JP2019045404A - 非破壊分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１台で被検査物のＸ線透視像またはＸ線ＣＴ像を取得でき、かつ被検査物内部の元素分析を行うことができる非破壊分析装置を提供する。【解決手段】非破壊分析装置１は、試料Ｓを載せる載置台２１を含む移動ステージ２０と、試料Ｓに照射するＸ線を発生させるＸ線源１０と、試料Ｓを透過したＸ線を検出するＸ線検出器１１と、試料Ｓに照射する中性子を発生させる中性子源１２と、試料Ｓから発生する即発ガンマ線を検出するガンマ線検出器１３と、移動ステージ２０、Ｘ線源１０、Ｘ線検出器１１、中性子源１２、および、ガンマ線検出器１３を収容する筐体３０と、試料Ｓの元素分析を行う箇所として試料Ｓにおいて特定された特定部位に中性子源１２が中性子を照射可能となるように移動ステージ２０を制御する制御部４１と、ガンマ線検出器１３によって検出された即発ガンマ線に基づいて特定部位の元素分析を行う分析部４２とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、非破壊分析装置に関する。

従来から被検査物を破壊せずに被検査物の形状や密度を反映したＸ線透視像またはＸ線ＣＴ像を取得するＸ線透視装置およびＸ線ＣＴ装置と、被検査物を破壊せずに被検査物の表面の元素を分析する蛍光Ｘ線分析装置とが知られている。例えば特許文献１のＸ線複合装置は、１台でＸ線ＣＴ撮影および蛍光Ｘ線による元素分析を行う。

特許第６０３６３２１号公報

ところで、被検査物に照射されたＸ線により発生する蛍光Ｘ線は、被検査物によって自己吸収される。このため、蛍光Ｘ線による元素分析では、被検査物表面の元素を分析することができるが、被検査物内部の元素を分析することができない。

本発明の目的は、１台で被検査物のＸ線透視像またはＸ線ＣＴ像を取得でき、かつ被検査物内部の元素分析を行うことができる非破壊分析装置を提供することにある。

本発明の非破壊分析装置の一形態は、被検査物を載せる載置台、および、前記載置台を移動させる移動機構を有する移動ステージと、前記被検査物に照射するＸ線を発生させるＸ線源と、前記被検査物を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、前記被検査物に照射する中性子を発生させる中性子源と、前記中性子を照射した前記被検査物から発生する即発ガンマ線を検出するガンマ線検出器と、前記移動ステージ、前記Ｘ線源、前記Ｘ線検出器、前記中性子源、および、前記ガンマ線検出器を収容する筐体と、前記被検査物の元素分析を行う箇所として特定された前記被検査物の特定部位に前記中性子源による前記中性子の照射が可能となるように前記移動機構を制御する制御部と、前記ガンマ線検出器によって検出された即発ガンマ線に基づいて、前記特定部位の元素分析を行う分析部とを備える。

上記非破壊分析装置によれば、Ｘ線源およびＸ線検出器によって被検査物のＸ線透視像を撮影する機構と、中性子源およびガンマ線検出器によって被検査物の内部の元素分析を行う機構とが筐体に収容されているため、１台の非破壊分析装置で被検査物のＸ線透視像を取得でき、かつ被検査物内部の元素分析を行うことができる。

加えて、Ｘ線源およびＸ線検出器によって被検査物を撮影する場合と、中性子源およびガンマ線検出器によって被検査物の内部の元素分析を行う場合とで、試料を載置台から外す必要がなく、被検査物における特定部位に中性子が照射できるように制御部が移動ステージを制御する。したがって、制御部による移動ステージの制御を通じて、被検査物における特定部位に中性子が照射できるように、中性子源と被検査物との位置合わせを行うことができる。

前記非破壊分析装置の一例としては、前記制御部は、前記Ｘ線検出器を通じて取得された２次元のＸ線透視像において特定された前記特定部位に、前記中性子源による前記中性子の照射が可能となるように前記移動機構を制御し、前記Ｘ線源による前記Ｘ線の照射方向と、前記中性子源による前記中性子の照射方向とが平行である。

上記非破壊分析装置によれば、ユーザが２次元のＸ線透視像に基づいて被検査物の特定部位を指定した場合、中性子源による中性子の照射方向がＸ線源によるＸ線の照射方向と同じ方向であるため、被検査物の特定部位に中性子を照射しやすくなる。したがって、被検査物の特定部位の元素情報を取得しやすくなる。

前記非破壊分析装置の一例としては、前記移動ステージは、前記載置台を回転させる回転機構を有する。
上記非破壊分析装置によれば、例えばＸ線源によるＸ線の照射方向と中性子源による中性子の照射方向とが異なる場合、被検査物の特定部位に対するＸ線源によるＸ線の入射方向と特定部位に対する中性子源による中性子の入射方向とが同じになるように回転機構によって載置台を回転させる。これにより、被検査物の特定部位に中性子を照射しやすくなる。したがって、被検査物の特定部位の元素情報を取得しやすくなる。

前記非破壊分析装置の一例としては、前記制御部は、前記Ｘ線検出器を通じて取得されたＸ線ＣＴ像において特定された前記特定部位に、前記中性子源による前記中性子の照射が可能となるように前記移動機構および前記回転機構を制御する。

上記非破壊分析装置によれば、移動ステージ、Ｘ線源、および、Ｘ線検出器によって被検査物のＸ線ＣＴ像を撮影する機構と、中性子源およびガンマ線検出器によって被検査物の内部の元素分析を行う機構とが筐体に収容されている。このため、１台の非破壊分析装置で被検査物のＸ線ＣＴ像を取得でき、かつ被検査物内部の元素分析を行うことができる。

前記非破壊分析装置の一例としては、前記制御部は、前記中性子源が前記中性子を前記被検査物に照射する場合、前記回転機構により前記被検査物を回転させて前記特定部位における前記中性子の入射方向を制御する。

上記非破壊分析装置によれば、被検査物が特定部位の元素分析に適した向きとなるように被検査物を回転機構により回転させたうえで、被検査物の特定部位に中性子を照射できる。したがって、被検査物の特定部位の元素分析の精度を高めることができる。

前記非破壊分析装置の一例としては、前記制御部は、前記被検査物の元素分析を行う場合、前記移動機構により前記被検査物の前記特定部位を前記回転機構の回転中心に移動させ、前記特定部位への前記中性子源による前記中性子の照射中に、前記回転機構により前記被検査物を回転させる。

上記非破壊分析装置によれば、回転機構における回転軸上の被検査物の特定部位およびその周囲の元素固有のガンマ線スペクトルデータは常に取得できるが回転軸上以外の部位のデータは回転に伴い変化していく。したがって、回転中のスペクトルデータを積算すると、回転軸以外の部位のデータは平均化されて減少し、回転軸上のデータだけが残るため、単一方向から中性子を被検査物の特定部位に照射した場合に比べ、特定部位の元素データを強調して取得できる。このため、ユーザが特定部位の元素分析をより精度よく行うことができる。

前記非破壊分析装置の一例としては、前記特定部位は、前記Ｘ線ＣＴ像の所定の断層像において特定される前記被検査物の内部の部位である。
上記非破壊分析装置によれば、Ｘ線ＣＴ像に基づいてユーザが被検査物の内部において元素分析を行いたい部位（特定部位）を容易に指定できる。

前記非破壊分析装置の一例としては、前記中性子源は、重水素同士の核融合反応で発生する中性子、重水素とトリチウムの核融合反応で発生する中性子、陽子または重陽子とリチウムまたはベリリウムの核反応で発生する中性子、または、放射性同位体で発生する中性子のいずれかを前記被検査物に照射する。

上記非破壊分析装置によれば、中性子を発生させるために原子炉を用いる場合に比べ、非破壊分析装置の小型化およびコストダウンを図ることができる。

本発明に関する非破壊分析装置によれば、１台で被検査物のＸ線透視像またはＸ線ＣＴ像を取得でき、かつ被検査物内部の元素分析を行うことができる。

第１実施形態の非破壊分析装置において（ａ）は試料にＸ線が照射される場合の斜視図、（ｂ）は試料に中性子が照射される場合の斜視図。 非破壊分析装置の測定手順を示すシーケンス図。 第２実施形態の非破壊分析装置の斜視図。 非破壊分析装置の測定手順を示すシーケンス図。 第３実施形態の非破壊分析装置の測定手順を示すシーケンス図。 （ａ）および（ｂ）は試料の特定部位と回転ステージの回転軸との位置調整を示す斜視図。 試料に中性子が照射される場合の斜視図。

（第１実施形態）
図１（ａ）に示されるように、非破壊分析装置１は、Ｘ線を被検査物の一例である試料Ｓに照射して試料Ｓの形状、厚さ、密度、および、組成を反映した透視像を得るＸ線透視装置としての機能と、中性子を試料Ｓに照射して試料Ｓを構成する元素を測定する即発ガンマ線元素分析装置としての機能とを備える。試料Ｓの一例は、電子部品、鉱物、骨等である。非破壊分析装置１は、Ｘ線源１０、Ｘ線検出器１１、中性子源１２、ガンマ線検出器１３、移動ステージ２０、筐体３０、および、制御装置４０を備える。筐体３０は、Ｘ線源１０、Ｘ線検出器１１、中性子源１２、ガンマ線検出器１３、および、移動ステージ２０を収容している。制御装置４０は、筐体３０の外部において筐体３０に取り付けられている。

Ｘ線源１０は、コーンビーム状のＸ線（図１（ａ）中の二点鎖線）を試料Ｓに向けて照射する。Ｘ線源１０の一例は、互いに間隔を隔てて配置されたフィラメントおよびターゲットを含むＸ線管球が用いられる。ターゲットには、例えばモリブデン、タングステン等が用いられる。Ｘ線管球は、フィラメントとターゲットとの間に高電圧を印加することにより、フィラメントから放出される熱電子をターゲットに衝突させ、ターゲットからＸ線を発生させる。

Ｘ線検出器１１は、試料Ｓを挟んでＸ線源１０によるＸ線の照射方向と対向する位置に配置されている。Ｘ線検出器１１は、試料ＳのＸ線透視像を得るためのものであり、試料Ｓの透過Ｘ線を検出し、その検出結果を制御装置４０に出力する。Ｘ線検出器１１の一例は、ＣＭＯＳイメージセンサとシンチレータとを組み合せた構造である。本実施形態のＸ線検出器１１は、フラットパネル型のＸ線検出器である。

Ｚ方向において、中性子源１２の配置位置は、Ｘ線源１０の配置位置と等しい。Ｘ方向において、中性子源１２の配置位置は、Ｘ線源１０の配置位置とは異なる。本実施形態では、中性子源１２による中性子の照射方向とＸ線源１０によるＸ線の照射方向とは平行である。中性子源１２は、核融合反応、核反応、または、放射性同位体を用いて中性子を試料Ｓに向けて照射する。中性子源１２としては、重水素同士の核融合反応で中性子を発生する中性子源、重水素とトリチウムとの核融合反応で中性子を発生する中性子源、陽子または重陽子とリチウムまたはベリリウムの核反応で中性子を発生する中性子源、または、放射性同位体を用いて中性子を発生する中性子源のうちのいずれか一つが用いられることが好ましい。これにより、中性子を発生させるために原子炉を用いる場合に比べ、非破壊分析装置１の小型化およびコストダウンを図ることができる。

本実施形態の中性子源１２は、真空管と、重水素イオンビームを発生する重水素イオンビーム発生部と、トリチウムを含む金属ターゲット（ともに図示略）とを備える。重水素イオンビーム発生部および金属ターゲットは、真空管に収容されている。中性子源１２では、重水素イオンビームが金属ターゲットに衝突することにより、重水素‐トリチウム核融合反応が生じ、高速で飛行する中性子が発生する。

ガンマ線検出器１３は、試料Ｓを挟んで中性子源１２による中性子の照射方向と対向する位置に配置されている。ガンマ線検出器１３は、試料Ｓに中性子が照射されたときに試料Ｓから発生する即発ガンマ線を検出し、その検出結果を制御装置４０に出力する。ガンマ線検出器１３は、ゲルマニウム（Ｇｅ）半導体検出器、または、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）シンチレーション検出器を用いることができる。本実施形態のガンマ線検出器１３は、ゲルマニウム半導体検出器が用いられている。

移動ステージ２０は、試料Ｓを３軸方向（図１中のＸ方向、Ｙ方向、および、Ｚ方向）に移動させる。本実施形態において、Ｚ方向は非破壊分析装置１の高さ方向であり、Ｙ方向は、Ｘ線源１０によるＸ線の照射方向および中性子源１２による中性子の照射方向であり、Ｘ方向はＸ線源１０および中性子源１２の配列方向、ならびに、Ｘ線検出器１１およびガンマ線検出器１３の配列方向である。Ｘ方向、Ｙ方向、および、Ｚ方向は互いに直交している。移動ステージ２０は、試料Ｓを載せる載置台２１と、載置台２１を３軸方向に移動させる移動機構２２とを有する。移動機構２２の一例は、Ｘ方向に往復移動可能な第１移動機構と、第１移動機構をＹ方向に往復移動可能な第２移動機構と、第２移動機構をＺ方向に移動可能な第３移動機構とを有する。第１〜第３移動機構は、駆動源となるモータと、モータの回転運動を直線運動に変換する回転直線変換機構とを有する。回転直線変換機構の一例は、送りねじ機構である。載置台２１には、試料Ｓを載置台２１に固定するための固定部（図示略）が設けられている。固定部の一例は、試料ＳをＸ方向に挟み込む一対のアームである。

制御装置４０は、Ｘ線源１０、中性子源１２、および、移動ステージ２０の移動機構２２を制御する。制御装置４０は、制御部４１、分析部４２、操作部４３、および、表示部４４を有する。

制御部４１は、予め定められる制御プログラムを実行する演算処理装置および記憶部を含む。演算処理装置は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＭＰＵ（Micro Processing Unit）を含む。記憶部には、各種の制御プログラムおよび各種の制御処理に用いられる情報が記憶されている。制御部４１は、制御モードとして、２次元のＸ線透視像を取得するためのＸ線透視モードと、試料Ｓにおいてユーザによって特定された特定部位ＳＰの元素を分析するための元素分析モードとを有する。制御部４１は、操作部４３の操作に基づいてＸ線透視モードと元素分析モードとを切り替える。

分析部４２は、元素分析モードにおいて、ガンマ線検出器１３の検出結果に基づいて試料Ｓにおいて特定部位ＳＰを含む中性子の通過領域の元素分析を行う。
表示部４４は、操作部４３による操作情報、Ｘ線検出器１１による検出結果であるＸ線透視像、および、ガンマ線検出器１３の検出結果である試料Ｓの元素分析の結果を表示する。

次に、非破壊分析装置１の測定手順について説明する。
図２に示されるように、ユーザは、ステップＳ１１において試料Ｓを載置台２１に固定し、ステップＳ１２において操作部４３を操作してＸ線透視モードを選択する。これにより、非破壊分析装置１においては、ステップＳ１３においてＸ線源１０が試料Ｓに向けてＸ線を照射し、Ｘ線検出器１１が透視Ｘ線を検出する。そして制御部４１がＸ線検出器１１の検出結果に基づいて２次元のＸ線透視像を取得する。そして制御部４１は、ステップＳ１４においてＸ線透視像を表示部４４に表示する。

表示部４４にＸ線透視像が表示されたとき、ユーザは、ステップＳ１５において操作部４３を操作して元素分析モードを選択し、ステップＳ１６において表示部４４に表示されたＸ線透視像における元素を分析する部位（以下、特定部位ＳＰ）を指定する。これにより、非破壊分析装置１において、制御部４１は、ステップＳ１７において中性子源１２の中性子が試料Ｓの特定部位ＳＰに照射されるように移動機構２２を制御して試料Ｓを移動させる。一例では、制御部４１は、Ｘ線透視像上に予め設定されたＸ線源１０の照射中心位置と中性子源１２の照射中心位置とが一致するように移動機構２２により載置台２１をＸ方向に移動させる。載置台２１のＸ方向への移動量は、Ｘ線源１０の照射中心と中性子源１２の照射中心との間の距離に等しい。制御部４１には、Ｘ線源１０の照射中心と中性子源１２の照射中心との間の距離が予め記憶されている。制御部４１は、移動機構２２により載置台２１をＸ方向に移動させた後、中性子源１２の照射中心位置と特定部位ＳＰとの離隔量を演算する。具体的には、制御部４１は、Ｘ線透視像において中性子源１２の照射中心位置を原点として、特定部位ＳＰの座標を演算する。そして制御部４１は、原点と特定部位ＳＰとの間の距離を離隔量として演算する。そして制御部４１は、離隔量が０となるように移動機構２２により載置台２１をＸ方向およびＺ方向において移動させる。そして、ステップＳ１８において中性子源１２が試料Ｓの特定部位ＳＰに中性子を照射し、試料Ｓから発生する即発ガンマ線をガンマ線検出器１３が検出する（図１（ｂ）参照）。そして分析部４２は、試料Ｓにおいて特定部位ＳＰを含む中性子の通過領域に存在する元素を取得する。分析部４２は、ガンマ線検出器１３の検出結果に基づいて元素データを取得する。元素データの一例は、ガンマ線エネルギーと、ガンマ線が検出された数（計数値）との関係のグラフ、テーブル、ガンマ線のエネルギーから算出した元素等の情報である。そして制御部４１は、ステップＳ１９において元素データを表示部４４に表示する。

本実施形態の作用について説明する。なお、以下の説明において、本実施形態と比較される比較構成は、試料ＳのＸ線透視像を取得するためのＸ線透視装置と、試料Ｓの内部を元素分析するための即発ガンマ線元素分析装置とが個別の装置として設けられた構成である。

比較構成においては、Ｘ線透視装置の載置台に試料Ｓを固定してＸ線源からＸ線を試料Ｓに照射してＸ線透視像を取得する。そしてＸ線透視装置の載置台から試料Ｓを取り外し、即発ガンマ線元素分析装置の載置台に試料Ｓを固定して中性子源から中性子を試料Ｓに照射して試料Ｓの内部を元素分析する。ここで、ユーザがＸ線透視像から試料Ｓの内部の元素を分析したい部位である特定部位ＳＰを指定しても、特定部位ＳＰはＸ線透視装置の載置台に載せられた試料Ｓにおける位置であり、即発ガンマ線元素分析装置の載置台に試料Ｓが移し変えられたときにＸ線透視像に対応する試料Ｓの透視方向や特定部位ＳＰの位置がずれるおそれがある。特に、特定部位ＳＰが試料Ｓの内部の部位である場合には、試料Ｓの外観上に目印がないため、中性子が特定部位ＳＰを照射するように中性子源と即発ガンマ線元素分析装置の載置台との位置合わせを行うことは難しく手間である。

本実施形態では、載置台２１に試料Ｓが載せられた後、Ｘ線源１０からＸ線を試料Ｓに照射してＸ線透視像を取得し、そして載置台２１に試料Ｓを載せたまま、移動機構２２によって中性子源１２からの中性子が試料Ｓの特定部位ＳＰに照射されるように試料Ｓを移動させる。このようにＸ線を試料Ｓに照射する場合および中性子を試料Ｓに照射する場合において試料Ｓを載置台２１から動かさないため、中性子源１２からの中性子を試料Ｓの特定部位ＳＰに容易に照射することができる。加えて、ユーザがＸ線透視像において特定部位ＳＰを指定すると、中性子源１２からの中性子を試料Ｓの特定部位ＳＰに照射可能なように、制御部４１が移動機構２２を移動させる。このため、制御部４１による移動機構２２の制御を通じて、試料Ｓにおける特定部位ＳＰに中性子が照射できるように、中性子源１２と試料Ｓとの位置合わせを行うことができる。したがって、ユーザが中性子源１２と試料Ｓとの位置合わせを行う手間を省くことができる。

本実施形態の非破壊分析装置１によれば、さらに以下の効果が得られる。
（１−１）Ｘ線源１０およびＸ線検出器１１によって試料Ｓを撮影して２次元のＸ線透視像を取得する機構と、中性子源１２およびガンマ線検出器１３によって試料Ｓの内部の元素分析を行う機構とが筐体３０に収容されている。このため、１台の非破壊分析装置１で試料ＳのＸ線透視像を取得でき、かつ試料Ｓの内部の元素分析を行うことができる。したがって、上記比較構成と比べ、装置の小型化を図ることができる。

（１−２）Ｘ線源１０によるＸ線の照射方向と、中性子源１２による中性子の照射方向とが平行である。このため、ユーザがＸ線透視像に基づいて試料Ｓの特定部位ＳＰを指定した場合、中性子源１２の照射方向がＸ線源１０の照射方向と同じ方向であるため、試料Ｓの特定部位ＳＰを中性子が通過する確率が高くなる。したがって、試料Ｓの特定部位ＳＰを含む試料Ｓの元素情報を取得しやすくなる。加えて、Ｘ線源１０によるＸ線の照射方向と、中性子源１２による中性子の照射方向とが異なる構成に比べ、筐体３０のＸ方向のサイズを小さくできる。したがって、非破壊分析装置１の小型化を図ることができる。

（第２実施形態）
図３および図４を参照して、第２実施形態の非破壊分析装置１について説明する。本実施形態の非破壊分析装置１は、第１実施形態の非破壊分析装置１に比べ、試料ＳのＸ線透視像の取得方法、および、試料Ｓの特定部位ＳＰの指定方法が主に異なる。以下の説明では、第１実施形態と共通する構成については、第１実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。

図３に示されるように、非破壊分析装置１の移動ステージ２０は、移動機構２２の下側に回転軸Ｊを中心に回転する回転ステージ２３をさらに備える。回転ステージ２３は、載置台２１が載せられる回転台２４と、回転軸Ｊを中心に回転台２４を回転させる回転機構２５とを有する。つまり、回転機構２５は、回転台２４を通じて載置台２１を回転させる。回転機構２５の一例は、駆動源となるモータと、モータの出力軸に接続された減速機とを有する。減速機の出力部は、回転台２４に接続される。回転台２４に載っている移動機構２２は、載置台２１を移動することが可能である。つまり、移動機構２２は、回転台２４に対する載置台２１の相対位置を変更できる。

本実施形態では、Ｚ方向においてＸ線源１０の配置位置と中性子源１２の配置位置とは互いに等しい。本実施形態の中性子源１２による中性子の照射方向は、Ｘ線源１０によるＸ線の照射方向とは異なる。制御部４１の記憶部には、中性子源１２による中性子の照射方向の中心線Ｃ１とＸ線源１０によるＸ線の照射方向の中心線Ｃ２との成す角度θが予め記憶されている。また中心線Ｃ１および中心線Ｃ２が回転ステージ２３の回転軸Ｊと交差するように、Ｘ線源１０および中性子源１２の配置態様が設定されている。

制御装置４０は、Ｘ線ＣＴモードを有する。Ｘ線ＣＴモードは、試料ＳへのＸ線源１０によるＸ線の照射中に、回転ステージ２３によって試料Ｓを回転させることにより、３次元断層像としてのＸ線ＣＴ像を撮影する制御モードである。

次に、非破壊分析装置１の測定手順について説明する。
図４に示されるように、非破壊分析装置１の測定手順では、ユーザは、ステップＳ２１において試料Ｓを載置台２１に固定し、ステップＳ２２において操作部４３を操作してＸ線ＣＴモードを選択する。これにより、非破壊分析装置１において、制御部４１は、ステップＳ２３においてＸ線源１０から試料ＳにＸ線を照射させつつ、回転ステージ２３によって試料Ｓを回転させる。回転ステージ２３の回転の一例として、制御部４１は、回転ステージ２３の回転台２４が回転する前の回転台２４の位置を基準位置と設定し、回転台２４が３６０°回転するように回転機構２５を制御する。そして制御部４１は、ステップＳ２４において回転ステージ２３の各回転角度、すなわち試料Ｓの各回転角度の透視Ｘ線をＸ線検出器１１が検出し、それを再構成演算することにより、３次元の断層像となるＸ線ＣＴ像を取得する。そして制御部４１は、ステップＳ２５においてＸ線ＣＴ像を表示部４４に表示する。

表示部４４にＸ線ＣＴ像が表示されたとき、ユーザは、ステップＳ２６において操作部４３を操作して元素分析モードを選択し、ステップＳ２７において表示部４４に表示されたＸ線ＣＴ像における特定部位ＳＰを指定する。ユーザは、操作部４３を操作することによりユーザが選んだ一つの断層像を表示し、その断層像において特定部位ＳＰを指定できる。つまり、第１実施形態とは異なり、ユーザは、試料Ｓの内部の部位を特定部位ＳＰとして指定できる。

Ｘ線ＣＴ像における特定部位ＳＰが指定されたとき、非破壊分析装置１において、制御部４１は、ステップＳ２８において中性子源１２からの中性子が試料Ｓの特定部位ＳＰに照射できるように試料Ｓを移動させる。一例では、制御部４１は、Ｚ方向において、Ｘ線ＣＴ像上に予め設定された中性子源１２の照射中心位置（中心線Ｃ２のＺ方向の位置）と、特定部位ＳＰとの離隔量を演算する。そして制御部４１は、離隔量が０となるように移動機構２２により載置台２１をＺ方向に移動させる。そして制御部４１は、回転軸Ｊまわりの周方向において特定部位ＳＰと中性子源１２の中心線Ｃ２との離隔量を演算する。そして制御部４１は、離隔量が０となるように回転ステージ２３により回転軸Ｊを中心に載置台２１を回転させる。周方向における特定部位ＳＰの位置は、例えばＸ線ＣＴ像においてＸ線源１０の中心線Ｃ１を周方向における原点として、特定部位ＳＰを通り、回転軸Ｊと直交する直線と中心線Ｃ１との成す角度θＳとして演算される。Ｘ線源１０の中心線Ｃ１を周方向における原点とした場合、中性子源１２の中心線Ｃ２の角度は、角度θとなる。このため、周方向における特定部位ＳＰと中性子源１２の中心線Ｃ２との離隔量は、θＳ−θとして演算される。

そして非破壊分析装置１は、第１実施形態のステップＳ１８およびステップＳ１９と同様に、元素データを取得し（ステップＳ１８）、表示部４４に元素データを表示する（ステップＳ１９）。

本実施形態の非破壊分析装置１によれば、以下の効果が得られる。
（２−１）回転ステージ２３、Ｘ線源１０、および、Ｘ線検出器１１によって試料ＳのＸ線ＣＴ像を撮影する機構と、中性子源１２およびガンマ線検出器１３によって試料Ｓの内部の元素分析を行う機構とが筐体３０に収容されている。このため、１台の非破壊分析装置１で試料ＳのＸ線ＣＴ像を取得でき、かつ試料Ｓの内部の元素分析を行うことができる。

さらに、第１実施形態と同様に、Ｘ線を試料Ｓに照射する場合および中性子を試料Ｓに照射する場合において試料Ｓを載置台２１から動かさないため、中性子源１２からの中性子を試料Ｓの特定部位ＳＰに容易に照射することができる。加えて、中性子源１２からの中性子を試料Ｓの特定部位ＳＰに照射可能なように、制御部４１が移動機構２２を移動させることによってユーザが試料Ｓと中性子源１２との位置合わせを行う手間を省くことができる。

（２−２）ユーザは、Ｘ線ＣＴ像の断層像から試料Ｓの内部の部位を特定部位ＳＰとして指定できる。これにより、試料Ｓにおいてユーザが元素分析を行いたい部位（特定部位ＳＰ）をより精度よく指定できる。

（第３実施形態）
図５〜図７を参照して、第３実施形態の非破壊分析装置１について説明する。本実施形態の非破壊分析装置１は、第２実施形態の非破壊分析装置１に比べ、試料Ｓの特定部位ＳＰの元素の測定方法が異なる。以下の説明では、第２実施形態と共通する構成については、第２実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。

図５に示されるように、非破壊分析装置１の測定手順では、試料Ｓを載置台２１に固定してからＸ線ＣＴ像の特定部位ＳＰを指定する（図４のステップＳ２１〜ステップＳ２７）ところまでは、第２実施形態と同様である。ユーザによってＸ線ＣＴ像の特定部位ＳＰが指定された後、非破壊分析装置１は、ステップＳ３１において移動ステージ２０によって試料Ｓの特定部位ＳＰが回転ステージ２３の回転軸Ｊ上となるように、かつ、特定部位ＳＰに中性子源１２の中性子が照射できるように試料Ｓを移動させる。一例では、図６（ａ）に示されるように、中性子源１２の照射方向の中心線Ｃ２と回転ステージ２３の回転軸Ｊとの交点ＰＸに対して試料Ｓの特定部位ＳＰが異なる場合、図６（ｂ）に示されるように、特定部位ＳＰが交点ＰＸに一致するように移動ステージ２０によって試料Ｓを移動させる。例えば、図６（ａ）において、制御部４１は、回転軸Ｊ上の交点ＰＸを原点とした座標系において、試料Ｓの特定部位ＳＰの座標を取得し、特定部位ＳＰと交点ＰＸとの３軸における離隔量を演算する。制御部４１は、３軸における離隔量がそれぞれ０となるように移動ステージ２０を移動させる。

なお、制御部４１は、次の２段階の移動ステージ２０の移動によって試料Ｓの特定部位ＳＰを交点ＰＸに一致させてもよい。まず制御部４１は、平面視において、移動ステージ２０によって試料Ｓの特定部位ＳＰを回転ステージ２３の回転軸Ｊ上に移動させる。つまり、制御部４１は、Ｘ方向およびＹ方向における特定部位ＳＰと交点ＰＸとの離隔量を演算し、Ｘ方向およびＹ方向のそれぞれの離隔量が０となるように移動ステージ２０を移動させる。次に制御部４１は、Ｚ方向における特定部位ＳＰと交点ＰＸとの離隔量を演算し、Ｚ方向の離隔量が０となるように移動ステージを移動させる。

次に、図５に示されるように、非破壊分析装置１においては、ステップＳ３２において中性子源１２が中性子を試料Ｓの特定部位ＳＰに照射するとともに、特定部位ＳＰへの中性子源１２による中性子の照射中に、回転ステージ２３によって回転軸Ｊを中心に試料Ｓを回転させる（図７参照）。本実施形態では、回転ステージ２３の回転台２４が回転軸Ｊを中心に３６０°に亘って回転する。つまり、試料Ｓの回転軸Ｊを中心とした全周に亘り中性子が照射される。これにより、制御部４１は、ステップＳ３３において試料Ｓの回転軸Ｊを中心とした全周に亘る元素データを取得し、ステップＳ３４において表示部４４に元素データを表示する。

ここで、平面視において特定部位ＳＰが回転軸Ｊ上に位置しているため、試料Ｓが回転しても中性子は特定部位ＳＰに常に照射される。このため、試料Ｓの回転軸Ｊ上の特定部位ＳＰおよびその周囲の元素固有のガンマ線スペクトルデータは常に取得できる。一方、試料Ｓにおける回転軸Ｊ上以外の部位は試料Ｓの回転に伴い回転軸Ｊまわりを公転する。このため、中性子は、試料Ｓの回転に伴い試料Ｓにおける回転軸Ｊ上以外の部位において照射する部位が異なる。このため、試料Ｓにおける回転軸Ｊ上以外の部位のデータは試料Ｓの回転に伴い変化していく。

本実施形態の非破壊分析装置１によれば、第２実施形態の効果に加え、以下の効果が得られる。
（３−１）特定部位ＳＰへの中性子源１２による中性子の照射中に、回転ステージ２３によって回転軸Ｊを中心に試料Ｓを回転させることにより、試料Ｓの回転軸Ｊ上の特定部位ＳＰおよびその周囲の元素固有のガンマ線スペクトルデータは常に取得できるが、回転軸Ｊ上以外の部位のデータは回転に伴い変化していく。したがって、回転中のスペクトルデータを積算すると、試料Ｓにおける回転軸Ｊ以外の部位のデータは回転軸Ｊのデータに対して相対的に減少し、単一方向から中性子を試料Ｓの特定部位ＳＰに照射した場合に比べ、特定部位ＳＰの元素データを強調して取得できる。このため、ユーザが試料Ｓの特定部位ＳＰの元素分析をより精度よく行うことができる。

（変形例）
上記各実施形態に関する説明は、本発明の非破壊分析装置が取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本発明の非破壊分析装置は、例えば以下に示される上記各実施形態の変形例、および、相互に矛盾しない少なくとも２つの変形例が組み合せられた形態を取り得る。

・第１実施形態において、非破壊分析装置１の移動ステージ２０は、回転ステージ２３をさらに備えてもよい。この場合、図３に示されるように中性子源１２の照射方向とＸ線源１０の照射方向とが互いに異なってもよい。制御部４１の記憶部には、中性子源１２の照射方向とＸ線源１０の照射方向との成す角度θが予め記憶されている。非破壊分析装置１の測定手順では、ステップＳ１７において試料Ｓの特定部位ＳＰに中性子が照射できるように試料Ｓを移動するときに回転ステージ２３によって角度θだけ試料Ｓを中性子源１２に向けて回転させる。これにより、中性子が試料Ｓの特定部位ＳＰを正確に照射できるため、試料Ｓの特定部位ＳＰの元素情報をより正確に取得できる。

・第２実施形態において、ユーザは、操作部４３を操作することにより回転ステージ２３を制御して中性子源１２の照射方向に対する試料Ｓの向きを任意に変更してもよい。一例では、制御部４１は、第３実施形態のステップＳ３１のように特定部位ＳＰが回転ステージ２３の回転軸Ｊ上となるように移動機構２２によって試料Ｓを移動させる。そして制御部４１は、ユーザが操作部４３を操作することによって試料Ｓの任意の回転角度を決定する。これにより、試料Ｓが特定部位ＳＰの元素分析に適した向きとなるように試料Ｓを回転機構２５により回転させたうえで、特定部位ＳＰに中性子を照射できる。例えば試料Ｓにおいて中性子が通過する領域に空洞が多い部分を選択することにより、特定部位ＳＰの元素を精度よく抽出することができる。このように、特定部位ＳＰの元素分析の精度を高めることができる。

・第２および第３実施形態において、Ｘ線源１０によるＸ線の照射方向と中性子源１２による中性子の照射方向とが平行であってもよい。

・第１実施形態において、Ｘ線源１０と中性子源１２とがＺ方向に間隔をおいて配置されてもよい。この場合、Ｘ線検出器１１とガンマ線検出器１３とがＺ方向に間隔をおいて配置される。またこの場合、Ｘ方向においてＸ線源１０と中性子源１２とが同じ位置に配置されることが好ましい。この構成によれば、Ｘ方向において筐体３０を小型化できる。

・各実施形態において、中性子源１２に原子炉を用いてもよい。
・各実施形態において、制御装置４０は、筐体３０に収容されていてもよい。この場合、制御装置４０の操作部４３および表示部４４は、筐体３０から露出するように設けられる。

１ 非破壊分析装置
１０ Ｘ線源
１１ Ｘ線検出器
１２ 中性子源
１３ ガンマ線検出器
２０ 移動ステージ
２１ 載置台
２２ 移動機構
２５ 回転機構
３０ 筐体
４１ 制御部
４２ 分析部
ＳＰ 特定部位

Claims (8)

1. 被検査物を載せる載置台、および、前記載置台を移動させる移動機構を有する移動ステージと、
   前記被検査物に照射するＸ線を発生させるＸ線源と、
   前記被検査物を透過したＸ線を検出するＸ線検出器と、
   前記被検査物に照射する中性子を発生させる中性子源と、
   前記中性子を照射した前記被検査物から発生する即発ガンマ線を検出するガンマ線検出器と、
   前記移動ステージ、前記Ｘ線源、前記Ｘ線検出器、前記中性子源、および、前記ガンマ線検出器を収容する筐体と、
   前記被検査物の元素分析を行う箇所として特定された前記被検査物の特定部位に前記中性子源による前記中性子の照射が可能となるように前記移動機構を制御する制御部と、
   前記ガンマ線検出器によって検出された即発ガンマ線に基づいて、前記特定部位の元素分析を行う分析部と
   を備える非破壊分析装置。
2. 前記制御部は、前記Ｘ線検出器を通じて取得された２次元のＸ線透視像において特定された前記特定部位に、前記中性子源による前記中性子の照射が可能となるように前記移動機構を制御し、
   前記Ｘ線源による前記Ｘ線の照射方向と、前記中性子源による前記中性子の照射方向とが平行である
   請求項１に記載の非破壊分析装置。
3. 前記移動ステージは、前記載置台を回転させる回転機構を有する
   請求項１に記載の非破壊分析装置。
4. 前記制御部は、前記Ｘ線検出器を通じて取得されたＸ線ＣＴ像において特定された前記特定部位に、前記中性子源による前記中性子の照射が可能となるように前記移動機構および前記回転機構を制御する
   請求項３に記載の非破壊分析装置。
5. 前記制御部は、前記中性子源が前記中性子を前記被検査物に照射する場合、前記回転機構により前記被検査物を回転させて前記特定部位における前記中性子の入射方向を制御する
   請求項４に記載の非破壊分析装置。
6. 前記制御部は、前記被検査物の元素分析を行う場合、前記移動機構により前記被検査物の前記特定部位を前記回転機構の回転中心に移動させ、前記特定部位への前記中性子源による前記中性子の照射中に、前記回転機構により前記被検査物を回転させる
   請求項４または５に記載の非破壊分析装置。
7. 前記特定部位は、前記Ｘ線ＣＴ像の所定の断層像において特定される前記被検査物の内部の部位である
   請求項４〜６のいずれか一項に記載の非破壊分析装置。
8. 前記中性子源は、重水素同士の核融合反応で発生する中性子、重水素とトリチウムの核融合反応で発生する中性子、陽子または重陽子とリチウムまたはベリリウムの核反応で発生する中性子、または、放射性同位体で発生する中性子のいずれかを前記被検査物に照射する
   請求項１〜７のいずれか一項に記載の非破壊分析装置。

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