JP2022038497A - 内部状態検査システム及び内部状態検査方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ここで、インフラ構造体の機能不調に生じる欠陥は、表面に生じるものと、内部に生じるものとがある。このうち、インフラ構造体の内部に生じる欠陥を早期に発見することが、インフラ構造体の機能不調を未然に回避する上で特に重要である。
特許文献1に係る対象物撮像システムによれば、前記反復演算結果に基づいて対象物の三次元的な密度分布を復元することができる。
その他の解決手段については、本発明に係る実施形態の中で詳しく説明する。
なお、以下に示す図において、共通の機能を有する部材間、又は相互に対応する機能を有する部材間には、原則として共通の参照符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明を省略するものとする。また、説明の便宜のため、部材のサイズ及び形状は、変形又は誇張して模式的に表す場合がある。
はじめに、本発明の実施形態に係る内部状態検査システム11の概略構成について、図1を参照して説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る内部状態検査システム11の全体構成を表すブロック図である。
次に、本発明の実施形態に係る内部状態検査システム11の検査原理について、図2~図7を適宜参照して説明する。
このほか、単色の放射線源101とみなすことができる放射性同位体は、Zn-65、Be-7、Cr-51、Co-58、Mn-54、Hg-203、Sr-85、F-18、Ga-68、Al-28、及びK-42がある。また、レーザ逆コンプトン散乱によって生じるガンマ線も、単色の放射線源101による放射線とみなすことができる。なお、多色の放射線については、後記する。
本発明の実施形態に係る内部状態検査システム11では、被検体102であるインフラ構造物に係る内部状態検査を行う。
コンプトン散乱強度は、被検体102に係る密度に比例する。このため、放射線の計数値は、被検体102の密度の相対値(関数)として取り扱うことができる。
以上、放射線源101として単色の放射線源101を用いた場合の内部状態検査システム11の検査原理を説明した。
このほか、単色の放射線源、又は他の多色の放射線源を適宜組み合わせて、複数のエネルギー帯に放射線の発生強度ピークを有する多色の放射線源101とすることもできる。以下では、多色(n色)の放射線源101として2色の放射線源(Co-60)101を例示して説明する。
図7は、コンプトン散乱強度のスペクトルの例を表す。図7に示す計数値701は、2色の放射線源101から照射された2色の放射線104に係る散乱強度を示す。図7に示す計数値702、703は、計数値701の計数を形成する2色の放射線源101の放出エネルギー毎の寄与を表す。図7に示す計数値701、702、703は次の手順により得られる。
ここで、θi(E)、zi(E)はそれぞれ、数式(1)及び数式(2)を用いて、単色の放射線源101の放出エネルギーEinを、2色の放射線源101の第i番目の放射線放出エネルギーEiに置き換えることで求めることができる。
γi (θi)はコンプトン散乱の影響をモデル化したものである。γi (θi)は、クライン=仁科の公式と呼ばれるコンプトン散乱の微分断面積に関する次の数式(4)から導かれる。
wij(E)は、放射線の放出エネルギーごとの放出強度及び経路上の減衰等を表す係数である。厳密な取り扱いでは、wij(E)は放射線の経路上における被検体102に係る密度分布に依存する。ただし、被検体102に照射される放射線が強い強度をもち、かつ、被検体102の表面からの深さが一定の範囲内であれば、被検体102に係る密度分布への依存性はごく軽微であるため、実質的に依存しないとみなし得る。
なお、被検体102と同等の放射線減衰特性を有する校正試験体を用いて予め実測することで、wij(E)を適宜決定する構成を採用しても構わない。
以上の手順に従って、放射線源101として単色の放射線源101を用いた場合と同様に、図4に示すような被検体102に係る密度分布が得られる。
次に、本発明の実施形態に係る内部状態検査システム11の被検体102に係る内部状態の検査手順について、図1及び図8を参照して説明する。
図8は、本発明の実施形態に係る内部状態検査システム11の検査手順を表すフローチャート図である。
なお、被検体102に係る内部状態の検査結果とは、被検体102の内部における欠陥103の存否、及び欠陥103が存在する場合にその位置の情報を含む。
次に、本発明の第1変形例に係る内部状態検査システム11について説明する。
本発明の実施形態に係る内部状態検査システム11と、本発明の第1変形例に係る内部状態検査システム11とは、大部分の構成が共通している。そこで、両者の相違点について説明することで、本発明の第1変形例に係る内部状態検査システム11の説明に代えることとする。
放射線源101に対する検出器106の相対座標の設定変更内容は、演算装置108に与えられる。
上記の式(6)の解である残差Lを最小化するように被検体102に係る密度分布ρ(z)を求める。こうした最小化問題は、公知のアルゴリズムを用いて解くことができる。
以上の手順に従って、図4に示すような被検体102に係る密度分布が得られる。
本発明の第1変形例に係る内部状態検査システム11によれば、被検体102の密度分布に基づく被検体102に係る内部状態の検査結果を得るための所要時間を短縮することができる。
次に、本発明の第2変形例に係る内部状態検査システム11について説明する。
本発明の実施形態に係る内部状態検査システム11と、本発明の第2変形例に係る内部状態検査システム11とは、大部分の構成が共通している。そこで、両者の相違点について説明することで、本発明の第2変形例に係る内部状態検査システム11の説明に代えることとする。
設定部111により設定された連続スペクトルの分割数及び分割仕様は、演算装置108に与えられる。演算装置108は、設定部111により設定された分割数及び分割仕様を用いて前記連続スペクトルを分割し、当該分割したエネルギー毎の方程式を連立することで最小化問題を構成する。
本発明の第2変形例に係る内部状態検査システム11では、図10に示すステップS20において、設定部111により設定された分割数及び分割仕様に従い、連続スペクトルを分割する。以下、本発明の実施形態に係る内部状態検査システム11の検査手順と同様に、分割したエネルギーごとの方程式を連立することで最小化問題を構成し、当該最小化問題を解いて被検体102に係る密度分布ρ(z)を推定する。
本発明の第2変形例に係る内部状態検査システム11によれば、それぞれの放射線の発生強度が連続スペクトルをなす多色の放射線源101を用いる場合でも、被検体102の密度分布に基づく被検体102に係る内部状態の検査結果を得ることができる。
以上説明した複数の実施形態(第1及び第2変形例を含む)は、本発明の具現化の例を示したものである。したがって、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならない。本発明はその要旨又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形態で実施することができるからである。
102 被検体
103 欠陥
104 放射線
105 散乱放射線
106 検出器(複数の放射線検出部)
107 取得装置
108 演算装置
109 表示装置
111 設定部
Claims (9)
- 被検体の内部状態を検査する内部状態検査システムであって、
前記被検体に対し、それぞれが固有のエネルギー特性をもつ多色の放射線を照射する放射線源と、
前記放射線源に対する相対座標が既知である、散乱放射線を検出する検出器と、
放射線のエネルギー及び強度を取得する取得装置と、
前記取得装置により取得された放射線のエネルギースペクトル、前記放射線源に対する前記検出器の相対座標、並びに、前記散乱放射線のエネルギー及び強度の情報に基づき構成した最小化問題の解決によって前記被検体の密度分布を演算する演算装置と、を備え、
前記被検体の密度分布に基づいて当該被検体の内部状態を検査する
ことを特徴とする内部状態検査システム。 - 請求項1記載の内部状態検査システムであって、
前記放射線源は、複数の固有のエネルギーにわたり放射線の発生強度ピークを有する放射性同位体である
ことを特徴とする内部状態検査システム。 - 請求項1記載の内部状態検査システムであって、
前記放射線源は、単色及び多色の一方又は両者の放射線源を複数組み合わせて構成され、複数の固有のエネルギーにわたり放射線の発生強度ピークを有する
ことを特徴とする内部状態検査システム。 - 請求項1記載の内部状態検査システムであって、
前記放射線源は、それぞれの放射線の発生強度が連続スペクトルをなしており、
前記連続スペクトルの分割数及び分割仕様を設定するための設定部をさらに備える
ことを特徴とする内部状態検査システム。 - 請求項1~4のいずれか一項に記載の内部状態検査システムであって、
前記検出器は、前記放射線源に対する相対座標の設定を変更可能に構成されている - 請求項5記載の内部状態検査システムであって、
前記検出器は、前記放射線源に対する相対座標が既知である複数の放射線検出部を備えて構成されている
ことを特徴とする内部状態検査システム。 - 被検体に対し、それぞれが固有のエネルギー特性をもつ多色の放射線を照射する放射線源と、散乱放射線を検出する検出器と、放射線のエネルギー及び強度を取得する取得装置と、前記被検体の密度分布を演算する演算装置と、を備える内部状態検査システムに用いられ、前記被検体の内部状態を検査するための内部状態検査方法であって、
前記放射線源及び前記検出器をそれぞれの測定ポイントに配置するステップと、
前記放射線源に対する前記検出器の相対座標を取得するステップと、
前記放射線源より前記被検体に対し照射された放射線に係る散乱放射線のエネルギースペクトルを前記取得装置により取得するステップと、
前記放射線源のエネルギー特性、前記散乱放射線のエネルギースペクトル、及び、前記放射線源に対する前記検出器の相対座標の情報に基づいて最小化問題を構成するステップと、
前記最小化問題を解決することによって前記被検体の密度分布を演算するステップと、
を有することを特徴とする内部状態検査方法。 - 請求項7記載の内部状態検査方法であって、
前記検出器は、前記放射線源に対する相対座標が既知である複数の放射線検出部を備えて構成されており、
前記最小化問題を構成するステップでは、前記散乱放射線のエネルギースペクトルとして、前記複数の放射線検出部によりそれぞれ検出した複数のエネルギースペクトルの組み合わせを用い、前記放射線源に対する前記検出器の相対座標として、前記放射線源に対する前記複数の放射線検出部のそれぞれの相対座標を用いて最小化問題を構成する
ことを特徴とする内部状態検査方法。 - 請求項7記載の内部状態検査方法であって、
放射線源は、それぞれの放射線の発生強度が連続スペクトルをなしており、
前記最小化問題を構成するステップでは、
前記連続スペクトルの分割数及び分割仕様を設定し、当該設定された分割数及び分割仕様を用いて前記連続スペクトルを分割し、当該分割したエネルギー毎の方程式を連立することで最小化問題を構成する
ことを特徴とする内部状態検査方法。
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