JP6943944B2 - 中性子ラジオグラフィの実現のための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、中性子ラジオグラフィに関し、細長い放射性のアイテム、主として核燃料要素の検査のために、また、放射線照射された及び放射線照射されていない対象物の、その材料組成及び内部構造を決定するための非破壊試験のために、使用されることができるものである。

バックグラウンドＹ放射線照射線量及び照射時間を計算することと、検出器を取り付けることと、写真材料上に中性子ラジオグラフィ画像を記録することと、を含む、直接照射による中性子イメージングの方法が知られている（N.D. Tyufyakov, A.S. Shtan, Principles of Neutron Radiography, M., Atomizdat, 1975, p.250）。

中性子ラジオグラフィ観察（viewing）のための装置であって、そこでプール型の原子炉からの中性子ビームが使用され、及びコリメータポートの寸法を変更することによってビームコリメーションがスムーズに変えられることができる装置が知られている（Radiation technology, Rev. 16. M., Atomizdat, 1978）。

この装置は、アイテム及び検出器を制御位置へ送るための送り駆動と、放射化検出器（the activation detector）を、キャリッジから写真容器へそれを移すために留めるための手段と、放射化されたスクリーン（the activated screen）をＸ線フィルムに押し下げるために必要とされる圧縮空気を供給するための空気圧系を備える。

アイテムは、９０°に等しい検出器平面及びアイテム平面に対してコリメートされた中性子ビームの当てる角度（the striking angle）で単一の側面において１５０×１２００ｍｍ^２のラジオグラフィックボックス内で放射線を照射される。欠陥が見つかったとき、この欠陥の原因を決定するために、１つ又は複数の他の角度でそれを検査することが必要とされた。この目的のために、放射線照射されたアイテムは、ラジオグラフィックボックスから保護用ボックスへと複数回運ばれなければならず、アイテムは保護用容器中で回転され、かつ照射位置に戻されなければならなかった。

原子炉中性子ビームの垂直チャンネルの水平上部に次いで位置付けられる縦型の保護用容器の可動クロスビーム中に検査中の試料を配置することと、所定の絞り値の低減レート及びクロスビーム速度を設定することと、を含む、中性子ラジオグラフィのための方法が知られている（N.G. Kocherygin, V.D. Kozmenko, Apparatus for defectoscopy of highly active samples, А.С. No.199476, cl.42k, 46/07, IPC G01n, 1967）。クロスビーム通過の速度及び絞り変化レートは経験的に選択され、及び照射の最後に、フィルム上で鮮明な画像を取得するために、放射化されたスクリーンの一様なバックグラウンド放射線及びそれの十分な放射能（activity）が提供される。

この方法を実現するための装置は、中性子源、作業容器、その中に検査中の試料を受けるための作業容器内側の可動クロスビーム、クロスビームを中性子流方向に垂直に通過させるための通過機構、絞り変動機構、写真容器、作業容器から写真容器へと放射化されていないスクリーンを移動させるためのハンドリング機構を備えている。

この装置は、長さの短いアイテム及び試料を検査するために設計されたものである。長いアイテムについては、そのアイテム自体の２倍の高さの容器を使用することが必要である。かさばる容器は扱うのが難しく、なぜなら測定場所に運ばれるとき、そのようなかさばる容器は、垂直（運搬）のポジションから水平（「ラジオグラフィック観察」radiographic viewing）のポジションへと動かされる必要があるからである。

細長い垂直チャンネルの出口における中性子ビームの寸法は最小化される（５０〜１００ｍｍ以下）。その結果、垂直位置から水平位置へと再配向された容器中のアイテムを伴うクロスビームは、１段階ずつ複数回動かされる必要があり、それには非常に時間がかかる。

検査されるアイテムの半径及び長さに沿って伝わる欠陥を有するゾーンの空間変動及びパラメータを可視化するために、アイテムの軸を中心に回転されて入力ビームを通過しているこれらのアイテムの画像をキャプチャすることが必要である。これは、いくつかの中性子「ラジオグラフィック観察」及び複数の追加的な作業を必要とし、それはとりわけ、中にアイテムを有する容器を、高放射性レベルアイテムがそこで遠隔操作で各機械的操作を受ける保護用ボックスに、戻すことを含む。

非常に多くの再配置及び移動により、高放射性レベルアイテムは、何らかの予期しない理由のために損なわれる可能性があり、それは何らかの深刻な放射事故につながる可能性がある。さらに、核燃料を含む検査中のアイテムの各新しいラジオグラフィック観察（中性子ビームによる照射）は、追加的な放射能の蓄積量を増加させる。これが原因で、中央ホール内のそのようなアイテムの存在は、そのような装置を保守点検する職員にとって、毎回より放射線の危険を高める。

中央ホール環境内で写真容器中のフィルムに、スクリーンから、隠れた画像（a hidden image）を転写することは、最善のアイデアではない、なぜなら他の放射線源が追加のバックグラウンド放射線（additive background）を提供する可能性があるからである。

本発明の目的は、ラジオグラフィック検査結果の情報価値、精度、及び明瞭性を改善することである。

前述の目的は、検査中の対象物を保護用容器へと配置することと、取り付けシートを介してベッド上に前記保護用容器を配置すること、及びそこにおいて堅く留めることと、半環状凹部を有する回転可能なディスクの形態で作られ、かつ前記ベッドと一体にされた肢部における溝中に第１の放射化検出器を取り付けることと、前記第１の放射化検出器と放射線の方向との間に角度（＋α）を設定することと、中性子ビームを供給することと、照射の後に、前記第１の放射化検出器により取得された放射能分布を第１の写真フィルムに転写するために、前記第１の放射化検出器が前記第１の写真フィルムと接触するよう前記第１の放射化検出器をボックスから特別な容器に移動させることと、前記溝中に第２の放射化検出器を取り付けることと、前記第２の放射化検出器と放射線の前記方向との間に角度（−α）を設定することと、照射を実行することと、照射の後に、前記第２の放射化検出器により取得された放射能分布を第２の写真フィルムに転写するために、前記第２の放射化検出器が前記第２の写真フィルムと接触するよう前記第２の放射化検出器を前記ボックスから前記特別な容器に移動させることと、±α（｜＋α｜＝｜−α｜）の角度で画像を取得するために放射線を照射されたフィルムを処理することと、ここで、前記角度を変えることで立体視画像が生み出されることができるものであり、を含む、中性子ラジオグラフィの方法、によって達成されることができる。

角度（±α）が４０°〜８０°の範囲から選択されることは、経験的に確立されている。

高品質な画像を得るために、中性子ビームの密度はモニタされることとし、第２の照射（exposure）は、第１の照射と同じ中性子線密度で実行される。

検査中の対象物を中性子ラジオグラフィによってテストするための方法を実施するための装置であって、中性子源、検査中の対象物のための保護用容器、及びフラットな放射化検出器を有する検出系を備え、該装置は、さらに、直径に沿った形態の溝に複数の取り付けシートを有し、回転可能な肢部の形態の検出系を上に配置したベッドを備え、前記肢部は、前記検査中の対象物の軸と並行な軸を中心に設定角度分、回転可能なように取り付けられ、フラットな放射化検出器は直径に沿った溝内に取り付けられ固定されることが意図されており、肢部が中性子ビームの方向に対して角度分回転する際に検査中の対象物が通過するための半環状凹部を肢部内に有する、装置である。

検査中のアイテムを有する容器は、取り付けシートへと配置され、ロッカーで堅く留められる。肢部の回転中心はベッドと一体にされたボールベアリングに取り付けられ、肢部は、肢部の円形トラックに取り付けられたローラー上に載置される。

放射化検出器が取り付けられるのに適した長さ及び幅を有する長方形スロットが、肢部の直径上に作られる。

肢部は、中性子ビームの軸に対してα_ｉの角度で方向づけられる、複数の選択された位置のうちの１つに取り付けられ、ここでｉは、様々なしかし１対の測定について厳格に定義され固定された値を有することができる。

例えば、放射化プレートの形態で作られる放射化検出器の角度配置の配向角度（α_ｉ）を変更することと、それぞれ対のＸ線画像を得ることとによって、検査中の対象物に対する高温及び原子炉放射線の集中的な影響に起因する変異の結果として、又は製造中に、のいずれかに生み出される接合部や、シェルの状態や、検査中の対象物における欠陥の入手可能なパターンを、２つ又は３つのステップで完全に表すことが可能である。

両方の放射化画像は、ベッド上での検査中のプロダクトの位置を変えることなく、（出力及び組成の観点から）同じ中性子ビームにおいて得られなければならない。

１つの検出器を角度＋αに、そして別の１つを（ビーム軸に対して１８０度回転された）角度−αにおける反転した位置に、連続して２つの検出器を取り付けることによって、検査中の対象物についての２つの画像を得ることが可能になり、この画像は、１／ｓｉｎα_ｉに等しい事前決定された画像倍率を有する立体写真（stereoscopic pair）を形成する。

３次元中性子ラジオグラフィの使用は、欠陥のラジオグラフィック画像の生成の通常の方法と比較して、検査中の対象物における欠陥の視覚的な分析の境界を著しく拡張する。

ベッド上に回転可能に取り付けられ、内側に検査中の対象物を有する容器の直径に等しい幅と１８０°の角度長を有する環状の長方形断面凹部が設けられ、放射化検出器のための溝が設けられた肢部は、検査中の対象物についての異なった垂直断面の画像を作ること、複数の異なる角度で画像を作ること、及び検査中の対象物の３次元画像のための立体写真を取得することを可能にする。

肢部は、回転及び固定機構によって設定角度分自動的に回転される。

図１は、装置の全体図を示す。 図２（ａ）は、肢部上に取り付けられた装置の上面図を示す。 図２（ｂ）は、溝中に取り付けられた検出器を示す。

図面において、
１−コリメートされた中性子ビーム；２−検査中の対象物；３−保護用容器；４−ベッド；５−取り付けシート（ソケット）；６−ロッカー；７−回転可能な肢部；８−溝；９−肢部回転軸；１０−ボールベアリング；１１、１２−肢部の溝に取り付けられた放射化検出器、一点鎖線は中性子ビームの軸に対する肢部の溝の方向を＋α、−αの角度でそれぞれ示す；１３−肢部上の半環状凹部；１４−事前決定された角度での肢部の回転及び固定のための機構。

検査中の対象物（試料、アイテム）２は、保護用容器３中に配置される。容器３は、取り付けシート５を介してベッド４上に配置され、ロッカー６で堅く留められる。ベッド４には、角度長１８０°及び内側に検査中の対象物２を有する容器３の直径に等しい幅の環状の長方形断面凹部１３を有する回転可能なディスクの形態の回転可能な肢部７が設けられる。

肢部７の回転軸９は、ベッド４と一体にされたボールベアリング１０中に取り付けられ、肢部は、（示されていない）ローラー上に載置され、凹部１３を有する。一対の放射化検出器１１及び１２は交互に溝８に取り付けられ、検出器の高さは、ラジオグラフィックに観察される対象物２の高さに等しくなくてはならない。一対の放射化検出器１１及び１２は交互に溝８に取り付けられる。放射化検出器の各々は、位置１１，１２に載置され得、各々の放射化検出器は１つのピースであるか、又はいくつかのパーツから成ることができる。（イメージングプロセスにおける後続のステージにおいて使用される低品質の写真材料によって引き起こされるアクシデントをある程度排除するとの）統計の目的のために、同一のアイテム２が、この方法で何度か検査されることができる。ビーム軸に対する中性子検出器の回転の選択される角度は、既存の回転及び固定機構１４、例えば、同期ペア（同期ジェネレータ及び同期レシーバ）、ディスクリートギアドライブ、固定支持上の肢部の下のホールシステム（hole system）及び肢部７上にバネで留められたロッカー等、を使用して規定される。適用されるこの方法では、放射化検出器は、互いに数値上等しい（｜＋α_ｉ｜＝｜−α_ｉ｜）の選択された中性子ビームの入射角に対応する位置１１，１２へと回転されることを確実にしなければならず、ここで中性子ビームは、検査中の対象物の「ラジオグラフィック観察」の第１のセッションの間に、次いで第２のセッションの間に使用される。

第１の「ラジオグラフィック観察」の後に、半減期が短い放射化検出器上で生成される放射能（the activity）の良好な（ロスのない）画像をキャプチャするために、放射化検出器１１上で取得された放射能分布（the activity distribution）は、第２の放射線照射を待つことなく、Ｘ線フィルムへと転写される。（同じ低半減期の）第２の放射化検出器１２が放射線照射された後に、画像キャプチャ手順が繰り返され、この画像は、第２のＸ線フィルム上に転写される。次に、Ｘ線フィルム上のネガ画像が今度は２つの写真複写に通常の方法で転写される。両方のＸ線フィルム（又は写真複写）は、対応する立体視装置において同時に観察され、立体視装置は、これらの態様（aspects）を１つの３次元視の対象物に組み合わせるように構成されている。２つのＸ線フィルム及びそのような装置の使用は、検査中の対象物２の３Ｄ画像を生成することを可能にする。

中性子ビーム（α_ｉ）下にある放射化検出器１１、１２の配向角度及び取得される対のＸ線画像をそれぞれ変更することによって、高温及び原子炉放射線の集中的な影響に起因する変異の結果として、又は製造中に、のいずれかに生み出される接合部や、シェルの状態や、検査中の対象物の現在の断面における欠陥の入手可能なパターンを、２つ又は３つのステップで完全に表すことが可能である。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
［１］ 検査中の対象物を保護用容器へと配置することと、取り付けシートを介してベッド上に前記保護用容器を配置すること、及びそこにおいて堅く留めることと、半円形凹部を有する回転可能なディスクの形態で作られ、かつ前記ベッドと一体にされた肢部における溝中に第１の検出器を取り付けることと、前記第１の検出器と放射線の方向との間に角度（＋α）を設定することと、中性子ビームを供給することと、照射の後に、前記第１の検出器を写真フィルムと接触させるためにボックスから特別な容器にそれを移動させることと、前記溝中に第２の検出器を取り付けることと、前記第２の検出器と放射線の前記方向との間に角度（−α）を設定することと、照射を実行することと、照射の後に、写真フィルムと接触させるために前記第２の検出器を前記ボックスから前記特別な容器に移動させることと、±α（｜＋α｜＝｜−α｜）の角度で画像を取得するために放射線を照射されたフィルムを処理することと、ここで、前記角度を変えることで立体視画像が生み出されることができるものであり、
を含む、中性子ラジオグラフィの方法。
［２］ 前記角度±αが４０°〜８０°の範囲から選択されることを特徴とする、［１］に記載の方法。
［３］ 前記アイテムが、第１の及び第２の放射線照射の間に同じ中性子線密度で放射線照射されることを特徴とする、［１］に記載の方法。
［４］ 中性子ラジオグラフィによってアイテムを試験するための方法を実施するための装置であって、中性子源、検査中の対象物のための保護用容器、及びフラットな放射化検出器を有する検出系を備え、前記装置は、さらに、直径に沿った溝の形態で中性子検出器を留めるための取り付けシートを有し、回転可能な肢部の形態の検出系を上に配置したベッドを備え、前記肢部は、検査中の前記対象物の軸と並行な軸を中心に設定角度分、回転可能なように取り付けられ、前記肢部は、中性子ビームの方向に対して角度±αｉ分、前記肢部が回転する際に細長い対象物が通過するための半円形凹部を有する、装置。
［５］ 前記肢部の回転中心が、前記ベッドと一体にされたボールベアリングに取り付けられており、前記肢部は、前記肢部の円形トラックに配置されるローラー上に載置されていることを特徴とする、［４］に記載の装置。
［６］ 前記肢部が、回転及び固定機構を介して設定角度分自動的に回転されることを特徴とする、［４］に記載の装置。

Claims (6)

1. 検査中の対象物を保護用容器へと配置することと、取り付けシートを介してベッド上に前記保護用容器を配置すること、及びそこにおいて堅く留めることと、半環状凹部を有する肢部であって、ベッドに対して回転可能に前記ベッド上に載置された肢部における溝中に第１の放射化検出器を取り付けることと、前記第１の放射化検出器と中性子ビームの方向との間に角度（＋α）を設定することと、前記中性子ビームを照射することと、照射の後に、前記第１の放射化検出器により取得された放射能分布を第１の写真フィルムに転写するために、前記第１の放射化検出器が前記第１の写真フィルムと接触するよう前記第１の放射化検出器をボックスから特別な容器に移動させることと、前記溝中に第２の放射化検出器を取り付けることと、前記第２の放射化検出器と前記中性子ビームの方向との間に角度（−α）を設定することと、前記中性子ビームを照射することと、照射の後に、前記第２の放射化検出器により取得された放射能分布を第２の写真フィルムに転写するために、前記第２の放射化検出器が前記第２の写真フィルムと接触するよう前記第２の放射化検出器を前記ボックスから前記特別な容器に移動させることと、±α（｜＋α｜＝｜−α｜）の角度で画像を取得するために前記中性子ビームが照射されたフィルムを処理することと、前記異なる角度で取得した画像により立体視画像を生成することと、を含む、中性子ラジオグラフィの方法。
2. 前記角度±αが４０°〜８０°の範囲から選択されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記検査中の対象物が、第１の及び第２の放射線照射の間に同じ中性子線密度で前記中性子ビームが照射されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 検査中の対象物の中性子ラジオグラフィを実施するための装置であって、中性子源、検査中の対象物のための保護用容器、及びフラットな放射化検出器を有する検出系を備え、
   前記装置は、さらに、取り付けシートを備えたベッドと、前記ベッドに対して回転可能に前記ベッド上に載置された肢部であって、複数の放射化検出器を留めるための、直径に沿った形態の溝を有する肢部とを備え、ここで、前記取り付けシートは前記保護用容器を前記ベッドに配置するためのものであり、
   前記肢部は、前記検査中の対象物の軸と並行な軸を中心に設定角度分前記ベッドに対して回転可能なように取り付けられ、前記肢部は、中性子ビームの方向に対して角度±α_ｉ分前記肢部が回転する際に、細長い対象物に前記中性子ビームが通過するための半環状凹部を有する、装置。
5. 前記肢部の回転中心が、前記ベッドと一体にされたボールベアリングに取り付けられており、前記肢部は、前記ベッドの円形トラックに配置されるローラー上に載置されていることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 前記肢部が、回転及び固定機構を介して設定角度分自動的に前記ベッドに対して回転されることを特徴とする、請求項４に記載の装置。

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