JP2736955B2 - Method and apparatus for measuring hydrogen content in metal materials - Google Patents

Method and apparatus for measuring hydrogen content in metal materials

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JP2736955B2
JP2736955B2 JP6124389A JP12438994A JP2736955B2 JP 2736955 B2 JP2736955 B2 JP 2736955B2 JP 6124389 A JP6124389 A JP 6124389A JP 12438994 A JP12438994 A JP 12438994A JP 2736955 B2 JP2736955 B2 JP 2736955B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、鋼材等の金属材料中に
含まれる水素量の測定方法及び測定装置に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for measuring the amount of hydrogen contained in a metal material such as steel.

【0002】[0002]

【従来の技術】鋼材等の金属材料の劣化原因の一つに水
素脆化がある。鋼材中に分散する水素原子や炭化水素を
構成する水素等、鋼材中に含まれる全水素量は水素によ
る鋼材の劣化の直接的な指標と考えられている。例え
ば、高温高圧の水素を扱うリアクターにおいては、水素
脆化による破壊を防止するために、このリアクターを構
成する鋼材中の水素量を非破壊的に定量測定することが
求められている。
2. Description of the Related Art Hydrogen embrittlement is one of the causes of deterioration of metal materials such as steel materials. The total amount of hydrogen contained in steel, such as hydrogen atoms dispersed in steel and hydrogen constituting hydrocarbons, is considered to be a direct indicator of steel deterioration due to hydrogen. For example, in a reactor that handles high-temperature and high-pressure hydrogen, nondestructive quantitative measurement of the amount of hydrogen in steel constituting the reactor is required to prevent destruction due to hydrogen embrittlement.

【0003】しかるに、従来技術においては、鋼材中の
水素量を非破壊的に定量測定することは不可能であり、
例えば、リアクターの水素脆化による破壊を未然に防止
するためには、鋼材の使用環境限界を示すネルソン線図
等を用いる程度に留まっている。
However, in the prior art, it is impossible to nondestructively quantitatively measure the amount of hydrogen in steel.
For example, in order to prevent the destruction of the reactor due to hydrogen embrittlement, only a Nelson diagram or the like indicating the use environment limit of steel is used.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】かかる問題に鑑みて、
本発明の目的は、金属材料中に含まれる水素量を非破壊
的に定量測定する測定方法及び測定装置を提供すること
にある。
In view of such a problem,
An object of the present invention is to provide a measuring method and a measuring device for nondestructively quantitatively measuring the amount of hydrogen contained in a metal material.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明にかかる金属材料中の水素量測定方法の第一
の特徴構成は、中性子照射装置から中性子を金属材料に
照射し、金属材料への照射により減速された中性子のう
ち熱中性子の量を測定する中性子検出器を設け、中性子
照射装置から照射される中性子の照射軸線上に前記中性
子検出器のセンサ部を配置し、前記金属材料から反射す
る中性子を前記センサ部に入射させて前記熱中性子の量
を測定することで、金属材料中に含まれる水素量を求め
ることにある。
In order to achieve the above object, a first characteristic configuration of the method for measuring the amount of hydrogen in a metal material according to the present invention is to irradiate neutrons to the metal material from a neutron irradiation device, Providing a neutron detector to measure the amount of thermal neutrons out of the neutrons decelerated by irradiation to, arranging the sensor portion of the neutron detector on the irradiation axis of neutrons irradiated from the neutron irradiation device, the metal material The amount of hydrogen contained in the metal material is determined by measuring the amount of the thermal neutrons by making neutrons reflected from the laser beam incident on the sensor unit.

【0006】また、本発明にかかる水素量測定方法の第
二の特徴構成は、上記方法の第一の特徴構成に加え、前
記中性子を減速材により減速させると共に熱中性子除去
フィルタを通過させてから金属材料に照射し、前記金属
材料への照射により減速された中性子のうち熱中性子の
量をBF3カウンターにより測定することにある。
A second feature of the method for measuring the amount of hydrogen according to the present invention is that, in addition to the first feature of the above method, the neutrons are decelerated by a moderator and passed through a thermal neutron removal filter. The object of the present invention is to irradiate a metal material and measure the amount of thermal neutrons among the neutrons decelerated by the irradiation of the metal material by a BF 3 counter.

【0007】一方、本発明にかかる金属材料中の水素量
測定装置の第一の特徴構成は、金属材料に中性子を照射
するための中性子照射装置と、金属材料への照射により
減速された中性子のうち熱中性子の量を測定するための
中性子検出器とを備え、この中性子照射装置から照射さ
れる中性子の照射軸線上に前記中性子検出器のセンサ部
を配置し、前記金属材料から反射する中性子を前記セン
サ部に入射させるように構成したことにある。
On the other hand, a first characteristic configuration of the apparatus for measuring the amount of hydrogen in a metal material according to the present invention is that a neutron irradiation device for irradiating the metal material with neutrons, A neutron detector for measuring the amount of thermal neutrons is provided, and the sensor unit of the neutron detector is arranged on an irradiation axis of neutrons irradiated from the neutron irradiation device, and neutrons reflected from the metal material are disposed. The configuration is such that the light is incident on the sensor unit.

【0008】また、本発明にかかる水素量測定装置の第
二の特徴構成は、上記装置の第一の特徴構成に加え、前
記中性子照射装置の線源から発生する中性子を減速する
ための減速材と、この減速材を通過した中性子から熱中
性子を除去する熱中性子除去フィルタとを設け、前記中
性子検出器にBF3カウンターを備えたことにある。
[0008] A second characteristic configuration of the hydrogen amount measuring apparatus according to the present invention, in addition to the first characteristic configuration of the above-described apparatus, is a moderator for decelerating neutrons generated from a radiation source of the neutron irradiation device. And a thermal neutron removal filter for removing thermal neutrons from the neutrons passing through the moderator, and the neutron detector is provided with a BF 3 counter.

【0009】[0009]

【0010】[0010]

【0011】[0011]

【作用】例えば、252Cf等の自発核分裂時に生じる中
性子は、2MeV程度の高エネルギーを有する高速中性
子と呼ばれ、物質中を透過し又は物質により散乱される
中性子は物質中の原子に衝突することで減速し、やが
て、室温と平衡状態となる0.5eV以下程度の低エネ
ルギーを有する熱中性子となる。その衝突による減速効
果は物質によって異なり、252Cfより生じる中性子が
熱中性子となるために必要な原子との平均衝突回数は、
鉄原子の場合515回要するのに対し、水素原子では1
8回と大きな隔たりがある。したがって、金属材料に含
まれる水素量が多くなるほど、金属材料を透過し又は金
属材料により散乱される中性子はより強く減速され、熱
中性子となる確率が高くなる。
For example, neutrons generated at the time of spontaneous fission such as 252 Cf are called fast neutrons having high energy of about 2 MeV, and neutrons transmitted through or scattered by a substance collide with atoms in the substance. , And eventually becomes a thermal neutron having a low energy of about 0.5 eV or less, which is in equilibrium with room temperature. The deceleration effect due to the collision varies depending on the material. The average number of collisions with atoms required for neutrons generated from 252 Cf to become thermal neutrons is as follows:
In the case of an iron atom, it takes 515 times, whereas in the case of a hydrogen atom, 1
There is a big gap with eight times. Therefore, as the amount of hydrogen contained in the metal material increases, neutrons that pass through or are scattered by the metal material are more strongly decelerated, and the probability of becoming a thermal neutron increases.

【0012】ここに、上記測定方法及び測定装置の第一
の特徴構成によれば、中性子を金属材料に照射すること
で、この中性子は金属材料中の水素原子に衝突して減速
され、熱中性子が発生する。この熱中性子の発生量は上
述の原理により金属中の水素量が多いほど多くなる。事
実、発明者らの実験によれば、後述するように、電解チ
ャージ法により鋼材にチャージした水素原子の減少に伴
って、熱中性子の発生頻度の減少することが確認され
た。したがって、金属材料への照射により減速された中
性子のうち熱中性子の量を中性子検出器により測定し、
その測定結果をあらかじめ調べた熱中性子の発生量と金
属材料中の中性子量との相関を用いて変換することで、
金属材料中に含まれる水素量を定量的に求めることが可
能となる。しかも、中性子照射装置から照射される中性
子の照射軸線上に中性子検出器のセンサ部を配置してあ
るので、金属材料に照射される中性子は、センサ部を透
過して金属材料に照射される。このとき、透過する中性
子に占める熱中性子の割合は低く、測定に与える悪影響
は小さい。また、金属材料から反射する熱中性子をセン
サ部に入射させるように構成してあるので、透過した中
性子は、金属材料中の水素に衝突して熱中性子となり、
その一部が反射してセンサ部により検出される。この構
成によれば、中性子の入射角を金属材料の表面に対して
90度とすることができて、反射する熱中性子を最も効
率良く捉えることができる。また、センサ部を金属材料
表面に近接させることができるので、広い角度にわたっ
て反射する熱中性子をセンサ部で捉えることが可能であ
る。
According to the first characteristic configuration of the measuring method and the measuring apparatus, the neutrons are irradiated on the metal material, and the neutrons are decelerated by colliding with hydrogen atoms in the metal material. Occurs. According to the above-described principle, the amount of generated thermal neutrons increases as the amount of hydrogen in the metal increases. In fact, according to experiments performed by the inventors, it was confirmed that the frequency of thermal neutrons decreases as the number of hydrogen atoms charged to the steel material by the electrolytic charging method decreases, as described later. Therefore, the amount of thermal neutrons among the neutrons decelerated by irradiation on the metal material is measured by a neutron detector,
By converting the measurement results using the correlation between the amount of thermal neutrons generated in advance and the amount of neutrons in the metal material,
It is possible to quantitatively determine the amount of hydrogen contained in the metal material. Moreover, since the sensor section of the neutron detector is arranged on the irradiation axis of the neutrons irradiated from the neutron irradiation device, the neutrons irradiated on the metal material pass through the sensor section and are irradiated on the metal material. At this time, the ratio of thermal neutrons to the transmitted neutrons is low, and the adverse effect on the measurement is small. In addition, since the thermal neutrons reflected from the metal material are configured to be incident on the sensor unit, the transmitted neutrons collide with hydrogen in the metal material and become thermal neutrons,
Part of the light is reflected and detected by the sensor unit. According to this configuration, the incident angle of the neutrons can be set to 90 degrees with respect to the surface of the metal material, and the reflected thermal neutrons can be captured most efficiently. Further, since the sensor unit can be brought close to the surface of the metal material, it is possible to capture thermal neutrons reflected over a wide angle by the sensor unit.

【0013】ところで、中性子が物質中の原子に衝突す
る確率は、中性子のエネルギーが低いほど高くなる。そ
こで、上記測定方法及び測定装置の第二の特徴構成によ
れば、中性子を減速材により減速させてから金属材料に
照射することで、金属材料中の水素に中性子が衝突する
確率を向上させ、これによって、水素との衝突によって
より多くの中性子を熱中性子にまで減速させることがで
きる。また、あらかじめ熱中性子除去フィルタを通過さ
せてから金属材料に照射することで、減速材により熱中
性子となってしまったものを除去することで、バックグ
ラウンドノイズを低減させることが可能となる。また、
BF3カウンターは低速の中性子に対して感度が高いの
で、このBF3カウンターを用いることで、熱中性子の
量をより効率良く測定することが可能となる。
The probability that neutrons collide with atoms in a substance increases as the energy of neutrons decreases. Therefore, according to the second characteristic configuration of the measurement method and the measurement device, by irradiating the metal material after neutrons are decelerated by the moderator, the probability of neutrons colliding with hydrogen in the metal material is improved, This allows more neutrons to be reduced to thermal neutrons by collisions with hydrogen. In addition, by irradiating the metal material after passing through a thermal neutron removal filter in advance, it is possible to reduce background noise by removing thermal neutrons that have been caused by the moderator. Also,
Since the BF 3 counter has high sensitivity to low-speed neutrons, the use of the BF 3 counter makes it possible to measure the amount of thermal neutrons more efficiently.

【0014】[0014]

【0015】[0015]

【発明の効果】このように、上記本発明にかかる金属材
料中の水素量測定方法及び測定装置の第一の特徴構成に
よれば、金属材料中に含まれる水素量を非破壊的に定量
測定することができ、リアクターその他の構造物等の水
素脆化の進行を非破壊的に検査することが可能となっ
た。特に、反射する熱中性子を効率良く捉えることで線
源を有効活用でき、構造物等の一面側からより正確な水
素量の測定を行えるようになった。
As described above, according to the first characteristic configuration of the method and the apparatus for measuring the amount of hydrogen in a metal material according to the present invention, the amount of hydrogen contained in the metal material is quantitatively measured nondestructively. It has become possible to nondestructively inspect the progress of hydrogen embrittlement of reactors and other structures. In particular, by efficiently capturing the reflected thermal neutrons, the radiation source can be effectively used, and more accurate measurement of the amount of hydrogen can be performed from one side of a structure or the like.

【0016】また、上記本発明にかかる金属材料中の水
素量測定方法及び測定装置の第二の特徴構成によれば、
減速材及びBF3カウンターの使用によって水素量に対
する中性子検出器の感度を向上させることが可能とな
り、また、熱中性子除去フィルタによりバックグラウン
ドノイズを低減させて、測定誤差を低減させることが可
能となった。
According to the second feature of the method and the apparatus for measuring the amount of hydrogen in a metal material according to the present invention,
It is possible to improve the sensitivity of neutron detector relative amount of hydrogen by the use of moderator and BF 3 counter, and by thermal neutrons removal filter is reduced background noise, it is possible to reduce a measurement error Was.

【0017】[0017]

【0018】[0018]

【実施例】次に図1〜図3を参照しながら本発明の第一
実施例について説明する。図1は本発明にかかる水素量
測定装置の概略図であり、この測定装置1は、中性子を
試験体5に照射するための中性子照射装置として機能す
るコリメ−タ−20を備え、また、試験体5を透過した
中性子N2のうち熱中性子の量を単位時間当たりに検出
する熱中性子の個数として測定するための中性子検出器
30とを備えている。本実施例は、金属材料の一例たる
鋼材を試験体5として測定するものである。支持台40
は先のコリメ−タ−20、及び、中性子検出器30のセ
ンサ管32、並びに、試験体5を一定間隔で配置するも
のである。なお、本実施例では、試験体5は小片となっ
ており、コリメ−タ−20及びセンサ管32の載置台と
共通の載置台に載置してあるが、圧力容器の内外にコリ
メ−タ−20と中性子検出器30をそれぞれ載置する場
合には別個の試験台を設けるようにすればよい。
Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic diagram of an apparatus for measuring the amount of hydrogen according to the present invention. This measuring apparatus 1 includes a collimator 20 functioning as a neutron irradiation apparatus for irradiating neutrons to a test body 5. A neutron detector 30 is provided for measuring the amount of thermal neutrons out of the neutrons N2 transmitted through the body 5 as the number of thermal neutrons detected per unit time. In this embodiment, a steel material, which is an example of a metal material, is measured as a test body 5. Support base 40
In the figure, the collimator 20, the sensor tube 32 of the neutron detector 30, and the test body 5 are arranged at regular intervals. In this embodiment, the test piece 5 is a small piece and is mounted on a common mounting table with the mounting table of the collimator 20 and the sensor tube 32. However, the collimator is provided inside and outside the pressure vessel. When the -20 and the neutron detector 30 are respectively mounted, separate test stands may be provided.

【0019】先のコリメ−タ−20は、ポリエチレンで
立方形状に成型した線源容器22の一面側に中性子の照
射孔23を形成し、また、照射孔23の奥に中性子の線
源24を納めると共に、線源容器22の周囲にカドミウ
ム板25を巻き付けてある。線源24から発生する中性
子の内、図1における右側に向かうものは照射孔23を
介して中性子ビ−ムとなり試験体5に照射される。他の
方向に向かうものは線源容器22を構成するポリエチレ
ン中の水素によって減速されて熱中性子となり、更に、
熱中性子を除去するカドミウム板25によって外部への
漏れを防止される。減速材26は線源容器22と同様に
ポリエチレンで形成してあり、後述するように高速中性
子を熱中性子に達しない程度までに減速するためのもの
であって、その線源からの放射方向に対する肉厚は線源
容器22の肉厚よりも薄くしてある。減速材26を通過
する中性子のうち、熱中性子に達するものもあるので、
これを除去するための第一の熱中性子除去フィルタ28
を、照射孔23の出口に設けてある。
In the collimator 20, a neutron irradiation hole 23 is formed on one side of a radiation source container 22 molded into a cubic shape from polyethylene, and a neutron source 24 is provided behind the irradiation hole 23. At the same time, a cadmium plate 25 is wound around the source container 22. Of the neutrons generated from the radiation source 24, those directed to the right side in FIG. 1 become neutron beams via the irradiation holes 23 and are irradiated to the specimen 5. Those traveling in the other direction are decelerated by hydrogen in the polyethylene constituting the source container 22 to become thermal neutrons, and further,
The cadmium plate 25 for removing thermal neutrons prevents leakage to the outside. The moderator 26 is formed of polyethylene similarly to the source container 22, and serves to reduce the speed of fast neutrons to a level not reaching thermal neutrons as described later. The thickness is smaller than the thickness of the source container 22. Some of the neutrons that pass through the moderator 26 reach thermal neutrons.
First thermal neutron removal filter 28 for removing this
Is provided at the exit of the irradiation hole 23.

【0020】中性子検出器30は、BF3ガスを封入し
た管状体であるセンサ部たるセンサ管32、及び、その
制御装置34よりなるBF3カウンタ−35と、センサ
管32による熱中性子の検出回数をカウントするための
スケ−ラ−36とよりなる。BF3カウンタ−35は、
BF3の原子核反応を利用して中性子を検出するカウン
タ−で、エネルギ−の低い熱中性子に対して感度が高く
なっている。スケ−ラ−36は、フリップフロップ回路
を備えることで十進計数を可能にすると共に、時定数を
変更可能なタイマ−を内装してある。このタイマ−のス
タ−トにより、フリップフロップのリセットをかけるこ
とで、一定時間内にセンサ管32に到達する熱中性子の
個数を積算して表示することが可能となっており、この
一定時間当たりの熱中性子の個数をもって中性子の量を
測定する。
The neutron detector 30 includes a sensor tube 32 as a sensor, which is a tubular body in which BF 3 gas is sealed, and a BF 3 counter-35 comprising a control device 34, and the number of times thermal neutrons are detected by the sensor tube 32. And a scaler 36 for counting. BF 3 counter-35
Counter for detecting neutrons utilizing nuclear reactions of BF 3 - a, energy - sensitivity is higher with respect to the low thermal neutrons. The scaler 36 has a flip-flop circuit to enable decimal counting and incorporate a timer capable of changing the time constant. By resetting the flip-flop according to the start of the timer, the number of thermal neutrons reaching the sensor tube 32 within a certain time can be integrated and displayed. The amount of neutrons is measured based on the number of thermal neutrons.

【0021】本実施例における線源24は252Cf・2
0μCiのものを用いている。この線源24から発生す
る中性子N1は高速中性子であるが、本実施例において
は、高速中性子よりもエネルギーが小さく且つ熱中性子
よりもエネルギ−の大きな中性子が確率的に最も多く存
在するように、減速材26を用いて減速させてある。図
2は、線源から発生した高速中性子が、水素原子等と衝
突することでエネルギ−の低い熱中性子となるまでの様
子を示したものである。線源24から発生する中性子
は、試験体5内の水素原子に衝突することによって減速
され、このうち熱中性子となったものがセンサ管32に
より検出されるのである。ここに、高速中性子の状態で
は水素との衝突断面積は小さく、従って高速中性子が試
験体5中の水素原子に衝突して熱中性子となる確率は低
いものとなる。高速中性子のままで試験体5に対し中性
子を照射するよりも、図3に示すように、高エネルギー
E1を有する高速中性子を、熱中性子に至るエネルギー
E3の手前までのエネルギ−E2となる程度にまで減速
材26によって減速させることで、試験体5内の水素原
子に衝突する確率を向上させて、試験体5に含まれる水
素による熱中性子の発生確率を向上させてある。また、
第一の熱中性子除去フィルタ28は、減速材26により
減速されて熱中性子になったものを除去することによっ
て、センサ管32に対するノイズを低減させてある。
In this embodiment, the radiation source 24 is 252 Cf · 2
0 μCi is used. The neutrons N1 generated from the radiation source 24 are fast neutrons. In the present embodiment, neutrons having smaller energy than fast neutrons and larger energy than thermal neutrons are stochastically present. The speed is reduced by using the moderator 26. FIG. 2 shows a state in which fast neutrons generated from a radiation source become thermal neutrons having low energy by colliding with hydrogen atoms or the like. The neutrons generated from the radiation source 24 are decelerated by colliding with hydrogen atoms in the test specimen 5, and those that have become thermal neutrons are detected by the sensor tube 32. Here, in the state of fast neutrons, the collision cross section with hydrogen is small, and therefore, the probability that fast neutrons will collide with hydrogen atoms in the specimen 5 and become thermal neutrons is low. Rather than irradiating the test specimen 5 with neutrons as fast neutrons, as shown in FIG. 3, fast neutrons having high energy E1 are converted to energy -E2 up to energy E3 which reaches thermal neutrons. By reducing the speed by the moderator 26, the probability of collision with hydrogen atoms in the test body 5 is improved, and the probability of thermal neutron generation by hydrogen contained in the test body 5 is improved. Also,
The first thermal neutron removal filter 28 reduces noise on the sensor tube 32 by removing the thermal neutrons that have been decelerated by the moderator 26.

【0022】図3は、SS41Cよりなる鋼材に対して
電解チャ−ジ法により水素チャ−ジを行い、これを試験
体5として図1の装置により測定した結果を示す。横軸
は時間であり、縦軸は1時間当たりにカウントされる熱
中性子の個数である。電解チャ−ジ方によりチャ−ジさ
れた水素は、時間の経過と共に鋼材から離脱して行くこ
とが知られている。図3の実験結果も時間の経過と共に
スケ−ラ−の計数表示は低下しており、この実験結果よ
り本発明の効果が妥当であることが理解されるものであ
る。
FIG. 3 shows the results obtained by subjecting a steel material made of SS41C to hydrogen charging by the electrolytic charging method and using this as a test body 5 using the apparatus shown in FIG. The horizontal axis is time, and the vertical axis is the number of thermal neutrons counted per hour. It is known that hydrogen charged by an electrolytic charger is separated from steel material with the passage of time. Also in the experimental results of FIG. 3, the scale display of the scaler decreases with the passage of time, and it is understood from the experimental results that the effect of the present invention is appropriate.

【0023】上記測定装置を用いて鋼材中の水素量を計
量的に測定するには、次の手順によればよい。 (1)まず厚さ及び水素含有量の異なる試験片を用い
て、図1の試験装置1により測定を行い、スケ−ラ−3
6の表示値と実際の含有水素量との相関関係をまず求め
ておく。試験片の水素量は破壊試験により求めることが
可能である。また、この相関グラフは温度及び湿度等も
パラメ−タ−としておくことが望ましい。
The following procedure may be used to quantitatively measure the amount of hydrogen in a steel material using the above measuring device. (1) First, using test pieces having different thicknesses and hydrogen contents, measurement was performed by the test apparatus 1 of FIG.
First, the correlation between the indicated value of No. 6 and the actual hydrogen content is determined. The hydrogen content of the test piece can be determined by a destructive test. It is desirable that the correlation graph also includes parameters such as temperature and humidity.

【0024】(2)試験体5たる鋼材の測定対象部及び
その周部を表裏にわたって錆落しし、また、乾燥して水
分をよく除去しておく。
(2) The part to be measured and the peripheral part of the steel material as the test piece 5 are rusted over the front and back, and are dried and well-moistened.

【0025】(3)水素含有量の低い基準片を試験体と
して図1の測定装置1により測定し、測定装置1のバッ
クグラウンドの値を求める。
(3) Using a reference piece having a low hydrogen content as a test body, measurement is performed by the measuring apparatus 1 of FIG. 1 to obtain a background value of the measuring apparatus 1.

【0026】(4)試験体5として実際の試験対象物を
挿入し、スケ−ラ−36の測定値から先のバックグラウ
ンド値を相殺して補正を加えることにより、試験体5中
の水素含有量を求める。尚、水素含有量を求めるにあっ
たては、スケ−ラ−36の補正後の表示値を相関グラフ
に対照させて求める他、先の相関関係に従ってスケ−ラ
−の表示値を変換する変換回路をスケ−ラ−36に設け
てもよい。
(4) The actual test object is inserted as the test piece 5, the background value is offset from the measured value of the scaler 36, and a correction is made to obtain the hydrogen content in the test piece 5. Find the quantity. The hydrogen content is determined by comparing the corrected display value of the scaler 36 with a correlation graph and by converting the display value of the scaler in accordance with the above correlation. The circuit may be provided in the scaler 36.

【0027】次に本発明の第二実施例について説明す
る。上記第一実施例では、センサ管32により試験体5
を透過した熱中性子を捉えたが、図4に示すように、コ
リメ−タ−20から試験体5に対し中性子N1を照射
し、試験体5により反射散乱する中性子N2をセンサ管
32により捉えて測定するように構成してもよい。この
第二実施例では、試験体5はリアクタ−の圧力容器を構
成する鋼板であり、コリメ−タ−20及び中性子検出器
30はそれぞれ鋼材より鋼材表面の垂線に対して45度
ずつ傾斜させてある。すなわちコリメ−タ−20からの
斜めの照射により鋼材中の水素元素に衝突し減速されて
反射散乱する中性子N2のうちの熱中性子をセンサ管3
2により捉える。このときセンサ管32に対する外乱の
影響を防止するために、センサ管32の入射口32aを
除く周部に第一の熱中性子除去フィルタ28と同様のカ
ドミウム材料よりなる第二の熱中性子除去フィルタ37
を設けてある。第二の熱中性子除去フィルタ37をセン
サ管32の周部に設けることによって、ノイズとしてセ
ンサ管32に到達する熱中性子を除去でき、また熱中性
子に至らないエネルギ−の高い中性子は、センサ管32
を通過してもカウントされ難いので問題はない。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, the test piece 5 is
As shown in FIG. 4, a neutron N1 is irradiated from the collimator 20 to the specimen 5 and neutrons N2 reflected and scattered by the specimen 5 are captured by the sensor tube 32 as shown in FIG. It may be configured to measure. In the second embodiment, the test body 5 is a steel plate constituting a pressure vessel of a reactor, and the collimator 20 and the neutron detector 30 are each inclined 45 degrees with respect to the perpendicular to the steel surface from the steel. is there. That is, the thermal neutrons of the neutrons N2 which collide with the hydrogen element in the steel material due to the oblique irradiation from the collimator 20, are decelerated and reflected and scattered are converted into the sensor tube 3.
2 to catch. At this time, in order to prevent the influence of disturbance on the sensor tube 32, a second thermal neutron removal filter 37 made of the same cadmium material as the first thermal neutron removal filter 28 is provided around the sensor tube 32 except for the entrance 32a.
Is provided. By providing the second thermal neutron removal filter 37 around the sensor tube 32, thermal neutrons that reach the sensor tube 32 as noise can be removed, and neutrons with high energy that do not reach thermal neutrons can be removed from the sensor tube 32.
There is no problem because it is hard to count even if passing.

【0028】さらに、試験体5により反射した中性子N
2をセンサ管32により捉えて測定する場合には、図5
に示す第三実施例のように構成してもよい。本第三実施
例では、コリメ−タ−20における照射孔23の直線上
に、第一の熱中性子除去フィルタ28を介してセンサ管
32を配置するものである。線源24から発生する中性
子N1は、減速材26により減速され、さらに第一の熱
中性子除去フィルタ28によって熱中性子が取り除かれ
た状態であるため、センサ管32はこの中性子N1に反
応し難く、この中性子N1のビ−ムはセンサ管32を通
り抜けて試験体5に到達する。試験体5により反射散乱
する中性子N2のうち熱中性子となったものはセンサ管
32に到達してカウントされる。このように配置するこ
とによってセンサ管32を鋼材表面に近接することがで
きると同時にコリメ−タ−20も試験体5の表面に近接
させることができて中性子の放射効率をより向上させる
ことができる。またセンサ管32を鋼材表面に近接させ
ることで、散乱角の大きな熱中性子をも捉えることがで
き、熱中性子の検出精度をより向上させることができ
る。
Further, the neutrons N reflected by the specimen 5
5 when the sensor 2 is captured by the sensor tube 32 and measured.
The third embodiment shown in FIG. In the third embodiment, a sensor tube 32 is arranged on a straight line of an irradiation hole 23 in a collimator 20 via a first thermal neutron removal filter 28. Since the neutrons N1 generated from the radiation source 24 are decelerated by the moderator 26 and the thermal neutrons are removed by the first thermal neutron removal filter 28, the sensor tube 32 hardly reacts to the neutrons N1, The neutron beam N1 passes through the sensor tube 32 and reaches the specimen 5. Of the neutrons N2 reflected and scattered by the test body 5, those that have become thermal neutrons reach the sensor tube 32 and are counted. By arranging in this manner, the sensor tube 32 can be brought close to the surface of the steel material, and at the same time, the collimator 20 can be brought close to the surface of the test body 5, so that the radiation efficiency of neutrons can be further improved. . Further, by bringing the sensor tube 32 close to the steel material surface, even thermal neutrons having a large scattering angle can be captured, and the detection accuracy of thermal neutrons can be further improved.

【0029】さらに、本発明の他の実施例を列挙する。
上記各実施例では、中性子検出器30としてBF3カウ
ンタ−35を用いたが、この中性子検出器には、熱中性
子に対して感度の高い他の種の検出器を用いることがで
きる。
Further, other embodiments of the present invention will be listed.
In each of the above embodiments, the BF 3 counter-35 is used as the neutron detector 30, but another type of detector having high sensitivity to thermal neutrons can be used as the neutron detector.

【0030】上記各実施例では、線源24に252Cf・
20μCiのものを用いたが、他の線源、例えば、241
Am−Be等を用いてもよい。
In each of the above embodiments, 252 Cf ·
Although 20 μCi was used, other sources, such as 241
Am-Be or the like may be used.

【0031】本発明は、炭素鋼、1 1/4 Cr−0.5
Mo鋼、2 1/4 Cr−1Mo鋼、3.0 Cr−0.5
Mo鋼等の鋼材に特に好適に実施できる他、Al等Fe
以外の金属材料に対しても実施可能である。また、発明
において、金属材料中の水素量を求める目的は、水素脆
化の防止のみに留まるものではない。
The present invention relates to carbon steel, 1 1/4 Cr-0.5
Mo steel, 2 1/4 Cr-1Mo steel, 3.0 Cr-0.5
In addition to being particularly suitable for steel materials such as Mo steel,
The present invention is also applicable to other metal materials. In the present invention, the purpose of determining the amount of hydrogen in the metal material is not limited to prevention of hydrogen embrittlement.

【0032】第一、第二の減速材としては、ポリエチレ
ンの他、パラフィンやポリプロピレン等の炭化水素や、
黒鉛、酸化ベリリウム等を用いてもよい。また、中性子
除去フィルターとしては、カドミウム以外のものを用い
てもよい。
The first and second moderators include hydrocarbons such as paraffin and polypropylene, in addition to polyethylene,
Graphite, beryllium oxide, or the like may be used. Further, a filter other than cadmium may be used as the neutron removal filter.

【0033】上記各実施例では、第一の熱中性子除去フ
ィルタ28を設けて熱中性子を除去したが、この第一の
熱中性子除去フィルタを設けないで測定を実施してもよ
い。但し、第一の熱中性子除去フィルタを設けない場合
には、熱中性子によるバックグラウンドノイズを相殺す
る必要がある。
In each of the above embodiments, the first thermal neutron removing filter 28 is provided to remove thermal neutrons. However, the measurement may be performed without providing the first thermal neutron removing filter. However, when the first thermal neutron removal filter is not provided, it is necessary to cancel background noise due to thermal neutrons.

【0034】なお、高速中性子とは500KeV以上の
エネルギーを有する中性子をいい、熱中性子とは0.5
eV以下のエネルギーを有する中性子をいう場合もある
が、本明細書中の具体的数値は発明の実施態様の一例を
示すものであって、本発明にいう高速中性子及び熱中性
子とは、必ずしもこれらの具体的数値に限定されるもの
ではない。また、上記各実施例の減速材26は、252
fの自発核分裂時に生じる2MeV程度の高エネルギー
を有する中性子を、これ以下のエネルギーで且つ500
KeV以上のエネルギーとなるまで減速させる程度の厚
さに留めてもよいが、測定装置1の感度を向上させるに
は減速材26による減速の程度を適度に大きくすればよ
い。
Note that fast neutrons are neutrons having an energy of 500 KeV or more, and thermal neutrons are 0.5 neutrons.
Although neutrons having an energy of eV or less may be referred to, specific numerical values in the present specification show an example of an embodiment of the present invention, and fast neutrons and thermal neutrons referred to in the present invention are not necessarily those neutrons. However, the present invention is not limited to the specific numerical values. In addition, the moderator 26 in each of the above embodiments is 252 C
Neutrons having a high energy of about 2 MeV generated at the time of spontaneous fission of f
The thickness of the measuring device 1 may be kept small enough to reduce the energy to KeV or more. However, in order to improve the sensitivity of the measuring apparatus 1, the degree of deceleration by the moderator 26 may be appropriately increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】金属材料中の水素量測定装置の概略を表わす説
明図である。
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing an apparatus for measuring the amount of hydrogen in a metal material.

【図2】高エネルギーの中性子が水素原子等との衝突で
エネルギーを失っていく状態を表わすグラフである。
FIG. 2 is a graph showing a state in which a high-energy neutron loses energy due to collision with a hydrogen atom or the like.

【図3】鋼材にチャ−ジした水素が時間の経過により減
少していく様子をBF3カウンタ−で捉えた状態を示す
グラフである。
FIG. 3 is a graph showing a state in which hydrogen charged to a steel material is reduced with the passage of time by a BF 3 counter.

【図4】本発明の測定方法及び測定装置の第二実施例を
示す概略断面図である。
FIG. 4 is a schematic sectional view showing a second embodiment of the measuring method and the measuring apparatus according to the present invention.

【図5】本発明の測定方法及び測定装置の第三実施例を
示し、(a)はセンサ管の中心軸に直交する面での縦断
面図、(b)は(a)に直交する面での縦断面図であ
る。
5A and 5B show a third embodiment of the measuring method and the measuring apparatus according to the present invention, wherein FIG. 5A is a longitudinal sectional view in a plane perpendicular to the central axis of the sensor tube, and FIG. 5B is a plane perpendicular to FIG. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

N1 中性子 5 金属材料 N2 減速された中性子 30 中性子検出器 26 減速材 28 熱中性子除去フィルタ 24 線源 35 BF3カウンター。。N1 Neutron 5 Metal material N2 Decelerated neutron 30 Neutron detector 26 Moderator 28 Thermal neutron removal filter 24 Source 35 BF 3 counter. .

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今中 拓一 大阪市西区北堀江1丁目18番14号 非破 壊検査株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−232447(JP,A) 特開 昭59−114447(JP,A) 特開 昭62−85849(JP,A) 実開 昭57−17437(JP,U) 特公 昭49−7518(JP,B1) WILLIAM H.MILLER, ROBERT BRUGGER & W ALTER MEYER,”MODIF IED NOTCHED FILTER TECHNIQUE FOR DET ERMINING HYDROGEN IN METALS,”TRANS.A M.NUCL.SOC.,(1990),V OL.61,P.102−103 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Takuichi Imanaka 1-18-14 Kitahorie, Nishi-ku, Osaka-shi Non-destructive Inspection Co., Ltd. (56) References JP-A-4-23247 (JP, A) JP-A-59-114447 (JP, A) JP-A-62-85849 (JP, A) JP-A-57-17437 (JP, U) JP-B-49-7518 (JP, B1) WILLIAM H. MILLER, ROBERT BRUGGER & W ALTER MEYER, "MODIFIED NOTCHED FILTER TECHNIQUE FOR DET ERMINING HYDROGEN IN METALS," TRANS. AM. NUCL. SOC. , (1990), VOL. 61, p. 102−103

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 中性子照射装置(20)から中性子(N
1)を金属材料(5)に照射し、金属材料(5)への照
射により減速された中性子(N2)のうち熱中性子の量
を測定する中性子検出器(30)を設け、中性子照射装
置(20)から照射される中性子(N1)の照射軸線上
に前記中性子検出器(30)のセンサ部(32)を配置
し、前記金属材料(5)から反射する中性子(N2)を
前記センサ部(32)に入射させて前記熱中性子の量を
測定することで、金属材料(5)中に含まれる水素量を
求める金属材料中の水素量測定方法。
1. A neutron irradiator (20) receives neutrons (N
1) irradiating the metal material (5) with the neutron detector (30) for measuring the amount of thermal neutrons among the neutrons (N2) decelerated by the irradiation of the metal material (5); The sensor section (32) of the neutron detector (30) is arranged on the irradiation axis of the neutrons (N1) irradiated from the element (20), and the neutrons (N2) reflected from the metal material (5) are reflected by the sensor section ( 32) A method for measuring the amount of hydrogen in a metal material by determining the amount of hydrogen contained in the metal material (5) by measuring the amount of the thermal neutrons by entering the metal material.
【請求項2】 前記中性子(N1)を減速材(26)に
より減速させると共に熱中性子除去フィルタ(28)を
通過させてから金属材料(5)に照射し、前記金属材料
(5)への照射により減速された中性子(N2)のうち
熱中性子の量をBF3カウンター(35)により測定す
る請求項1に記載の金属材料中の水素量測定方法。
2. The neutron (N1) is decelerated by a moderator (26) and passed through a thermal neutron removal filter (28), and then irradiates the metal material (5) to irradiate the metal material (5). hydrogen amount measuring method of the metal material according to claim 1 for determining the amount of out heat neutron BF 3 by a counter (35) of neutrons (N2) which is decelerated by.
【請求項3】 金属材料(5)に中性子(N1)を照射
するための中性子照射装置(20)と、金属材料(5)
への照射により減速された中性子(N2)のうち熱中性
子の量を測定するための中性子検出器(30)とを備
え、この中性子照射装置(20)から照射される中性子
(N1)の照射軸線上に前記中性子検出器(30)のセ
ンサ部(32)を配置し、前記金属材料(5)から反射
する中性子(N2)を前記センサ部(32)に入射させ
るように構成した金属材料中の水素量測定装置。
3. A neutron irradiation device (20) for irradiating a neutron (N1) to a metal material (5), and a metal material (5).
A neutron detector (30) for measuring the amount of thermal neutrons out of the neutrons (N2) decelerated by irradiation of the neutrons (N2), and the irradiation axis of the neutrons (N1) irradiated from the neutron irradiation device (20) A sensor unit (32) of the neutron detector (30) is arranged on a line, and neutrons (N2) reflected from the metal material (5) are incident on the sensor unit (32). Hydrogen measuring device.
【請求項4】 前記中性子照射装置(20)の線源(2
4)から発生する中性子(N1)を減速するための減速
材(26)と、この減速材(26)を通過した中性子
(N1)から熱中性子を除去する熱中性子除去フィルタ
(28)とを設け、前記中性子検出器(30)にBF3
カウンターを(35)備えた請求項3に記載の金属材料
中の水素量測定装置。
4. A radiation source (2) for the neutron irradiation device (20).
A moderator (26) for moderating neutrons (N1) generated from 4) and a thermal neutron removal filter (28) for removing thermal neutrons from the neutrons (N1) passing through the moderator (26) are provided. , The neutron detector (30) has BF 3
The apparatus for measuring the amount of hydrogen in a metal material according to claim 3, further comprising a counter (35).
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