JP2017053705A

JP2017053705A - 構造物スキャニング装置および構造物スキャニング方法

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Publication number: JP2017053705A
Application number: JP2015177422A
Authority: JP
Inventors: 宰杉田; Tsukasa Sugita; 晴夫宮寺; Haruo Miyadera; 研一吉岡; Kenichi Yoshioka
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2015-09-09
Filing date: 2015-09-09
Publication date: 2017-03-16
Anticipated expiration: 2035-09-09
Also published as: JP6685677B2

Abstract

【課題】対象とする構造物の内部の透視を簡易な方法で効率的に広い範囲で行う。【解決手段】実施形態による構造物スキャニング装置１００は、第１ミュオン軌跡検出器１１ａと第１クロック１１ｂとを有する第１ミュオン検出装置１１と、第２ミュオン軌跡検出器１２ａと第２クロック１２ｂとを有する第２ミュオン検出装置１２と、第１クロック１１ｂと第２クロック１２ｂの同期用の時刻同期部２１と、第１ミュオン軌跡検出器１１ａ、構造物および第２ミュオン軌跡検出器１２ａを通過するミュオンの軌跡を導き出すミュオン軌跡解析部２２とを有する。時刻同期部２１は、第１クロック１１ｂと第２クロック１２ｂの同期の起点を同定する起点同定部と、第１クロック１１ｂおよび第２クロック１２ｂを通過したミュオンの時刻を互いに比較して対応を判定する対応度判定部と、対応していると判定された場合に同期をとるために時刻を補正する時刻補正部とを有する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、構造物スキャニング装置および構造物スキャニング方法に関する。

老朽化した建造物は材料等の劣化により、建築時よりも強度が低下している可能性があるため、定期的な検査が求められる。検査の方法としては、外観検査や打音による検査を行う方法もあるが、コンクリート中の鉄筋構造のように直接外部から測定を行うことができない場合は、内部の検査を行うことが困難であるため、構造物の外部から内部の構造を非破壊で測定する手段が求められる。

特に建設から長い時間を経過した構造物は、建設時におけるコンクリート内部の正確な状況が残されていない場合がある。このため、床や壁の内部に埋め込まれた配管や電線ケーブルの詳細な位置が分からず、建造物の検査や改築の妨げとなっている。また、歴史的な建造物では、木材や石材中に金属製の構造が埋め込まれている場合があるが、建築から長時間を経過したこれらの構造物の健全性を、対象を破壊することなく確認することは困難である。

構造物内部の情報を得るための手段としては、様々な種類の非破壊検査技術が利用されており、一般的には放射線透過試験や、超音波探傷試験、渦電流探傷試験などが知られている。

放射線透視試験の一種として、宇宙線ミュオンを利用したミュオンラジオグラフィ技術が実施されている。この技術は人口放射線を使用せずに、構造物の内部を画像化する手法であり、大型建造物の透過試験や火山の密度分布の測定に利用されている。

ミュオンを利用した構造物の三次元画像の測定手法として、ミュオンが物質を透過する際のクーロン多重散乱による軌跡変化すなわち散乱角を測定することで、物質の画像化を行うミュオントモグラフィ技術が研究されている。

ミュオントモグラフィは、測定対象を挟んで上下または両側面に、対となる検出器を設置し、物質を通過する際のミュオンの軌跡変化を測定することで対象の形状と材質を測定する技術であり、従来の単純な透視試験と比較して、より高精度な測定を行うことができる。

ミュオントモグラフィ技術は、２基の検出器により測定対象を挟み、両側を通過するミュオン軌跡の変化を測定することで画像化を行う手法であるため、測定可能な領域は、検出器が挟んだ空間に限られる。

特開２０１５−１３２５６０号公報

Ｃ．Ｍｏｒｒｉｓ，ｅｔａｌ．，ＮｕｃｌｅａｒＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓａｎｄＭｅｔｈｏｄｓｉｎＰｈｙｓｉｃｓＲｅｓｅａｒｃｈＳｅｃｔｉｏｎＢ：Ｖｏｌｕｍｅ３３０，４２−４６（２０１４）

ミュオン散乱法は検出器の測定面積以上の範囲を測定することができないため、建造物の床や壁などの広い範囲を測定する場合は、検出器を移動させながら測定対象を検査する必要がある。一方でミュオン散乱法により透視画像を得るためには、測定対象とする構造物、すなわち建造物の一部あるいは建造物の中に存在する物の中での微小なミュオンの散乱角を求める必要があるため、検出器の相対位置を精度よく求めることが重要である。しかし、検出器を移動させながら測定を行う場合には検出器の座標を十分な精度で求めるために大掛かりな支持構造が必要になるため、建造物の測定には不向きであった。

本発明の実施形態は、対象とする構造物の内部を透視するにあたり、簡易な方法で効率的に広い範囲のスキャニングを実施することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本実施形態は、対象とする構造物の内部を透視する構造物スキャニング装置であって、第１ミュオン軌跡検出器と第１クロックとを有する第１ミュオン検出装置と、前記第１ミュオン軌跡検出器とともに前記構造物を挟んで設けられた第２ミュオン軌跡検出器と、第２クロックとを有する第２ミュオン検出装置と、前記第１クロックと前記第２クロックの同期をとるための時刻同期部と、前記第１ミュオン軌跡検出器、前記構造物および前記第２ミュオン軌跡検出器を通過するミュオンの軌跡を導き出すミュオン軌跡解析部と、を備え、前記時刻同期部は、前記第１クロックと前記第２クロックの同期をとるための起点を同定する起点同定部と、前記起点から前記第１クロックおよび前記第２クロックを通過したミュオンの時刻を互いに比較して、対応しているか否かを判定する対応度判定部と、前記対応度判定部にて対応していると判定された場合に、前記第１クロックと前記第２クロックの同期をとるために時刻を補正する時刻補正部と、を有することを特徴とする。

また、本実施形態は、対象とする構造物の内部を透視する構造物スキャニング装置であって、第１ミュオン軌跡検出器と第１クロックを有する第１ミュオン検出装置と、前記第１ミュオン軌跡検出器とともに前記構造物を挟んで設けられた第２ミュオン軌跡検出器と、第２クロックを有する第２ミュオン検出装置と、前記第１クロックと前記第２クロックの同期をとるための時刻同期部と、前記第１ミュオン軌跡検出器、前記構造物および前記第２ミュオン軌跡検出器を通過するミュオンの軌跡を導き出すミュオン軌跡解析部と、を備え、前記ミュオン軌跡解析部は、前記ミュオンのエネルギーを前記ミュオンの前記第１ミュオン軌跡検出器への入射方向の水平方向からの角度に依存するものとして取り扱うことを特徴とする。

また、本実施形態は、対象とする構造物の内部を透視する構造物スキャニング方法であって、前記構造物を挟んで設けられた第１ミュオン軌跡検出器と第１クロックを有する第１ミュオン検出装置、および第２ミュオン軌跡検出器と第２クロックを有する第２ミュオン検出装置がミュオンを検出する検出ステップと、時刻同期部が、前記第１クロックと前記第２クロックの同期をとるための時刻同期ステップと、ミュオン軌跡解析部が、前記第１ミュオン軌跡検出器、前記構造物および前記第２ミュオン軌跡検出器を通過するミュオンの軌跡を導き出すミュオン軌跡解析ステップと、を有し、前記時刻同期ステップは、起点同定部が起点を同定する起点同定ステップと、対応度判定部が前記起点を同定した後に前記第１ミュオン軌跡検出器での検出タイミングと前記第２ミュオン軌跡検出器での検出タイミングとの間の対応度を判定する対応度判定ステップと、時刻補正部が前記第１クロックと前記第２クロックの少なくとも一方の時刻を補正する時刻補正ステップと、を有することを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、対象とする構造物の内部を透視するにあたり、簡易な方法で効率的に広い範囲のスキャニングを実施することができる。

本実施形態に係る構造物スキャニング装置の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る構造物スキャニング装置の第１および第２ミュオン軌跡検出器の概念図である。本実施形態に係る構造物スキャニング装置の時刻同期部の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る構造物スキャニング装置における散乱角の算出を説明するための概念的断面図である。本実施形態に係る構造物スキャニング装置のミュオン軌跡解析部の演算結果による散乱角の分布図である。ミュオンの入射角の影響を説明する概念図である。ミュオンの入射角に依存するミュオンのエネルギースペクトル図である。ミュオンの入射角に対する平均エネルギーの変化を示すグラフである。本実施形態に係る構造物スキャニング装置の画像作成部で平均エネルギーの変化の反映の効果を示す概念的な断面図であり、（ａ）は考慮しない場合、（ｂ）は考慮した場合を示す。本実施形態に係る構造物スキャニング装置の検出器位置算出部の作用を説明するための概念図である。本実施形態に係る構造物スキャニング方法の手順を示すフロー図である。本実施形態に係る構造物スキャニング方法における時刻同期の手順を示すフロー図である。本実施形態に係る構造物スキャニング方法における時刻同期の起点の同定を説明するグラフである。本実施形態に係る構造物スキャニング方法における時刻同期における対応度判定を説明するグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る構造物スキャニング装置について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。

図１は、本実施形態に係る構造物スキャニング装置の構成を示すブロック図である。構造物スキャニング装置１００は、第１ミュオン軌跡検出装置１１、第２ミュオン軌跡検出装置１２、解析コンピュータ２０、および外部から解析コンピュータ２０への入力を受け入れ解析コンピュータ２０での解析結果を外部へ出力する入出力部３０を有する。

第１ミュオン軌跡検出装置１１は、第１ミュオン軌跡検出器１１ａ、第１クロック１１ｂ、および第１データ記録部１１ｃを有する。第１データ記録部１１ｃは、第１ミュオン軌跡検出器１１ａがミュオンを検出した際の、第１ミュオン軌跡検出器１１ａによるミュオンの通過位置情報、演算している場合は方角情報、および第１クロック１１ｂが発した時刻情報を記録する。

また、第２ミュオン軌跡検出装置１２は、第２ミュオン軌跡検出器１２ａ、第２クロック１２ｂ、および第２データ記録部１２ｃを有する。第２データ記録部１２ｃは、第２ミュオン軌跡検出器１２ａがミュオンを検出した際の、第２ミュオン軌跡検出器１２ａによるミュオンの通過位置情報、演算している場合は方角情報、および第２クロック１２ｂが発した時刻情報を記録する。

第１ミュオン軌跡検出器１１ａと第２ミュオン軌跡検出器１２ａは、測定対象とする構造物１（図４）を挟んで互いに反対側に設置されている。第１クロック１１ｂおよび第１データ記録部１１ｃは、第１ミュオン軌跡検出器１１ａの近傍に設けられているか、第１ミュオン軌跡検出器１１ａと一体で取り扱われてもよい。同様に、第２クロック１２ｂおよび第２データ記録部１２ｃは、第２ミュオン軌跡検出器１２ａの近傍に設けられているか、第２ミュオン軌跡検出器１２ａと一体で取り扱われてもよい。

図２は、第１および第２ミュオン軌跡検出器の概念図である。第１ミュオン軌跡検出器１１ａと第２ミュオン軌跡検出器１２ａは、互いに同様の構造である。以下、第１ミュオン軌跡検出器１１ａおよび第２ミュオン軌跡検出器１２ａを、ミュオン軌跡検出器と総称する。ミュオン測定用の検出器としては、プラスチックシンチレータやドリフトチューブ検出器などを用いることができる。ミュオン軌跡検出器は、これらを用いて、ミュオン入射粒子が流入する点Ｐ１を検知する流入側の検知面ＳＦ１を有する。同様に、ミュオン入射粒子が流出する点Ｐ２を検知する流出側の検知面ＳＦ２を有する。

検知面ＳＦ１および検知面ＳＦ２は、その面のいずれの位置にミュオン粒子が流入したかを特定できれば、平面状に限定されない。たとえば、一方に延びた位置敏感型の検出器を互いに隙間なく平行に配列したものでもよい。また、たとえば、棒状の位置敏感型検出器を互いに平行にかつ二層に配列することにより、確実に点Ｐ１を特定可能に構成することでもよい。

ミュオン軌跡検出器は、厚みｄを有することにより、検知面ＳＦ１上の点Ｐ１、検知面ＳＦ２上の点Ｐ２、および厚みｄにより、ミュオンがミュオン軌跡検出器を通過する位置（ミュオン通過位置情報）と方向を測定可能である。ミュオン軌跡検出器は、検知面ＳＦ１上の点Ｐ１、検知面ＳＦ２上の点Ｐ２のそれぞれの位置を出力する。なお、ミュオン軌跡検出器が演算部を有し方向も演算して出力してもよい。

解析コンピュータ２０は、時刻同期部２１、ミュオン軌跡解析部２２、画像作成部２３、および検出器位置算出部２４を有する。

時刻同期部２１は、第１クロック１１ｂによる時刻と第２クロック１２ｂによる時刻の間の同期をとる。宇宙線ミュオンは光速に近い速度を持つため、検出器間距離が数ｍ程度であれば同一のミュオンは、ほぼ同時に２つの検出器で測定されるものとしてもよい。

図３は、本実施形態に係る構造物スキャニング装置の時刻同期部の構成を示すブロック図である。時刻同期部２１は、起点同定部２１ａ、対応度判定部２１ｂ、および時刻補正部２１ｃを有する。起点同定部２１ａは、第１ミュオン軌跡検出器１１ａでの測定結果と第２ミュオン軌跡検出器１２ａでの測定結果との間の同期の確認のための起点を同定する、すなわち、少なくとも、第１ミュオン軌跡検出器１１ａでの測定結果と第２ミュオン軌跡検出器１２ａでの測定結果との間に対応関係があり、対応関係を判定するための起点となり得る部分であること確認する。

対応度判定部２１ｂは、起点として同定された以降に第１ミュオン軌跡検出器１１ａおよび第２ミュオン軌跡検出器１２ａで測定された結果が、互いに対応関係が認められるか否かを判定する。

図３に示す時刻補正部２１ｃは、第１ミュオン軌跡検出器１１ａでの測定結果と第２ミュオン軌跡検出器１２ａでの測定結果に対応関係があると判定された場合に、対応する部分が同時に発生したものとして、その発生時刻が、第１クロック１１ｂによる時刻と第２クロック１２ｂによる時刻で同時となるように、第１クロック１１ｂによる時刻と第２クロック１２ｂによる時刻のいずれか、または両者を補正する。

ミュオン軌跡解析部２２は、第１ミュオン軌跡検出器１１ａでの測定結果と第２ミュオン軌跡検出器１２ａで対応するとされた測定結果、すなわち同一のミュオンによる測定結果から、それぞれの軌跡を算出する。ミュオン軌跡解析部２２は、この結果に基づいて、２つの軌跡の角度変化すなわち散乱角θ（図４）および散乱発生点Ｐ０（図４）を導き出す。後述する軌跡方向直線Ｌ１（図４）方向のミュオンの軌跡の方向直線Ｌ２（図４）方向への変化は、通常は多重散乱によって生ずるが、これが等価的に１回のみの散乱によって発生したと想定して、この場合の当該散乱が発生した箇所を散乱発生点Ｐ０と呼ぶこととする。また、説明上および解析上の便宜のため、以下においても、等価的に１回の散乱によるものとして説明する。

図４は、本実施形態に係る構造物スキャニング装置１００におけるミュオン軌跡解析部２２による散乱角θの算出を説明するための概念的断面図である。図４は、対応関係にある場合の、第１データ記録部１１ｃに記録された第１ミュオン軌跡検出器１１ａでの測定結果、および第２データ記録部１２ｃに記録された第２ミュオン軌跡検出器１２ａでの測定結果である。

ミュオン軌跡解析部２２は、第１ミュオン軌跡検出器１１ａでのミュオンの流入点Ｐ１１と流出点Ｐ１２より軌跡方向直線Ｌ１を算出する。また、ミュオン軌跡解析部２２は、第２ミュオン軌跡検出器１２ａでのミュオンの流入点Ｐ２１と流出点Ｐ２２より軌跡方向直線Ｌ２を算出する。

ミュオン軌跡解析部２２は、次に、軌跡方向直線Ｌ１と軌跡方向直線Ｌ２の交点を算出する。３次元的には、測定誤差等により、軌跡方向直線Ｌ１と軌跡方向直線Ｌ２の交点が存在しない場合があるが、その場合は、軌跡方向直線Ｌ１と軌跡方向直線Ｌ２との最短距離を互いに生ずる部分のたとえば中間点とすることでもよい。あるいは、一方の直線上の点でもよい。

これにより、ミュオン軌跡解析部２２は、高密度部分２の一部と考えられる散乱発生点Ｐ０の位置を算出する。また、ミュオン軌跡解析部２２は、軌跡方向直線Ｌ１と軌跡方向直線Ｌ２とのなす角度から散乱角θを算出する。

このようにして、ミュオン軌跡解析部２２は、第１ミュオン軌跡検出器１１ａと第２ミュオン軌跡検出器１２ａでの測定結果のうちの、すべての互いに対応する測定結果、すなわち同時に発生したと判断される測定結果に基づいて、散乱発生点Ｐ０と散乱角θを算出する。

画像作成部２３は、散乱角θの標準偏差σ_θを得ることにより、式（１）よりＸ０を算出し構造物１内に存在する元素を特定するとともに、構造物の高密度部分２の領域を表示する。

画像作成部２３は、ミュオン軌跡解析部２２が導出した散乱角θおよび散乱発生点Ｐ０を集積する。ここで、散乱角θの標準偏差σ_θは、次の式（１）で表される。

ここで、βｃはミュオンの速度、ｐはミュオンの運動量、Ｘ_０は放射長で、原子番号に対応する物質ごとに固有の値であり、通過する物質の原子番号が大きいほど大きな値を持つ。

図５は、本実施形態に係る構造物スキャニング装置のミュオン軌跡解析部の演算結果による散乱角の分布図である。散乱角θの分布はほぼ正規分布であり、その標準偏差σ_θは、前述のように式（１）により得られる。すなわち、ミュオンのエネルギーが同一の場合、通過する物質の原子番号が大きいほど標準偏差σ_θが小さい。たとえば、図５に示すように、２種類の物質を比較すると、原子番号の大きな物質中は曲線Ｃ１のように標準偏差σ_θ１は小さく、これより原子番号のより小さな物質中は曲線Ｃ２のように標準偏差σ_θ２は大きくなる。

図６は、ミュオンの入射角φの影響を説明する概念図である。地球５の地点Ｚに至る宇宙線中のミュオンは、地球５の空気層６の外側では同じエネルギーであっても、地点Ｚに至る経路によりエネルギーが異なる。すなわち、地点Ｚを含む水平面を基準とした角度Φにより、エネルギーが異なる。

図７は、ミュオンの入射角φに依存するミュオンのエネルギースペクトル図である。横軸はミュオンのエネルギー、縦軸は頻度の絶対値あるいは相対値である。Φが９０度の場合が、ミュオンが通過する空気層６の距離が最も短い。この場合のエネルギースペクトルが曲線Ｇで表示されている。

一方、Φが０度の場合が、ミュオンが空気層６を通過する距離が最も長い。この場合のエネルギースペクトルが曲線Ｈで表されている。空気層６へ流入するミュオンのエネルギーが低いほど減衰する。このため、空気層６を通過する距離の少ない曲線Ｇの場合に比べて、曲線Ｈの場合のエネルギーの低い部分の割合は、小さくなっている。したがって、地点Ｚに流入するミュオンの平均エネルギーは、相対的に高いエネルギーの割合が大きなΦが０度の場合の方が、Φが９０度の場合に比べて高くなる。

図８は、ミュオンの入射角φに対する平均エネルギーの変化を示すグラフである。前記のように、地点Ｚに到達するミュオンの平均エネルギーは、Φが０度の場合に比べてΦが９０度の場合の方が低くなる。この間のΦについても、この傾向は単調であり、図８に示すように、Φが大きくなるにつれて平均エネルギーは低くなる傾向となる。

図１に示す画像作成部２３は、エネルギーＥに対応するミュオンの速度βc＝βＣ（Ｅ）およびミュオンの運動量ｐ＝ｐ（Ｅ）を、ミュオンの入射角φに依存するミュオンの平均エネルギーＥａｖに対応させ、ミュオンの入射角φへの依存性を考慮している。

図９は、画像作成部で平均エネルギーの変化の反映の効果を示す概念的な断面図であり、（ａ）は考慮しない場合、（ｂ）は考慮した場合を示す。ほぼ厚さが一定のドーム状の構造物の場合を例にとっている。

入射角Φによる平均エネルギーの変化を考慮しない場合は（ａ）に示すように、天井部の厚みＷｔ１に対する水平方向の厚みＷｓ１は大きいものとして示されている。一方、本実施形態における画像作成部２３での入射角Φによる平均エネルギーの変化を考慮した画像では、（ｂ）に示すように、天井部の厚みＷｔ２と水平方向の厚みＷｓ２はほぼ同程度のものとして表示される。

図１に示す検出器位置算出部２４は、測定結果から、逆に第１ミュオン軌跡検出器１１ａの位置に対する第２ミュオン軌跡検出器１２ａの相対的な位置を算出する。

図１０は、本実施形態に係る構造物スキャニング装置の検出器位置算出部の作用を説明するための概念図である。

前述のようにミュオンの散乱角θは、０を平均値とした式（１）で示される標準偏差σ_θを持つ正規分布を示す。このため、計数を増加させることにより散乱角θの平均値は０に近づく。測定されたミュオン軌跡の平均値を、２つの検出器を通過する直線と仮定すれば、第１ミュオン軌跡検出器１１ａの軌跡の延長上に第２ミュオン軌跡検出器１２ａの軌跡が有ることになる。すなわち、点Ｐ１１にベクトルＤ１の方向に入射した場合、平均的には、ベクトルＤ１の延長上の点Ｐ２２に至る直線となる。この結果、第２ミュオン軌跡検出器１２ａの相対的な位置が算出可能である。

図１０において、破線で表示している第２ミュオン軌跡検出器１２ａは、位置を変更する前を示している。この位置にある状態で、構造物１における高密度部分２の位置を特定したとする。この状態においては、透視可能な範囲は高密度部分２を含む、第１ミュオン軌跡検出器１１ａと第２ミュオン軌跡検出器１２ａとを結ぶ直線ｇ１と直線ｇ２に囲まれた範囲である。

その後、第２ミュオン軌跡検出器１２ａは、実線で表示している位置に移動したとする。このとき、透視可能な範囲は高密度部分２を含む、第１ミュオン軌跡検出器１１ａと第２ミュオン軌跡検出器１２ａとを結ぶ直線Ｇ１と直線Ｇ２に囲まれた範囲に変化する。この状態では、高密度部分２は、図１０に示すように、図１０における左右方向に透視可能な幅をｒ３：ｒ４に分割する位置となっている。また、高密度部分２の奥行き方向の位置は、すでに第１ミュオン軌跡検出器１１ａと第２ミュオン軌跡検出器１２ａ間をｒ１：ｒ２に分割する位置であることが分かっている。

このような位置に高密度部分２を見る第２ミュオン軌跡検出器１２ａの位置は容易に算出可能である。このように、検出器位置算出部２４は、測定結果から、逆に第１ミュオン軌跡検出器１１ａの位置に対する第２ミュオン軌跡検出器１２ａの相対的な位置を算出することができる。

以上のように、検出器位置算出部２４は、ミュオン軌跡検出器の位置を厳密に固定したり、検出器の移動距離を正確に測定したりする必要がなく、大まかな設置位置情報から高い精度でミュオン軌跡検出器の相対位置を測定することが可能となる。

図１１は、本実施形態に係る構造物スキャニング方法の手順を示すフロー図である。

まず、第１ミュオン軌跡検出装置１１および第２ミュオン検出装置１２が、ミュオン検出を行う。あるいは、ミュオン検出状態とする（ステップＳ１０）。この結果、第１データ記録部１１ｃに、第１ミュオン軌跡検出器１１ａが発した位置情報、方角情報、および第１クロック１１ｂが発した時刻情報が記録される。

また、第２データ記録部１２ｃに、第２ミュオン軌跡検出器１２ａが発した位置情報、方角情報、および第２クロック１２ｂが発した時刻情報が記録される。

次に、時刻同期部２１が、第１データ記録部１１ｃに記録された時刻情報と、第２データ記録部１２ｃに記録された時刻情報との対応関係を確認し、第１データ記録部１１ｃと第２データ記録部１２ｃの間の同期を行う（ステップＳ２０）。

次に、ミュオン軌跡解析部２２が、対応するとされた第１データ記録部１１ｃと第２データ記録部１２ｃのそれぞれに記録されたミュオン通過位置情報に基づいて、高密度部分２の一部と考えられる散乱発生点Ｐ０を含むミュオンの軌跡を導き出し、併せて散乱角θを算出する（ステップＳ３０）。

次に、画像作成部２３が、散乱角θの標準偏差σ_θを得ることにより構造物１内に存在する元素を特定するとともに、構造物１の高密度部分２の領域を表示する（ステップＳ４０）。

次に、検出器位置算出部２４が、ミュオン軌跡検出器の位置を算出する（ステップＳ５０）。次に、ミュオン軌跡検出器の移動先が有るか否かを判定する（ステップＳ６０）。移動先があると判定された場合（ステップＳ６０ＹＥＳ）はステップＳ１０以下を繰り返す。移動先がないと判定された場合（ステップＳ６０ＮＯ）は終了する。

図１２は、本実施形態に係る構造物スキャニング方法における時刻同期の手順を示すフロー図である。

まず、同期調整時点か否かを判定する（ステップＳ２１）。所定の期間ごとに同期調整を行う場合、それぞれの期間の終了時点であるかの判定となる。あるいは、外部から同期調整を行うことを指定する場合は、入出力部３０からの同期調整実施の指示入力を受けた場合を同期調整時点と判定する。判定は所定の時間間隔ごとに行う。

同期調整時点と判定されない場合（ステップＳ２１ＮＯ）は、所定の時間間隔に至った場合に再度ステップＳ２１を実行する。

同期調整時点と判定された場合（ステップＳ２１ＹＥＳ）は、起点同定部２１ａが起点の同定を行う（ステップＳ２２）。図１３は、本実施形態に係る構造物スキャニング方法における時刻同期の起点の同定を説明するグラフである。

今、第１データ記録部１１ｃに記録された時刻情報の一部、たとえば、図１３に示すように、時刻情報Ｓ_１１、時刻情報Ｓ_１２および時刻情報Ｓ_１３を選択する。このとき、時刻情報Ｓ_１１と時刻情報Ｓ_１２との時間間隔をＴ１１、時刻情報Ｓ_１１と時刻情報Ｓ_１３との時間間隔をＴ１２とする。

同様に、第１データ記録部１１ｃに記録された時刻情報の一部の数と同数の、第２データ記録部１２ｃに記録された時刻情報の一部、たとえば、図１３に示すように、時刻情報Ｓ_２１、時刻情報Ｓ_２２および時刻情報Ｓ_２３を選択する。選択の仕方は、第１データ記録部１１ｃに記録された時刻情報より所定の時間だけ早い時刻のものから、順次、１つずつずらしていく。このとき、時刻情報Ｓ_２１と時刻情報Ｓ_２２との時間間隔をＴ２１、時刻情報Ｓ_２１と時刻情報Ｓ_２３との時間間隔をＴ２２とする。

なお、第１データ記録部１１ｃに記録された時刻情報の一部および第２データ記録部１２ｃに記録された時刻情報の一部として選択される時刻情報の数は、少なくとも２つであり、図１３のような３つの場合、あるいはそれ以上でもよい。

起点の対応は、時間間隔が誤差の範囲で一致するか、すなわち｜Ｔ１１−Ｔ２１｜＜ε１かつ｜Ｔ１２−Ｔ２２｜＜ε２が成立するか否かを判定する。ここで、ε１およびε２はそれぞれ、たとえば、誤差とみなせる上限の値であり、経験的に設定することでよい。順次ずらしていって確認した結果、起点の対応が見つからなかった場合（ステップＳ２３ＮＯ）は、ステップＳ２２以下を繰り返す。

起点の対応が確認された場合（ステップＳ２３ＹＥＳ）には、選択されたそれぞれの時刻情報の時刻が起点となるとする。次に所定時間計測を行う。あるいは、計測が継続している場合には、起点となる時刻情報に続く時刻情報を所定の数だけ、それぞれ選択する（ステップＳ２４）。

次に、対応度判定部２１ｂ（図３）が、対応度を判定する（ステップＳ２５）。図１４は、本実施形態に係る構造物スキャニング方法における時刻同期における対応度判定を説明するグラフである。図１４に示すように、ステップＳ２３で、起点の対応が確認された第１データ記録部１１ｃに記録された時刻情報の一部と第２データ記録部１２ｃに記録された時刻情報の一部に続く時刻情報を、起点の対応の確認に用いた時刻情報の数より十分に多い数だけ、対応度判定部２１ｂが選択する。

図１４の場合は、第１データ記録部１１ｃに記録された時刻情報としては、Ｓ_１１、Ｓ_１２およびＳ_１３に続いて６点の情報が選択されている。また、第２データ記録部１２ｃに記録された時刻情報としては、Ｓ_２１、Ｓ_２２およびＳ_２３に続いて同様に６点の時刻情報が選択されている。図１４では、説明の便宜上、Ｓ_１１とＳ_２１の時刻を同じ時刻に合わせて表示している。

今、第１データ記録部１１ｃの選択された時刻情報のそれぞれについて、最初の時刻情報からの経過時間を、Ｔ１１〜Ｔ１８とする。また、第２データ記録部２１ｃの選択された時刻情報のそれぞれについて、最初の時刻情報からの経過時間を、Ｔ２１〜Ｔ２８とする。

図１４の例において、Ｔ１１〜Ｔ１８とＴ２１〜Ｔ２８を対応させると、Ｔ１１とＴ２１、Ｔ１２とＴ２２、Ｔ１３とＴ２４、Ｔ１５とＴ２５、Ｔ１７とＴ２７、Ｔ１８とＴ２８は対応している。一方、Ｔ２３、Ｔ１４、Ｔ２６およびＴ１６においては、一方のみに発生しており他方には発生していない。

一方にのみ発生しており、他方には発生していないことが明確なのは、たとえば、Ｔ１４のみの場合は、第１ミュオン軌跡検出器１１ａは通過したが、第２ミュオン軌跡検出器１２ａは通過しない方角であった場合である。また、Ｔ２３のみの場合は、第１ミュオン軌跡検出器１１ａを通過しないミュオンが第２ミュオン軌跡検出器１２ａを通過した場合である。このように、一方にのみ発生しており、他方には発生していないことが明確な場合は対応確認の上で除外しても問題ない。対応度判定部２１ｂはこのような場合を対応確認上、除外する。

今、｜Ｔ１１−Ｔ２１｜／Ｔ１１＝ε１１、｜Ｔ１２−Ｔ２２｜／Ｔ１２＝ε２２、｜Ｔ１３−Ｔ２４｜／Ｔ１３＝ε３４、…、｜Ｔ１８−Ｔ２８｜／Ｔ１８＝ε８８のように相対差を定義し、それぞれ所定の誤差上限εと比較し、εより小であると判定された数の割合を対応度ＣＲと定義する。図１４の場合は、ＣＲ＝７／７となり、対応度ＣＲは１００％となる。

次に、対応度判定部２１ｂは、対応関係があるか、すなわち対応度が判定値より大きいか否かを判定する（ステップＳ２６）。判定値は、たとえば、９０％と大きな値でもよい。対応していると判定されない場合（ステップＳ２６ＮＯ）は、ステップＳ２１以下を繰り返す。

図１４の例のように対応していると判定された場合（ステップＳ２６ＹＥＳ）は、時刻補正部２１ｃ（図３）は、同期をとるように、すなわち、図１４で示すように時刻情報Ｓ_１１と時刻情報Ｓ_２１の時刻を合わせるように、第１クロック１１ｂによる時刻と第２クロック１２ｂによる時刻のいずれか、または両者を補正する（ステップＳ２７）。

以上のように、本実施形態によれば、対象とする構造物の内部を透視するにあたり、簡易な方法で効率的に広い範囲のスキャニングを実施することができる。

［その他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。例えば、実施形態では、高密度部分２の存在を確認する形で説明したが、これには限定されない。すなわち、密度の違いに基づく内部の確認を行う例として示したに過ぎない。

また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…構造物、２…高密度部分、５…地球、６…空気層、１１…第１ミュオン軌跡検出装置、１１ａ…第１ミュオン軌跡検出器、１１ｂ…第１クロック、１１ｃ…第１データ記録部、１２…第２ミュオン軌跡検出装置、１２ａ…第２ミュオン軌跡検出器、１２ｂ…第２クロック、１２ｃ…第２データ記録部、２０…解析コンピュータ、２１…時刻同期部、２１ａ…起点同定部、２１ｂ…対応度判定部、２１ｃ…時刻補正部、２２…ミュオン軌跡解析部、２３…画像作成部、２４…検出器位置算出部、３０…入出力部、１００…構造物スキャニング装置

Claims

対象とする構造物の内部を透視する構造物スキャニング装置であって、
第１ミュオン軌跡検出器と第１クロックとを有する第１ミュオン検出装置と、
前記第１ミュオン軌跡検出器とともに前記構造物を挟んで設けられた第２ミュオン軌跡検出器と、第２クロックとを有する第２ミュオン検出装置と、
前記第１クロックと前記第２クロックの同期をとるための時刻同期部と、
前記第１ミュオン軌跡検出器、前記構造物および前記第２ミュオン軌跡検出器を通過するミュオンの軌跡を導き出すミュオン軌跡解析部と、
を備え、
前記時刻同期部は、
前記第１クロックと前記第２クロックの同期をとるための起点を同定する起点同定部と、
前記起点から前記第１クロックおよび前記第２クロックを通過したミュオンの時刻を互いに比較して、対応しているか否かを判定する対応度判定部と、
前記対応度判定部にて対応していると判定された場合に、前記第１クロックと前記第２クロックの同期をとるために時刻を補正する時刻補正部と、
を有することを特徴とする構造物スキャニング装置。
対象とする構造物の内部を透視する構造物スキャニング装置であって、
第１ミュオン軌跡検出器と第１クロックを有する第１ミュオン検出装置と、
前記第１ミュオン軌跡検出器とともに前記構造物を挟んで設けられた第２ミュオン軌跡検出器と、第２クロックを有する第２ミュオン検出装置と、
前記第１クロックと前記第２クロックの同期をとるための時刻同期部と、
前記第１ミュオン軌跡検出器、前記構造物および前記第２ミュオン軌跡検出器を通過するミュオンの軌跡を導き出すミュオン軌跡解析部と、
を備え、
前記ミュオン軌跡解析部は、前記ミュオンのエネルギーを前記ミュオンの前記第１ミュオン軌跡検出器への入射方向の水平方向からの角度に依存するものとして取り扱うことを特徴とする構造物スキャニング装置。
前記第１ミュオン軌跡検出器および前記第２ミュオン軌跡検出器はそれぞれ移動可能に構成され、
前記第１ミュオン軌跡検出器および前記第２ミュオン軌跡検出器のいずれかが移動したときにもその位置を算出する検出器位置算出部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の構造物スキャニング装置。
対象とする構造物の内部を透視する構造物スキャニング方法であって、
前記構造物を挟んで設けられた第１ミュオン軌跡検出器と第１クロックを有する第１ミュオン検出装置、および第２ミュオン軌跡検出器と第２クロックを有する第２ミュオン検出装置がミュオンを測定する測定ステップと、
時刻同期部が、前記第１クロックと前記第２クロックの同期をとるための時刻同期ステップと、
ミュオン軌跡解析部が、前記第１ミュオン軌跡検出器、前記構造物および前記第２ミュオン軌跡検出器を通過するミュオンの軌跡を導き出すミュオン軌跡解析ステップと、
を有し、
前記時刻同期ステップは、
起点同定部が起点を同定する起点同定ステップと、
対応度判定部が前記起点を同定した後に前記第１ミュオン軌跡検出器での検出タイミングと前記第２ミュオン軌跡検出器での検出タイミングとの間の対応度を判定する対応度判定ステップと、
時刻補正部が前記第１クロックと前記第２クロックの少なくとも一方の時刻を補正する時刻補正ステップと、
を有することを特徴とする構造物スキャニング方法。