JP2023049629A - 合成床版の非破壊検査装置と非破壊検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】中性子ビームを用いて、合成床版における小さい欠陥でも検出できるようにする。
【解決手段】合成床版の非破壊検査装置１０は、合成床版１の表面１ｅにおける局所的な照射箇所に中性子ビームを照射する中性子照射装置２と、照射箇所への中性子ビームの照射の結果、合成床版１から戻って来た散乱中性子を、表面１ｅに対向する各検出位置で検出し、検出位置毎に散乱中性子の検出数を計測する検出装置３と、各検出位置について、当該検出位置の基準値に対する当該検出位置の検出数の比率を求める比率算出部５とを備える。基準値は、合成床版１に欠陥が存在しないと仮定した場合の検出数として検出位置毎に設定されている。
【選択図】図１Ａ

Description

特許法第３０条第２項適用申請有り 添付書面（１） 「散乱中性子を用いた床版内欠陥の非破壊検査システム」、第４７～５２頁、第１１回道路橋床版シンポジウム論文報告集 土木学会

本発明は、中性子ビームを用いて合成床版を検査するための装置と方法に関する。より詳しくは、本発明は、合成床版に中性子ビームを入射し、その結果、合成床版の内部で散乱して戻って来た散乱中性子に基づいて、合成床版内における欠陥の有無や種類を検査するための装置と方法に関する。

合成床版は、鋼板とコンクリートとを一体化して構成されている。合成床版は、例えば道路橋や鉄道橋の床版として用いられている。合成床版には、その使用や経年劣化により、欠陥が生じる場合がある。このような欠陥として、コンクリートの土砂化や層状のひび割れ、滞水箇所などがある。また、合成床版には、その初期施工時に、コンクリートの未充填箇所などが生じる場合もある。この未充填箇所は、例えば鋼板の近傍に生じる。

なお、本願の先行技術には特許文献１がある。特許文献１は、中性子ビームを用いて、インフラ構造物等の欠陥を検査する技術を開示している。特許文献１では、インフラ構造物等の検査対象物にパルス中性子ビームを照射し、検査対象物において散乱して戻って来た散乱中性子を検出し、散乱中性子の検出数を時間に対して表した検出数データを生成し、この検出数データに基づいて、検査対象物内部における欠陥の有無を判断している。

国際公開第２０１７／０４３５８１号

合成床版は、上述のように例えば道路橋や鉄道橋を構成しており、道路橋や鉄道橋を通過する車両の荷重を支える重要な部材である。そのため、合成床版の定期的点検等により合成床版の保全を図ることが必要となっている。

合成床版の保全のために合成床版を非破壊的に検査することにより、合成床版に生じた欠陥が小さいうちに当該欠陥を発見することが望ましい。すなわち、合成床版に生じた欠陥が大きく進展する前に、当該欠陥を発見することできれば、合成床版の保全に大きく貢献することができる。

しかし、従来において、合成床版において目視できない箇所に生じた１０ｍｍ以下の寸法の欠陥（例えば３ｍｍの空隙や６ｍｍの滞水箇所等）を非破壊的に検出することは不可能であった。

そこで、本発明の目的は、合成床版において目視できない箇所に生じた小さな欠陥（例えば１０ｍｍ以下の大きさの欠陥）でも非破壊的に検出できるようにする装置と方法を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明による合成床版の非破壊検査装置は、
合成床版の表面における局所的な照射箇所に中性子ビームを照射する中性子照射装置と、
前記照射の結果、前記合成床版から戻って来た散乱中性子を、前記表面に対向する各検出位置で検出し、検出位置毎に散乱中性子の検出数を計測する検出装置と、
各検出位置について、当該検出位置の基準値に対する当該検出位置の前記検出数の比率を求めて出力する比率算出部と、を備え、
前記基準値は、前記合成床版に欠陥が存在しないと仮定した場合の検出数として前記検出位置毎に設定されている。

また、本発明による合成床版の非破壊検査方法では、
（Ａ）合成床版の表面における局所的な照射箇所に中性子ビームを照射し、
（Ｂ）前記（Ａ）の結果、前記合成床版から戻って来た散乱中性子を、前記表面に対向する各検出位置で検出し、検出位置毎に散乱中性子の検出数を計測し、
（Ｃ）各検出位置について、比率算出部により、当該検出位置の基準値に対する当該検出位置の前記検出数の比率を求めて出力し、
前記基準値は、前記合成床版に欠陥が存在しないと仮定した場合の検出数として前記検出位置毎に設定されている。

本発明によると、合成床版の表面における局所的な照射箇所に中性子ビームを照射し、その結果、合成床版から散乱中性子が戻って来る時に、合成床版の表面に対向する各検出位置で散乱中性子を検出し、検出位置毎に散乱中性子の検出数を計測する。また、各検出位置について、当該検出位置の基準値に対する当該検出位置の検出数の比率を求める。

合成床版内に存在する欠陥が小さくても、検出位置に関する上記比率の分布において、当該欠陥により比率の増大ピーク形成部と減少ピーク形成部の一方又は両方が生じる。したがって、合成床版内の欠陥が小さくても、各検出位置の上記比率に基づいて、当該欠陥の有無を検出することが可能となる。

本発明の実施形態による合成床版の非破壊検査装置の構成を示す。 図１Ａの１Ｂ－１Ｂ矢視図である。 合成床版の内部に低密度部分（例えば空隙）が存在する場合に得られる比率分布を模式的に示す。 合成床版の内部に滞水箇所が存在する場合に得られる比率分布を模式的に示す。 合成床版における欠陥の有無および種類の判定の説明図である。 本発明の実施形態による合成床版の非破壊検査方法を示すフローチャートである。 実施例１における合成床版の断面を示す。 図５Ａの５Ｂ－５Ｂ矢視図である。 図５Ａにおける各部の寸法を示す。 実施例１において熱中性子を選択的に検出した場合の、検出面における比率の２次元的分布を示す。 実施例１において中速中性子を選択的に検出した場合の、検出面における比率の２次元的分布を示す。 実施例１において熱中性子を選択的に検出した場合の、検出面における比率のｘ軸方向分布を示す。 実施例１において中速中性子を選択的に検出した場合の、検出面における比率のｘ軸方向分布を示す。 実施例１における検査結果を示す。 実施例２における合成床版の断面を示す。 図９Ａの９Ｂ－９Ｂ矢視図である。 実施例２において欠陥が空隙である場合の検出面における比率の１次元的分布を示す。 実施例２において欠陥が空隙である場合のビームスキャンにより得られたＳｐ／Ｓｎの値を示す。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１Ａは、本発明の実施形態による合成床版の非破壊検査装置１０と検査対象である合成床版１とを示す。図１Ｂは、図１Ａの１Ｂ－１Ｂ矢視図である。非破壊検査装置１０は、中性子ビームを合成床版１に照射し、その結果、合成床版１から戻って来た散乱中性子を検出し、その検出結果に基づいて、欠陥の有無、種類などを検出するための装置である。

（合成床版）
合成床版１は、車両が走行する橋（道路橋または鉄道橋）を構成するものであってよい。図１において、左右方向は、上記橋が延びている方向（橋軸方向）であり、この図の紙面と直交する方向は、橋軸方向と直交する方向（水平方向）であって上記橋の幅方向である。合成床版１は、鋼板とコンクリート１ｃとを一体化して構成されたものである。より詳しくは、合成床版１は、底鋼板１ａと形鋼１ｂとコンクリート１ｃを有する。

底鋼板１ａは、橋軸方向（上記橋が延びている方向）に延びる主桁（図示せず）の上面に設置されて当該主桁に固定されている。

形鋼１ｂは、底鋼板１ａを補強する機能を有する。形鋼１ｂは、底鋼板１ａの上面から上方へ立ち上がるように底鋼板１ａの上面に結合される。この結合は例えば溶接によりなされてよい。また、形鋼１ｂは、上記橋の幅方向に延びている。このような形鋼１ｂが複数設けられる。すなわち、複数の形鋼１ｂは、橋軸方向に互いに間隔をおいて配置されている。上記橋軸方向と平行な鉛直平面による形鋼１ｂの断面は、図１の例ではＴ形である。すなわち、断面がＴ形の形鋼１ｂは、底鋼板１ａの上面から上方へ立ち上がる板状部１ｂ１と、当該板状部１ｂ１の上端に結合されており橋軸方向に延びる板状部１ｂ２とを有する。なお、形鋼１ｂの上記断面は、Ｔ形以外の形状を有していてもよい。

コンクリート１ｃは、複数の形鋼１ｂを埋設するように底鋼板１ａの上側に打設されている。図１の例では、底鋼板１ａの上面に打設されている。なお、コンクリート１ｃの内部には、鉄筋（図示せず）等の他の構造部が設けられていてもよい。

このような合成床版１は、実質的に、橋軸方向に周期的に繰り返される構造を有していてよい。この場合、複数の形鋼１ｂは、橋軸方向に一定の間隔をおいて配置されており、当該一定の間隔は、合成床版１の構造の周期に相当する。

なお、合成床版１は、図１のように、コンクリート１ｃの上側（例えばコンクリート１ｃの上面）に敷設されたアスファルト層１ｄを更に有していてよい。合成床版１の表面（図１ではアスファルト層１ｄの表面）１ｅは、車両が走行する側の上面となっている。

（非破壊検査装置の構成）
非破壊検査装置１０は、中性子照射装置２と検出装置３と比率算出部５と記憶部６とデータ処理部７と判定値算出部８と判定部９を備える。

中性子照射装置２は、合成床版１の表面１ｅにおける局所的な照射箇所Ｒに（実質的に当該照射箇所Ｒにのみ）中性子ビームを照射する。当該照射の方向は、表面１ｅに垂直な方向であってもよいし、表面１ｅに対して斜めの方向であってもよい。照射箇所Ｒは、照射スポットであってよい。照射箇所Ｒの形状は、例えば円形、楕円形、又は矩形であってよいが、これらに限定されない。

照射箇所Ｒの寸法は、１００ｍｍ以下、７０ｍｍ以下、又は５０ｍｍ以下であってよい。照射箇所Ｒの寸法の下限は、特に無くてよいが、可能な限り小さくてよい（例えば、当該下限は、０．３ｍｍ以上であり１０ｍｍ以下の範囲内の値であってよい）。照射箇所Ｒの寸法は、表面１ｅにおける中性子ビームの断面の寸法である。また、照射箇所Ｒの寸法とは、表面１ｅにおける中性子ビームの断面の、各方向の寸法のうち最小の寸法を意味してよい。

中性子照射装置２は、中性子を放出する中性子源２ａと、コリメータ２ｂとを有する。

中性子源２ａは、一例では、荷電粒子ビームが照射されることにより中性子を放出するターゲットを有するものであってもよい。この場合、ターゲットは、リチウムであってよいが、これに限定されない。別の例では、中性子源２ａは、可搬型ＤＤ核融合反応中性子源（ＤＤ管）であってもよい。更に別の例では、中性子源２ａは、中性子を放出する放射性線源（ＲＩ（radioactive isotope）線源）であってもよい。この場合、放射性線源は、^２５２Ｃｆであってよいが、これに限定されない。

コリメータ２ｂは、中性子源２ａからの中性子を断面が絞られた中性子ビームに整形する。このように中性子ビームの断面が絞られることにより、中性子ビームが表面１ｅにおける局所的な照射箇所Ｒに照射される。

コリメータ２ｂは、中性子ビームが通過する通過路を、中性子が透過し難い材料で区画形成したものであってよい。コリメータ２ｂは、例えば、内部空間が上記通過路となっている筒状のものであってよい。

中性子照射装置２は、設定時間にわたって中性子ビームを照射箇所Ｒへ放出する。例えば、中性子照射装置２は、パルス中性子ビームを、設定時間にわたって１回または複数回、照射箇所Ｒへ放出するように構成されていてもよいし、後述の変更例のように時間的に連続する中性子ビームを設定時間にわたって照射箇所Ｒへ放出するように構成されていてもよい。前者の場合、パルス中性子ビームのパルス時間幅（中性子ビームの持続時間）は、例えば０．１ミリ秒程度であり又は０．１ミリ秒よりも小さく、パルス中性子ビームの繰り返し周波数（合成床版１への中性子ビームの照射周波数）は、例えば１００Ｈｚ程度であるが、欠陥の有無や種類の検出を妨げない限りで、これに限定されない。また、一例では、上述した荷電粒子ビームがパルス荷電粒子ビームであることにより、中性子照射装置２はパルス中性子ビームを放出するが、他の方法で、中性子照射装置２はパルス中性子ビームを放出するように構成されていてもよい。

また、中性子照射装置２が照射箇所Ｒへ放出する中性子ビームは、例えば、主に高速中性子を含んでいてもよいし、又は、高速中性子と熱中性子を含んでいてもよいし、又は主に熱中性子を含んでいてもよいが、これらに限定されない。

検出装置３は、照射箇所Ｒへの中性子ビームの照射の結果、合成床版１から戻って来た散乱中性子を、合成床版１の表面１ｅに対向する各検出位置（連続的に配列された複数の検出位置の各々）で検出し、検出位置毎に散乱中性子の検出数を計測する。例えば、検出装置３は、散乱中性子が入射する検出面３ａ１を有する。検出面３ａ１上の各位置が、上述の各検出位置であり、各検出位置の検出数は、当該検出位置へ入射した散乱中性子の数である。また、検出装置３は、各検出位置について、検出数に加えて、当該検出位置へ入射した散乱中性子のエネルギー、当該散乱中性子の検出時刻を記録するように構成されてよい。検出装置３は、検出位置毎に計測した検出数を比率算出部５に出力する。

合成床版１の表面１ｅに対向する方向から見た場合に、検出面３ａ１は、照射箇所Ｒよりも大きい領域にわたって連続的に広がっている。この場合、合成床版１の表面１ｅに対向する方向から見た場合に、照射箇所Ｒは、検出面３ａ１に含まれていてよい。なお、検出面３ａ１は、図１Ｂのように矩形であってもよいし、他の形状であってもよい。例えば、検出面３ａ１は、細長く延びる面であってもよい。

検出装置３による上記検出数の計測（散乱中性子の検出）は、計測時間にわたって行われてよい。この計測時間（以下で単に計測時間ともいう）は、上述のパルス中性子ビームのパルス時間幅よりも長くてよい。例えば、この計測時間は、中性子照射装置２が中性子ビームを照射した直後（上記設定時間の経過直後）から、単位時間あたりに検出面３ａ１へ入射する散乱中性子の数が少なくなる（例えば下限値以下になる）までの期間であってよい。計測時間の長さは、例えば、１０秒以上１０分以内の値であってよい。ただし計測時間は、これに限定されず、滞水箇所又は低密度部分（例えば空隙）等の欠陥が合成床版１に存在する場合に後述する比率分布において増大ピーク形成部と減少ピーク形成部の少なくともいずれかが生じるように設定されていればよい。なお、以下において、検出数は、上記計測時間にわたる中性子の検出数を意味してよい。

滞水箇所は、単に水が存在している箇所であってもよいし、合成床版１の金属部分（例えば、上記鉄筋、形鋼１ｂ、または底鋼板１ａ）の錆が水分により進行している箇所であってもよい。低密度部分は、合成床版１の正常な部分よりも密度が低い部分である。詳しくは、低密度部分は、合成床版１の正常な部分の密度の１／３以下、１／５以下、又は１／１０以下の部分であってよい。このような低密度部分は、空隙（例えばコンクリート１ｃにおける層状のひび割れ）であってもよいし、コンクリート１ｃの一部が土砂化した部分であってもよい。

検出装置３は、検出器３ａと計測部３ｂとを有する。なお、以下において、検査時とは、合成床版１の欠陥の有無などを検査するために中性子ビームを合成床版１の表面１ｅの照射箇所Ｒに照射する時（後述のステップＳ３を行う時）を意味する。また、以下において、検査とは、このように中性子ビームを照射して合成床版１の欠陥の有無などを検査すること（例えば後述のステップＳ３～Ｓ８又はビームスキャンを行うこと）を意味する。

検出器３ａ（検出面３ａ１）は、検査時に、合成床版１の表面１ｅに対向するように配置される。この配置では、検出器３ａにおける多数の検出位置の一部（例えば検出器３ａ（検出面３ａ１）の中央）は、照射箇所Ｒに対向している。この場合、検査時に、中性子照射装置２からの中性子ビームは、検出器３ａ（検出面３ａ１）を通過して合成床版１の表面１ｅに照射される。一例では、検出器３ａにおける２次元的な広がりを有する（例えば仮想的な）面が、上述の検出面３ａ１である。図１において、互いに直交するｘ軸とｙ軸とｚ軸を有するｘｙｚ座標系を示している。図１の例では、ｘ軸方向は橋軸方向であり、ｙ軸方向は上記橋の幅方向であり、ｚ軸方向は鉛直方向であり、検出面３ａ１は、ｘｙ平面に平行である。なお、図１のｘｙｚ座標系は、説明の便宜上のものであり、実際の運用では、どの座標軸がどの向きを示していてもよい（他の図におけるｘｙｚ座標系も同様である）。

検査時に、検出器３ａ（検出面３ａ１）は、表面１ｅに近接又は接触した位置に配置される。ここで、表面１ｅに近接した位置とは、例えば表面１ｅから３０ｍｍ以内、５０ｍｍ以内、１００ｍｍ以内、又は３００ｍｍ以内の位置であってよいが、これらに限定されない。また、検査時に、検出面３ａ１は、合成床版１の表面１ｅと平行であってよい。

検出器３ａは、位置敏感型検出器（ＰＳＤ: Position Sensitive Detector）であってよい。検出器３ａは、検出面３ａ１に中性子が入射する度に、当該中性子が入射した、検出面３ａ１の検出位置に対応する検出信号を出力する。

検出器３ａは、熱中性子を選択的に検出し、熱中性子以外の中性子を検出しないように構成されていてよい。この場合、検出器３ａは、ヘリウム３（^３Ｈｅ）比例係数管を用いたものであってもよいし、リチウム６（^６Ｌｉ）を含むシンチレータと光センサとを組み合わせた検出器であってもよい。

あるいは、検出器３ａは、中速中性子を選択的に検出し、中速中性子以外の中性子を検出しないように構成されていてもよい。この場合、検出器３ａは、塩素（^３５Ｃｌ）と臭素（^７９Ｂｒ，^８１Ｂｒ）の少なくともいずれかを含んだシンチレータと光センサとを組み合わせた検出器であってもよい。例えば、検出器３ａは、ＣＬＹＣ又はＬａＢｒ_３を含んだシンチレータと光センサとを組み合わせた検出器であってもよい。

なお、検出器３ａは、上述に限定されず、例えば、^１５５Ｇｄ、^１５７Ｇｄ、^１０Ｂなどを含むシンチレータと光センサとを組み合わせた検出器であってもよい。また、上述した各光センサは、光電子倍増管又はＳｉＰＭ（Silicon Photomultiplier）であってよいが、これらに限定されない。

熱中性子は、一般的には、室温で２５ｍｅＶ付近のエネルギー値以下のエネルギーを有する中性子を示し、中速中性子は、熱中性子よりも十分に高いエネルギー（数ｋｅＶ以上であり数百ｋｅＶ未満のエネルギー）を有する中性子を示し、高速中性子は、数百ｋｅＶ以上を有する中性子を示す。ここで、エネルギーによる中性子の名称の閾値に厳格な定義はないため、本願の定義においては、熱中性子は数十ｍｅＶ（例えば５０ｍｅＶ）以下のエネルギーを有する中性子であってよく、中速中性子は、数ｋｅＶ（例えば５ｋｅＶ）以上であり、数百ｋｅＶ（例えば５００ｋｅＶ）未満のエネルギーを有する中性子であり、高速中性子は、数百ｋｅＶ（例えば５００ｋｅＶ）以上のエネルギーを有する中性子であってよい。

計測部３ｂは、検出器３ａから出力される多数の検出信号に基づいて、検出位置毎に当該検出位置へ入射して来た散乱中性子の検出数を計測する。なお、上述の光センサが用いられる場合、計測部３ｂは、ＳｉＰＭなどの上述の光センサに組み込まれていてもよい。

比率算出部５は、検出器３ａにおける各検出位置について、当該検出位置の基準値に対する当該検出位置の上記検出数の比率（以下で単に比率ともいう）を求める。基準値は、合成床版１に欠陥が存在しないと仮定した場合の検出数として検出位置毎に設定されている。このような基準値は、検出位置に応じて異なっていてよい。すなわち、基準値は、少なくとも一部の検出位置同士の間で異なってよい。すなわち、基準値は、欠陥が存在しない合成床版１に仮に検査を行った場合に得られる検出数である。検出器３ａ（検出面３ａ１）における各検出位置の基準値は、照射箇所Ｒと当該検出位置との位置関係、および合成床版１における中性子の散乱特性などに応じて予め設定されている。

本実施形態では、各検出位置の基準値は、中性子照射装置２からいずれかの形鋼１ｂに向けて中性子線を照射した場合の検出数として予め設定されている。断面がＴ形の形鋼１ｂの場合には、各検出位置の基準値は、中性子照射装置２からＴ形の形鋼１ｂに含まれる板状部１ｂ１に向けて、板状部１ｂ１が底鋼板１ａから立ち上がっている方向（鉛直方向）に中性子線を照射した場合の検出数として予め設定されてよい。ここで、「中性子照射装置２から形鋼１ｂ（又は板状部１ｂ１）に向けて中性子線を照射」とは、中性子照射装置２からの中性子ビームが形鋼１ｂへ至る前に散乱されずに直進すると仮定した場合に、当該中性子ビームが形鋼１ｂ（又は板状部１ｂ１）に入射することを意味する。

各検出位置の基準値は、検査時に中性子ビームが照射される１つの照射箇所Ｒに設定されていてよい。また、例えば後述のビームスキャンのように、複数の照射箇所Ｒの各々について当該照射箇所Ｒへの中性子ビームの照射により検査を行う場合には、これらの照射箇所Ｒの各々について、各検出位置の基準値が設定されていてよい。

＜基準値の設定方法＞
上述の基準値は、以下のように、検出器３ａにおける検出位置毎に予め設定されていてよい。すなわち、欠陥が存在しない合成床版１に対して、実際の検査と同じ条件で検査を行った場合に、計測時間にわたって検出器３ａの各検出位置で検出される中性子の数（例えば推定される検出数）を、当該検出位置の基準値として設定してよい。ここで、「実際の検査と同じ条件」は、以下の検出条件（ａ）～（ｃ）を含む。

（ａ）検出器３ａ（検出面３ａ１）と合成床版１（照射箇所Ｒ）と中性子照射装置２との位置関係および姿勢関係（向きの関係）が予め設定された位置関係と姿勢関係になっている。
（ｂ）中性子照射装置２から合成床版１へ放出される中性子ビームのスペクトルが、定められたものとなっている。中性子照射装置２が中性子ビームを放出する時の当該中性子ビームのスペクトルは、単位時間あたりに（例えば、パルス中性子ビームの場合には、パルス時間幅において）中性子照射装置２から合成床版１に照射される多数の中性子のエネルギー分布であり、この分布において、各エネルギーについて、当該エネルギーを有する中性子の数が表される。
（ｃ）中性子ビームの強度が、定められたものとなっている。中性子ビームの強度は、中性子照射装置２が中性子ビームを放出する時に当該放出により単位時間あたりに照射箇所Ｒ（又は照射箇所Ｒにおける単位面積）に照射される中性子の数である。

一例では、上記検出条件（ａ）～（ｃ）の下で、実際の合成床版１（例えば欠陥の存在確率が低いと想定されている合成床版１）における１つの照射箇所Ｒに中性子照射装置２が中性子を照射し、検出器３ａにおける各検出位置の検出数を求める。その後、同じ合成床版１において照射箇所Ｒを変えて再び同じ処理を行う。この処理を、繰り返し行うことにより、複数の照射箇所Ｒの各々について、検出器３ａにおける各検出位置の検出数を求める。そして、検出器３ａにおける各検出位置に関して、複数の照射箇所Ｒについて求めた、当該検出位置の複数の検出数の平均値を、当該検出位置の基準値として設定する。なお、これら複数の照射箇所Ｒは、上記橋の幅方向に互いにずれた箇所であってもよいし、上記橋軸方向における合成床版１の構造の周期（形鋼１ｂの配置間隔）だけ互いにずれた箇所であってもよい。また、この場合、これら複数の照射箇所Ｒの各々は、形鋼１ｂの真上に位置していてよい。

別の例では、実際の合成床版１（例えば欠陥の存在確率が高いと想定されている合成床版１）と構成（材質等）が同じであるが欠陥が存在しない供試体を用意し、この供試体を合成床版１として、上記検出条件（ａ）～（ｃ）の下で、供試体における照射箇所Ｒに中性子照射装置２が中性子を照射し、検出器３ａにおける各検出位置の検出数を求め、当該検出数を当該検出位置の基準値として設定する。

さらに別の例では、上記検出条件（ａ）～（ｃ）の下で、欠陥が存在しない合成床版１に検査を行った場合に検出器３ａの各検出位置について得られる検出数をシミュレーションにより求め、当該検出数を当該検出位置の基準値として設定する。

上述の検出条件（ａ）～（ｃ）の下で中性子ビームが合成床版１の表面１ｅに入射する方向に見た場合に、検出器３ａ（検出面３ａ１）における各検出位置の基準値は、当該表面１ｅにおける当該中性子ビームの照射箇所Ｒから当該検出位置が離れるにつれて小さくなる傾向がある。

記憶部６は、１つの照射箇所Ｒについて、又は複数の照射箇所Ｒの各々について、検出器３ａにおける各検出位置の基準値を記憶している。比率算出部５は、検出器３ａにおける各検出位置について、記憶部６の基準値と上述の検出数とに基づいて比率を算出する。

データ処理部７は、比率算出部５が出力した検出器３ａの各検出位置の比率に対してデータ処理を行う。データ処理部７は、検出器３ａ上の検出位置に関する上記比率の分布（以下で単に比率分布ともいう）において、比率の増大ピーク形成部と減少ピーク形成部を特定する。また、データ処理部７は、特定した増大ピーク形成部の大きさと減少ピーク形成部の大きさを求める。

＜比率分布＞
図２Ａ～図２Ｄは、検出位置に関する比率分布を示す比率曲線Ｃ１～Ｃ４を模式的に示している。

図２Ａと図２Ｂは、合成床版１の内部に欠陥として低密度部分（例えば空隙）が存在する場合を示し、図２Ｃと図２Ｄは、合成床版１の内部に欠陥として水が存在する場合を示す。また、図２Ａと図２Ｃは、合成床版１内における欠陥が、合成床版１に照射される中性子ビームの延長線上に存在する場合を示し、図２Ｂと図２Ｄは、合成床版１内における欠陥が、合成床版１に照射される中性子ビームの延長線からずれた位置に存在する場合を示す。

図２Ａ～図２Ｄにおいて、横軸は、図１Ａのｘ軸方向（左右方向）における検出器３ａ上の検出位置（ｘ座標）を示し、縦軸は、検出数の上記比率を示す。なお、図２Ａ～図２Ｄの比率分布は、照射箇所Ｒと同じ一定のｙ座標（図１Ｂを参照）における分布を示す。図２Ａ～図２Ｄは、検出数が熱中性子の検出数である場合を示す。ただし、検出数が中速中性子の検出数であっても、比率分布の傾向は、図２Ａ～図２Ｄと同様である。

図２Ａ～図２Ｄの各々のように、合成床版１内に存在する欠陥の影響で、比率分布に減少ピーク形成部と増大ピーク形成部が生じる。減少ピーク形成部は、比率が１よりも小さくなる部分であって、比率の減少ピーク（負方向のピーク）を形成する部分である。増大ピーク形成部は、比率が１よりも大きくなる部分であって、比率の増大ピーク（正方向のピーク）を形成する部分である。

図２Ａと図２Ｂでは、減少ピーク形成部は、比率分布を表わす比率曲線Ｃ１，Ｃ２における点Ｄ２から点Ｄ３までの部分であり、増大ピーク形成部は、比率曲線Ｃ１，Ｃ２における点Ｄ１から点Ｄ２までの部分と、比率曲線Ｃ１，Ｃ２における点Ｄ３から点Ｄ４までの部分である。

図２Ｃと図２Ｄでは、減少ピーク形成部は、比率曲線Ｃ３，Ｃ４における点Ｄ１から点Ｄ２までの部分と、比率曲線Ｃ３，Ｃ４における点Ｄ３から点Ｄ４までの部分であり、増大ピーク形成部は、比率曲線Ｃ３，Ｃ４における点Ｄ２から点Ｄ３までの部分である。

また、減少ピーク形成部の大きさは、比率が１である部分（図２Ａ～図２Ｄでは、破線で示す直線Ｌ）と、減少ピーク形成部とで挟まれた領域の面積（図２Ａ～図２Ｄでは、符号Ｎが示す斜線部分の面積）であってよい。すなわち、ｘを位置座標（図１Ａのｘ軸座標）であるとして、比率曲線が、比率＝ｆ（ｘ）で表される場合に、∫｛１－ｆ（ｘ）｝ｄｘが、減少ピーク形成部の大きさであってよい。この積分は、減少ピーク形成部のｘの区間にわたって行われる。

同様に、増大ピーク形成部の大きさは、比率が１である部分（図２Ａ～図２Ｄでは、破線で示す直線Ｌ）と、増大ピーク形成部とで挟まれた領域の面積（図２Ａ～図２Ｄでは、符号Ｐが示す斜線部分の面積）であってよい。すなわち、ｘを位置座標（図１Ａのｘ軸座標）であるとして、比率曲線が、比率＝ｆ（ｘ）で表される場合に、∫｛ｆ（ｘ）－１｝ｄｘが、増大ピーク形成部の大きさであってよい。この積分は、増大ピーク形成部のｘの区間にわたって行われる。

・低密度部分の欠陥
以下で、低密度部分の欠陥として空隙を想定して説明するが、以下の内容は、他の低密度部分の欠陥を想定する場合にも当てはまる。この場合、以下において、各「空隙」は、低密度部分に読み替えられてよい。

合成床版１の内部に存在する欠陥が空隙である場合に、図２Ａのように、検出器３ａにおいて、空隙に対向する領域付近（すなわち空隙と同じｘ座標付近）では、比率分布において、比率の減少ピーク形成部が生じる。

この減少ピーク形成部は、次の理由で形成される。中性子は空隙では散乱しないので、合成床版１に照射された中性子は、合成床版１の表面１ｅから離れる側へ当該空隙を通過する時に当該空隙の箇所から検出器３ａへ散乱することが無くなる。したがって、その分、検出面３ａ１において空隙に対向する領域付近では、散乱中性子の検出数が減るので、減少ピーク形成部が生じる。また、合成床版１に入射した高速中性子は、合成床版１（例えばコンクリート１ｃ）内を通過中に熱中性子に変わるが、合成床版１内に空隙があることは、その分、熱中性子が生成されなくなることを意味する。したがって、検出面３ａ１において空隙に対向する領域付近では、散乱熱中性子の検出数が減る。

一方、検出器３ａにおいて空隙に対向する領域付近（減少ピーク形成部）に隣接する領域では、図２Ａのように、比率分布（比率曲線Ｃ１）において、比率の増大ピーク形成部（正方向のピーク）が生じる。

この増大ピーク形成部は、次の理由で形成される。検出面３ａ１において空隙に対向する領域付近（減少ピーク形成部）に隣接する領域に入射する散乱中性子には、空隙よりも深い位置で散乱し当該隣接する領域へ向けて空隙を通過して来る散乱中性子が含まれる。この「空隙を通過して来る散乱中性子」は、空隙で他の方向へ散乱することが無く、空隙の存在により合成床版１（例えばコンクリート１ｃ）で吸収され難くなる。したがって、その分、上記隣接する領域では、散乱中性子の検出数が増えるので、上記増大ピーク形成部が生じる。

また、図２Ｂのように、空隙の位置が、照射箇所Ｒへ照射される中性子ビームの延長線上から多少ずれていても、図２Ａの場合と同様の比率分布が得られる。なお、図２Ｂでは、左側に、相対的に大きな増大ピーク形成部が生じている。図２Ｂでは、合成床版１に入射した中性子ビームのうち、より多くの散乱中性子が空隙を通過して左側の増大ピーク形成部に対応する位置で検出されるからである。

・水の欠陥
合成床版１の内部に存在する欠陥が水（滞水箇所）である場合に、図２Ｃのように、比率分布において、滞水箇所に対向する領域付近（すなわち滞水箇所と同じｘ座標付近）では、比率の増大ピーク形成部が生じる。

この増大ピーク形成部は、次の理由で形成される。検出面３ａ１において、滞水箇所に対向する領域に入射する散乱中性子には、滞水箇所からの散乱中性子が含まれる。ここで、中性子は水と反応しやすいので、滞水箇所からの散乱中性子は、水と反応して熱中性子になっているものが多く含まれる。したがって、その分、検出面３ａ１において、滞水箇所に対向する領域では、散乱熱中性子の検出数が増えるので、増大ピーク形成部が生じる。

なお、図２Ｃのように、増大ピーク形成部の頂部において負方向への窪みが生じているのは次の理由による。中性子が合成床版１の表面１ｅから離れる側へ滞水箇所を通過する時に当該滞水箇所から検出器３ａへ散乱し難い。したがって、その分、検出面３ａ１において滞水箇所に対向する領域の中央では、熱中性子の検出数が減るので、上記窪みが生じる。

判定値算出部８は、増大ピーク形成部の大きさと減少ピーク形成部の大きさをそれぞれＳｐとＳｎとしてデータ処理部７から受ける。判定値算出部８は、増大ピーク形成部の大きさと減少ピーク形成部の大きさとの和（Ｓｐ＋Ｓｎ）を求めるとともに、減少ピーク形成部の大きさを増大ピーク形成部の大きさで割った値（Ｓｎ／Ｓｐ）を求める。また、判定値算出部８は、求めたＳｐ＋ＳｎとＳｎ／Ｓｐを出力する。

なお、比率分布において複数の増大ピーク形成部が生じている場合には、Ｓｐは、当該複数の増大ピーク形成部の大きさの合計であってよい。同様に、比率分布において複数の減少ピーク形成部が生じている場合には、Ｓｎは、当該複数の減少ピーク形成部の大きさの合計であってよい。

判定部９は、データ処理部７が出力したＳｐ＋ＳｎとＳｎ／Ｓｐに基づいて、合成床版１における欠陥の有無と欠陥の種類を判定する。図３は、この判定に関する２次元座標系を示す。図３において、横軸はＳｐ+Ｓｎを示し、縦軸はＳｎ／Ｓｐを示す。

合成床版１に欠陥が存在しない場合には、比率分布において、増大ピーク形成部と減少ピーク形成部が生じず、又は、増加ピークと減少ピークが生じたとしても、これらのピーク形成部は小さいので、Ｓｐ＋Ｓｎは、０又は０に近い値となる。したがって、第１しきい値Ｔ１が０又は０に近い正の値であるとして、欠陥が存在しない場合には、図３のように、Ｓｐ＋Ｓｎが第１しきい値Ｔ１以下となる。

合成床版１に欠陥としての空隙が存在する場合には、比率分布において、図２Ａのように、比較的大きな減少ピーク形成部が生じるとともに、増大ピーク形成部も生じる。したがって、空隙が存在する場合には、図３のように、Ｓｐ＋Ｓｎは、上述の第１しきい値Ｔ１より大きくなり、Ｓｎ／Ｓｐは、正の値である第２しきい値Ｔ２以上となる。

合成床版１に欠陥としての水（滞水箇所）が存在する場合には、比率分布において、図２Ｃのように、かなり大きな増大ピーク形成部が生じ、減少ピーク形成部は、ほとんど現れない。したがって、水が存在する場合には、図３のように、Ｓｐ＋Ｓｎは、上述の第１しきい値Ｔ１より大きくなり、Ｓｎ／Ｓｐは、上述の第２しきい値Ｔ２未満となる。

上述に従って、判定部９は次のように判定を行う。Ｓｐ＋Ｓｎが第１しきい値以下である場合には、判定部９は、合成床版１内に欠陥が存在しないと判定し、欠陥が存在しないことを示す信号を出力する。この出力に基づいて、例えば、欠陥が存在しない旨がディスプレイに表示されてよい。

Ｓｐ＋Ｓｎが第１しきい値より大きい場合には、判定部９は、合成床版１内に欠陥が存在すると判定し、その旨の欠陥存在信号を出力する。この場合、当該信号には、次のように欠陥の種類を示す情報が含まれていてよい。Ｓｐ＋Ｓｎが第１しきい値Ｔ１より大きく、且つ、Ｓｎ／Ｓｐが第２しきい値Ｔ２以上である場合には、判定部９は、合成床版１内に空隙が存在すると判定し、その旨の第１欠陥信号を出力する。Ｓｐ＋Ｓｎが第１しきい値Ｔ１より大きく、且つ、Ｓｎ／Ｓｐが第２しきい値Ｔ２未満である場合には、判定部９は、合成床版１内に水（滞水箇所）が存在すると判定し、その旨の第２欠陥信号を出力する。

（非破壊検査方法）
図４は、本発明の実施形態による合成床版の非破壊検査方法を示すフローチャートである。この非破壊検査方法は、上述の非破壊検査装置１０を用いて行われ、ステップＳ１～Ｓ８を有する。

ステップＳ１において、検出器３ａの各検出位置の基準値を上述のように設定する。

ステップＳ２において、合成床版１に対して中性子照射装置２と検出器３ａを配置する。本実施形態では、合成床版１の内部から見て合成床版１の表面１ｅ側に中性子照射装置２と検出器３ａを配置する。

ステップＳ３において、中性子照射装置２により、合成床版１の表面１ｅにおける局所的な照射箇所Ｒに中性子ビームを入射する。このようなステップＳ２、Ｓ３は、上述の検出条件（ａ）～（ｃ）の下で行われる。

なお、ステップＳ３において、照射箇所Ｒへの中性子ビームの照射方向は、合成床版１の平らな表面１ｅと垂直な方向であってもよいし、当該表面１ｅと垂直な方向に対して斜めの方向であってもよい。

ステップＳ４において、ステップＳ３の結果、合成床版１から戻って来た散乱中性子を、表面１ｅに対向する検出面３ａ１上の各検出位置で検出し、検出位置毎に散乱中性子の検出数を計測する。ステップＳ４は、検出装置３により行われる。

ステップＳ５において、ステップＳ１で設定した各検出位置の基準値とステップＳ４で計測した各検出位置の検出数とに基づいて、比率算出部５により、検出面３ａ１上の各検出位置について、当該検出位置の基準値に対する当該検出位置の検出数の比率を求めて出力する。

ステップＳ６において、データ処理部７により、ステップＳ５で算出した比率の、検出位置に関する分布において、比率の増大ピーク形成部と減少ピーク形成部を特定し、増大ピーク形成部の大きさＳｐと減少ピーク形成部の大きさＳｎを求める。

ステップＳ７において、判定値算出部８によりＳｐ＋Ｓｎを求め、判定部９により、Ｓｐ＋Ｓｎに基づいて、合成床版１の内部に欠陥が存在するかどうかを判定する。ステップＳ７において、Ｓｐ＋Ｓｎが第１しきい値Ｔ１以下である場合には、判定部９は、合成床版１の内部に欠陥が存在しないと判定し、欠陥が存在しないことを示す信号を出力する。一方、ステップＳ７において、Ｓｐ＋Ｓｎが第１しきい値Ｔ１より大きい場合には、判定部９は、合成床版１の内部に欠陥が存在すると判定し、ステップＳ８へ進む。

ステップＳ８において、判定値算出部８によりＳｎ／Ｓｐを求め、判定部９により、Ｓｎ／Ｓｐに基づいて、欠陥の種類を判定する。ステップＳ８において、Ｓｎ／Ｓｐが第２しきい値Ｔ２以上である場合には、判定部９は、合成床版１の内部に欠陥としての低密度部分（例えば空隙）が存在すると判定し、その旨の第１欠陥信号を出力する。一方、ステップＳ８において、Ｓｎ／Ｓｐが第２しきい値Ｔ２未満である場合には、判定部９は、合成床版１の内部に欠陥としての水（滞水箇所）が存在すると判定し、その旨の第２欠陥信号を出力する。

＜ビームスキャン＞
ステップＳ８の次に、ステップＳ３での照射箇所Ｒを変えてステップＳ３～Ｓ６を繰り返し行ってもよい。すなわち、ステップＳ３で合成床版１の表面１ｅにおいて中性子ビームが入射する照射箇所Ｒを、繰り返される複数回のステップＳ３の間で互いに異なるようにする。この場合、合成床版１を中性子ビームでスキャンするように複数回のステップＳ３を行ってよい。

また、１回のステップＳ３～Ｓ６を１サイクルとして、各サイクルについて、当該サイクルのステップＳ６で求めたＳｐとＳｎからＳｐ／Ｓｎ又はＳｎ／Ｓｐを求める。この時、上述のステップＳ８で欠陥として低密度部分が存在すると判定された場合には、Ｓｐ／Ｓｎを求め、上述のステップＳ８で欠陥として水が存在すると判定された場合には、Ｓｎ／Ｓｐを求めてよい。

複数のサイクルについてそれぞれ求めた複数のＳｐ／Ｓｎ又はＳｎ／Ｓｐのうち、最小のＳｐ／Ｓｎ又はＳｎ／Ｓｐを特定する。特定された最小のＳｐ／Ｓｎ又はＳｎ／Ｓｐに対応する照射箇所Ｒ（すなわち、このＳｐ／Ｓｎ又はＳｎ／Ｓｐを求めたサイクルでの照射箇所Ｒ）を、これらのＳｐ／Ｓｎ又はＳｎ／Ｓｐにそれぞれ対応する複数の照射箇所Ｒのうち上記低密度部分（空隙）又は上記水に最も近い箇所として特定する。

すなわち、複数のサイクルについてそれぞれ複数のＳｐ／Ｓｎを求めた場合、これらのＳｐ／Ｓｎのうち最小のＳｐ／Ｓｎに対応する照射箇所Ｒを、上記低密度部分（空隙）に最も近い箇所として特定する。同様に、複数のサイクルについてそれぞれ複数のＳｎ／Ｓｐを求めた場合、これらのＳｎ／Ｓｐのうち最小のＳｎ／Ｓｐに対応する照射箇所Ｒを上記水に最も近い箇所として特定する。このようなビームスキャンについては、後述の実施例２でより詳しく説明する。

（実施例１：熱中性子を検出する場合と中速中性子を検出する場合）
欠陥としての空隙の位置と寸法が既知である合成床版１（供試体）に対して非破壊検査装置１０を用いて検査を行った。図５Ａは、検査を行った合成床版１の断面を示し、図５Ｂは、図５Ａの５Ｂ－５Ｂ矢視図である。図５Ｃは、図５Ａにおける各部の寸法を記載した図である。

図５Ａと図５Ｂに示すように、合成床版１の内部において欠陥としての空隙が存在する。図５Ａにおけるｘ、ｙ、ｚは、ｘｙｚ座標系において互いに直交するｘ軸とｙ軸とｚ軸を示す。

上述のステップＳ４で熱中性子を選択的に検出する検出器３ａを用いて、上述のステップＳ２～Ｓ７を行った。この時、ステップＳ３において、図５Ｂに示す照射箇所Ｒに中性子ビームを照射した。この照射箇所Ｒは、１辺が５０ｍｍの正方形（図５Ｂにおいて符号Ｒが示す破線で囲んだ領域）である。ステップＳ５では、熱中性子を選択的に検出する場合の基準値を用いた。

空隙のｘ軸方向とｙ軸方向の寸法をそれぞれ５０ｍｍと３００ｍｍに固定して、空隙のｚ軸方向の寸法を３ｍｍと１０ｍｍと３０ｍｍとした各場合について、条件を同じにして上述の実験を行った。

また、中速中性子を選択的に検出する検出器３ａを用いて、他の条件は同じにして上述の実験を行った。なお、基準値は、中速中性子を選択的に検出する場合の値を用いた。

図６Ａと図６Ｂは、空隙のｚ軸方向の寸法が３０ｍｍである場合の、検出面３ａ１における比率の２次元的分布を示す。図６Ａは、熱中性子を選択的に検出する検出器３ａを用いた場合を示し、図６Ｂは、中速中性子を選択的に検出する検出器３ａを用いた場合を示す。図６Ａと図６Ｂにおいて、横軸と縦軸は、図５Ａに示すｘ軸とｙ軸の座標を示し、各座標の原点は、照射箇所Ｒの中心である。また、図６Ａと図６Ｂにおいて、破線は、ｚ軸方向に見た場合の、空隙が存在する範囲を示す。

図６Ａにおいて、検出面３ａ１における大まかな比率の分布を実線で囲まれた各区画Ａ～Ｅで示している。比率は、区画Ａでは０．８５未満であり、区画Ｂでは０．８５以上０．９０未満であり、区画Ｃでは０．９０以上１．００未満であり、区画Ｄでは１．００以上１．１０未満である。なお、区画Ｅは、誤差が大きい区画である。

同様に、図６Ｂにおいて、検出面３ａ１における大まかな比率の分布を実線で囲まれた各区画Ａ～Ｄで示している。比率は、区画Ａでは０．９０未満であり、区画Ｂでは０．９０以上０．９５未満であり、区画Ｃでは０．９５以上１．００未満であり、区画Ｄでは１．００以上１．１０未満である。なお、区画Ｅは、誤差が大きい区画である。

図６Ａと図６Ｂから分かるように、検出する中性子が熱中性子であっても中速中性子であっても、空隙の存在を検出できる。例えば、図６Ａと図６Ｂにおいて、比率が１よりも減少している領域と比率が１よりも大きくなっている領域が存在すること（且つ空隙の真上付近で比率が最も小さくなっていること）から、空隙が存在していると判断できる。

図７Ａは、上述の実験において、熱中性子を選択的に検出する検出器３ａを用いた場合に得られた比率のｘ軸方向分布を示す。図７Ｂは、上述の実験において、中速中性子を選択的に検出する検出器３ａを用いた場合に得られた比率のｘ軸方向分布を示す。図７Ａと図７Ｂにおいて、各三角印は、空隙のｚ軸方向の寸法が３ｍｍである場合を示し、各四角印は、空隙のｚ軸方向の寸法が１０ｍｍである場合を示し、各丸印は、空隙のｚ軸方向の寸法が３０ｍｍである場合を示す。

図７Ａと図７Ｂにおいて、曲線は、空隙のｚ軸方向の寸法が３０ｍｍである場合の比率分布を近似する曲線である。図７Ａと図７Ｂにおいて、ｘ軸方向の位置座標の絶対値が大きくなると（図７Ｂの場合には４００ｍｍ程度を超えると）、得られた比率は、誤差が大きくなる。そのため、ＳｎとＳｐは、誤差が許容限度を超えない位置座標の範囲で求められてよい。例えば、図７Ｂでは、ＳｎとＳｐは、ｘ座標が-２００ｍｍから４００ｍｍ又は６００ｍｍ程度までの範囲で求められてよい。なお、ＳｎとＳｐを求める座標範囲は欠陥の大きさや種類に応じて適宜に設定されてよい。図７Ａと図７Ｂにおいて、比率は、ｘ軸方向における位置座標の両端側で、照射箇所Ｒの中心から離れるにつれて１に近づく傾向がある。

図６Ａと図６Ｂとの比較、または図７Ａと図７Ｂとの比較から分かるように、
中速中性子を検出した場合のほうが、比率は、空隙の位置に対して１を超えるように急激に立ち上がる。したがって、ＳｎとＳｐは、誤差が比較的小さい位置座標の範囲（図７Ａと図７Ｂでは、例えばｘ座標が-２００ｍｍから４００ｍｍまでの範囲）で求めた場合、Ｓｐ+Ｓｎの値は、中速中性子を検出した場合のほうが大きくなる。このように、中速中性子の検出により、空隙の存在に対するＳｐ+Ｓｎの値の感度を高くすることができる。

図８は、上述の実験における各場合のＳｐ＋Ｓｎの値を示す。図８において、横軸は、空隙のｚ軸方向寸法を示し、縦軸は、求められたＳｐ＋Ｓｎの値を示す。また、図８において、丸印は、熱中性子を選択的に検出した場合を示し、四角印は、中速中性子を選択的に検出した場合を示す。

図８に示されるように、空隙のｚ軸方向寸法が３ｍｍであっても、Ｓｐ＋Ｓｎは、その誤差により実際よりも小さくなったとしても、有意に、ゼロ又はゼロに近い第１しきい値Ｔ１よりも大きくなる。また、中速中性子の検出数は、熱中性子の検出量よりも少なくなる傾向があるが、図８に示されるように、中速中性子を検出した場合の方が、空隙の存在に対するＳｐ+Ｓｎの値の感度が高くなる。したがって、十分な量の中速中性子が検出される場合には、検査において中速中性子を検出することで、空隙の存在を高感度に検出できる。

（実施例２：ビームスキャン）
＜欠陥が空隙の場合＞
非破壊検査装置１０を用いて上述のビームスキャンを行った。この実施例２では、熱中性子を選択的に検出する検出器３ａを用いた。図９Ａは、ビームスキャンを行った合成床版１の断面を示し、図９Ｂは、図９Ａの９Ｂ－９Ｂ矢視図である。図９Ａの合成床版１は、図５Ａの場合と同じであり、各部の寸法も図５Ｃの場合と同じである。

図９Ａと図９Ｂにおいて、合成床版１の内部において欠陥として存在する空隙のｘ軸方向とｙ軸方向とｚ軸方向の寸法は、それぞれ、５０ｍｍと３００ｍｍと１０ｍｍである。

上述のステップＳ３～Ｓ６をビームスキャンの１サイクルとして、３回のサイクルの各々（ステップＳ３）において、合成床版１の表面１ｅへ中性子ビームを照射した。また、３回のサイクルで照射した中性子ビームを、それぞれ図９ＡにおいてＢ１～Ｂ３で示す。また、３回のサイクルでの照射箇所は、一辺が５０ｍｍの正方形である。図９Ｂでは、１回目のサイクルでの照射箇所Ｒ１とその中心ｒ１と、２回目のサイクルでの照射箇所の中心ｒ２と、３回目のサイクルでの照射箇所の中心ｒ３を示している。ｒ１とｒ２とｒ３は、ｘ軸方向に互いに２９ｍｍずれている。

図１０は、このように３回のサイクルのビームスキャンを行った結果であり、検出面３ａ１における比率のｘ軸方向分布を示す。図１０において、横軸は、ｘ軸方向の位置座標を示し、縦軸は、比率（検出数／基準値）を示す。図１０において、各三角印は、合成床版１の表面１ｅにおける中性子ビームの照射箇所の中心が図９Ｂのｒ１である場合を示し、各四角印は、当該中心が図９Ｂのｒ２である場合を示し、各丸印は、当該中心が図９Ｂのｒ３である場合を示す。なお、図１０において、各位置座標での比率は、表面１ｅにおける中性子ビームの照射箇所Ｒ１の中心と同じｙ軸座標での比率を示す。図１０において、ｘ軸方向の位置座標の絶対値が大きくなると、得られた比率は、誤差が大きくなる。そのため、ＳｎとＳｐは、誤差が許容限度を超えない位置座標の範囲で求められてよい。なお、図１０において、ｘ軸方向における位置座標の両端側で、照射箇所の中心から離れるにつれてゼロに近づく傾向がある。

上述の３回のサイクルのビームスキャンを、空隙のｚ軸方向の寸法を３ｍｍと３０ｍｍとした各場合についても、条件を同じにして上述の実験を行った。図１１は、このようなビームスキャンにより得られたＳｐ／Ｓｎの値を示す。図１１において、横軸は、照射箇所Ｒの中心と空隙の中心とのｘ軸方向距離を示し、縦軸は、ビームスキャンの各サイクルで求められたＳｐ／Ｓｎの値を示す。ここで、ＳｎとＳｐは、誤差が比較的小さい範囲で求めたものである。また、図１１において、丸印は、空隙のｚ軸方向寸法が３ｍｍの場合を示し、四角印は、空隙のｚ軸方向寸法が１０ｍｍの場合を示し、三角印は、空隙のｚ軸方向寸法が３０ｍｍの場合を示す。

図１１のように、最小のＳｐ／Ｓｎが得られたサイクルでの照射箇所Ｒは、合成床版１内の空隙に最も近い。したがって、最小のＳｐ／Ｓｎに対応する照射箇所Ｒを空隙に最も近い箇所として特定することができる。例えば、合成床版１内の空隙の真上から合成床版１の表面１ｅに中性子ビームを照射した場合には、多くの中性子が空隙を表面１ｅから離れる方向に通過するが、この時、これらの中性子は空隙において検出器３ａ側へ散乱しない。その結果、検出面３ａ１において空隙の真上の領域では、検出数が大きく減少すると考えられる。また、空隙では熱中性子が生成されない。そのため、照射箇所Ｒが、空隙（空隙の真上）に近いほど、Ｓｎが大きくなり、Ｓｐ／Ｓｎが小さくなると考えられる。

（実施形態の効果）
上述のように、合成床版１の表面１ｅにおける局所的な照射箇所Ｒに中性子ビームを照射し、その結果、検出器３ａ上の検出位置毎に当該検出位置へ入射した散乱中性子の数を検出数として計測し、各検出位置について、当該検出位置の基準値に対する当該検出位置の検出数の比率を求める。このように得た、検出位置に関する比率分布は、欠陥の有無や種類を示す情報が含まれている。したがって、検出器３ａにおける各検出位置の比率（比率分布）に基づいて、欠陥の有無や種類を検出できる。

例えば、比率分布における比率の増大ピーク形成部と減少ピーク形成部の大きさを、それぞれＳｐとＳｎとして、Ｓｐ＋Ｓｎが第１しきい値Ｔ１よりも大きい場合には、水又は低密度部分（例えば空隙）の欠陥が存在すると判定できる。

また、Ｓｐ＋Ｓｎが第１しきい値Ｔ１よりも大きく、且つ、Ｓｎ／Ｓｐが第２しきい値Ｔ２以上である場合には、合成床版１に欠陥としての低密度部分が存在すると判定できる。

Ｓｐ＋Ｓｎが第１しきい値Ｔ１よりも大きく、且つ、Ｓｎ／Ｓｐが第２しきい値Ｔ２未満である場合には、合成床版１に欠陥としての水が存在すると判定できる。

また、照射箇所Ｒを局所的な箇所（例えばスポット）とすることにより、合成床版１内に欠陥が存在する場合には、比率分布において上述の増大ピーク形成部と減少ピーク形成部がより顕著に生じやすくなる。

低密度部分（例えば空隙）の有無を検出する場合に、検出器３ａが中速中性子を選択的に検出することにより、低密度部分に対して高感度なＳｐ＋Ｓｎを得ることができる。

上述したビームスキャンにより、各照射箇所ＲについてＳｐ／Ｓｎ又はＳｎ／Ｓｐを求め、最小のＳｐ／Ｓｎ又はＳｎ／Ｓｐに対応する照射箇所Ｒが低密度部分又は滞水箇所に最も近いと判定できる。

また、ビームスキャン法により、少なくとも２つ又は３つの照射箇所Ｒの各々について、Ｓｐ／Ｓｎ又はＳｎ／Ｓｐを求めることにより、Ｓｐ／Ｓｎ又はＳｎ／Ｓｐの値がより小さい方の照射箇所Ｒ側に低密度部分又は滞水箇所が存在していることが分かる。

合成床版１に入射した中性子ビームの各中性子は、コンクリート１ｃの部分を通過するよりも、形鋼１ｂの部分を通過した方が、より深い位置まで進入することができる。したがって、検査時において、中性子照射装置は、合成床版１における形鋼１ｂに向けて中性子線を照射することにより、合成床版１内の小さい欠陥（例えば形鋼１ｂ付近の欠陥）を高感度に検出することが可能となる。この場合、これに合わせて、比率の算出に用いる、各検出位置の基準値は、中性子照射装置２から合成床版１における形鋼１ｂに向けて中性子線を照射した場合の検出数として予め設定されている。

また、本実施形態の検査では、合成床版１に中性子ビームを照射し、戻って来た散乱中性子を検出するので、合成床版１の表面１ｅである上面側だけに、全ての検査機器（中性子照射装置２や検出装置３）を配置することができる。そのため、合成床版１の下面側に検査機器を配置することが不要になり、検査に要するコストや所要時間を削減できる。

本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、本発明の実施形態による非破壊検査装置１０は、上述した効果の全てを奏するものなくてもよい。また、本発明の実施形態による非破壊検査装置１０は、上述した複数の構成要素の全てを有していなくてもよく、上述した複数の構成要素のうち一部のみを有していてもよい。

また、本発明によると、以下の変更例１～７のいずれかを単独で採用してもよいし、変更例１～７の２つ以上を任意に組み合わせて採用してもよい。この場合、以下で述べない点は、上述と同じである。

（変更例１）
上述では、中性子照射装置２は、パルス中性子ビームを照射箇所Ｒに照射したが、時間的に連続する連続中性子ビームを照射箇所Ｒに照射してもよい。この場合、検出装置３は、合成床版１内に滞水箇所又は低密度部分等の欠陥が存在する場合に上述した比率分布において増大ピーク形成部と減少ピーク形成部が生じるようになる時間区間（計測時間）わたって、検出器３ａにおける各検出位置での検出数を計測してよい。

（変更例２）
欠陥の種類を判定しない場合には、判定値算出部８は、Ｓｎ／Ｓｐを算出しなくてもよい。

（変更例３）
上述では説明しなかったが、図１Ａに示すように、非破壊検査装置１０は、ディスプレイ１１を更に備えていてもよい。

比率算出部５は、検出器３ａにおける各検出位置の比率を、検出位置に関する比率分布として、ディスプレイ１１に出力してよい。この場合、出力された比率分布は、ディスプレイ１１に表示され、人が、表示された比率分布を見て、欠陥の有無や種類を判定してもよい。このような変更例３では、ディスプレイ１１を設ける場合、データ処理部７と判定値算出部８と判定部９を省略してもよい。

ディスプレイ１１に表示される比率分布は、例えば図２Ａ～図２Ｄのように、各検出位置を示す座標軸（例えば図１Ａのｘ軸）と、比率を示す座標軸とを有する２次元の座標系で表されたものであってもよい。あるいは、ディスプレイ１１に表示される比率分布は、各検出位置を示し互いに直交する２つの座標軸（例えば図１Ａのｘ軸とｙ軸）と比率を示す座標軸とを有する３次元の座標系で表されたものであってもよい。または、ディスプレイ１１に表示される比率分布は、図６Ａや図６Ｂのようにディスプレイ１１に表示された２次元的な面（検出面３ａ１）面内において各検出位置での比率の大きさを、複数の区画（例えば図６Ａの区画Ａ～Ｅ）、色、又は、濃淡などで表したものであってもよい。なお、複数の区画の間で、互いに比率の値の範囲が異なっており、各区画の比率の範囲の上限と下限もディスプレイ１１に表示されてよい。

あるいは、ディスプレイ１１を設ける場合、データ処理部７と判定値算出部８と判定部９のうち判定部９のみを省略してもよい。この場合、判定値算出部８は、求めた判定値としてのＳｐ＋ＳｎとＳｎ／Ｓｐを、ディスプレイ１１に出力してよい。この場合、出力された各判定値は、ディスプレイ１１に表示され、人が、表示された当該各判定値を見て、欠陥の有無や種類を判定してよい。この場合、ディスプレイ１１には、上述のように更に比率分布が表示されてもよい。

または、ディスプレイ１１を設ける場合、データ処理部７と判定値算出部８と判定部９のうち判定値算出部８と判定部９のみを省略してもよい。この場合、データ処理部７は、ＳｐとＳｎを、ディスプレイ１１に出力してよい。この場合、出力されたＳｐとＳｎの各値は、ディスプレイ１１に表示され、人が、表示された当該各値を見て、欠陥の有無や種類を判定してよい。この場合、ディスプレイ１１には、上述のように更に比率分布が表示されてもよい。

（変更例４）
上述では、比率分布における増大ピーク形成部の大きさは、面積で表されたが、増大ピーク形成部における比率の最大値（正方向のピーク値）であってもよい。この場合、比率分布における減少ピーク形成部の大きさは、減少ピーク形成部における比率の最小値（負方向のピーク値）であってもよい。

（変更例５）
比率算出部５が出力する比率分布（検出器３ａにおける各検出位置の比率）は、図２Ａ～図２Ｄのように１次元座標（ｘ座標）に対して表される分布、すなわち、ｘ軸と比率の軸を有する２次元座標系で表される分布であってもよいし、２次元座標（ｘ軸座標とｙ軸座標）に対して表される分布、すなわち、ｘ軸とｙ軸と比率の軸を有する３次元座標系で表されるものであってもよい。

後者の場合、増大ピーク形成部の大きさは、比率が１である部分と、増大ピーク形成部とで挟まれた領域の体積であってよい。すなわち、ｘとｙを、検出面３ａ１上の２次元座標を表わす位置座標であるとして、比率分布を表わす比率曲面が、比率＝ｆ（ｘ，ｙ）で表される場合に、∫｛ｆ（ｘ，ｙ）－１｝ｄｘｄｙが、増大ピーク形成部の大きさであってよい。この積分は、増大ピーク形成部のｘの区間とｙの区間にわたって行われる。この場合、減少ピーク形成部の大きさも、同様に、比率が１である部分と、減少ピーク形成部とで挟まれた領域の体積であってよい。すなわち、増大ピーク形成部の場合と同様に、∫｛１－ｆ（ｘ，ｙ）｝ｄｘｄｙが、減少ピーク形成部の大きさであってよい。

また、比率分布が、上述のように２次元座標系で表される場合、データ処理部７は、当該２次元座標系において比率分布を近似する曲線（例えば図２Ａの比率曲線Ｃ１）を生成し、当該曲線に基づいて、上述のＳｐとＳｎを求めてもよい。比率分布が、上述のように３次元座標系で表される場合、データ処理部７は、当該３次元空間において比率分布を近似する曲面（例えば上述のｆ（ｘ，ｙ））を生成し、当該曲面に基づいて、上述のＳｐとＳｎを求めてもよい。

（変更例６）
上述では、検出器３ａは、２次元的な広がりを有する検出面３ａ１を有するものであったが、本発明は、これに限定されない。例えば、検出器３ａは、棒状に（例えば図１Ａのｘ軸方向）に延びていてもよい。この場合、このような棒状の検出器３ａには、棒状に配列された複数（例えば多数）の検出位置が存在する。棒状の検出器３ａを用いて、ステップＳ２～Ｓ４を行うことにより、１次元的な（棒状の）広がりを有する範囲にわたる多数の検出位置での検出数が取得される。

棒状の検出器３ａを用いて、ステップＳ２～Ｓ４を複数回行ってもよい。この場合、複数回の間で、検出器３ａの位置を異ならせ、他の条件は同じにする。これにより、２次元的な広がりを有する範囲にわたる多数の検出位置での検出数を取得し、上述のステップＳ５のように、これらの検出位置の各々での比率を求めてもよい。その後、これらの検出位置での比率（比率分布）に基づいて、上述のステップＳ７，Ｓ８のように欠陥の有無や種類を判定してもよいし、この比率分布をディスプレイ１１に表示させてもよい。なお、ステップＳ２～Ｓ４の各回の検出器３ａの位置と向きは、適宜の手段により（例えば人が入力装置を操作することにより）検出装置３に入力され、この入力に基づいて、検出装置３は、各検出位置と検出数との対応関係を把握してよい。

なお、検出器３ａは、１つの検出位置が存在する点状の検出器であってもよい。この場合には、ステップＳ２～Ｓ４を多数回行う。この場合、多数回の間で、検出器３ａの位置を異ならせ、他の条件は同じにする。これにより、１次元的又は２次元的な広がりを有する範囲にわたる多数の検出位置での検出数を取得し、これらの検出位置の各々での比率を求めてもよい。この場合、他の点は、棒状の検出器３ａを用いてステップＳ２～Ｓ４を複数回行う場合と同様である。

（変更例７）
比率算出部５は、以下のように、正規化された基準値と正規化された検出数とを用いて上述の比率を求めてもよい。

各検出位置ｉ（ｉは検出位置の識別子である。以下同様）の基準値は、内部に欠陥が存在しない状態の合成床版１にＮａ個の中性子を入射した結果、当該検出位置ｉで検出される放出中性子の数αｉをＮａで正規化した値であってよい（ｉは検出位置の識別子である）。すなわち、各検出位置ｉの各々の基準値Ｒｉは、Ｒｉ＝αｉ／Ｎａであってよい。

同様に、各検出位置ｉの検出数は、上述のステップＳ３において合成床版１に中性子照射装置２が合成床版１にＮｂ個の中性子を入射させた結果、当該検出位置ｉで検出される放出中性子の数βｉをＮｂで正規化した値であってよい。すなわち、各検出位置ｉの各々の検出数Ｄｉは、Ｄｉ＝βｉ／Ｎｂであってよい。

比率算出部５は、各検出位置ｉでの比率を、Ｄｉ／Ｒｉにより算出する。なお、比率算出部５は、比率の算出の際に、既知のＮｂと、計測部３ｂが計測したβｉとから、検出数Ｄｉ＝βｉ／Ｎｂを算出してよい。また、正規化された基準値Ｒｉは、記憶部６に記憶されていてよい。

このような変更例７では、上述のＮａとＮｂは、互いに異なっていてよく、ステップＳ３で中性子ビームを合成床版１（照射箇所Ｒ）に照射する時間は、基準値の設定での対応する時間（中性子ビームの照射時間）と異なっていてもよい。なお、変更例７では、ステップＳ４で放出中性子の検出数を計測する時間と、基準値の設定での対応する計測時間とは、いずれも、単位時間あたりに合成床版１から放出される中性子の数が十分に少なくなる（例えば実質的にゼロになる）までの時間であってよい。

１ 合成床版
１ａ 底鋼板
１ｂ 形鋼
１ｃ コンクリート
１ｄ アスファルト層
１ｅ 表面
２ 中性子照射装置
２ａ 中性子源
２ｂ コリメータ
３ 検出装置
３ａ 検出器
３ａ１ 検出面
３ｂ 計測部
５ 比率算出部
６ 記憶部
７ データ処理部
８ 判定値算出部
９ 判定部
１０ 非破壊検査装置
１１ ディスプレイ
Ｒ 照射箇所

Claims (11)

1. 合成床版の表面における局所的な照射箇所に中性子ビームを照射する中性子照射装置と、
   前記照射の結果、前記合成床版から戻って来た散乱中性子を、前記表面に対向する各検出位置で検出し、検出位置毎に散乱中性子の検出数を計測する検出装置と、
   各検出位置について、当該検出位置の基準値に対する当該検出位置の前記検出数の比率を求めて出力する比率算出部と、を備え、
   前記基準値は、前記合成床版に欠陥が存在しないと仮定した場合の検出数として前記検出位置毎に設定されている、合成床版の非破壊検査装置。
2. 前記合成床版が、底鋼板と、当該底鋼板の上面から立ち上がるように互いに間隔をおいて設けられた複数の形鋼と、当該複数の形鋼を埋設するように前記底鋼板の上側に打設されたコンクリートとを有する場合、前記基準値は、前記中性子照射装置から前記形鋼に向けて中性子線を照射した場合の検出数として設定される、請求項１に記載の合成床版の非破壊検査装置。
3. 各検出位置の前記比率に対してデータ処理を行うデータ処理部を備え、
   前記データ処理部は、
   検出位置に関する前記比率の分布において、前記比率の増大ピーク形成部と減少ピーク形成部を特定し、
   前記増大ピーク形成部の大きさと前記減少ピーク形成部の大きさを求めて出力する、請求項１又は２に記載の合成床版の非破壊検査装置。
4. 前記増大ピーク形成部の大きさをＳｐとし、前記減少ピーク形成部の大きさをＳｎとした場合に、Ｓｐ＋ＳｎとＳｎ／Ｓｐを判定値として求めて出力する判定値算出部を備える、請求項３に記載の合成床版の非破壊検査装置。
5. 前記判定値算出部が出力したＳｐ＋ＳｎとＳｎ／Ｓｐに基づいて、合成床版における欠陥の有無と欠陥の種類を判定する判定部を備え、
   前記判定部は、
   Ｓｐ＋Ｓｎが第１しきい値Ｔ１以下である場合には、欠陥が存在しないことを示す信号を出力し、
   Ｓｐ＋Ｓｎが前記第１しきい値Ｔ１よりも大きく、且つ、Ｓｎ／Ｓｐが第２しきい値Ｔ２以上である場合には、第１欠陥信号を出力し、
   Ｓｐ＋Ｓｎが前記第１しきい値Ｔ１よりも大きく、且つ、Ｓｎ／Ｓｐが前記第２しきい値Ｔ２未満である場合には、第２欠陥信号を出力する、請求項４に記載の合成床版の非破壊検査装置。
6. 前記増大ピーク形成部の大きさをＳｐとし、前記減少ピーク形成部の大きさをＳｎとした場合に、Ｓｐ＋Ｓｎを判定値として求めて出力する判定値算出部と、
   Ｓｐ＋Ｓｎが第１しきい値Ｔ１以下である場合には、欠陥が存在しないことを示す信号を出力する判定部と、を備える、請求項３に記載の合成床版の非破壊検査装置。
7. 前記検出装置は、各検出位置で、散乱中性子である熱中性子と中速中性子の一方を選択的に検出し、検出位置毎に当該一方の検出数を計測する、請求項１～６のいずれか一項に記載の合成床版の非破壊検査装置。
8. （Ａ）合成床版の表面における局所的な照射箇所に中性子ビームを照射し、
   （Ｂ）前記（Ａ）の結果、前記合成床版から戻って来た散乱中性子を、前記表面に対向する各検出位置で検出し、検出位置毎に散乱中性子の検出数を計測し、
   （Ｃ）各検出位置について、比率算出部により、当該検出位置の基準値に対する当該検出位置の前記検出数の比率を求めて出力し、
   前記基準値は、前記合成床版に欠陥が存在しないと仮定した場合の検出数として前記検出位置毎に設定されている、合成床版の非破壊検査方法。
9. 前記合成床版が、底鋼板と、当該底鋼板の上面から立ち上がるように互いに間隔をおいて設けられた複数の形鋼と、当該複数の形鋼を埋設するように前記底鋼板の上側に打設されたコンクリートとを有する場合、前記基準値を、前記中性子照射装置から前記形鋼に向けて中性子線を照射した場合の検出数として設定し、
   前記（Ａ）において前記形鋼に向けて中性子ビームを前記照射箇所に照射する、請求項８に記載の合成床版の非破壊検査方法。
10. 前記合成床版の前記表面は上面であり、
    前記（Ａ）では、前記合成床版の内部から見て前記上面側に配置された中性子照射装置から前記中性子ビームを前記上面に照射し、
    前記（Ｂ）では、前記合成床版の内部から見て前記上面側に配置された検出装置により、前記検出位置毎に散乱中性子の検出数を計測する、請求項８又は９に記載の合成床版の非破壊検査方法。
11. （Ｄ）検出位置に関する前記比率の分布において、前記比率の増大ピーク形成部と減少ピーク形成部を特定し、前記増大ピーク形成部の大きさと前記減少ピーク形成部の大きさをそれぞれＳｐとＳｎとして求め、Ｓｐ／Ｓｎ又はＳｎ／Ｓｐを求め、
    前記（Ａ）において中性子ビームを入射する照射箇所を変えて、前記（Ａ）～（Ｄ）を繰り返す、
    複数回の前記（Ｄ）でそれぞれ求めた複数のＳｐ／Ｓｎ又はＳｎ／Ｓｐのうち最も小さい値に対応する前記照射箇所を、複数の前記照射箇所のうち、欠陥としての低密度部分又は滞水箇所に最も近い箇所として特定し、
    前記低密度部分は、合成床版の正常な部分よりも密度が低い部分である、請求項８～１０のいずれか一項に記載の合成床版の非破壊検査方法。

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