１７ｂがそれぞれ特定元素からの即発γ線を所定の強度以上で検出した時間差を測定する計測装置１９（請求項中の経過時間測定手段に相当）と、波高分析器１７ａ，１７ｂ及び計測装置１９の動作を制御する制御装置２１（請求項中の位置検出手段及び腐食状態解析手段に相当）とを有している。

移動台１１は、本実施形態では、鉄筋コンクリート３上に載置された台車によって構成されている。この移動台１１は、駆動源を有する自走式の台車であっても良く、駆動源を持たない従動式の台車であっても良い。なお、鉄筋コンクリート３上における移動台１１の位置（中性子発生器１３による中性子線の鉄筋コンクリート３上における照射位置）は、移動台１１が自動式か従動式かを問わず、制御装置２１において常に把握されている。

中性子発生器１３は、図２に示すように、不図示のイオン発生器からのイオン（Ｈ、 ２Ｈ、 ４Ｈｅ等）が照射されるターゲット（Ｂｅ、 ２Ｈ等）と、ターゲットにイオンが照射されることで発生する高速中性子を減速して熱又は熱外中性子とする減速材（ポリエチレン、重水、軽水等）と、減速材が封入され高速中性子の漏出を防止する防護壁とを有する一般的なものである。この中性子発生器１３は、移動台１１上に設置されたチャンバ状の防護体１１ａの上部に設置されている。中性子発生器１３から出力された熱又は熱外中性子による中性子線１３ａ（図１参照）は、防護体１１ａの内部と移動台１１とを通過して、鉄筋コンクリート３にその表面の法線方向から照射される。

中性子発生器１３からの熱外中性子による中性子線１３ａが原子核に照射されると、その原子核において中性子の共鳴吸収が生じる。原子核に共鳴吸収される中性子は共鳴中性子と呼ばれる。図３及び図４のグラフは、塩素３５及び塩素３７のそれぞれにおける、照射された中性子のエネルギーと共鳴中性子の捕獲断面積との関係を示すものである。これらを比較すると、塩素３５には、熱外中性子である１０２ 〜１０３ の間の中性子エネルギー領域において、共鳴中性子の捕獲断面積が周辺のエネルギー領域に比べて急激に大きくなる特性がある。このような特性は塩素３７には見られない。したがって、例えば１０２ 〜１０３ の間の中性子エネルギー領域において共鳴中性子を捕獲する原子核は、塩素３７でなく塩素３５であると判別することができる。

共鳴吸収により共鳴中性子を捕獲した原子核は、即発γ線を放射する。この即発γ線のエネルギーは、原子核が捕獲した共鳴中性子の中性子エネルギーに応じて異なる。したがって、原子核が放射する即発γ線のエネルギーは、その原子核に固有のものとなる。この原理を利用して、本実施形態の非破壊検査装置１では、鉄筋コンクリート３の含有元素（のうち、特に鉄＝鉄筋と塩素＝塩化物イオン）の分布を解析する。そのために、非破壊検査装置１では、図１に示すように、中性子発生器１３からの熱外中性子による中性子線１３ａを鉄筋コンクリート３に照射し、この鉄筋コンクリート３（の特定の含有元素）から放射される即発γ線をγ線検出部１５で検出する。また、中性子発生器１３からの中性子線１３ａに含まれる特定の含有元素の共鳴中性子の通過を共鳴中性子検出部１４で検出する。

共鳴中性子検出部１４は、図１に示すように、移動台１１上の防護体１１ａ内に収容されている。そして、共鳴中性子検出部１４は、図５に示すように、中性子発生器１３からの中性子線１３ａの照射軸線上の基準点１３ｂ（請求項中の所定点に相当）に配置されている。この基準点１３ｂは、鉄筋コンクリート３の表面から距離Ｌだけ離れた箇所に設定されている。

共鳴中性子検出部１４は、中性子モニタ１４ａとその周囲に配置された環状のγ線モニタ１４ｂとを有している。中性子モニタ１４ａは、基準点１３ｂを通過する中性子線１３ａをモニタするためのもので、図６に示すように、鉄筋コンクリート３の特定の含有元素（又はその化合物）を含む薄板材料のターゲットで構成されている。図６では、特定の含有元素が塩素である場合を示しており、中性子モニタ１４ａは塩化カルシウム（ＣａＣｌ２ ）の薄板や、四塩化炭素（ＣＣｌ４ ）で充填された容器等、被検出物である塩素を含む材料で構成されている。なお、特定の含有元素を上述する鉄筋コンクリート３中の鉄（鉄筋）とする場合は、鉄又はその化合物を含む材料で中性子モニタ１４ａを構成する。γ線モニタ１４ｂは、公知のγ線センサによって構成されている。

このように構成された共鳴中性子検出部１４では、図５に示すように、中性子発生器１３が出力した中性子線１３ａが中性子モニタ１４ａを通過すると、中性子モニタ１４ａに含まれる特定の含有元素が中性子線１３ａの共鳴中性子を捕獲して即発γ線を出力する。そして、この即発γ線がγ線モニタ１４ｂによって検出される。したがって、γ線モニタ１４ｂが中性子モニタ１４ａからの即発γ線を検出した時点が、中性子線１３ａの共鳴中性子が共鳴中性子検出部１４を通過した時点、つまり、共鳴中性子を含む中性子線１３ａが中性子発生器１３から出力された時点ということになる。

なお、共鳴中性子検出部１４とγ線検出部１５との間には、γ線遮蔽物１４ｃが配置されている。このγ線遮蔽物１４ｃによって、中性子モニタ１４ａからγ線検出部１５への即発γ線の通過が遮蔽される。

γ線検出部１５は、図１に示すように、共鳴中性子検出部１４と共に防護体１１ａ内に収容されている。γ線検出部１５は、図５に示すように、基準点１３ｂよりも僅かに鉄筋コンクリート３寄りの測定点１３ｃに配置されている。γ線検出部１５は、γ線モニタ１４ｂと同じく、公知の環状を呈するγ線センサによって構成されている。

このように構成されたγ線検出部１５では、中性子線１３ａが照射された鉄筋コンクリート３中の特定の含有元素が共鳴中性子を捕獲して放射する即発γ線が検出される。図６に示すように、鉄筋コンクリート３は、その内部に４重量％の塩素を含む層を有している。そこで、本実施形態の非破壊検査装置１では、この塩素による鉄（鉄筋）への塩害の状態を把握するために、鉄筋コンクリート３における鉄（鉄筋）と塩素（塩化物イオン）の分布を解析する。そのため、図５では、鉄筋コンクリート３中の特定の含有元素が塩素である場合を示している。

共鳴中性子検出部１４とγ線検出部１５を上述したようなレイアウトとすることで、共鳴中性子検出部１４が検出する中性子発生器１３からの中性子線１３ａの出力時点と、γ線検出部１５が検出する鉄筋コンクリート３の特定の含有元素からの即発γ線の検出時点との時間差（経過時間）を、後述する計測装置１９で計測することができる。また、計測した経過時間から、即発γ線を放射した鉄筋コンクリート３中の特定の含有元素の位置を、後述する制御装置２１がＴＯＦ法により特定することができる。

なお、中性子の移動速度ｖに比べてγ線の移動速度は極めて速い。したがって、中性子線１３ａが共鳴中性子検出部１４を通過した時点ｔ０から、鉄筋コンクリート３の特定の含有元素に中性子線１３ａが到達する時点ｔ１までの経過時間に比べると、この時点ｔ１から、鉄筋コンクリート３中の特定の含有元素から放射された即発γ線が測定点１３ｃのγ線検出部１５で検出される時点ｔ２までの経過時間は、極めて短い。したがって、上述した時間差（経過時間ｔ２−ｔ０）は、上記の時点ｔ０から時点ｔ１までの経過時間（ｔ１−ｔ０）と等しいと見倣すことができる。

そのため、ＴＯＦ法で鉄筋コンクリート３中の特定の含有元素の位置を特定するときの計算式は、経過時間（ｔ２−ｔ０）と等しい経過時間（ｔ１−ｔ０）と、その間に中性子線１３ａの中性子が移動する距離との関係で、ｔ２−ｔ０＝（Ｌ＋ｄ）／ｖ、書き換えると、ｄ＝（ｔ２−ｔ０）ｖ−Ｌで表すことができる。ここで、ｔ０は特定の含有元素に対応する共鳴中性子を含む中性子線１３ａが共鳴中性子検出部１４を通過する時点、ｔ２は鉄筋コンクリート３の特定の含有元素からの即発γ線がγ線検出部１５で検出される時点、ｖは共鳴中性子を含む中性子線１３ａの移動速度、ｄは特定の含有元素が位置する鉄筋コンクリート３の表面からの深さである。

各波高分析器１７ａ，１７ｂは、中性子発生器１３からの中性子線１３ａの出力に同期して制御装置２１によりトリガされると、対応するγ線モニタ１４ｂ及びγ線検出部１５がそれぞれ検出したγ線の強度をエネルギー領域別に弁別する。そして、特定の含有元素において強度が高くなる固有のエネルギー領域におけるγ線の強度を確認することで、γ線モニタ１４ｂやγ線検出部１５が検出したγ線が、中性子モニタ１４ａや鉄筋コンクリート３の特定の含有元素からの即発γ線であるか否かを判定する。即発γ線であると判定した場合に、波高分析器１７ａはスタート信号を、波高分析器１７ｂはストップ信号をそれぞれ出力する。

特定の含有元素の存在によりγ線の強度が高くなる固有のエネルギー領域を、例えば塩化カルシウムから放射されるγ線のエネルギースペクトルについて見ると、図７のグラフに示すように、５１７ｋｅＶ、１１６４ｋｅＶ、１６０１ｋｅＶの付近に、塩素３５の即発γ線によるエネルギーのピークが見られる。したがって、これらのピーク（のいずれか）を含むエネルギー領域において、γ線モニタ１４ｂやγ線検出部１５が検出したγ線にエネルギーのピークが存在するかどうかを、波高分析器１７ａ，１７ｂで弁別された対応するエネルギー領域におけるγ線の強度から確認することで、特定の含有元素からの即発γ線であるかどうかを判定することができる。

なお、非破壊検査装置１が設置される空間では、図８のグラフに示すように、中性子発生器１３からの中性子線１３ａの出力直後の時点で、中性子線１３ａ中の共鳴中性子が共鳴中性子検出部１４の中性子モニタ１４ａを通過することで即発γ線が短時間発生する。その後、中性子線１３ａが鉄筋コンクリート３に照射されるまでの時間が過ぎると、中性子線１３ａ中の共鳴中性子を捕獲した鉄筋コンクリート３の含有元素から、即発γ線が放射される。

鉄筋コンクリート３からの即発γ線は、例えば図８のグラフの横軸に示す４０００ｎｓ付近以降の部分に示すように、しばらくの間継続する。これは、鉄筋コンクリート３中の特定の含有元素が共鳴中性子を捕獲し即発γ線を放射した後にも、鉄筋コンクリート３内での中性子線１３ａの減速により熱外中性子から変化した熱中性子が、そのエネルギースペクトルに対応する鉄筋コンクリート３の含有元素に捕獲されて、その含有元素が即発γ線を放射するからである。

したがって、γ線検出部１５によって鉄筋コンクリート３の特定の含有元素からの即発γ線を検出する際には、γ線検出部１５が検出する図８のグラフの４００ｎｓ付近以降のγ線エネルギースペクトル中の、特定の含有元素が放射した即発γ線のエネルギースペクトル部分を見分けることが必要となる。そこで、γ線検出部１５に対応する波高分析器１７ｂは、γ線検出部１５が検出したγ線のエネルギースペクトルから、特定の含有元素を含まないターゲットに中性子線１３ａを照射した場合にγ線検出部１５が検出したγ線の緒エネルギースペクトルを差し引く処理を行う。これにより、特定の含有元素から放射された即発γ線に特有のエネルギースペクトルのみを、γ線検出部１５の検出信号から抽出し、その立ち上がり箇所を特定することができる。この立ち上がり箇所の検出時点で波高分析器１７ｂは、ストップ信号を出力する。

図９は、上述したようにして波高分析器１７ｂが、γ線検出部１５の検出信号から抽出する鉄筋コンクリート３中の塩素からの即発γ線のエネルギースペクトルを、鉄筋コンクリート３の深さｄ別にシミュレートした結果を示すグラフである。図９に線種を変えて示すように、特定の含有元素の鉄筋コンクリート３における深さｄを０，１，４（ｃｍ）とした場合のシミュレート結果は、いずれも、即発γ線のエネルギースペクトルの立ち上がり箇所を特定できることを示している。

図１に示すように、計測装置１９は、中性子発生器１３からの中性子線１３ａの出力に同期して制御装置２１によりトリガされると、波高分析器１７ａからのスタート信号の入力から、波高分析器１７ｂからのストップ信号の入力までの経過時間を測定する。

制御装置２１は、計測装置１９が計測した経過時間に基づいて、中性子発生器１３からの中性子線１３ａを照射した鉄筋コンクリート３における、特定の含有元素の位置（鉄筋コンクリート３の表面からの深さｄ）を、先に説明した式を用いて算出する。

以上の説明からも明らかなように、本実施形態の非破壊検査装置１では、共鳴中性子検出部１４と波高分析器１７ａとで請求項中の共鳴中性子検出手段が構成されている。また、本実施形態の非破壊検査装置１では、γ線検出部１５と波高分析器１７ｂとで請求項中の即発γ線検出手段が構成されている。

以上の構成による本実施形態の非破壊検査装置１を用いた鉄筋コンクリート３の検査では、１サイクルの検査において、鉄筋コンクリート３上における移動台１１の位置、言い換えると、鉄筋コンクリート３上における中性子線１３ａの照射位置を、鉄筋コンクリート３の表面全体に亘って例えばマトリクス状に順次変える。

そして、中性子線１３ａの各照射位置において、以下の（１）乃至（５）の各ステップ、即ち、
（１）中性子発生器１３から鉄筋コンクリート３に向けて中性子線１３ａを照射して、中性子線１３ａの中性子を捕獲した鉄筋コンクリート３の含有元素の原子核から即発γ線を放射させるステップと、
（２）中性子線１３ａの照射軸線上の基準点１３ｂに配置した共鳴中性子検出部１４と波高分析器１７ａとによって、共鳴中性子を含む中性子線１３ａが中性子発生器１３から出力されて鉄筋コンクリート３に向けて照射される時点を検出するステップと、
（３）基準点１３ｂの直近の測定点１３ｃに配置したγ線検出部１５によって、鉄筋コンクリート３の特定の含有元素が共鳴中性子を捕獲して放射した即発γ線が測定点１３ｃで検出された時点を、波高分析器１７ｂによって検出するステップと、
（４）共鳴中性子を含む中性子線１３ａが中性子発生器１３から出力されて鉄筋コンクリート３に向けて照射される時点から、鉄筋コンクリート３の特定の含有元素が共鳴中性子を捕獲して放射した即発γ線が測定点１３ｃで検出された時点までの経過時間を測定するステップと、
（５）測定した経過時間と、鉄筋コンクリート３に対する中性子線１３ａ上の基準点１３ｂや測定点１３ｃの相対位置とに基づいて、鉄筋コンクリート３中における特定の含有元素の位置、つまり、中性子線１３ａを照射した鉄筋コンクリート３箇所の表面からの深さｄを検出するステップと、
を繰り返し実行する。

上述した１サイクルの検査では、鉄筋コンクリート３の表面から深さｄの層に存在する特定の含有元素の原子核から即発γ線が放射されると、γ線検出部１５によって検出されることになる。したがって、上述した１サイクルの検査を行えば、鉄筋コンクリート３の表面方向及び深さ方向の全体に亘って、鉄筋コンクリート３中の特定の含有元素の解析が行われることになる。

なお、本実施形態の非破壊検査装置１により、鉄筋コンクリート３における鉄（鉄筋）の分布を検査する場合には、共鳴中性子検出部１４の中性子モニタ１４ａとして、塩素の分布を検査する場合の塩化カルシウムの薄板に代えて、鉄又は鉄の化合物を含む薄板材料のターゲットを用いることになる。

そして、鉄筋コンクリート３における鉄（鉄筋）の分布と塩素（塩化物イオン）の分布とをそれぞれ検査した後、制御装置２１は、鉄筋コンクリート３中における鉄（鉄筋）の分布と塩素（塩化物イオン）の分布との接近具合で、鉄筋コンクリート３における鉄筋の塩害による腐食の状態（腐食発生の有無、腐食発生確率、腐食発生予想時期等）を解析する。

このように、共鳴中性子検出部１４の中性子モニタ１４ａに、分布を検査する対象の特定の含有元素又はその化合物を含む材料を用いることで、鉄筋コンクリート３における特定の含有元素の分布の検査を非破壊検査することができる。

以上に説明したように、本実施形態の非破壊検査装置１によれば、鉄筋コンクリート３に対する中性子線１３ａの照射箇所を鉄筋コンクリート３の表面方向及び深さ方向の全体に亘って順次変えつつ、鉄筋コンクリート３の特定の含有元素の原子核が共鳴中性子の捕獲に伴って放射する即発γ線の、元素に固有のエネルギースペクトルを検出することで、鉄筋コンクリート３の特定の含有元素の有無を非破壊検査によって解析することができる。

なお、本実施形態では、共鳴中性子を含む中性子線１３ａが共鳴中性子検出部１４を通過する時点ｔ０から、鉄筋コンクリート３の特定の含有元素からの即発γ線がγ線検出部１５で検出される時点ｔ２までの経過時間を、両者の時間差によって測定するものとした。しかし、第３の時点から各時点ｔ０，ｔ２までの経過時間の差分によって、時点ｔ０から時点ｔ２までの経過時間を測定するようにしてもよい。

そのように構成したのが、図１０に示す本発明の他の実施形態に係る非破壊検査装置である。図１０に引用符号１Ａで示す本実施形態の非破壊検査装置は、図１に示す実施形態の非破壊検査装置１において、各波高分析器１７ａ，１７ｂから出力されていたスタート信号及びストップ信号が、第１ストップ信号及び第２ストップ信号にそれぞれ変更されている。また、本実施形態の非破壊検査装置１Ａでは、波高分析器１７ａに代わって中性子発生器１３が、中性子線１３ａを鉄筋コンクリート３に向けて照射する時点ｔａでスタート信号を計測装置１９に出力する。その他の点は、図１に示す実施形態の非破壊検査装置１と同様に構成されている。

なお、中性子発生器１３が中性子線１３ａを鉄筋コンクリート３に照射する時点ｔａは、例えば、不図示のイオン発生器がターゲット（図２参照）に照射するイオンをイオンモニタ１３ｄ（請求項中の照射検出手段に相当）で検出した時点とすることができる。

そして、本実施形態の計測装置１９は、中性子発生器１３からの中性子線１３ａの出力に同期して制御装置２１によりトリガされると、中性子発生器１３からのスタート信号の入力から、波高分析器１７ａからの第１ストップ信号の入力までの経過時間（ｔ０−ｔａ）と、波高分析器１７ｂからの第２ストップ信号の入力までの経過時間（ｔ２−ｔａ）とを測定する。また、計測装置１９は、測定した各経過時間の時間差によって、共鳴中性子を含む中性子線１３ａが共鳴中性子検出部１４を通過する時点ｔ０から、鉄筋コンクリート３の特定の含有元素からの即発γ線がγ線検出部１５で検出される時点ｔ２までの経過時間（ｔ２−ｔ０）を算出する。

したがって、本実施形態の非破壊検査装置１Ａによっても、図１に示す実施形態の非破壊検査装置１と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態の非破壊検査装置１Ａによれば、共鳴中性子を含む中性子線１３ａが共鳴中性子検出部１４を通過する時点ｔ０を、図１に示す実施形態の非破壊検査装置１に比べてより正確に検出することができる。このため、制御装置２１がＴＯＦ法により特定する、鉄筋コンクリート３中の特定の含有元素の位置を、より正確なものとすることができる。その理由は以下のとおりである。

即ち、特定の含有元素に対応する共鳴中性子を含む中性子線１３ａが共鳴中性子検出部１４を通過する時点ｔ０は、共鳴中性子の中性子エネルギーの分布に応じて一定の時間幅を有する。そこで、この共鳴中性子の中性子エネルギーの立ち上がりの時点を、特定の含有元素に対応する共鳴中性子が共鳴中性子検出部１４を通過する時点ｔ０として認識するのが通常である。

しかし、共鳴中性子が共鳴中性子検出部１４を通過する時点ｔ０の時間幅が大きいと、共鳴中性子の中性子エネルギーの立ち上がりの時点が、時点ｔ０として理想的な、共鳴中性子検出部１４を通過する共鳴中性子の中性子エネルギーがピーク値を迎える時点から、時間的に大きくずれてしまう。このずれが大きくなると、図１に示す実施形態の非破壊検査装置１の計測装置１９が経過時間（ｔ２−ｔ０）の測定を開始する、波高分析器１７ａからのスタート信号の入力タイミング（時点ｔ０）に、誤差が生じてしまう可能性がある。この誤差は、経過時間（ｔ２−ｔ０）の測定値に誤差を生じさせ、ひいては、経過時間（ｔ２−ｔ０）を元に検出される鉄筋コンクリート３中の特定の含有元素の位置（深さｄ）に誤差を生じさせることになる。

そこで、本実施形態の非破壊検査装置１Ａでは、計測装置１９による経過時間の測定開始時点を、中性子発生器１３が中性子線１３ａを鉄筋コンクリート３に向けて照射した時点ｔａに変えた。また、時点ｔ０で波高分析器１７ａが出力する信号を、スタート信号ではなく、時点ｔ２で波高分析器１７ｂが出力するストップ信号（本実施形態では第２ストップ信号）と同じく、第１ストップ信号として利用して、時点ｔ０を計測装置１９による経過時間の測定終了時点とするようにした。

これにより、波高分析器１７ａは、共鳴中性子検出部１４を通過する共鳴中性子の中性子エネルギーが立ち上がる時点から、中性子エネルギーがピーク値に至るまで、あるいは、所定のしきい値を上回っている間中、周期的に第１ストップ信号を出力し続けることになる。したがって、計測装置１９は、共鳴中性子を含む中性子線１３ａを中性子発生器１３が鉄筋コンクリート３に向けて照射する時点ｔａから、その中性子線１３ａが共鳴中性子検出部１４を通過する時点ｔ０までの経過時間を、波高分析器１７ａが出力する第１ストップ信号と同じ数だけ測定することになる。このため、測定した各経過時間（ｔ０−ｔａ）を統計的に解析して、共鳴中性子検出部１４を通過する共鳴中性子の中性子エネルギーがピーク値となる時点を時点ｔ０とした理想的な経過時間（ｔ０−ｔａ）を、測定した経過時間（ｔ０−ｔａ）の中から選択することができる。

これにより、経過時間（ｔ０−ｔａ）と共に計測装置１９が測定する、中性子発生器１３が中性子線１３ａを鉄筋コンクリート３に向けて照射した時点ｔａから、鉄筋コンクリート３の特定の含有元素からの即発γ線がγ線検出部１５で検出される時点ｔ２までの経過時間（ｔ２−ｔａ）と、経過時間（ｔ０−ｔａ）との差分により、図１に示す実施形態の非破壊検査装置１の計測装置１９よりも正確に、経過時間（ｔ２−ｔ０）を測定することができる。よって、制御装置２１がＴＯＦ法により特定する鉄筋コンクリート３中の特定の含有元素の位置を、より正確に求めることができる。

なお、上述した各本実施形態では、非破壊検査装置１，１Ａが被検体である鉄筋コンクリート３上を移動可能な移動台１１を有している場合について説明したが、移動台１１は省略しても良い。

また、以上のようにして解析した鉄筋コンクリート３における特定の含有元素の位置を可視化して表示する表示手段を、非破壊検査装置１，１Ａに設けるように構成してもよい。この場合、表示手段による表示形態としては、例えば、鉄筋コンクリート３の表面からの深さ方向と移動台１１の移動方向とにおける塩素の分布の解析結果を示すデータを、塩素の濃度の高低に応じた等高線によって表示する形式や、表示の粗密による濃度表示等の形式によって表示する形式が考えられる。このように、解析した結果をその場で可視化する構成とすることで、鉄筋コンクリート３の非破壊検査を行う現場において、解析結果の迅速な把握に役立てることができる。

１ 非破壊検査装置
１Ａ 非破壊検査装置
３ 鉄筋コンクリート（被検体）
１１ 移動台
１１ａ 防護体
１３ 中性子発生器（中性子線源）
１３ａ 中性子線
１３ｂ 基準点（所定点）
１３ｃ 測定点
１３ｄ イオンモニタ（照射検出手段）
１４ 共鳴中性子検出部（共鳴中性子検出手段）
１４ａ 中性子モニタ
１４ｂ γ線モニタ
１４ｃ γ線遮蔽物
１５ γ線検出部（即発γ線検出手段）
１７ａ 波高分析器（共鳴中性子検出手段）
１７ｂ 波高分析器（即発γ線検出手段）
１９ 計測装置（経過時間測定手段）
２１ 制御装置（位置検出手段、腐食状態検出手段）

Claims (6)

1. 被検体に中性子線を照射するステップと、
   前記中性子線に含まれる前記被検体の特定の含有元素に対応する共鳴中性子が前記中性子線の照射軸線上の所定点を通過した時点から、該共鳴中性子を捕獲した前記特定の含有元素が放射する即発γ線が、前記所定点に対する相対位置が既知である所定の測定点において検出されるまでの経過時間を測定するステップと、
   前記被検体に対する前記所定点及び前記測定点の相対位置と前記経過時間とに基づいて、前記被検体における前記特定の含有元素の位置を検出するステップと、
   を備えることを特徴とする非破壊検査方法。
2. 前記中性子線の前記被検体に対する照射位置を、前記被検体の表面に沿って順次変えつつ、前記各ステップを実行することを特徴とする請求項１記載の非破壊検査方法。
3. 被検体に照射する中性子線を発生する中性子線源と、
   前記中性子線の照射軸線上の所定点における、前記被検体の特定の含有元素に対応する前記中性子線中の共鳴中性子の通過を検出する共鳴中性子検出手段と、
   前記所定点に対する相対位置が既知である所定の測定点における、前記被検体の前記特定の含有元素が前記共鳴中性子を捕獲して放射する即発γ線を検出する即発γ線検出手段と、
   前記中性子線中の前記共鳴中性子が前記所定点を通過した時点から、前記所定点において前記即発γ線が検出されるまでの経過時間を測定する経過時間測定手段と、
   前記被検体に対する前記所定点及び前記測定点の相対位置と前記経過時間とに基づいて、前記被検体における前記特定の含有元素の位置を検出する位置検出手段と、
   を備えることを特徴とする非破壊検査装置。
4. 前記中性子線源による前記中性子線の前記被検体に対する照射を検出する照射検出手段をさらに備えており、前記経過時間測定手段は、前記中性子線を前記被検体に対して照射した時点から、前記中性子線中の前記共鳴中性子が前記所定点を通過するまでの経過時間と、前記中性子線を前記被検体に対して照射した時点から、前記所定点において前記即発γ線が検出されるまでの経過時間との差分により、前記中性子線中の前記共鳴中性子が前記所定点を通過した時点から、前記所定点において前記即発γ線が検出されるまでの経過時間を測定することを特徴とする請求項３記載の非破壊検査装置。
5. 前記被検体上を移動可能に構成され、前記中性子線源と前記各γ線モニタとが設置される移動台をさらに備えていることを特徴とする請求項３又は４記載の非破壊検査装置。
6. 前記被検体は鉄筋コンクリートであり、前記共鳴中性子検出手段は、前記所定点における、前記鉄筋コンクリートの鉄及び塩素にそれぞれ対応する前記共鳴中性子の通過を検出し、前記即発γ線検出手段は、前記測定点における、前記鉄筋コンクリートの鉄及び塩素がそれぞれ放射する即発γ線を検出し、前記位置検出手段は、前記鉄筋コンクリートの鉄及び塩素の位置をそれぞれ検出すると共に、前記検出した前記鉄筋コンクリートにおける鉄及び塩素の各位置に基づいて、前記鉄筋コンクリートにおける鉄筋の腐食状態を解析する腐食状態解析手段をさらに備えることを特徴とする請求項３、４又は５記載の非破壊検査装置。

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