JP5429788B2

JP5429788B2 - 非破壊検査方法及びその装置

Info

Publication number: JP5429788B2
Application number: JP2009102422A
Authority: JP
Inventors: 祐嗣大石; 隆藤井
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2009-04-20
Filing date: 2009-04-20
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2029-04-20
Also published as: JP2010249785A

Description

本発明は非破壊検査方法及びその装置に関し、特にコンプトン散乱を利用した検査対象物の非破壊検査に適用して有用なものである。

原子力設備の配管の検査等にはＸ線を利用した非破壊検査が汎用されている。これは検査対象物である配管等にＸ線を照射し、これによる検査対象物の透過画像を検査することにより減肉の程度等を検出するものである（例えば特許文献１参照）。

図６は従来技術に係る非破壊検査の態様を概念的に示す説明図である。当該非破壊検査では、同図（ａ）乃至（ｃ）に示すように、検査対象物である配管０３の一方側（図中左側）に配設したＸ線源０１からＸ線を照射し、配管０３を透過したＸ線を配管０３の反対側（図中右側）に配設した検出器０２で検出している。この結果、横軸に検出器回転位置（検出器０２の配管０３に対する相対位置）を採り、縦軸に透過信号強度（検出器０２で検出した透過Ｘ線の強度）を採った図６（ｄ）に示すように、配管０３に減肉部０４が存在した場合、減肉部０４に対応する部分の透過信号強度が、平坦な正常部０５に較べて上に凸の強度特性を有する。この場合の凸状の大きさは，減肉の程度に依存しており、したがって凸の程度、換言すれば透過信号の強度により減肉の程度を知ることができる。

特開２００６―１７７８４１号公報

ところで、図６に示す従来技術において、図６（ａ）に示すような減肉量Ｉ_ａの減肉部が存在した場合、減肉量Ｉ_ａに依存する透過信号強度が得られ、同様に図６（ｂ）に示すような減肉量Ｉ_ｂの減肉部が存在した場合、減肉量Ｉ_ｂに依存する透過信号強度が得られ、図６（ｃ）に示すような減肉量Ｉ_ｃ１、Ｉ_ｃ２の減肉部が存在した場合、減肉量（Ｉ_ｃ１＋Ｉ_ｃ２）に依存する透過信号強度が得られる。したがって、Ｉ_ａ＝Ｉ_ｂ＝（Ｉ_ｃ１＋Ｉ_ｃ２）の場合、検出器０２で検出する透過信号強度ではこれらの各場合を区別することができない。

一方、配管０３の交換は残肉厚を基準に評価しているので、図６（ａ）及び（ｂ）に示す減肉量Ｉ_ａ、Ｉ_ｂの場合は交換の必要がある場合でも、図６（ｃ）に示す減肉量Ｉ_ｃ１又はＩ_ｃ２の場合には交換する必要がない場合もある。

このように、従来の非破壊検査では、相対向する部位に交換にはまだ余裕がある少量の減肉が発生していても、両者の和が減肉量として検出されてしまうので、交換時期を間違える等、検査の精度における問題を有していた。

本発明は、上述の点に鑑み、検査対象物の残肉厚を適切に検出することができる非破壊検査方法及びその装置を提供することを目的とする。

本発明者等は上記目的を達成すべく新規な原理による非破壊検査方法の開発を開始しコンプトン散乱を利用することに思い至った。コンプトン散乱とは、図１に示すように、γ線Ｅ_０（エネルギーの高いＸ線を含む）をターゲットＴに照射したとき、反跳電子Ｅ_ｅとともに、エネルギーが変化した散乱γ線Ｅとして散乱される現象をいう。ここで、散乱γ線Ｅの散乱角θはターゲットＴに照射されるγ線Ｅ_０のエネルギーｅ_０と散乱される散乱γ線Ｅのエネルギーｅとで一意に定まり、次式（１）で表される。

式（１）は入射するγ線Ｅ_０が単色（単一エネルギー）である場合、特定の単色エネルギーの散乱γ線Ｅは常に同一散乱角θで散乱されることを意味している。したがって、図２に示すように、散乱γ線Ｅを二次元検出器１で検出すれば、ターゲットＴの厚さＩを反映した円環状の画像Ｃを得ることができる。さらに詳言すると、単色のγ線Ｅ_０がターゲットＴの外面Ｔ１で散乱された特定エネルギーの散乱γ線Ｅが二次元検出器１で検出された場合、散乱角θと、外面Ｔ１から二次元検出器１までの距離とで決まる所定半径Ｒ１の円となり、またターゲットＴの内面Ｔ２で散乱された特定エネルギーの散乱γ線Ｅが二次元検出器１で検出された場合も散乱角θと内面Ｔ２までの距離で決まる所定半径Ｒ２の円となる。すなわち、ターゲットＴが厚さＩの厚みを持つ場合、二次元検出器１上には（Ｉ×ｔａｎθ）の幅を持つ円環状の画像Ｃが形成される。なお、散乱角θは単色の散乱γ線Ｅのエネルギーが小さくなればその分大きくなる。したがって、散乱γ線Ｅのエネルギーｅが小さいほど円環状の画像Ｃの半径Ｒ１，Ｒ２は大きくなる。また、二次元検出器１の代わりに検査対象物である配管０３の中心を通る直線（直径）に沿う一次元データや、前記直線に沿ってポイント検出器をスキャンして得る一次元データを処理して検出する配管０３の外面乃至内面の位置に基づいても減肉を的確に検出することができる。

本発明者等はかかる現象に着目し、特定エネルギーの散乱γ線Ｅが厚みを有するターゲットＴで散乱されることにより得るデータに基づき厚みを有する検査対象物の状態を検出することに思い至った。

かかる知見を基礎とする本発明の第１の態様は、所定の厚みを有する検査対象物にγ線をその厚さ方向に照射するとともにコンプトン散乱により散乱された散乱γ線のうち特定のエネルギーを有する単色の散乱γ線を弁別するとともに、前記検査対象物の前記γ線の照射側の面で散乱された散乱γ線と、前記検査対象物の前記γ線の前記照射側とは反対側の面で散乱された散乱γ線とに基づくデータを得、このデータを前記検査対象物の基準の状態が保証された同様の基準のデータと比較することにより前記検査対象物の状態を検査するようにしたことを特徴とする非破壊検査方法にある。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載する非破壊検査方法において、前記基準のデータは、前記検査対象物と同様の対象物であって前記検査対象物の基準の状態が保証されている基準対象物に対しγ線をその厚さ方向に照射してコンプトン効果により散乱された散乱γ線のうち前記特定のエネルギーを有する単色の散乱γ線に基づくデータにより得るようにしたことを特徴とする非破壊検査方法にある。

第３の態様は、第１又は第２の態様に記載する非破壊検査方法において、前記検査対象物は所定の肉厚を有する管路とし、これにより得られた前記データにより前記管路の減肉を検出するようにしたことを特徴とする非破壊検査方法にある。

本発明の第４の態様は、γ線を所定の厚みを有する検査対象物にその厚さ方向に照射してコンプトン散乱により散乱された散乱γ線のうち特定のエネルギーを有する単色の散乱γ線を弁別するとともに、前記検査対象物の前記γ線の照射側の面で散乱された散乱γ線と、前記検査対象物の前記γ線の前記照射側とは反対側の面で散乱された散乱γ線とに基づき前記検査対象物のデータを検出する検出手段と、
前記検出手段が検出した前記データと、前記検査対象物の基準の状態が保証された同様のデータとを比較することにより前記検査対象物の状態を検査する情報処理部とを有することを特徴とする非破壊検査装置にある。

本発明の第５の態様は、第４の態様に記載する非破壊検査装置において、前記検出手段は、前記検査対象物の横断面形状である二次元画像データを得る二次元検出器で構成したことを特徴とする非破壊検査装置にある。

本発明の第６の態様は、第４の態様に記載する非破壊検査装置において、前記検出手段は、前記検査対象物の中心を通る直線に沿う一次元データを得る一次元ラインセンサであることを特徴とする非破壊検査装置にある。

本発明の第７の態様は、第４の態様に記載する非破壊検査装置において、前記検出手段は、前記検査対象物の中心を通る直線に沿う一次元データを得るよう前記直線に沿ってスキャンされるポイント検出器であることを特徴とする非破壊検査装置にある。

本発明によれば、コンプトン散乱による散乱γ線に基づく画像が検査対象物の厚さを反映したものとなることを利用して検査対象物の基準対象物に対する厚さの変化を定量的に検出することができるので、所定の厚みを有する検査対象物の減肉の程度等、検査対象物の状態を非破壊検査で容易に把握することができる。ここで、減肉の程度は各肉厚部における肉厚をそれぞれ反映したものとなっているので、残肉厚を的確に検出することができる。

コンプトン散乱の概念を示す説明図である。コンプトン散乱により形成されるターゲットの二次元画像を示す概念的に示す模式図である。本発明の実施の形態に係る非破壊検査装置を示すブロック線図である。図３に示す非破壊検査装置を用いた検査の態様を説明するための図で、（ａ）は検査対象である配管を概念的に示す模式図、（ｂ）は検査対象物が正常な配管である場合の模式図、（ｃ）は検査対象物が減肉した配管である場合の模式図である。本発明の他の実施の形態に係る非破壊検査装置を用いた検査の態様を説明するための図で、（ａ）は検査対象物が正常な配管である場合の模式図、（ｂ）は検査対象物が減肉した配管である場合の模式図、（ｃ）は検査対象物が正常な配管である場合の信号強度を示す波形図、（ｄ）は検査対象物が減肉した配管である場合の信号強度を示す波形図である。従来技術に係る非破壊検査の態様を概念的に示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。

図３は本発明の実施の形態に係る非破壊検査装置を示すブロック線図である。同図に示すように、本形態においては基準対象物２と検査対象物３とを単色（例えば５００ｋｅＶ）のγ線Ｅ_０を照射するターゲットとしている。検査対象物３は当該検査装置で実施する非破壊検査の対象となるもので、例えば配管を好適な検査対象物３として挙げることができる。ただ、配管に限らずある程度の厚みを有するものであれば，検査対象物３とすることができる。これに対し基準対象物２は検査対象物３の良否を判定するための基準のデータを提供するためのものである。したがって、検査対象物３と同様のものではあるが、予め正常性が保証されている対象物である。例えば、検査対象物３を配管とする場合には，これと同様の配管であって、減肉等が発生していない正常な配管が基準対象物２となる。本形態における実際の検査に際しては基準対象物２に基づき基準データを採取しておき、実際の検査により取得した実データと比較することにより検査対象物３の良否を判定している。

二次元検出器１は、γ線Ｅ_０の基準対象物２又は検査対象物３に対する照射に伴うコンプトン散乱による散乱γ線Ｅを検出するエネルギー弁別機能付きの検出器であり、例えばエネルギー弁別機能と組み合わせたＣｓＩシンチレータで好適に構成することができる。すなわち、この二次元検出器１では、入射された散乱γ線Ｅのうち特定のエネルギー（例えば４００ｋｅＶ）を有する単色の散乱γ線Ｅを弁別し、弁別した散乱γ線Ｅに基づき検査対象物３の散乱γ線Ｅによる二次元画像データを得るようになっている。ここで得られた二次元画像データはこれを表す電気信号Ｓ１として切替手段４を介し基準データ記憶部５又は実データ記憶部６に供給され、検出データとして記憶される。ここで、切替手段４はγ線Ｅ_０を照射するターゲットが基準対象物２である場合には電気信号Ｓ１が基準データ記憶部５に記憶され、ターゲットが検査対象物３である場合には電気信号Ｓ１が実データ記憶部６に記憶されるように切替える。

データ処理部７は基準データ記憶部５に記憶された基準対象物２の検出データを表す電気信号Ｓ２と実データ記憶部６に記憶された検査対象物３の検出データを表す電気信号Ｓ３とを比較し、両者の差を表す電気信号Ｓ４を判定部８に送出する。判定部８では電気信号Ｓ４が表す差が所定の閾値を超えて大きいときに異常、閾値以下の場合は正常と判断し、それぞれの状態を表す出力信号ＯＵＴを送出する。

かかる装置を用いた配管を対象とする非破壊検査の態様を図４に基づき説明する。図４（ａ）は検査対象である配管を概念的に示す模式図、（ｂ）は検査対象物が正常な配管である場合の模式図、（ｃ）は検査対象物が減肉した配管である場合の模式図である。図４（ａ）に示すように、この場合のターゲットとなる配管１０は所定の肉厚を有している。そこで、先ず図４（ｂ）に示すような正常な配管１０Ａにその軸方向に直交する方向からγ線Ｅ_０を照射する。この結果、単色のγ線Ｅ_０の線源（図示せず）に近い方から順に存在する配管１０Ａの外面Ｔ１と内面Ｔ２との間で散乱角θで散乱された単色の散乱γ線Ｅにより環状の画像Ｃ１が二次元検出器１に二次元画像として形成される。同様に、配管１０Ａの反対側の内面Ｔ３と外面Ｔ４との間で散乱角θで散乱された単色の散乱γ線Ｅにより環状の画像Ｃ２が二次元検出器１に二次元画像として形成される。すなわち、この場合には同心円状の二つの画像Ｃ１，Ｃ２が形成される。かかる画像Ｃ１，Ｃ２に基づくデータが基準データ記憶部５に記憶され所定の非破壊検査の基準データとなる。

一方、図４（ｃ）に示す配管１０Ｂは点線で示す元の内面（配管１０Ａの内面Ｔ２、Ｔ３）から減肉が進行し、内面Ｔ２´、Ｔ３´になった場合である。したがって、この場合には、配管１０Ｂの外面Ｔ１と減肉後の内面Ｔ２´との間で散乱角θで散乱された単色の散乱γ線Ｅにより環状の画像Ｃ１´が二次元検出器１に二次元画像として形成され、配管１０Ｂの反対側で減肉後の内面Ｔ３´と外面Ｔ４との間で散乱角θで散乱された単色の散乱γ線Ｅにより環状の画像Ｃ２´が二次元検出器１に二次元画像として形成される。すなわち、この場合に形成される同心円状の二つの画像Ｃ１´，Ｃ２´は、図４（ｃ）に点線で示す正常な配管１０Ａの内周面よりも径方向外側（画像Ｃ１´の場合）及び径方向内側（画像Ｃ２´の場合）にそれぞれずれており、外面Ｔ１と内面Ｔ２´との間の距離及び内面Ｔ３´と外面Ｔ４との間の距離で表わされる配管１０Ａの厚みが減じられていることを示している。かかる画像Ｃ１´，Ｃ２´に基づくデータが実データ記憶部６に記憶され所定の非破壊検査の実データとなる。

かくして、基準データと実データとを比較することにより検査対象物３の減肉の程度を容易に把握することができる。

このように、本形態によれば、コンプトン散乱による散乱γ線Ｅに基づく画像が検査対象物３の厚さを反映したものとなることを利用して検査対象物３の基準対象物２に対する厚さの変化を定量的に検出することができる。この結果、配管１０Ａの減肉の程度等、検査対象物３の状態を非破壊検査で容易に把握することができる。ここで、内面Ｔ２から内面Ｔ２´への減肉は画像Ｃ１から画像Ｃ１´への変化として、内面Ｔ３から内面Ｔ３´への減肉は画像Ｃ２から画像Ｃ２´への変化としてそれぞれ独立に検出し得るので、減肉の程度は各肉厚部における肉厚をそれぞれ反映したものとなっており、残肉厚を的確に検出することができる。

なお、上記実施の形態では、二次元検出器１で検査対象物３の二次元画像を基準に減肉の程度を検出するようにしたが、これに限るものではない。二次元検出器１の代わりに検査対象物３である配管の中心Ｏを通る直線（直径）に沿う一次元データを一次元ラインセンサ（一次元検出器）で検出しても良いし、また前記直線に沿ってポイント検出器をスキャンして同様の一次元データを得ても良い。

かかる他の実施の形態を図５に基づきさらに詳細に説明する。図５（ａ）は図４（ｂ）と同様に、検査対象物が正常な配管である場合の模式図、（ｂ）は図４（ｃ）と同様に、検査対象物が減肉した配管である場合の模式図、（ｃ）は検査対象物が正常な配管である場合の信号強度を示す波形図、（ｄ）は検査対象物が減肉した配管である場合の信号強度を示す波形図である。

一次元ラインセンサは図５（ｃ）に示すように、Ｘ軸に沿って配設される。この結果、正常な配管の場合、コンプトン散乱により図５（ｃ）に示すような波形（信号強度データ）が得られる。かかる信号強度データは正常な配管１０Ａ（図４（ｂ）参照）の外面Ｔ１の位置で立ち上がるとともに内面Ｔ２の位置で立ち下がり、以下同様に内面Ｔ３の位置で立ち上がるとともに外面Ｔ４の位置で立ち下がり、外面Ｔ４の位置で立ち上がるとともに内面Ｔ３の位置で立ち下がり、内面Ｔ２の位置で立ち上がるとともに外面Ｔ１の位置で立ち下がるパルス状の信号となる。

一方、減肉が進行した配管１０Ｂ（図４（ｃ）参照）の場合の同様の信号強度データは図５（ｄ）に示すように、配管１０Ｂの外面Ｔ１の位置で立ち上がるとともに内面Ｔ２’の位置で立ち下がり、以下同様に内面Ｔ３’の位置で立ち上がるとともに外面Ｔ４の位置で立ち下がり、外面Ｔ４の位置で立ち上がるとともに内面Ｔ３’の位置で立ち下がり、内面Ｔ２’の位置で立ち上がるとともに外面Ｔ１の位置で立ち下がるパルス状の信号となる。ここで、（Ｔ２−Ｔ２’）、（Ｔ３−Ｔ３’）が減肉量を表すデータとなる。この結果、本形態に示すようにコンプトン散乱による検査対象物３の直径方向の一次元データを検出することによっても、図３に示す実施の形態と同様に所定の減肉検出を行うことができる。

なお、上述の如き一次元ラインセンサの代わりにある点におけるコンプトン散乱光を検出するポイント検出器を前記直径方向にスキャンしても同様の一次元データを得ることができる。

さらに、本発明は、コンプトン散乱を利用した厚みのある検査対象物の厚さを基準に、単色の散乱γ線Ｅを利用してその検査を行うものであれば、上記実施の形態のものに限定するものでは勿論ない。例えば、上記実施の形態では二次元検出器１としてエネルギー弁別機能付きの検出器を用いたが、これに限定するものではない。検出器の機能と弁別の機能が独立していても構わない。要は、検出手段の出力として特定エネルギーの散乱γ線Ｅに基づくデータが得られれば良い。また、上記実施の形態では基準対象物２も検査対象物３と同様に実測して基準データを得るようにしたが、これに限定するものでもない。検査対象物３の設計データ等をそのまま使用することもできる。要は、検査対象物３に減肉等を発生することなく正常な状態が保証されている初期の状態を表すデータであれば特に制限はない。

また、上記実施の形態では、二次元検出器１が検査対象物３に対しγ線源の反対側にある場合について説明したが、これに限るものではない。γ線の後方散乱光も検出に利用することができるので、この場合にはγ線源と同じ側に二次元検出器１を配設することもできる。かかる配置は検出スペースが検査対象物３の片側のみにしかない場合等、狭隘な場所での検出の際に特に有用なものとなる。

本発明は配管等の非破壊検査を行うとともに、その装置を製造販売する産業分野で有効に利用することができる。

Ｅ_０ γ線
Ｅ散乱γ線
１二次元検出器
２基準対象物
３検査対象物
５基準データ記憶部
６実データ記憶部
７データ処理部
８判定部

Claims

所定の厚みを有する検査対象物にγ線をその厚さ方向に照射するとともにコンプトン散乱により散乱された散乱γ線のうち特定のエネルギーを有する単色の散乱γ線を弁別するとともに、前記検査対象物の前記γ線の照射側の面で散乱された散乱γ線と、前記検査対象物の前記γ線の前記照射側とは反対側の面で散乱された散乱γ線とに基づくデータを得、このデータを前記検査対象物の基準の状態が保証された同様の基準のデータと比較することにより前記検査対象物の状態を検査するようにしたことを特徴とする非破壊検査方法。
請求項１に記載する非破壊検査方法において、
前記基準のデータは、前記検査対象物と同様の対象物であって前記検査対象物の基準の状態が保証されている基準対象物に対しγ線をその厚さ方向に照射してコンプトン効果により散乱された散乱γ線のうち前記特定のエネルギーを有する単色の散乱γ線に基づくデータにより得るようにしたことを特徴とする非破壊検査方法。
請求項１又は請求項２に記載する非破壊検査方法において、
前記検査対象物は所定の肉厚を有する管路とし、これにより得られた前記データにより前記管路の減肉を検出するようにしたことを特徴とする非破壊検査方法。
γ線を所定の厚みを有する検査対象物にその厚さ方向に照射してコンプトン散乱により散乱された散乱γ線のうち特定のエネルギーを有する単色の散乱γ線を弁別するとともに、前記検査対象物の前記γ線の照射側の面で散乱された散乱γ線と、前記検査対象物の前記γ線の前記照射側とは反対側の面で散乱された散乱γ線とに基づき前記検査対象物のデータを検出する検出手段と、
前記検出手段が検出した前記データと、前記検査対象物の基準の状態が保証された同様のデータとを比較することにより前記検査対象物の状態を検査する情報処理部とを有することを特徴とする非破壊検査装置。
請求項４に記載する非破壊検査装置において、
前記検出手段は、前記検査対象物の横断面形状である二次元画像データを得る二次元検出器で構成したことを特徴とする非破壊検査装置。
請求項４に記載する非破壊検査装置において、
前記検出手段は、前記検査対象物の中心を通る直線に沿う一次元データを得る一次元ラインセンサであることを特徴とする非破壊検査装置。
請求項４に記載する非破壊検査装置において、
前記検出手段は、前記検査対象物の中心を通る直線に沿う一次元データを得るよう前記直線に沿ってスキャンされるポイント検出器であることを特徴とする非破壊検査装置。