JP2013164352A - 移動物の可視化方法及び可視化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 沸騰二相流の気泡分布の定量化など、出現頻度の低い対象をも可視化できる移動物の可視化方法及び可視化装置を提供する。
【解決手段】 移動物が内方を移動する測定対象１の周囲に放射線源１１及び放射線検出器１２を配置し、当該放射線源及び放射線検出器と前記測定対象との何れか一方を他方に対して相対的に移動することにより、前記測定対象の周囲に前記放射線源及び放射線検出器を回転させて当該測定対象の全方位から透過像を撮影し、全方位からの透過像を再構成して断面画像を得る可視化方法であって、前記測定対象の周囲に前記放射線源及び放射線検出器を複数回回転させて当該測定対象の全方位から透過像を複数組撮影し、複数組の全方位からの透過像を方位毎に重ね合わせて加算した全方位からの透過像を得、この加算した全方位からの透過像を再構成して断面画像を得る。
【選択図】 図１
【解決手段】 移動物が内方を移動する測定対象１の周囲に放射線源１１及び放射線検出器１２を配置し、当該放射線源及び放射線検出器と前記測定対象との何れか一方を他方に対して相対的に移動することにより、前記測定対象の周囲に前記放射線源及び放射線検出器を回転させて当該測定対象の全方位から透過像を撮影し、全方位からの透過像を再構成して断面画像を得る可視化方法であって、前記測定対象の周囲に前記放射線源及び放射線検出器を複数回回転させて当該測定対象の全方位から透過像を複数組撮影し、複数組の全方位からの透過像を方位毎に重ね合わせて加算した全方位からの透過像を得、この加算した全方位からの透過像を再構成して断面画像を得る。
【選択図】 図１
Description
本発明は、二相流などの移動物の可視化方法及び可視化装置に関する。
原子炉の沸騰二相流を精緻に計測したデータベースを構築することが最適評価コードの検証において重要である。国内外では沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）のバンドル試験体を医療用と同じ加速電圧１３０ｋｅＶのＸ線ＣＴ装置を用いた沸騰二相流の可視化実験が行われてきた。
しかしながら、バンドル流路内に不定期に発生して出現頻度が低い気泡についてＸ線ＣＴ装置を用いた時間平均情報を高い空間分解能で得ることは困難であるという問題がある。
Inoue, et.al, J, Nucl. Sci. Tec., 32(1995)629-640
本発明は上記事情に鑑み、沸騰二相流の気泡分布の定量化など、出現頻度の低い対象をも可視化できる移動物の可視化方法及び可視化装置を提供することを目的とする。
前記目的を達成する本発明の第１の態様は、移動物が内方を移動する測定対象の周囲に放射線源及び放射線検出器を配置し、当該放射線源及び放射線検出器と前記測定対象との何れか一方を他方に対して相対的に移動することにより、前記測定対象の周囲に前記放射線源及び放射線検出器を回転させて当該測定対象の全方位から透過像を撮影し、全方位からの透過像を再構成して断面画像を得る可視化方法であって、前記測定対象の周囲に前記放射線源及び放射線検出器を複数回回転させて当該測定対象の全方位から透過像を複数組撮影し、複数組の全方位からの透過像を方位毎に重ね合わせて加算した全方位からの透過像を得、この加算した全方位からの透過像を再構成して断面画像を得ることを特徴とする移動物の可視化方法にある。
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の移動物の可視化方法において、前記放射線検出器は、複数の検出素子を具備し、各検出素子の間には、各検出素子と同等以上の大きさの遮蔽部材を備え、全方位からの透過像の撮影を、所定量だけずらした撮影位置とした複数回転の撮影で行い、この全方位からの透過像の撮影を複数回繰り返して全方位からの透過像を複数組撮影することを特徴とする移動物の可視化方法にある。
本発明の第３の態様は、移動物が内方を移動する測定対象の周囲に配置される放射線源及び放射線検出器を具備し、当該放射線源及び放射線検出器と前記測定対象との何れか一方を他方に対して相対的に移動することにより、前記測定対象の周囲に前記放射線源及び放射線検出器を回転させて当該測定対象の全方位から透過像を撮影し、全方位からの透過像を再構成して断面画像を得る可視化装置であって、前記放射線検出器は、複数の検出素子を具備し、各検出素子の間には、各検出素子と同等以上の大きさの遮蔽部材を備えたこと特徴とする可視化装置にある。
図１には本発明の一実施形態の移動物の可視化方法を説明する平面図及び側面図を示す。これらの図面に説明するように、測定対象１は、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）のバンドル流路であり、測定対象１の周囲には、ドーナツ円盤状の基台１０が測定対象１の周囲を位置決め可能に回転し且つ回転方向に直交する方向（軸方向）に移動可能に設けられている。基台１０上には、Ｘ線、ガンマ線、中性子線などの放射線を放射する得放射線源、本実施形態ではＸ線を照射するＸ線源１１が設けられ、Ｘ線源１１に対して測定対象１を挟んで対向する位置には放射線検出器１２が設けられている。放射線検出器１２は、例えば、図２に示すように、Ｘ線源１１から照射されて測定対象１を透過したＸ線（透過線）１４を検出するラインセンサーであり、複数個の検出素子１３からなる。本実施形態では、Ｘ線源１１からのＸ線は扇状に照射されるので、放射線検出器１２の複数個の検出素子１３はＸ線源１１からの距離が等距離となるように円弧状に配置されている。
また、Ｘ線源１１は、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）のバンドル流路内の沸騰二相流を測定対象とするため、このような測定対象１に対して十分な透過力を得るため加速電圧は約２３０ｋｅＶ以上、十分な有効信号強度を得るためＸ線源１１からの距離１ｍにおける線量率が１ｍＧｙ／ｓ以上の高エネルギー線を照射することが望ましい。
このような装置を用いてバンドル流路内の沸騰二相流を可視化し、例えば、不定期に発生して出現頻度が低い気泡の分布を測定する本発明方法を図３を参照しながら説明する。
本発明方法では、測定対象１の周囲にＸ線源１１及び放射線検出器１２を載置した基台１０を回転させながら、放射線検出器１２の測定範囲毎に測定して測定対象１の全方位から透過像を撮影して全方位からの透過像２１を撮影し、軸方向の位置を固定してこれを複数回繰り返して、軸方向の位置が同一箇所で複数組の全方位からの透過像２１を得る。このように複数組の全方位からの透過像２１を撮影するのは、出現頻度の小さい気泡を再現性よくとらえるためである。このような気泡は出現頻度が低く、移動していくため、ある方位から撮影できたとしても他の方位からの撮影の際には移動してしまうため、一回転の撮影では再現性よくとらえることができない。しかしながら、複数回の測定を繰り返すことで、このような出現頻度の低い気泡も再現性よくとらえることができる。
次いで、複数組の全方位からの透過像２１を方位毎に重ね合わせて、加算した全方位からの透過像２２を得る。そして、加算した全方位からの透過像２２を再構成して断面画像２３を得る。ここで、透過像２２から断面画像２３を得る方法は、従来のＣＴ画像を得る手法であり、例えば、フーリエ変換、フィルタリング、逆フーリエ変換などの非線形処理により断面画像２３を得る手法である。
このように得た断面画像２３には、出現頻度の低い気泡なども再現性よく撮影することができる。
一方、従来の手法により、同一位置で断面画像を複数枚撮影して平均化しても、上述したような有効な撮影にはならないこともわかっている。例えば、図４に示すように、軸方向の同一位置で、全方位からの透過像３１を複数枚得て、それぞれを従来のとおり、再構成して複数枚の断面画像３２を得、これを重ね合わせて断面画像３３を得た場合には、画像の再構成の際の非線形処理としてエッジ強調やノイズ除去、コントラスト強調、ガンマ補正、エンボス処理などのフィルタリング処理が施された複数枚の断面画像３２を重ね合わせて断面画像３３としているので、出現頻度の低い気泡を有効に観察する際には虚像（アーチファクト）を発生させるために効果的ではない。
ここで、本実施形態では、Ｘ線源１１として、高エネルギー線を使用するので、放射線検出器１２の各検出素子１３に入力した透過光がさらに散乱して隣接する検出素子１３に影響を与える虞がある。通常、各検出素子１３間にはタングステンや鉛などの密度が高い物質からなる薄い遮蔽壁を有するが、上述したような高エネルギー線を用いると通常の薄い遮蔽壁は透過してしまう虞がある。そして具体的には、隣接する検出素子１３で散乱したＸ線（または蛍光）が互いに隣接する検出素子１３に入射することで、２つの検出素子１３間にクロストークが発生する場合がある。
よって、例えば、図５に示すように、各検出素子１３Ａ間に、タングステンや鉛などの密度が高い材質で、各検出素子１３Ａとの１個分以上、本実施形態では、１個分の幅を有する遮蔽体１５を設けた放射線検出器１２Ａとするのが好ましい。
このような遮蔽体１５を設けることにより、高エネルギー線の透過線１４の散乱１４ａ（図２参照）による誤検出を防止できる。
なお、このような遮蔽体１５を具備する放射線検出器１２Ａを用いた場合、通常、１回転で全方位の透過像を得られるのが、２回転で全方位の透過像を得るようになる。すなわち、２回転目は１素子分だけ位置をずらして撮影を行い、１回転目と統合することにより、全方位の透過像とする。
例えば、遮蔽体１５の幅を２素子分の幅とした場合には、さらに１素子分ずらして撮影を１回転行い、３回転で全方位の透過像を得るようにする。
このようにすることで、素子間のクロストークを防止して、高エネルギー線の透過像を得ることができる。
これを一般化すると、放射線検出器は、ｎ素子分の検出範囲を有しているが、ｍ個（ｍは１〜ｎ−１の整数）置きに配置されるｎ／（ｍ＋１）個の検出素子と各検出素子の間に配置されるｍ素子分の大きさの遮蔽部材により、全方位からの透過像の撮影を、１素子分だけずらした撮影位置とした（ｍ＋１）回転で行い、この全方位からの透過像の撮影を複数回繰り返して全方位からの透過像を複数組撮影するということになる。勿論、遮蔽部材の大きさが検出素子の整数倍である必要はない。また、１素子分より多少小さな遮蔽部材としても、同様な操作を行うことにより、素子間のクロストークを防止して、高エネルギー線の透過像を得ることができる。
（試験例）
図３に記載した本発明に係る可視化方法と、図４に示す比較例に係る手法とで、出現率の低い気泡についての測定シミュレーションを行った。この結果を図６及び図７に示す。
図３に記載した本発明に係る可視化方法と、図４に示す比較例に係る手法とで、出現率の低い気泡についての測定シミュレーションを行った。この結果を図６及び図７に示す。
なお、測定シミュレーションは、所定の条件の測定対象を、１０度刻みで３６０度測定して（サイノグラムと呼ばれる）全方位の透過像を得、これを３０回転繰り返した場合についてのものである。
図６（ａ）は、出現率２０％の気泡を模擬した信号を測定対象とし、３０組の全方位の透過像を図３に示した手法で、まず、重ね合わせた１枚の全方位の透過像を得た後、非線形処理の一種であるコントラスト強調処理を行った再構成画像である。一方、図６（ｂ）は、図４に示す手法により、３０組の全方位の透過像のそれぞれから断面画像を得、３０枚の断面画像を重ね合わせて得たものである。
図６（ａ）、（ｂ）を比較すると、（ａ）では気泡を鮮明に検出できているが、（ｂ）では気泡の輪郭がぼやけ、さらにＣＴ撮影特有の虚像が強く現れている。
図７は、図６のＡ−Ａ’線に沿った信号強度の比較であり、図７の（ａ）、（ｂ）の信号波形を比較すると（ａ）の信号強度の方が（ｂ）より大きく、（ａ）の信号波形から気泡の輪郭を精度良く検出できることがわかる。一方、（ｂ）の信号波形は気泡輪郭部分が不明瞭で、虚像由来の波形も存在している。
本発明は、沸騰二相流などの移動物の可視化方法又は可視化装置を使用する産業分野で有効に利用することができる。
１ 測定対象
１０ 基台
１１ Ｘ線源
１１ 測定対象
１２，１２Ａ 放射線検出器
１３，１３Ａ 検出素子
１５ 遮蔽体
２１，２２，３１ 透過像
２３，３２，３３ 断面画像
１０ 基台
１１ Ｘ線源
１１ 測定対象
１２，１２Ａ 放射線検出器
１３，１３Ａ 検出素子
１５ 遮蔽体
２１，２２，３１ 透過像
２３，３２，３３ 断面画像
Claims (3)
- 移動物が内方を移動する測定対象の周囲に放射線源及び放射線検出器を配置し、当該放射線源及び放射線検出器と前記測定対象との何れか一方を他方に対して相対的に移動することにより、前記測定対象の周囲に前記放射線源及び放射線検出器を回転させて当該測定対象の全方位から透過像を撮影し、全方位からの透過像を再構成して断面画像を得る可視化方法であって、
前記測定対象の周囲に前記放射線源及び放射線検出器を複数回回転させて当該測定対象の全方位から透過像を複数組撮影し、複数組の全方位からの透過像を方位毎に重ね合わせて加算した全方位からの透過像を得、この加算した全方位からの透過像を再構成して断面画像を得る
ことを特徴とする移動物の可視化方法。 - 請求項１に記載の移動物の可視化方法において、
前記放射線検出器は、複数の検出素子を具備し、各検出素子の間には、各検出素子と同等以上の大きさの遮蔽部材を備え、
全方位からの透過像の撮影を、所定量だけずらした撮影位置とした複数回転の撮影で行い、この全方位からの透過像の撮影を複数回繰り返して全方位からの透過像を複数組撮影する
ことを特徴とする移動物の可視化方法。 - 移動物が内方を移動する測定対象の周囲に配置される放射線源及び放射線検出器を具備し、当該放射線源及び放射線検出器と前記測定対象との何れか一方を他方に対して相対的に移動することにより、前記測定対象の周囲に前記放射線源及び放射線検出器を回転させて当該測定対象の全方位から透過像を撮影し、全方位からの透過像を再構成して断面画像を得る可視化装置であって、
前記放射線検出器は、複数の検出素子を具備し、各検出素子の間には、各検出素子と同等以上の大きさの遮蔽部材を備えた
ことを特徴とする可視化装置。
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| JP2012027833A JP5920917B2 (ja) | 2012-02-10 | 2012-02-10 | 移動物の可視化方法及び可視化装置 |
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