JPH0943170A - 流動物の成分比測定装置及び成分比測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 輸送管内を流れる流動物中の有機物、無機
物、水分、気泡の体積含有率を測定する汚泥の成分比測
定装置及び方法を提供する。 【解決手段】 輸送管と、計測点Ａで流体圧力を検出す
る第１圧力計と、計測点Ａで流動物に管外から中性子を
照射する第１中性子線源と、散乱中性子を検出する第１
中性子検出器と、検出散乱中性子の計数率を計数する第
１中性子計数手段と、他の任意の計測点Ｂで流体圧力を
検出する第２圧力計と、計測点Ｂで流動物に管外から中
性子を照射する第２中性子線源と、散乱中性子を検出す
る第２中性子検出器と、検出散乱中性子の計数率を計数
する第２中性子計数手段と、計測点Ａで流動物に管外か
らγ線を照射するγ線源と、流動物を透過したγ線を検
出するγ線検出器と、検出透過γ線の計数率を計数する
γ線計数手段と、流動物の流速を測定する流速計と、得
られた計数率、圧力、流速に基づき、流動物中の各成分
の体積含有率を求める演算手段と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、輸送管内を流れ
る流動物の成分比測定装置及びその方法、とくに輸送管
内を流れる汚泥等の流動物を構成する水、有機物および
無機物の成分比を気泡の混入の有無にかかわらず高精度
で測定することができる装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】輸送管内を流れる水、有機物、無機物で
構成される流動物の成分体積比（以下、成分比あるいは
含有比という場合は「体積含有率」を意味するものとす
る）は、通常、以下に説明する中性子計測法により測定
される。

【０００３】輸送管内を流れる流動物として汚泥を例に
とって説明する。汚泥には水と有機物以外にカルシウ
ム、ケイ素を主成分とする無機物が含まれているが、無
機物は中性子の吸収、散乱の反応断面積が小さい。それ
ゆえ中性子計測においては無機物含有比が変動しない限
り、あまり問題とならない。よって、無機物含有比を輸
送管から採取した汚泥を用いて下水試験法等により予め
求め、定数として扱うことができる。

【０００４】水および有機物については、それぞれが水
素を多量に含む分子であることから、中性子計測法によ
り各成分比を求めることができる。水素の中性子に対す
る減速能は、他の元素と比較してずば抜けて大きいた
め、中性子は被測定物中の水素原子と主に衝突すること
によってエネルギを失い、最終的にはエネルギの非常に
小さい熱中性子となる。

【０００５】一方、水と有機物が単位体積あたり含んで
いる水素原子数、つまり水素密度は異なっており、この
ため汚泥中の水と有機物の各体積含有率（含有比）が変
動すると中性子の散乱あるいは透過線量が変化する。し
たがって、この散乱あるいは透過線量を測定した中性子
計数率（中性子計数値／計測時間；ｃｐｍ）を測定し、
次式により水と有機物の各体積含有率を求めることがで
きる。

【０００６】 Ｊ／Ｊ₀ ＝Ｔｗ＋Ｃ・Ｔｏ …（Ａ） Ｔｗ＋Ｔｏ＝１−Ｔａ …（Ｂ） ただし、Ｊ₀ は輸送管内を水で満たしたときの中性子係
数率（ｃｐｍ）、Ｊは輸送管内を汚泥で満たしたときの
中性子係数率（ｃｐｍ）、Ｔｗは汚泥の水体積含有率
（含有比）、Ｔｏは汚泥の有機物体積含有率（含有
比）、Ｔａは汚泥の無機物体積含有率（含有比）（定
数）、Ｃは水に対する有機物の水素密度比、をそれぞれ
表わす。

【０００７】しかしながら、汚泥中に気泡が混入すると
上式（Ｂ）が成立しなくなる。つまり、気泡も汚泥の構
成成分の１つとした汚泥中の気泡の含有比Ｔｖを考慮し
た次式（Ｃ）の関係となるため、一義的な解を求めるこ
とができず、基本的に測定不能となる。

【０００８】 Ｔｗ＋Ｔｏ＋Ｔｖ＝１−Ｔａ …（Ｃ） さらに、大雨が降ったような場合には道路の排水溝から
泥（無機物）が下水管に流入し、汚泥の無機物含有比が
急激に増加する。この結果、無機物含有比を定数として
扱ったままでは成分比測定に誤差が生じる。

【０００９】特開昭５８−２２３０３９号公報には、汚
泥中への気泡の混入による測定誤差の解決方法が開示さ
れている。この方法は、スラリーの輸送管路内に容積式
流量計と質量式流量計とを直列に接続し、それぞれの流
量計によってスラリーの流量を測定し、そして質量式流
量計によって測定した流量値を容積式流量計によって測
定した流量値で除してスラリーの密度を演算するもので
ある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法は汚泥の成分比を求めるものではなく、しかも大容
量かつ高粘性のスラリーの質量を測定する質量式流量計
が現存せず、実用的ではないという問題点がある。

【００１１】この発明の目的は、大容量かつ低粘性のス
ラリーは勿論のこと、高粘性のスラリーや無機物を多量
に含む汚泥であっても、その水、有機物、無機物の体積
含有率を気泡の有無にかかわらず輸送管外から高精度で
測定することができる流動物の成分比測定装置及びその
方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に係る流動物の成分比測定装置は、（ａ）流動
物が通流する輸送管と、（ｂ）この輸送管の任意の計測
点Ａで流体圧力を検出する第１の圧力計と、（ｃ）前記
計測点Ａで輸送管内を通流する流動物に管外から中性子
を照射する第１の中性子線源と、（ｄ）流動物によって
散乱される中性子を検出する第１の中性子検出器と、
（ｅ）この検出散乱中性子の計数率を計数する第１の中
性子計数手段と、（ｆ）前記計測点Ａから離れた他の任
意の計測点Ｂで流体圧力を検出する第２の圧力計と、
（ｇ）前記計測点Ｂで輸送管内を通流する流動物に管外
から中性子を照射する第２の中性子線源と、（ｈ）流動
物によって散乱される中性子を検出する第２の中性子検
出器と、（ｉ）この検出散乱中性子の計数率を計数する
第２の中性子計数手段と、（ｊ）前記計測点Ａで輸送管
内を通流する流動物に管外からガンマ線を照射するガン
マ線源と、（ｋ）流動物を透過したガンマ線を検出する
ガンマ線検出器と、（ｌ）検出透過ガンマ線の計数率を
計数するガンマ線計数手段と、（ｍ）前記計測点Ａと計
測点Ｂとの間で流動物の流速を測定する流速計と、
（ｎ）得られた計数率、圧力、流速に基づき、流動物中
に含まれる水、有機物、無機物、気泡の各成分の体積含
有率のうち少なくとも１つを求める演算手段と、を備え
ることを特徴とする。

【００１３】本発明に係る流動物の成分比測定方法は、
（ａ）輸送管の任意の計測点Ａで基準となる第１の流体
圧力Ｐを検出する工程と、（ｂ）前記計測点Ａから離れ
た輸送管の任意の計測点Ｂで第２の流体圧力Ｐ₀ を検出
する工程と、（ｃ）前記計測点Ａを通過する流動物に中
性子を照射し、散乱中性子を検出し、これを計数して中
性子計数率Ｎを求める第１の中性子計数率測定工程と、
（ｄ）前記計測点Ａから計測点Ｂまでの間における流動
物の流速を測定する流速測定工程と、（ｅ）この測定流
速と前記計測点Ａから計測点Ｂまでの管路長とから、計
測点Ａを通過した流動物が計測点Ｂに到達する時刻を算
出する工程と、（ｆ）この時刻に前記計測点Ｂを通過す
る流動物に中性子を照射し、散乱中性子を検出し、これ
を計数して中性子計数率Ｎ₀ を求める第２の中性子計数
率測定工程と、（ｇ）得られた中性子計数率Ｎと、予め
第１の流体圧力Ｐ下で水のみのサンプルについて求めて
おいた中性子計数率Ｎ₁ とから中性子計数率の比（Ｎ／
Ｎ₁ ）を算出し、得られた中性子計数率Ｎ₀ と、予め第
２の流体圧力Ｐ₀ 下で水のみのサンプルについて求めて
おいた中性子計数率Ｎ_{1 0} とから中性子計数率の比（Ｎ
₀／Ｎ_{1 0} ）を算出し、さらに、これらの中性子計数率
の比から比（Ｎ₀ ／Ｎ_{1 0}）／（Ｎ／Ｎ₁ ）を算出する
工程と、（ｈ）得られた比（Ｎ₀ ／Ｎ_{1 0} ）／（Ｎ／Ｎ
₁ ）に基づき前記第１圧力Ｐの条件下での流動物中の気
泡の体積含有率Ｓｖを下式を用いて算出する工程と、 Ｓｖ＝Ｐ₀ （Ｎ₀ ・Ｎ₁ −Ｎ・Ｎ₁₀）／（Ｎ₀ ・Ｎ₁ ・
Ｐ₀ −Ｎ・Ｎ₁₀Ｐ） を有することを特徴とする。

【００１４】本発明では、２種の放射線（中性子線とガ
ンマ線）を利用して流動物の成分比計測を行う。放射線
源と流動物と検出器の位置関係から、測定方法には散乱
法と透過法がある。散乱法は、流動物に対して線源と検
出器が同一方向に位置している。検出器は、線源より放
射された放射線のうち、流動物で多重散乱され、ほぼ１
８０度方向転換されたものを検出している。透過法は、
線源と検出器の間に流動物が位置しており、線源より放
射された放射線のうち流動物中を透過してきたものを検
出器により検出する。本発明では、中性子線は散乱法
で、γ線は透過法により測定している。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に放射線を用いた気泡体積含
有率（含有比）、有機物体積含有率、水体積含有率、無
機物体積含有率の各測定法について図１を参照しながら
説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る流動物
の成分比測定装置を示すブロック構成図である。

【００１６】輸送管２は実質的に水平に設置されてい
る。この輸送管２内を汚泥１が計測点Ａから計測点Ｂへ
向かって所定の流速で流れるようになっている。なお、
計測点Ａから計測点Ｂまでの間は内径がほぼ一様であ
る。輸送管２の外周面に近接対面するように第１の中性
子線源３、第２の中性子線源４、及びガンマ線源５がそ
れぞれ設けられている。これらの線源３，４，５には検
出器６，７，８がそれぞれ組み合わせられている。

【００１７】ガンマ線源５およびガンマ線検出器８は計
測点Ａに設置した。第１の中性子線源３および中性子検
出器６も計測点Ａに設置した。第２の中性子線源４およ
び中性子検出器７は計測点Ｂに設置した。

【００１８】計測点Ａ，Ｂ間には流速計９が設けられ、
輸送管２内を流れる汚泥１の流速が測定されるようにな
っている。また、第１の圧力計１０が計測点Ａ側に、第
２の圧力計１１が計測点Ｂに側に設けられている。計数
器１８，１９，２０、流速計９および圧力計１０，１１
のそれぞれは演算処理器２１の入力部に接続されてい
る。演算処理器２１のメモリには所定の数式や必要なデ
ータがストアされており、検出データが入力されると内
蔵ＣＰＵが必要な数式を呼び出して演算を実行するよう
になっている。

【００１９】計測点Ａにおいて第１の中性子線源３から
は速中性子を管外部から汚泥１に照射すると、汚泥１に
より多重散乱され熱中性子となり、第１中性子検出器６
によって検出される。第１中性子検出器６の出力信号は
前置増幅器１２で増幅され、波高弁別器１５において雑
音信号を除去した後に計数器１８で計数される。

【００２０】また、計測点Ａにおいてガンマ線源５から
放射されたγ線のうち汚泥１を透過してきたγ線はガン
マ線検出器８によって検出される。ガンマ線検出器８の
出力信号は前置増幅器１３で増幅され、波高弁別器１６
において雑音信号を除去した後に計数器１９で計数され
る。

【００２１】次に、計測点Ｂにおいて第２の中性子線源
４からは速中性子を管外部から汚泥１に照射すると、汚
泥１により多重散乱され熱中性子となり、第２中性子検
出器７によって検出される。第２中性子検出器７の出力
信号は前置増幅器１４で増幅され、波高弁別器１７にお
いて雑音信号を除去した後に計数器２０で計数される。
ただし、計測点Ｂでは流速計で測定した流速および管路
長Ｌから求めた、計測点Ａで測定した汚泥１が計測点Ｂ
を通過する時刻に同期して、圧力および中性子計数率の
測定を行なう。

【００２２】最終的に、第１圧力計１０、第２圧力計１
１、計数器１８，１９，２０の各測定結果を演算処理器
２１で演算処理して汚泥１の成分比を求める。以上のよ
うな構成の装置において、第１の中性子線源３と第２の
中性子線源４に²⁵² Ｃｆ（放射性同位体）を、ガンマ線
源５に¹³⁷ Ｃｓ（放射性同位体）を用いて汚泥１の計測
点Ａでの各成分比を測定した例について説明する。

【００２３】［気泡体積含有率（含有比）測定］気泡体
積含有率は散乱法による中性子計測によって測定する。
第１中性子線源３から放射されるエネルギーの高い速中
性子は汚泥１によって散乱され、エネルギーを徐々に失
っていく。中性子に対する減速能は、他の元素と比較し
て水素がずば抜けて大きいため、汚泥１中の水、有機物
を構成している水素原子と主に衝突することによって中
性子はエネルギーを失い、最終的にはエネルギーの非常
に小さい熱中性子となる。第１中性子検出器６（ ³Ｈｅ
計数管）の検出効率は、熱中性子に対して高く、速中性
子に対しては低いので、結局中性子計数率（＝中性子計
数値／計測時間；ｃｐｍ）は汚泥１中の水、有機物体積
含有率を反映した量となる。第１中性子検出器６の測定
有効範囲体積Ｖｅ₁ （ｃｍ³ ）内の汚泥１に含まれる水
素原子数Ｎｔ（個）と、第１中性子検出器６によって測
定された計測器１８の中性子計数率Ｎ（ｃｐｍ）との間
には比例関係が成立するから Ｎ＝Ｋ₁ Ｎｔ …（１） ただし、Ｋ₁ は比例定数（ｃｐｍ／個）を表わす。

【００２４】第１中性子検出器６の測定有効範囲体積Ｖ
ｅ₁ 内において、の第１圧力Ｐ（ａｔｍ）（基準圧力）
の条件下での気泡、水、有機物、無機物の各体積をＶｖ
（ｃｍ³ ），Ｖｗ（ｃｍ³ ），Ｖｏ（ｃｍ³ ），Ｖａ
（ｃｍ³ ）とすると、 Ｖｖ＋Ｖｗ＋Ｖｏ＋Ｖａ＝Ｖｅ₁ 両辺をＶｅ₁ で除せば、第１圧力Ｐの条件下での気泡、
水、有機物、無機物の各体積含有率Ｓｖ，Ｓｗ，Ｓｏ，
Ｓａの関係式として次式（２）が得られる。

【００２５】 Ｓｖ＋Ｓｗ＋Ｓｏ＋Ｓａ＝１ …（２） また、水、有機物、無機物の体積が圧力に依らずほぼ一
定であることから、測定中次の関係が保たれている。

【００２６】 Ｖｏ＝ｍＶｗ （０≦ｍ＜１） …（３） Ｖａ＝ｎＶｗ （０≦ｎ＜１） …（４） ここでｍ，ｎは定数であり、一般的に汚泥１の主成分は
水であるから上式のように仮定してよい。式（３）及び
式（４）の各両辺をＶｅで除したものを式（２）に代入
すれば、 Ｓｖ＋（１＋ｍ＋ｎ）Ｓｗ＝１ ｍ＋ｎ＝ｋ（定数）とおくと、 Ｓｖ＋（１＋ｋ）Ｓｗ＝１ …（５） となる。

【００２７】水素を多量に含む汚泥成分は水と有機物で
あるから、体積Ｖｅ₁ 中に含まれる水、有機物が含有す
る水素原子数を各々Ｎｗ（個）、Ｎｏ（個）とするとＮ
ｔは、 Ｎｔ＝Ｎｗ＋Ｎｏ と表される。ここで水素密度を定義しておく。水の水素
原子密度（個／ｃｍ³ ）をＤｗとし、有機物の水素原子
密度（個／ｃｍ³ ）をＤｏとすると、 Ｄｗ＝Ｈｗ［ρｗＮａ／Ｍｗ］ …（６） Ｄｏ＝Ｈｏ［ρｏＮａ／Ｍｏ］ …（７） であるから、Ｎｗ，Ｎｏはそれぞれ Ｎｗ＝Ｈｗ［ρｗＮａ／Ｍｗ］（Ｖｅ₁ Ｓｗ） Ｎｏ＝Ｈｏ［ρｏＮａ／Ｍｏ］（Ｖｅ₁ Ｓｏ） である。上式中において、Ｈｗ：水１分子に含まれる水
素原子数、Ｈｏ：有機物１分子に含まれる水素原子数、
ρｗ：水の密度（ｇ／ｃｍ³ ）、ρｏ：有機物の密度
（ｇ／ｃｍ³ ）、Ｎａ：アボガドロ数（個／ｍｏｌ）、
Ｍｗ：水の分子量、Ｍｏ：有機物の分子量である。式
（６）及び式（７）の右辺［］内は、単位体積に含まれ
る水、有機物の分子数であって、これにＨｗ，Ｈｏを乗
じれば水、有機物の水素密度が求められる。

【００２８】したがって体積Ｖｅ中の水素原子数Ｎｔは Ｎｔ＝Ｎｗ＋Ｎｏ ＝Ｈｗ［ρｗＮａ／Ｍｗ］（Ｖｅ₁ Ｓｗ） ＋Ｈｏ［ρｏＮａ／Ｍｏ］（Ｖｅ₁ Ｓｏ） ＝（ＮａＶｅ₁ ／ＭｗＭｏ)(ＨｗρｗＳｗＭｏ＋ＨｏρｏＳｏＭｗ） ＝（ＮａＶｅ₁ ／ＭｗＭｏ） （ＨｗρｗＭｏ＋ｍＨｏρｏＭｗ）Ｓｗ（式（３）より） と表される。このときの中性子計数率Ｎは、上式（１）
より Ｎ＝Ｋ₁ Ｎｔ ＝Ｋ₁ （ＮａＶｅ₁ ／ＭｗＭｏ）（ＨｗρｗＭｏ＋ｍＨｏρｏＭｗ）Ｓｗ となる。

【００２９】次に、図１の計測点Ｂで圧力および中性子
計数率を測定する。汚泥は粘性が高いために輸送管内を
圧送される間に圧力損失が生じ、計測点Ａと計測点Ｂで
は圧力条件が異なるため計測点Ｂでの管内圧力をＰ₀
（ａｔｍ）とする。計測点Ａと計測点Ｂの間の管路長お
よび流速計で測定した流動物の流速から、計測点Ａで測
定された汚泥１が計測点Ｂに到達するのに同期させて、
圧力および中性子計数率を測定する。

【００３０】ところで、第１中性子検出器６と第２中性
子検出器７の測定有効範囲体積および検出効率は、個体
差により異なっているのが一般的である。そこで、第２
中性子検出器７の測定有効範囲体積をＶｅ₂ （ｃｍ³ ）
と定義する。測定有効範囲体積が変化したので、まず下
式を用いて圧力Ｐの状態におけるＶｅ₂ 内での各体積含
有率を求める。Ｖｅ₂ とＶｅ₁ の間には次の様な関係が
成立していると仮定できる。ただし、式中の係数ｑはゼ
ロでない定数を表わす。

【００３１】Ｖｅ₂ ＝ｑＶｅ₁ したがって気泡、水、有機物、無機物の各体積Ｖｖ₂ ，
Ｖｗ₂ ，Ｖｏ₂ ，Ｖａ₂ についてもそれぞれ次式の関係
が成り立つ。

【００３２】Ｖｖ₂ ＝ｑＶｖ Ｖｗ₂ ＝ｑＶｗ Ｖｏ₂ ＝ｑＶｏ Ｖａ₂ ＝ｑＶａ Ｖｅ₂ ＝Ｖｖ₂ ＋Ｖｗ₂ ＋Ｖｏ₂ ＋Ｖａ₂ ゆえに、このときの気泡，水，有機物，無機物の各体積
含有率Ｓｖ₂ ，Ｓｗ₂，Ｓｏ₂ ，Ｓａ₂ については次式
が成立し、同一圧力条件においては第２中性子検出器７
が測定する体積含有率は第１中性子検出器６が測定する
体積含有率と同一である。

【００３３】 Ｓｖ₂ ＝Ｖｖ₂ ／Ｖｅ₂ ＝ｑＶｖ／（ｑＶｅ₁ ）＝Ｓｖ Ｓｗ₂ ＝Ｓｗ Ｓｏ₂ ＝Ｓｏ Ｓａ₂ ＝Ｓａ Ｓｖ₂ ＋Ｓｗ₂ ＋Ｓｏ₂ ＋Ｓａ₂ ＝１ 次に、計測点Ｂでの計測条件である圧力Ｐ₀ での気泡，
水、有機物、無機物の各体積含有率Ｓｖ₀ ，Ｓｗ₀ ，Ｓ
ｏ₀ ，Ｓａ₀ を求める。計測点Ｂでの管内圧力Ｐ₀ の条
件下の気泡体積をＶｖ₀ （ｃｍ³ ）とすれば、ボイルの
法則から次式（８）の関係が成り立つ。

【００３４】 Ｖｖ₀ ＝ＶｖＰ／Ｐ₀ …（８） Ｐ₀ ＜ＰであるからＶｖ₀ ＞Ｖｖとなり、体積Ｖｅ₂ に
おいて上式（８）の関係にしたがって気泡の体積が増加
し、その増加分だけ上式（３），（４）の関係を保ちつ
つ体積Ｖｅ₂ に占める水、有機物、無機物の体積が減少
する。

【００３５】よって、式（８）より次式（９）の関係が
得られる。 Ｓｖ₀ ＝Ｖｖ₀ ／Ｖｅ₂ ＝（Ｐ／Ｐ₀ ）（Ｖｖ₂ ／Ｖｅ₂ ） ＝（Ｐ／Ｐ₀ ）Ｓｖ …（９） 上述したように圧力Ｐ₀ の条件下では水、有機物、無機
物の体積含有率も各々Ｓｗ₀ ，Ｓｏ₀ ，Ｓａ₀ に変わっ
ており、上式（２）と同様に Ｓｖ₀ ＋Ｓｗ₀ ＋Ｓｏ₀ ＋Ｓａ₀ ＝１ と表わすことができ、式（５）と同様に次式（１０）の
ように表わされる。

【００３６】 Ｓｖ₀ ＋（１＋ｋ）Ｓｗ₀ ＝１ …（１０） 式（５）及び式（１０）からｋを消去し、さらに式
（９）を用いてＳｖ₀ を消去すると、次式（１１）を得
る。

【００３７】 Ｓｗ₀ ／Ｓｗ＝（Ｐ₀ −ＰＳｖ）／［Ｐ₀ （１−Ｓｖ）］ …（１１） また、このとき体積Ｖｅ₂ 内に含まれている水素原子数
Ｎｔ₀ （個）は、 Ｎｔ₀ ＝（ＮａＶｅ₂ ／ＭｗＭｏ)(ＨｗρｗＭｏ＋ｍＨｏρｏＭｗ）Ｓｗ₀ ＝ｑ（ＮａＶｅ₁ ／ＭｗＭｏ)(ＨｗρｗＭｏ＋ｍＨｏρｏＭｗ）Ｓｗ₀
であるから、第２圧力Ｐ₀ の条件下での中性子計数率Ｎ₀ （ｃｐｍ）は、式
（１）より次式のようになる。 Ｎ₀ ＝Ｋ₂ Ｎｔ₀ ＝Ｋ₂ （ＮａＶｅ₂ ／ＭｗＭｏ)(ＨｗρｗＭｏ＋ｍＨｏρｏＭｗ）Ｓｗ₀ ＝ｑＫ₂ （ＮａＶｅ₁ ／ＭｗＭｏ)(ＨｗρｗＭｏ＋ｍＨｏρｏＭｗ）Ｓｗ₀ ただし、第１中性子検出器６と第２中性子検出器７は上
述したように検出効率等が異なっている他、第１中性子
線源３と第２中性子線源４の放射能が同一でないため、
一般的に係数Ｋは係数Ｋ₂ に等しくならない。したがっ
て、Ｎ，Ｎ₀ を比較する場合には、この個体差を補正す
る補正する必要がある。

【００３８】そこで、管路を水で満たした状態（Ｓｗ＝
Ｓｗ₀ ＝１）で各計測点Ａ，Ｂにおいて第１中性子検出
器６と第２中性子検出器７により中性子計数率をそれぞ
れ測定する。測定した中性子計数率をＮ₁ ，Ｎ_{1 0} とす
ると、Ｎ₁ につき次式の関係が成り立つ。

【００３９】 Ｎ₁ ＝Ｋ₁ Ｎｗ ＝Ｋ₁ ＨｗρｗＮａＶｅ₁ Ｓｗ／Ｍｗ ＝Ｋ₁ ＨｗρｗＮａＶｅ₁ ／Ｍｗ 同様にＮ_{1 0} につき次式の関係が成り立つ。

【００４０】 Ｎ_{1 0} ＝Ｋ₂ Ｎｗ ＝Ｋ₂ ＨｗρｗＮａＶｅ₂ Ｓｗ₀ ／Ｍｗ ＝Ｋ₂ ＨｗρｗＮａＶｅ₂ ／Ｍｗ ＝ｑＫ₂ ＨｗρｗＮａＶｅ₁ ／Ｍｗ これらのＮ₁ ，Ｎ_{1 0} で上述のＮ，Ｎ₀ を除すと、 Ｎ／Ｎ₁ ＝（ＨｗρｗＭｏ＋ｍＨｏρｏＭｗ）Ｓｗ／
［ＨｗρｗＭｏ］ Ｎ₀ ／Ｎ_{1 0} ＝（ＨｗρｗＭｏ＋ｍＨｏρｏＭｗ）Ｓｗ
₀ ／［ＨｗρｗＭｏ］ これらの式から明らかなように、Ｎ／Ｎ₁ とＮ₀ ／Ｎ_1
0 から検出器に固有な定数Ｋ₁ ，Ｋ₂ ，Ｖｅ₁ ，Ｖｅ₂
が消去され、水含有比のみに依存する量となった。両者
の比をとると式（１１）の関係から ［Ｎ₀ ／Ｎ_{1 0} ］／［Ｎ／Ｎ₁ ］＝Ｓｗ₀ ／Ｓｗ ＝（Ｐ₀ −ＰＳｖ）／［Ｐ₀ （１−Ｓｖ）］ これを変形して次式（１２）により第１圧力Ｐの条件下
での気泡体積含有率Ｓｖを得る。

【００４１】 Ｓｖ＝Ｐ₀ （Ｎ₀ ・Ｎ₁ −Ｎ・Ｎ_{1 0} ）／（Ｎ₀ ・Ｎ₁ ・Ｐ₀ −Ｎ・Ｎ_{1 0} ・Ｐ） …（１２） 第１圧力Ｐの条件下での気泡体積含有率Ｓｖを得る。な
お、第２圧力Ｐ₀ の条件下での気泡体積含有率Ｓｖ₀ は
式（８）より、 Ｓｖ₀ ＝ＳｖＰ／Ｐ₀ である。

【００４２】以上により第１圧力Ｐの条件下での中性子
計数率Ｎ、第２圧力Ｐ₀ の条件下での中性子計数率Ｎ
₀ 、および第１圧力Ｐ、第２圧力Ｐ₀ を測定すること
で、第１圧力Ｐの条件下での気泡体積含有率Ｓｖおよび
第２圧力Ｐ₀ の条件下での気泡体積含有率Ｓｖ₀ が求め
られた。 ［有機物、水、無機物の体積含有率測定］図２及び図３
を参照しながら中性子計数率およびγ線計数率の測定結
果に基づきＳｗ，Ｓｏ，Ｓａのそれぞれを求める手順を
説明する。

【００４３】上記の気泡体積含有率測定の場合と同様に
第１圧力Ｐの条件下での汚泥１の各成分の体積含有率を
次式（２）のようにおく。 Ｓｖ＋Ｓｗ＋Ｓｏ＋Ｓａ＝１ …（２） まず中性子計数率（ｃｐｍ）は汚泥に含まれる水素原子
数に比例するから、考慮すべき汚泥の成分は水素を多量
に含む水と有機物である。そこで上式（２）において、 ＳH ＝Ｓｗ＋Ｓｏ とおき、 ＳＳｗ＝Ｓｗ／ＳH ＳＳｏ＝Ｓｏ／ＳH と定義すれば、下記の関係式が得られる。なお、ＳＳｗ
は汚泥内の（水＋有機物）部分を基準とした水の混合比
を表わし、ＳＳｏは汚泥内の（水＋有機物）部分を基準
とした有機物の混合比を表わす。

【００４４】ＳＳｗ＋ＳＳｏ＝１ 図２は中性子計数率を説明するための概念図である。以
下、この概念図を参照しながらモデル化したサンプル
Ａ，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３に対する中性子計測を考え、各試
料での中性子計数率を定義して水体積含有率を表す式を
導く。ただし、いずれの測定においても圧力条件は第１
圧力Ｐとする。

【００４５】 サンプルＡ） 水（Ｓｗ＝１）：Ｎ₁ （ｃｐｍ） サンプルＢ１） 汚泥（０＜ＳＳｗ＜１，０＜ＳＳｏ＜
１）：Ｎ₂ （＝Ｎ)(ｃｐｍ） サンプルＢ２） 有機物＋無機物＋気泡（ＳＳｏ＝
１）：Ｎ₃ （ｃｐｍ） サンプルＢ３） 水＋無機物＋気泡（ＳＳｗ＝１）：Ｎ
₄ （ｃｐｍ） なお、上述の中性子計数率Ｎ₂ は気泡体積含有率の測定
で測定したＮと等しい。

【００４６】ところで上式（６），（７）より、 Ｄｏ／Ｄｗ＝ρｏＨｏＭｗ／（ρｗＨｗＭｏ） である。Ｎ₃ とＮ₄ では同体積の有機物と水を測定して
いるから、両者の関係は水素密度比Ｄｏ／Ｄｗにより次
式（１３）のように表わされる。

【００４７】 Ｎ₃ ＝［ρｏＨｏＭｗ／（ρｗＨｗＭｏ）］Ｎ₄ …（１３） また、中性子計数率Ｎ₁ とＮ₄ は水の体積比の違いから
次式（１４）の関係がある。

【００４８】 Ｎ₄ ＝（１−Ｓｖ−Ｓａ）Ｎ₁ …（１４） 次に、図３を用いて上記中性子計数率Ｎ₂ からサンプル
Ｂ１中の（水＋有機物）部分における水と有機物の混合
比［ＳＳｗ（またはＳＳｏ）］が求められることを説明
する。

【００４９】図３は、横軸にサンプルＢ１中の（水＋有
機物）部分における水と有機物の混合比［ＳＳｗ（また
はＳＳｏ）］をとり、縦軸に中性子計数率をとって、水
と有機物の混合比に対する中性子計数率の依存性を示す
特性線図である。いま、ＳＳｗが０から１に変化して中
性子計数率がＮ₃ からＮ₄ に変化したことから、サンプ
ルＢ１のＮ₂ は次のように表わされる。

【００５０】 Ｎ₂ ＝Ｎ₃ ＋（Ｎ₄ −Ｎ₃ ）ＳＳｗ ＝Ｎ₃ ＋（Ｎ₄ −Ｎ₃ ）［Ｓｗ／ＳH ］ ＝Ｎ₃ ＋（Ｎ₄ −Ｎ₃ ）［Ｓｗ／（Ｓｗ＋Ｓｏ）］ ＝Ｎ₃ ＋（Ｎ₄ −Ｎ₃ ）［Ｓｗ／（１−Ｓｖ−Ｓａ）］ これをＳｗについて解くと下式（１５）を得る。

【００５１】 Ｓｗ＝［（Ｎ₂ −Ｎ₃ ）／（Ｎ₄ −Ｎ₃ ）］（１−Ｓｖ−Ｓａ） ＝（ρｗＨｗＭｏＮ₂ −ρｏＨｏＭｗＮ₄ ）（１−Ｓｖ−Ｓａ） ／［（ρｗＨｗＭｏ−ρｏＨｏＭｗ）Ｎ₄ ］（式（１３）より） ＝［ρｗＨｗＭｏＮ₂ −ρｏＨｏＭｗ（１−Ｓｖ−Ｓａ）Ｎ₁ ］ ／［（ρｗＨｗＭｏ−ρｏＨｏＭｗ）Ｎ₁ ］（式（１４）より） …（１５） また、式（２）より １−Ｓｖ−Ｓａ＝Ｓｗ＋Ｓｏ であるから、これを上式（１５）に代入してＳｗについ
て整理すると下記のように変形することができる。

【００５２】 Ｓｗ＝［ρｗＨｗＭｏ（Ｎ₂ ／Ｎ₁ ）−ρｏＨｏＭｗＳｏ］ ／（ρｗＨｗＭｏ） …（１５−１） 先述したようにＮ₂ は気泡体積含有率測定で測定したＮ
と等しいので、結局は次の関係式が得られる。

【００５３】 Ｓｗ＝［ρｗＨｗＭｏ（Ｎ／Ｎ₁ ）−ρｏＨｏＭｗＳｏ］ ／（ρｗＨｗＭｏ） …（１５−２） ところで、γ線測定系で測定しているγ線計数率（＝γ
線計数値／測定時間）の意味は次の通りである。一般に
γ線源５から放射されたγ線は、試料により散乱され方
向を変えるので、試料を透過してγ線検出器８に入射す
る透過γ線強度Ｉ（＝γ線計数率Ｇ₁ ，Ｇ₂ ）（ｃｐ
ｍ）は下式（１６）で表わされる。

【００５４】 Ｉ＝Ｂ・Ｇ・ｅｘｐ（−μρｔ） …（１６） ただし、Ｇ：試料入射γ線強度（ｃｐｍ） μ：質量減弱係数（ｃｍ² ／ｇ） ρ：試料の平均密度（ｇ／ｃｍ³ ） ｔ：透過経路長（ｃｍ） Ｂ：ビルドアップ係数 Ｇはγ線源の放射能により規定された定数である。入射
したγ線を減弱するγ線と物質との相互作用は、光電効
果、コンプトン散乱及び電子対生成があり、これらの反
応断面積（相互作用の確率）は物質及び入射γ線のエネ
ルギーに依存する。

【００５５】ところで、コンプトン散乱が主な損失過程
である場合、式（１６）の質量減弱係数μは元素に依ら
ずほぼ一定であるので、本測定方法ではコンプトン散乱
が主なエネルギー損失過程であるようなエネルギーを持
つγ線を利用する。

【００５６】さらに、汚泥１が流れる輸送管２のγ線透
過経路方向での変形も無いのでｔも一定であり、γ線検
出器８で検出した透過γ線計数率は透過経路中の汚泥密
度ρに依存した量となる。つまり、透過γ線強度Ｉを測
定することにより、汚泥１の平均密度を知ることができ
る。なお、γ線源から放射されるγ線は必ずしも指向性
が良くないため、散乱γ線がγ線検出器８に入射する事
象が発生する。この見かけ上の透過γ線強度Ｉの増加
を、ビルドアップ係数Ｂで補正している。

【００５７】ところで、第１圧力Ｐの条件下での汚泥１
の成分比は次式（２）の関係にある。 Ｓｖ＋Ｓｗ＋Ｓｏ＋Ｓａ＝１ …（２） いま、第１圧力Ｐの条件下でのγ線測定を考える。

【００５８】汚泥輸送管の片側肉厚をｈ（ｃｍ）、汚泥
１中のγ線透過長をＸ（ｃｍ）とする。また、それぞれ
の質量減弱係数については空気をμｖ（ｃｍ² ／ｇ）、
水をμｗ（ｃｍ² ／ｇ）、有機物をμｏ（ｃｍ² ／
ｇ）、無機物をμａ（ｃｍ² ／ｇ）、輸送管壁をμｓ
（ｃｍ² ／ｇ）とする。また、それぞれの密度について
は空気をρｖ（ｇ／ｃｍ³ ）、水をρｗ（ｇ／ｃｍ
³ ）、有機物をρｏ（ｇ／ｃｍ³）、無機物をρａ（ｇ
／ｃｍ³ ）、輸送管壁をρｓ（ｇ／ｃｍ³ ）とする。さ
らに、輸送管２への入射γ線数がＧ（ｃｐｍ）、試料が
汚泥１のときの透過γ線数をＧ₂ （ｃｐｍ）とすると、
式（１６）の関係より Ｇ₂ ＝Ｂ・Ｇ・ｅｘｐ｛−μｖρｖＳｖＸ｝ ・ｅｘｐ｛−μｗρｗＳｗＸ｝・ｅｘｐ｛−μｏρｏＳ
ｏＸ｝ ・ｅｘｐ｛−μａρａＳａＸ｝・ｅｘｐ｛−μｓρｓ２
ｈ｝ また、輸送管２内が空気のみのとき（つまり空の状態）
の透過γ線数Ｇ₁ （ｃｐｍ）は、 Ｇ₁ ＝Ｂ・Ｇ・ｅｘｐ｛−μｖρｖＸ・ｅｘｐ｛−μｓ
ρｓ２ｈ｝ となる。

【００５９】これらより Ｇ₂ ／Ｇ₁ ＝ｅｘｐ｛−μｖρｖ（Ｓｖ−１）Ｘ｝ ・ｅｘｐ｛−μｗρｗＳｗＸ｝ ・ｅｘｐ｛−μｏρｏＳｏＸ｝ ・ｅｘｐ｛−μａρａＳａＸ｝ ここで質量減弱係数は物質によらずほぼ一定であるか
ら、 μ（ｃｍ² ／ｇ）＝μｖ＝μｗ＝μｏ＝μａ この関係を代入し、さらに自然対数をとると、 ｌｎ（Ｇ₂ ／Ｇ₁ ）＝−μρｖ（Ｓｖ−１）Ｘ −μρｗＳｗＸ−μρｏＳｏＸ−μρａＳａＸ ＝−μＸ［ρｖ（Ｓｖ−１） −ρｗＳｗ−ρｏＳｏ−ρａＳａ］ これをさらに変形して ρｖＳｖ＋ρｗＳｗ＋ρｏＳｏ＋ρａＳａ＝［ｌｎ（Ｇ
₂ ／Ｇ₁ ）］／（μＸ）＋（２Ｓｖ−１）ρｖ 従って、汚泥の平均密度ρ（ｇ／ｃｍ³ ）は次式（１
７）で与えられる。

【００６０】 ρｖＳｖ＋ρｗＳｗ＋ρｏＳｏ＋ρａＳａ＝ρ …（１７） よって、平均密度ρは次式（１８）のように求まる。 ρ＝［ｌｎ（Ｇ₂ ／Ｇ₁ ）］／（μＸ）＋（２Ｓｖ−１）ρｖ …（１８） ところで、以上に述べてきたことから次の関係式が成立
している。

【００６１】 Ｓｗ＝［ρｗＨｗＭｏ（Ｎ／Ｎ₁ ）−ρｏＨｏＭｗＳｏ］ ／（ρｗＨｗＭｏ） …（１５−２） Ｓａ＝１−（Ｓｖ＋Ｓｗ＋Ｓｏ）（式（２）より） …（１９） ρ＝ρｖＳｖ＋ρｗＳｗ＋ρｏＳｏ＋ρａＳａ …（１７） 上式（１５−２）及び（１９）を式（１７）に代入して
Ｓｏについて解くと、次式（２０）のようになる。

【００６２】 Ｓｏ＝ρｗＨｗＭｏ［ρ−ρａ＋（ρａ−ρｖ）Ｓｖ ＋（ρａ−ρｗ）（Ｎ／Ｎ₁ ）］ ／［（ρｏ−ρａ）ρｗＨｗＭｏ ＋（ρａ−ρｗ）ρｏＨｏＭｗ］ …（２０） よって、求めたＳｏを用いて式（１５−２）からＳｗが
求まる。さらに、Ｓｏ，Ｓｗが解けたのでＳａも解け
る。このようにしてＳｏ，Ｓｗ，Ｓａを全て決定するこ
とができる。

【００６３】また、以上の説明においては、圧力条件と
して第１圧力Ｐを想定し、第１圧力Ｐのときの汚泥成分
比Ｓｏ，Ｓｗ，Ｓａをそれぞれ求めた。これと同様にし
て圧力条件を第２圧力Ｐ₀ に想定し、第２圧力Ｐ₀ のと
きの汚泥成分の各体積含有率Ｓｏ₀ ，Ｓｗ₀ ，Ｓａ₀ を
求めることもできる。この場合はＳｏ，Ｓｗ，Ｓａを求
める説明文中において、第１圧力Ｐを第２圧力Ｐ₀ と、
ＳｖをＳｖ₀ と、ＳｏをＳｏ₀ と、ＳｗをＳｗ₀ と、Ｓ
ａをＳａ₀ と、ＮをＮ₀ と、それぞれ読み換えればよ
い。

【００６４】なお、以上述べてきた方法においては第１
圧力Ｐの条件下、第２圧力Ｐ₀ の条件下での各測定値か
ら第１圧力Ｐの条件下での汚泥の各成分の体積含有率Ｓ
ｖ，Ｓｗ，Ｓｏ，Ｓａを求めた。しかし以下の式により
第１圧力Ｐの条件下での各体積含有率から、任意の圧力
Ｐ_{0 0} の条件下での汚泥の各成分の体積含有率を求める
こともできる。圧力Ｐ_{0 0} の条件下での気泡、水、有機
物、無機物の各体積含有率をＳｖ_{0 0} ，Ｓｗ_{0 0} ，Ｓｏ
_{0 0} ，Ｓａ_{0 0} とする。

【００６５】まず、気泡体積含有率Ｓｖ_{0 0} は式（８）
の関係から下式（２１）が成立する。 Ｓｖ_{0 0} ＝ＳｖＰ／Ｐ_{0 0} …（２１） 第１圧力Ｐ下では式（３）と式（４）から Ｖｗ＋Ｖｏ＋Ｖａ＝（１＋ｍ＋ｎ）Ｖｗ 上式の両辺をＶｅ₁ で除して次式（２２）とする。

【００６６】 Ｓｗ＋Ｓｏ＋Ｓａ＝（１＋ｍ＋ｎ）Ｓｗ …（２２） 同様に圧力Ｐ_{0 0} では、 Ｖｗ_{0 0} ＋Ｖｏ_{0 0} ＋Ｖａ_{0 0} ＝（１＋ｍ＋ｎ）Ｖｗ_0
0 よって、次式（２３）が成り立つ。

【００６７】 Ｓｗ_{0 0} ＋Ｓｏ_{0 0} ＋Ｓａ_{0 0} ＝（１＋ｍ＋ｎ）Ｓｗ_{0 0} …（２３） ゆえに、式（２２）と式（２３）からＳｗ_{0 0} ／Ｓｗが
求まる。 Ｓｗ_{0 0} ／Ｓｗ＝（Ｓｗ_{0 0} ＋Ｓｏ_{0 0} ＋Ｓａ_{0 0} ）／（Ｓｗ＋Ｓｏ＋Ｓａ） ＝（１−Ｓｖ_{0 0} ）／（１−Ｓｖ） 式（２１）を用いてＳｖ_{0 0} を消去し、さらにＳｗ_{0 0}
について解くと、次式（２４）を得る。

【００６８】 Ｓｗ_{0 0} ＝Ｓｗ（Ｐ_{0 0} −ＰＳｖ）／［Ｐ_{0 0} （１−Ｓｖ）］ …（２４） 同様にして有機物体積含有率Ｓｏ_{0 0} も次式（２５）で
与えられる。

【００６９】 Ｓｏ_{0 0} ＝Ｓｏ（Ｐ_{0 0} −ＰＳｖ）／［Ｐ_{0 0} （１−Ｓｖ）］ …（２５） 結局、無機物体積含有率Ｓａ_{0 0} は次式（２６）のよう
に求まる。

【００７０】 Ｓａ_{0 0} ＝１−Ｓｖ_{0 0} −Ｓｗ_{0 0} −Ｓｏ_{0 0} …（２６） このように第１圧力Ｐの条件下での各体積含有率から任
意の圧力Ｐ_{0 0} の条件下での各体積含有率を求めること
ができる。

【００７１】同様に第２圧力Ｐ₀ の条件下での汚泥の各
体積含有率Ｓｖ₀ ，Ｓｗ₀ ，Ｓｏ₀，Ｓａ₀ を求め、こ
れを用いて任意の圧力Ｐ_{0 0} の条件下での各成分比Ｓｖ
_{0 0}，Ｓｗ_{0 0} ，Ｓｏ_{0 0} ，Ｓａ_{0 0} を求めることもで
きる。この場合に、各式（２１），（２４），（２５）
においてＰをＰ₀ と、ＳｖをＳｖ₀ と、ＳｗをＳｗ
₀と、ＳｏをＳｏ₀ と、それぞれ読みかえればよい。

【００７２】以上に述べてきたように、圧力、中性子計
数率、γ線計数率をそれぞれ測定し、これらの測定値に
基づき所定の関係式を用いて演算することにより、短時
間で汚泥に含まれる各成分の体積含有率を得ることがで
きる。すなわち気泡を含む流動物（汚泥）が流れる輸送
管において、計測点Ａおよび計測点Ｂでの各圧力を第１
圧力Ｐと第２圧力Ｐ₀ の二条件に設定し、それぞれの圧
力と中性子計数率を測定し、また第１圧力Ｐもしくは第
２圧力Ｐ₀ のいずれかのときにγ線計数率を測定する。
この測定結果である２つの圧力値、２つの中性子計数
率、１つのγ線計数率を用いて演算処理器により演算
し、汚泥中の気泡体積含有率、水体積含有率、有機物体
積含有率、無機物体積含有率を求めることができる。

【００７３】上記輸送管内を流れる流動物の成分比測定
装置によれば、中性子計数率、γ線計数率は汚泥中の特
定原子の存在比のみにほぼ依存した量であるため、測定
に際して汚泥の前処理を必要としない。加えて中性子お
よびγ線と特定原子との反応は即発性であり、中性子検
出器およびγ線検出器はこの反応結果を測定するため、
測定時間も短時間である。このことにより輸送管内を流
れる流動物の成分比を輸送管外から測定することが可能
となる。

【００７４】次に、上記実施例の装置において、第１中
性子線源３と第２中性子線源４に ^{2 52}Ｃｆ（放射性同位
体）を、γ線源５に ¹³⁷Ｃｓ（放射性同位体）をそれぞ
れ用いて、計測点Ａでの圧力Ｐの条件下における汚泥１
の各成分の体積含有率を測定した場合について説明す
る。

【００７５】先述したように、計測点Ａにおける汚泥１
中の気泡、水、有機物、無機物の各体積含有率Ｓｖ，Ｓ
ｗ，Ｓｏ，Ｓａは、 Ｓｖ＝Ｐ₀ （Ｎ₀ ・Ｎ₁ −Ｎ・Ｎ₁₀）／（Ｎ₀ ・Ｎ₁ ・Ｐ₀ −Ｎ・Ｎ₁₀Ｐ） …（１２） Ｓｏ＝ρｗＨｗＭｏ［ρ−ρａ＋（ρａ−ρｖ）Ｓｖ ＋（ρａ−ρｗ）（Ｎ／Ｎ₁ ）］ ／［（ρｏ−ρａ）ρｗＨｗＭｏ ＋（ρａ−ρｗ）ρｏＨｏＭｗ］ …（２０） Ｓｗ＝［ρｗＨｗＭｏ（Ｎ／Ｎ₁ ）−ρｏＨｏＭｗＳｏ］ ／（ρｗＨｗＭｏ） …（１５−２） Ｓａ＝１−（Ｓｖ＋Ｓｗ＋Ｓｏ） …（１９） ρ＝［ｌｎ（Ｇ₂ ／Ｇ₁ ）］／（μＸ）＋（２Ｓｖ−１）ρｖ …（１８） によって求めることができる。

【００７６】上式においてＮ₁ ，Ｎ_{1 0} ，Ｇ₁ は計算に
必要な定数であって、予め測定しておく必要がある。Ｎ
₁ は計測点Ａにおける管路内を水で満たしたときの中性
子計数率であり、Ｎ_{1 0} は計測点Ｂにおける管路内を水
で満たしたときの中性子計数率であり、Ｇ₁ は管路内を
空気とした時のγ線計数率である。これを定数として演
算処理器２１に予め入力しておく。

【００７７】いま、測定開始（ｔ＝０）の時刻に計測点
Ａにおいて輸送管２内を輸送される汚泥１の成分比の測
定を行う。第１中性子線源３である ²⁵²Ｃｆから放射さ
れる平均約２ＭｅＶの速中性子は、主に汚泥１中の水素
原子によって散乱され、エネルギを徐々に失っていく。
最終的にはエネルギーの非常に小さい熱中性子となり、
第１中性子検出器６によって検出された結果、計数器１
８において計数率Ｎを得る。

【００７８】また、同時にγ線源５である ¹³⁷Ｃｓから
放射される約０．６６ＭｅＶのエネルギーを持ったγ線
のうち多くは汚泥１により散乱されて方向を変えるが、
一部は散乱されずに透過してγ線検出器８に入射して検
出され、この結果、計数器１９においてγ線計数率Ｇ₂
を得る。

【００７９】ここで、流速計９の測定した汚泥１の流速
をＹ（ｍ／秒）とし、計測点Ａと計測点Ｂの間の管路長
をＬ（ｍ）とし、また計測点Ａと計測点Ｂの間において
輸送管２の管内径に変化がない場合には、ｔ₀ ＝Ｌ／Ｙ
（秒）の時刻に前記汚泥１が計測点Ｂを通過する。した
がって、時刻ｔ₀ のときに計測点Ｂにおいて圧力および
中性子計数率を測定する。なお、計測点Ａの第１圧力Ｐ
と計測点Ｂの第２圧力Ｐ₀ は任意に選ぶことができる
が、粘性の高い乾燥汚泥（低湿分汚泥）の場合は輸送管
２内における圧力損失が約０．３［（ｋｇ／ｃｍ₂ ）／
ｍ］になるので、両者の間には次式の関係が成り立つ。

【００８０】Ｐ＝Ｐ₀ ＋０．３Ｌ これに基づいて計測点Ａと計測点Ｂ間の管路長Ｌを決定
する。本実施例では管路長Ｌを５（ｍ）とし、約１．５
（ｋｇ／ｃｍ₂ ）の圧力損失が得られた。計測点Ａと同
様に第２中性子源４である ²⁵²Ｃｆから放射される速中
性子が散乱され熱中性子となり、第２中性子検出器７に
よって検出された結果、計数器２０において計数率Ｎ₀
を得る。

【００８１】以上、測定したＰ，Ｐ₀ ，Ｎ，Ｎ₀ を演算
処理器２１に入力し、式（１２）に基づき汚泥１の第１
圧力Ｐ下における気泡体積含有率Ｓｖを求める。また上
記の式（２０）、（１５−２），（１９），（１８）の
各定数においてＸは汚泥１中のγ線透過経路長であり、
管路内径に依存した量である。質量減弱係数μとして汚
泥の主成分が水であることから０．６６ＭｅＶのγ線に
対する水の質量減弱係数を採用してμ＝０．０８５（ｃ
ｍ² ／ｇ）を、密度として水：ρｗ＝１．０（ｇ／ｃｍ
³ ）、有機物：ρｏ＝１．５（ｇ／ｃｍ³ ）、無機物：
ρａ＝２．４４（ｇ／ｃｍ³ ）、空気：ρｖ＝１．２９
３×１０^-3（ｇ／ｃｍ³ ）を、さらにＨｗ＝２、Ｍｗ＝
１８（水の分子式Ｈ₂ Ｏより）、有機物はセルロース
（Ｃ₆ Ｈ₁₀Ｏ₅ ）で代表してＨｏ＝１０，Ｍｏ＝１６２
を、予め演算処理器２１に入力しておく。式（１２）よ
り求めたＳｖおよび測定値Ｎ，Ｎ₀ ，Ｇ₂ を用いて式
（２０）、（１５−２），（１９），（１８）に基づき
演算処理器２１でＳｏ，Ｓｗ，Ｓａを計算する。

【００８２】上記の実施形態では、圧力条件の一つに第
１圧力Ｐを採用して、第１圧力Ｐの条件下の気泡、有機
物、水、無機物の各体積含有率を求めたが、任意の異な
る圧力条件で各種計測値を測定し、最終的に式（２
１），（２４），（２５），（２６）を用いて第１圧力
Ｐの条件下の気泡、有機物、水、無機物の各体積含有率
を求めることも可能である。

【００８３】また、上記の実施形態においては、無機物
体積含有率、有機物（水）体積含有率を求める際に予め
測定したＧ₁ ，Ｎ₁ を使用して計算により汚泥１の成分
比を求めたが、汚泥平均密度とＧ₂ の較正曲線を予め求
めておくことにより汚泥平均密度を、また有機物（水）
体積含有率とＮ／Ｎ₁ 、Ｎ₀ ／Ｎ₁₀較正曲線を予め求め
ておき、気泡体積含有率に応じた補正をすることで有機
物（水）体積含有率を各々求めることもできる。

【００８４】さらに、上記実施形態では流動物として汚
泥の例について説明したが、本発明は汚泥のみに限定さ
れることなく、微粉炭と油と水とからなるスラリー、あ
るいは重油と水と砂とからなるスラリー等にも適用する
ことができる。

【００８５】さらに、上記実施形態では第１中性子線源
３及び第２中性子線源４として ²⁵²Ｃｆを用いたが、Ａ
ｍーＢｅ等の他の中性子線源を用いてもよい。また、γ
線源５として ¹³⁷Ｃｓを用いたが、¹⁹² Ｉｒ等の他のガ
ンマ線源を用いてもよい。

【００８６】またさらに、計測点Ａと計測点Ｂとの圧力
差が大きいほど気泡の体積変化が増加するため、得られ
る計測値の変化量も増大し、気泡、水、有機物、無機物
の各成分の体積含有率の測定精度が大幅に向上する。し
かし、水体積含有率が非常に高い汚泥あるいは水と重油
等、粘性が低い流動物の場合には、水平輸送管内におけ
る圧力損失が小さく、計測点Ａと計測点Ｂとの間におい
て実用的な圧力差が得られないことがある。

【００８７】このような低粘性流動物の場合は、図４に
示す第２実施形態の装置のように、計測点Ａと計測点Ｂ
との間に高低差を設け、重力による圧力差を生じさせる
ことが好ましい。この場合は計測点Ｂのレベルを計測点
ＡのレベルよりもＺ（ｍ）だけ高くし、圧力損失を高低
差によって生じさせている。図４において管路長Ｌは輸
送管２の中心線に沿って測った計測点Ａと計測点Ｂとの
間の管路長である。なお、この方法以外に圧力差を生じ
させるには、輸送管の内径を部分的に細くする等の方法
が考えられる。

【００８８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明に係わ
る輸送管内を流れる流動物の成分比測定装置によれば、
輸送管内を流れる流動物の同一部位に対する中性子計数
率を圧力差が生じる２箇所の計測点で測定することによ
って、流動物中への気泡の混入にかかわらず、流動物の
成分比を高精度で測定することができ、しかも、流動物
のガンマ線計数率を測定することによって流動物の無機
物の成分比をも高精度で測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る流動物の成分比測
定装置を切り欠いて模式的に示すブロック構成図であ
る。

【図２】各試料に対する中性子計数率の定義を説明する
ための模式図である。

【図３】水／有機物含有比の測定原理を説明するための
特性線図である。

【図４】第２実施形態に係る流動物の成分比測定装置を
切り欠いて模式的に示すブロック構成図である。

【符号の説明】

１…汚泥、２…輸送管、３…第１中性子線源、４…第２
中性子線源、５…ガンマ線源、６…第１中性子検出器、
７…第２中性子検出器、８…ガンマ線検出器、９…流速
計、１０…第１圧力計、１１…第２圧力計、１２，１
３，１４…前置増幅器、１５，１６，１７…波高弁別
器、１８，１９，２０…計数器、２１…演算処理器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 猪川 修郎 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 宇山 清 神奈川県横浜市鶴見区小野町61番１号 エ ヌケーケープラント建設株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流動物中の各成分の体積含有率をそれぞ
   れ測定する流動物の成分比測定装置であって、（ａ）流
   動物が通流する輸送管と、（ｂ）この輸送管の任意の計
   測点Ａで流体圧力を検出する第１の圧力計と、（ｃ）前
   記計測点Ａで輸送管内を通流する流動物に管外から中性
   子を照射する第１の中性子線源と、（ｄ）流動物によっ
   て散乱される中性子を検出する第１の中性子検出器と、
   （ｅ）この検出散乱中性子の計数率を計数する第１の中
   性子計数手段と、（ｆ）前記計測点Ａから離れた他の任
   意の計測点Ｂで流体圧力を検出する第２の圧力計と、
   （ｇ）前記計測点Ｂで輸送管内を通流する流動物に管外
   から中性子を照射する第２の中性子線源と、（ｈ）流動
   物によって散乱される中性子を検出する第２の中性子検
   出器と、（ｉ）この検出散乱中性子の計数率を計数する
   第２の中性子計数手段と、（ｊ）前記計測点Ａ及び計測
   点Ｂの少なくとも一方で輸送管内を通流する流動物に管
   外からガンマ線を照射するガンマ線源と、（ｋ）流動物
   を透過したガンマ線を検出するガンマ線検出器と、
   （ｌ）検出透過ガンマ線の計数率を計数するガンマ線計
   数手段と、（ｍ）前記輸送管内での流動物の流速を測定
   する流速計と、（ｎ）得られた計数率、圧力、流速に基
   づき、流動物中に含まれる水、有機物、無機物、気泡の
   各成分の体積含有率のうち少なくとも１つを求める演算
   手段と、を備えることを特徴とする流動物の成分比測定
   装置。
2. 【請求項２】 流動物中の各成分の体積含有率をそれぞ
   れ測定する流動物の成分比測定方法であって、（ａ）輸
   送管の任意の計測点Ａで基準となる第１の流体圧力Ｐを
   検出する工程と、（ｂ）前記計測点Ａから離れた輸送管
   の任意の計測点Ｂで第２の流体圧力Ｐ₀ を検出する工程
   と、（ｃ）前記計測点Ａを通過する流動物に中性子を照
   射し、散乱中性子を検出し、これを計数して中性子計数
   率Ｎを求める第１の中性子計数率測定工程と、（ｄ）前
   記計測点Ａから計測点Ｂまでの間における流動物の流速
   を測定する流速測定工程と、（ｅ）この測定流速と前記
   計測点Ａから計測点Ｂまでの管路長とから、計測点Ａを
   通過した流動物が計測点Ｂに到達する時刻を算出する工
   程と、（ｆ）この時刻に前記計測点Ｂを通過する流動物
   に中性子を照射し、散乱中性子を検出し、これを計数し
   て中性子計数率Ｎ₀ を求める第２の中性子計数率測定工
   程と、（ｇ）得られた中性子計数率Ｎと、予め第１の流
   体圧力Ｐ下で水のみのサンプルについて求めておいた中
   性子計数率Ｎ₁ とから中性子計数率の比（Ｎ／Ｎ₁ ）を
   算出し、得られた中性子計数率Ｎ₀ と、予め第２の流体
   圧力Ｐ₀ 下で水のみのサンプルについて求めておいた中
   性子計数率Ｎ_{1 0} とから中性子計数率の比（Ｎ₀／Ｎ_{1 0}
   ）を算出し、さらに、これらの中性子計数率の比から
   比（Ｎ₀ ／Ｎ_{1 0}）／（Ｎ／Ｎ₁ ）を算出する工程と、
   （ｈ）得られた比（Ｎ₀ ／Ｎ_{1 0} ）／（Ｎ／Ｎ₁ ）に基
   づき前記第１圧力Ｐの条件下での流動物中の気泡の体積
   含有率Ｓｖを下式を用いて算出する工程と、 Ｓｖ＝Ｐ₀ （Ｎ₀ ・Ｎ₁ −Ｎ・Ｎ₁₀）／（Ｎ₀ ・Ｎ₁ ・
   Ｐ₀ −Ｎ・Ｎ₁₀Ｐ） を有することを特徴とする流動物の成分比測定方法。
3. 【請求項３】 さらに、（ｉ）第１圧力Ｐの条件下で流
   動物のサンプルにガンマ線を照射し、流動物を透過する
   ガンマ線の計数率Ｇ₂ を測定し、この測定ガンマ線計数
   率Ｇ₂ と、予め第１圧力Ｐの条件下で空気のみのサンプ
   ルについて求めておいたガンマ線計数率Ｇ₁ と、ガンマ
   線計数率の比（Ｇ₂ ／Ｇ₁ ）と前記気泡体積含有率Ｓｖ
   とに基づき下式を用いて流動物の平均密度ρを算出する
   工程と、 ρ＝［ｌｎ（Ｇ₂ ／Ｇ₁ ）］／（μＸ）＋（２Ｓｖ−
   １）ρｖ （ｊ）前記中性子計数率の比（Ｎ／Ｎ₁ ）と、前記流動
   物の平均密度ρと、前記気泡の体積含有率Ｓｖと、に基
   づき下式を用いて第１圧力Ｐの条件下での流動物に含ま
   れる有機物の体積含有率Ｓｏを算出する工程と、 Ｓｏ＝ρｗＨｗＭｏ［ρ−ρａ＋（ρａ−ρｖ）Ｓｖ＋
   （ρａ−ρｗ）（Ｎ／Ｎ₁ ）］／［（ρｏ−ρａ）ρｗ
   ＨｗＭｏ＋（ρａ−ρｗ）ρｏＨｏＭｗ］ ただし、ρｗは水の密度（ｇ／ｃｍ³ ）、 ρｏは有機物の密度（ｇ／ｃｍ³ ）、 ρａは無機物の密度（ｇ／ｃｍ³ ）、 ρｖは空気の密度（ｇ／ｃｍ³ ）、 Ｈｗは水１分子に含まれる水素原子数、 Ｈｏは有機物１分子に含まれる水素原子数、 Ｍｗは水の分子量、 Ｍｏは有機物の分子量、をそれぞれ表わす。を有するこ
   とを特徴とする請求項２記載の流動物の成分比測定方
   法。
4. 【請求項４】 さらに、（ｋ）前記中性子計数率の比
   （Ｎ／Ｎ₁ ）と、前記有機物体積含有率Ｓｏと、に基づ
   き下式を用いて第１圧力Ｐの条件下での流動物に含まれ
   る水分の体積含有率Ｓｗを算出する工程を有することを
   特徴とする請求項３記載の流動物の成分比測定方法。 Ｓｗ＝［ρｗＨｗＭｏ（Ｎ／Ｎ₁ ）−ρｏＨｏＭｗＳ
   ｏ］／（ρｗＨｗＭｏ）
5. 【請求項５】 さらに、（ｌ）前記気泡体積含有率Ｓｖ
   と、前記有機物体積含有率Ｓｏと、前記水分体積含有率
   Ｓｗとに基づき下式を用いて第１圧力Ｐの条件下での流
   動物に含まれる無機物の体積含有率Ｓａを算出する工程
   を有することを特徴とする請求項４記載の流動物の成分
   比測定方法。 Ｓａ＝１−（Ｓｖ＋Ｓｗ＋Ｓｏ）