JPH11326078A - Stress wave detecting device for element area and detecting method therefor - Google Patents

Stress wave detecting device for element area and detecting method therefor

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Publication number
JPH11326078A
JPH11326078A JP10136439A JP13643998A JPH11326078A JP H11326078 A JPH11326078 A JP H11326078A JP 10136439 A JP10136439 A JP 10136439A JP 13643998 A JP13643998 A JP 13643998A JP H11326078 A JPH11326078 A JP H11326078A
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JP
Japan
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laser
stress wave
laser beam
element region
solid
Prior art date
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Pending
Application number
JP10136439A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenji Kikuchi
賢司 菊地
Masatoshi Futagawa
正敏 二川
Ryutaro Hino
竜太郎 日野
Koichi Akaha
浩一 赤羽
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NIPPON KAGAKU ENGINEERING KK
Japan Atomic Energy Agency
Original Assignee
NIPPON KAGAKU ENGINEERING KK
Japan Atomic Energy Research Institute
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Filing date
Publication date
Application filed by NIPPON KAGAKU ENGINEERING KK, Japan Atomic Energy Research Institute filed Critical NIPPON KAGAKU ENGINEERING KK
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To remove the influence of noise generated from a whole device and to realize a high accurate measurement by irradiating a laser beam on a local element area surface of a fixed substance and detecting a motion speed at the area surface by Doppler effect. SOLUTION: A first incident laser 3 of an instrumentation laser output device 1 is incident on a first light wave guide 4 and a second incident laser 5 of a heating laser output device 2 is incident on a second light wave guide 6. The laser 5 emitted from a tip end opening 7 of the light wave guide 6 irradiates a local heat input area surface 8 to heat-input. The laser 3 emitted from a tip end opening 9 of the light wave guide 4 irradiates around the center point of the local heat input area 8 and reflects. A modulated laser L Doppler- modulated enters from the tip end opening 9 to a frequency analyzer 12 through the light wave guide 4 and a return path. A portion of the laser 3 and the returning modulated laser L are Doppler-interfered at an interference optical system by the frequency analyzer 12 and the strength of a light by the interference is measured and calculated to obtain a motion speed spectrum of the local heat input surface 8 based on the Doppler effect of the laser 3.

Description

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

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】本発明は、固体状物体の局所
領域の内部応力を検出するための要素領域の応力波検出
装置及びその検出方法に関し、特に、内部に高エネルギ
ーが注入される液体封入剛体容器構造の圧力応答を適性
に評価して容器構造の開発に資するための要素領域の応
力波検出装置及びその検出方法に関する。更に詳しく言
えば、高強度荷電粒子線が容器外から内部の液体中に注
入される際の剛体容器構造の圧力応答を適性に評価して
容器構造の開発に資するための要素領域の応力波検出装
置及びその検出方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device and method for detecting a stress wave in an element region for detecting internal stress in a local region of a solid object, and more particularly, to liquid sealing in which high energy is injected. The present invention relates to an apparatus and a method for detecting stress waves in an element region for appropriately evaluating the pressure response of a rigid container structure and contributing to the development of the container structure. More specifically, stress wave detection in the element region for contributing to the development of the container structure by appropriately evaluating the pressure response of the rigid container structure when a high-intensity charged particle beam is injected into the liquid inside from the outside of the container. The present invention relates to an apparatus and a detection method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】宇宙空間等で太陽からの高エネルギー粒
子線を受け又はそれが内部で発生する剛体容器の構造強
度の研究が求められている。このような研究を推進する
ためには、テスト用剛体容器を製作し、内部で粒子線が
発生する環境を人工的に整えることが好ましい。欧州で
は、大強度陽子加速器を用いた中性子源の開発計画ES
Sが進められている。
2. Description of the Related Art There is a demand for a study on the structural strength of a rigid container in which high-energy particle beams from the sun are received or generated in space or the like. In order to promote such research, it is preferable to manufacture a test rigid container and artificially prepare an environment in which particle beams are generated inside. In Europe, neutron source development plan ES using high intensity proton accelerator ES
S is in progress.

【0003】金属容器中に封入した液体金属中に外部か
ら陽子線をパルス状に入射させ大量の散乱中性子を発生
させる際、容器そのものが入射エネルギーの一部を吸収
して容器壁中に応力波が生じると同時に、その入射エネ
ルギーの他の部分を吸収する液体の温度が瞬間的に上昇
して液中に衝撃的な圧力波が発生する。2種の波は壁面
で相互作用して新たな衝撃波が発生し、更に引き続き発
生する2種の波が加わって繰返波が容器中で繰り返して
周期的に発生するであろうと推定される。
When a large amount of scattered neutrons are generated by externally irradiating a proton beam into a liquid metal sealed in a metal container in a pulsed manner, the container itself absorbs a part of the incident energy and generates a stress wave in the container wall. Occurs simultaneously, the temperature of the liquid absorbing the other part of the incident energy instantaneously rises, and a shocking pressure wave is generated in the liquid. It is presumed that the two waves interact at the wall to generate a new shock wave, and that the two subsequently occurring waves will add and the repetitive waves will repeat periodically in the vessel.

【0004】このような衝撃波は、液中にキャビテーシ
ョンを引き起こしその壁面にはキャビテーション・エロ
ージョンが起こるはずである。このような現象と繰返し
応力との相乗作用により、ついには容器破壊を招く恐れ
がある。このような厳しい環境下でも耐えうる容器の製
作のためには、衝撃波を受ける壁の圧力応答を知ってお
くことが重要である。
[0004] Such a shock wave causes cavitation in the liquid, and cavitation erosion should occur on the wall surface. The synergistic effect of such a phenomenon and the repetitive stress may eventually cause the container to break. In order to manufacture a container that can withstand such a severe environment, it is important to know the pressure response of the wall receiving the shock wave.

【0005】圧力を受けて変位する物体の変位量の測定
のためには、ピエゾ素子を用いた圧力センサーが慣用さ
れている。速度変化を微分的に知るためのセンサーとし
ては、ドップラー干渉計が慣用されている。爆発性環境
でドップラー干渉を遠隔地で起こさせるためには、光フ
ァイバーが用いられている。前記した陽子線照射による
ドリフト電子が大量に存在する環境ではピエゾ素子は全
く役に立たないが、光ファイバーを用いたドップラー干
渉は中性子が大量に存在する環境でも安全に測定が可能
である。このように光ファイバーを用いるドップラー干
渉計は、上記した環境にある容器の中の動的圧力測定を
可能にするために利用できる可能性がある。即ち、封入
液体に高エネルギーが瞬間的に注入される入熱容器構造
の圧力応答の測定にドップラー干渉計を利用できる可能
性が認められる。
In order to measure the amount of displacement of an object that is displaced under pressure, a pressure sensor using a piezo element is commonly used. A Doppler interferometer is commonly used as a sensor for differentially detecting a change in speed. Optical fibers have been used to cause Doppler interference in remote locations in explosive environments. The piezo element is not useful at all in an environment where a large amount of drift electrons due to the above-mentioned irradiation with proton beams exist, but Doppler interference using an optical fiber can be safely measured even in an environment where a large amount of neutrons are present. Such fiber optic Doppler interferometers may be used to enable dynamic pressure measurements in vessels in the above-described environment. That is, it is recognized that a Doppler interferometer can be used to measure the pressure response of a heat input container structure in which high energy is instantaneously injected into a sealed liquid.

【0006】固体状物体の動的内部応力を適性に且つ簡
易に検出することができる手法は、一般的に求められて
いる技術的課題である。入力される波が測定される物体
の全域に及ぶ超音波深傷手段は、局所的な弾性率などの
物性を知ることができない。ある環境下に長時間おかれ
る物体の弾性率は、可変である。欠陥部分の存在を知る
のでなくその物体の弾性率のような物性の測定は、局所
領域の測定で足りる。局所的に外部環境を変えその環境
変化を全域に及ばせないでその局所領域の物性を知るこ
とによるより精度が高い物性の測定が強く求められてい
る。
[0006] A technique for appropriately and easily detecting the dynamic internal stress of a solid object is a generally required technical problem. Ultrasonic deep wound means covering the whole area of the object where the input wave is measured cannot know physical properties such as local elastic modulus. The elastic modulus of an object that is placed in an environment for a long time is variable. Measurement of physical properties such as the elastic modulus of the object without knowing the existence of the defective portion is sufficient for measurement of a local region. There is a strong demand for a more accurate measurement of physical properties by knowing the physical properties of the local area without locally changing the external environment and making the environmental change reach the entire area.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような技
術的背景に基づいてなされたものであり、下記のような
目的を達成する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made based on such a technical background, and achieves the following objects.

【0008】本発明の目的は、局所的に外部環境を変え
その環境変化を全域に及ばせないで固体状物体のその局
所領域の物性を精度よく測定することができる要素領域
の応力波の検出装置及びその方法を提供することにあ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to detect a stress wave in an element region in which the physical properties of a local region of a solid object can be measured accurately without changing the external environment locally and making the environmental change not extend to the whole region. An apparatus and a method thereof are provided.

【0009】本発明の他の目的は、局時的に外部環境を
変えその環境変化を全域に及ばせないで固体状物体のそ
の局所領域の物性を局所的に精度よく測定することがで
きる要素領域の応力波の検出装置及びその方法を提供す
ることにある。
Another object of the present invention is to provide an element which can locally and precisely measure the physical properties of a local region of a solid object without changing the external environment locally and making the environmental change reach the entire area. An object of the present invention is to provide an apparatus and a method for detecting a stress wave in a region.

【0010】本発明の更に他の目的は、その物体が置か
れている環境から外してその環境に置かれている間に変
化する物性を局所的に測定することができる要素領域の
応力波の検出装置及びその方法を提供することにある。
It is still another object of the present invention to provide a method for measuring stress waves in an element region in which an object can be detached from an environment in which the object is located and a property which changes while the object is located can be locally measured. A detection device and a method thereof are provided.

【0011】本発明の更に他の目的は、局所的環境の変
化を起こさせるための入熱用レーザーと応力波の検出を
行うドップラー干渉計用レーザーを独立させ入熱用レー
ザーがドップラー効果の検出精度に影響を与えないよう
にする要素領域の応力波検出装置及びその検出方法を提
供することにある。
Still another object of the present invention is to separate a laser for heat input for causing a local environment change and a laser for a Doppler interferometer for detecting a stress wave so that the laser for heat input detects the Doppler effect. An object of the present invention is to provide a stress wave detecting device and a method for detecting stress waves in an element region which do not affect accuracy.

【0012】本発明の更に他の目的は、注入するエネル
ギーの時間密度が大きく瞬間的・衝撃的入熱による圧力
応答の測定を可能にする要素領域の応力波検出装置及び
その検出方法を提供することにある。
Still another object of the present invention is to provide a stress wave detecting device for an element region which has a large time density of energy to be injected and enables measurement of pressure response due to instantaneous / impact heat input, and a method of detecting the same. It is in.

【0013】本発明のより具体的な目的は、その実施の
形態及び実施例を通じてより明らかになるはずである。
[0013] The more specific objects of the present invention will become more apparent through its embodiments and examples.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明による要素領域の
応力波の検出装置及びその方法は、固体状物体の局所的
な要素領域の応力波を測定することができる。その固体
状物体は、塑性体を含み、硬さの測定対象となる物体、
例えば、寒天状物体、各種プラスティクス、金属、半導
体、ダイアモンドのような結晶体、半固体状の液晶等を
含む。固体状物体の局所領域の外側面に、レーザービー
ムが照射される。このレーザー照射によりその局所領域
に入熱を行う。このような入熱により、その局所領域を
起点として、熱拡散が起こる。この拡散速度即ち熱伝導
の速度よりも速く、その局所領域から応力が発生して3
次元的に伝播する。応力波は、特定要素領域の光照射面
からその放線方向に伝播すると同時にその面に沿って2
次元方向にも伝播する。その応力波は、物体が有する境
界領域で反射する。この境界領域は、入熱面と反対側の
裏面又は物体の中に形成される層間面、孔・空洞面等で
ある。
An apparatus and method for detecting a stress wave in an element region according to the present invention can measure a stress wave in a local element region of a solid object. The solid object includes a plastic body, an object whose hardness is to be measured,
For example, it includes agar-like objects, various plastics, metals, semiconductors, crystals such as diamond, semi-solid liquid crystals, and the like. The outer surface of the local region of the solid object is irradiated with a laser beam. Heat is input to the local area by the laser irradiation. Such heat input causes thermal diffusion starting from the local region. The rate of diffusion is higher than the rate of heat conduction, and stress is generated from the local region.
Propagating in a dimension. The stress wave propagates from the light irradiation surface of the specific element region in the radiation direction and simultaneously along the surface along the surface.
Propagation also in the dimension direction. The stress wave is reflected in a boundary region of the object. This boundary region is a back surface opposite to the heat input surface or an interlayer surface formed in the object, a hole / cavity surface, or the like.

【0015】反射応力波は入熱面に戻ってくるが、応力
波が反射するまでは、熱伝導はその反射面には到達して
いないことが望ましい。熱伝導が反射面に到達する前
に、応力波は両境界面で何回も反射する。このような反
射応力波の繰り返し伝播により、その物体は膨張収縮を
繰り返す。厚みが均等なディスク状物体の中の任意の微
小領域は、その厚さ方向の距離が両境界面から等距離に
ある中心面を座標原点として、何回か振動する。例えば
数回振動する。この振動特性は、その物体の弾性係数・
ヤング率に依存する。従って、測定領域の全体に熱伝導
が完了する前にその振動特性即ち速度スペクトラムが測
定されうる。
Although the reflected stress wave returns to the heat input surface, it is desirable that heat conduction does not reach the reflecting surface until the stress wave is reflected. Before the heat transfer reaches the reflective surface, the stress wave is reflected many times at both interfaces. The object repeatedly expands and contracts due to the repeated propagation of the reflected stress wave. An arbitrary minute region in a disk-shaped object having a uniform thickness vibrates several times with a center plane whose distance in the thickness direction is equidistant from both boundary surfaces as a coordinate origin. For example, it vibrates several times. This vibration characteristic is determined by the elastic modulus of the object
Depends on Young's modulus. Therefore, the vibration characteristic, that is, the velocity spectrum can be measured before the heat transfer to the entire measurement area is completed.

【0016】入熱面の振動幅は、測定対象の物体が先に
述べたディスク状物体であれば、その中心面からの距離
に依存し、その表面の放線方向の速度はその距離及び弾
性率に依存する値を有する。その速度は、測定用レーザ
ーを用いて測定することができる。その測定の原理は、
ドップラー干渉である。ドップラー干渉計は、一般的に
著名な測定手段であり容易に入手できるが、本発明者の
一人が属する出願人会社が過去から製作してきたものを
そのまま用いることができる。
If the object to be measured is the above-mentioned disk-shaped object, the vibration width of the heat input surface depends on the distance from the center plane, and the velocity in the radiation direction of the surface depends on the distance and the elastic modulus. Has a value that depends on The speed can be measured using a measuring laser. The principle of the measurement is
Doppler interference. Doppler interferometers are generally well-known measuring means and can be easily obtained, but those manufactured by the applicant company to which one of the present inventors belongs can be used as they are.

【0017】入熱用レーザーと測定用レーザーは、同じ
ものでもよい。入熱用レーザーの入熱が測定用のその同
じレーザーのドップラー効果の検出に影響を与えるよう
な場合には、入熱用レーザーと測定用レーザーは独立し
ていることが好ましい。大きい入熱エネルギーを必要と
する場合にも、それらは別々のものであることが好まし
い。測定用レーザーの波長の安定化を必要とする場合に
は、一方でそのレーザーとしてはHe−Neガス・レー
ザーが用いられ、他方で入熱用レーザーの大出力化のた
めには半導体レーザーが用いられる。
The heat input laser and the measurement laser may be the same. If the heat input of the heat input laser affects the detection of the Doppler effect of the same laser for measurement, it is preferred that the heat input laser and the measurement laser are independent. Even when large heat input energies are required, they are preferably separate. When it is necessary to stabilize the wavelength of the measurement laser, a He-Ne gas laser is used as the laser on the one hand, and a semiconductor laser is used on the other hand to increase the power of the heat input laser. Can be

【0018】入熱用の第2レーザービームの照射時間
(時間の長さ)は制御されることが好ましい。照射時間
の制御は、入熱による熱の伝播が及び測定領域が広くな
れば、熱の影響を受けていないその物体の物性の測定精
度が劣ることを防止することができる。入熱用レーザー
は、極端に表現すれば、瞬間的に上昇してただちに瞬間
的に降下する線状パルスのものが好ましい。入熱レーザ
ーの照射時間を変えて得られる速度スペクトラムの特性
の変化をより正しい速度スペクトラムの推定に利用する
ことができる。このような制御の手段は、半導体レーザ
ー発振素子に入力する直流の継続時間を変更する手段、
連続発振ビームを遮断する遮断板の開放時間を制御する
手段等である。測定用レーザーは、そのエネルギーが入
熱用レーザーのエネルギに比べて十分に小さい場合は、
常時、入熱面に照射し続けることができる。このような
場合、入熱レーザーを照射した瞬間(例えば、10のマ
イナス6乗秒)に測定が完了するから、任意の時間(瞬
間時点)にその物体表面の速度スペクトラムをリアルタ
イムで得ることができる。
The irradiation time (length of time) of the second laser beam for heat input is preferably controlled. The control of the irradiation time can prevent deterioration of the measurement accuracy of the physical properties of the object which is not affected by the heat if the propagation of heat due to the heat input and the measurement area are widened. In extreme terms, the heat input laser is preferably a linear pulse that rises instantaneously and immediately falls immediately. Changes in the characteristics of the speed spectrum obtained by changing the irradiation time of the heat input laser can be used for more accurate estimation of the speed spectrum. Means of such control is a means for changing the duration of DC input to the semiconductor laser oscillation element,
It is means for controlling the open time of the blocking plate for blocking the continuous wave beam. If the energy of the measurement laser is sufficiently smaller than the energy of the heat input laser,
Irradiation to the heat input surface can be continued at all times. In such a case, the measurement is completed at the moment when the heat input laser is irradiated (for example, 10 minus 6 seconds), so that the velocity spectrum of the surface of the object can be obtained in real time at an arbitrary time (instantaneous time). .

【0019】測定用の第1レーザーと入熱用の第2レー
ザーは、ともに光ファイバー繊維で測定対象の局所領域
面に誘導されることが好ましい。例えば、核融合炉の炉
壁の内部応力は、炉の稼働中に遠隔測定が可能である。
局所的入熱領域は、光導波管の管口からでるレーザービ
ームが直接に照射される領域でよく、レンズで集光して
照射する必要はない。
It is preferable that both the first laser for measurement and the second laser for heat input are guided to the local area surface to be measured by optical fiber fibers. For example, the internal stress of the reactor wall of a fusion reactor can be measured remotely during operation of the reactor.
The local heat input region may be a region where the laser beam emitted from the mouth of the optical waveguide is directly irradiated, and it is not necessary to condense and irradiate with a lens.

【0020】測定は、前記したリアルタイムの測定に限
られない。大量の中性子に曝露された金属材料の劣化の
測定は、2段階に分けられて行われうる。曝露前の速度
スペクトラムと長時間にわたって曝露された後の曝露後
の速度スペクトラムの比較から、その材料の劣化を推定
することができる。曝露時間を変えて多くの速度スペク
トラムの標本列を製作しておけば、その標本列の1つに
対応する劣化程度を推定することができる。
The measurement is not limited to the real-time measurement described above. Measuring the degradation of metallic materials exposed to large amounts of neutrons can be performed in two stages. Comparison of the pre-exposure velocity spectrum with the post-exposure velocity spectrum after prolonged exposure can provide an estimate of the degradation of the material. If a sample row of many velocity spectra is manufactured by changing the exposure time, the degree of deterioration corresponding to one of the sample rows can be estimated.

【0021】本発明による要素領域の応力波の検出装置
及びその方法は、2層状の物体の層部分の欠陥の測定に
も有効である。応力波は、2層の境界領域でも反射す
る。その反射面に空洞、接合不良個所があれば、その部
分の存在位置を検出することができる。例えば、銀と銅
の2層から形成されている電気接点等の接触不良位置の
検出が可能である。
The apparatus and method for detecting a stress wave in an element region according to the present invention are also effective for measuring a defect in a layer portion of a two-layered object. The stress wave is also reflected in the boundary region between the two layers. If there is a cavity or a bonding defect on the reflection surface, the location of that portion can be detected. For example, it is possible to detect a defective contact position such as an electric contact formed of two layers of silver and copper.

【0022】[0022]

【発明の効果】本発明による要素領域の応力波の検出装
置及びその方法は、均一な材料でできている1物体の全
体の物性は、局所領域の物性に同じである。全体を振動
させることなく部分を振動させることにより、全体から
発生するノイズの影響がないから、より精度が高い測定
が可能である。その測定を行うための装置がシンプルで
ある。要素に分けた解析が必要でなく、要素単位での測
定が可能である。
According to the apparatus and method for detecting a stress wave in an element region according to the present invention, the physical properties of one object made of a uniform material are the same as those of a local region. By vibrating the part without vibrating the whole, there is no influence of noise generated from the whole, so that more accurate measurement is possible. The equipment for performing the measurement is simple. Analysis is not required for each element, and measurement can be performed for each element.

【0023】測定の容易さは、測定対象の物体の大小に
関係しない。電気粒子が充満する環境下での測定が可能
であり、横方向応力波の測定にもそのまま使用すること
ができる。本発明は、その背景に係わらず、あらゆる環
境下に置かれるあらゆる物体の物性の測定を可能にす
る。多種の材料から形成される物体の任意の要素領域の
測定が可能である。
The ease of measurement does not depend on the size of the object to be measured. The measurement can be performed in an environment filled with electric particles, and the measurement can be directly used for the measurement of the transverse stress wave. The present invention allows measurement of the physical properties of any object placed in any environment, regardless of its background. Measurement of arbitrary element regions of an object formed from various materials is possible.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】次に、本発明による要素領域の応
力波の検出装置の実施の形態について説明する。図1
は、計算を容易にするように理想化された試験片を示し
ている。この試験片は、計算の容易化のためだけでな
く、どのような物体でも近似的にはこのような物体に置
き換えられる利点がある。
Next, an embodiment of a device for detecting a stress wave in an element region according to the present invention will be described. FIG.
Shows a specimen that has been idealized to facilitate calculations. This test piece has the advantage that any object can be approximately replaced by such an object, not only for easy calculation.

【0025】原理的に局所的な領域の測定を行うための
本発明方法によれば、局所領的な入熱領域からその入熱
面に平行な2次元領域で等方的に応力波が進行し熱も等
方的に拡散する一方で、その入熱領域からその入熱面に
直角な方向(厚み方向)には概ね均質に応力波が進行し
熱もその方向に均質に拡散するから、どの局所領域も概
ねディスク・円盤に等価なものとして解析したデータか
らそ物体の全体の物性を判断することができる。
According to the method of the present invention for measuring a local region in principle, a stress wave isotropically propagates from a local heat input region to a two-dimensional region parallel to the heat input surface. While heat is also diffused isotropically, stress waves propagate from the heat input area in a direction perpendicular to the heat input surface (thickness direction) almost uniformly, and heat is also diffused uniformly in that direction. The overall physical properties of the object can be determined from the data analyzed assuming that any local region is substantially equivalent to a disk or disk.

【0026】計算用の実施例の円盤10は、厚みが0.
5mm、直径が10mmのステンレス鋼(SUS31
6)である。その一方側の中心点付近の局所的加熱領域
に直径100ミクロンの入熱用レーザービームが法線方
向に照射される。レーザーを絞ってそれ以下の直径のビ
ームにする必要はない。
The disk 10 of the embodiment for calculation has a thickness of 0.
5mm, 10mm diameter stainless steel (SUS31
6). A laser beam for heat input having a diameter of 100 microns is irradiated in the normal direction to a local heating area near the center point on one side. It is not necessary to focus the laser to a smaller diameter beam.

【0027】図中に示されるように、入熱レーザーの瞬
間的照射は実質上不可能であり、実際にはある立ち上が
り角度をもって(ランプ状に)照射される。その立ち上
がり時間は1マイクロ秒であり、2マイクロ秒照射され
る。この照射により局所的照射領域は瞬時に、例えば、
室温(25度C)から100度に加熱される。
As shown in the figure, instantaneous irradiation of the heat input laser is practically impossible, and is actually performed at a certain rising angle (in a lamp shape). The rise time is 1 microsecond, and irradiation is performed for 2 microseconds. With this irradiation, the local irradiation area is instantaneously, for example,
Heat from room temperature (25 degrees C) to 100 degrees.

【0028】図2は、測定用光学系を示している。レー
ザー源としては、第1レーザー(測定用)出力装置1と
第2レーザー(入熱用)出力装置2とが用いられてい
る。第1レーザー出力装置1から出力される第1入射レ
ーザー3は、その波長に対応した全反射円筒面を有する
第1光導波管(第1光ファイバー)4に入射する。
FIG. 2 shows an optical system for measurement. As a laser source, a first laser (for measurement) output device 1 and a second laser (for heat input) output device 2 are used. The first incident laser 3 output from the first laser output device 1 enters a first optical waveguide (first optical fiber) 4 having a total reflection cylindrical surface corresponding to the wavelength.

【0029】第2レーザー出力装置2から出力される第
2入射レーザー5は、その波長に対応した全反射円筒面
を有する第2光導波管(第2光ファイバー)6に入射す
る。第1光導波管4と第2光導波管6は同軸であってよ
い。第1光導波管4と複数本の第2光導波管6を近接さ
せて固定してもよい。複数本の第2光導波管6は、第1
光導波管4の周囲に配置することができる。
The second incident laser 5 output from the second laser output device 2 enters a second optical waveguide (second optical fiber) 6 having a total reflection cylindrical surface corresponding to the wavelength. The first optical waveguide 4 and the second optical waveguide 6 may be coaxial. The first optical waveguide 4 and the plurality of second optical waveguides 6 may be fixed close to each other. The plurality of second optical waveguides 6 are connected to the first
It can be arranged around the optical waveguide 4.

【0030】第2入射レーザー5の波長は第1入射レー
ザー3の波長の10倍以上であるから、第1光導波管4
と第2光導波管6を同軸に形成することができる。第2
光導波管6の先端開口7から出た第2入射レーザー5
は、そのまま、局所的入熱領域面8に照射される。第1
光導波管4の先端開口9から出た第1入射レーザー3
は、そのまま、局所的入熱領域面8の中心点付近に照射
される。
Since the wavelength of the second incident laser 5 is at least ten times the wavelength of the first incident laser 3, the first optical waveguide 4
And the second optical waveguide 6 can be formed coaxially. Second
The second incident laser 5 emitted from the tip opening 7 of the optical waveguide 6
Is irradiated on the local heat input area surface 8 as it is. First
First incident laser 3 exiting from opening 9 at the tip of optical waveguide 4
Is directly irradiated near the center point of the local heat input area surface 8.

【0031】入熱領域面8で反射しドップラー変調を受
けた変調レーザーLは、先端開口9から再度第1光導波
管4に入射して帰路11を通って周波数解析器12に入
射する。第1レーザー出力装置1は、通常、周波数解析
器12内に組み込まれている。第1レーザー出力装置1
から発射した第1レーザー3の一部と戻りの変調レーザ
ーLとは、周波数解析器12の中の干渉光学系で干渉す
る。この干渉は、ドップラー干渉である。
The modulated laser L reflected by the heat input area surface 8 and subjected to Doppler modulation enters the first optical waveguide 4 again from the tip opening 9, passes through the return path 11, and enters the frequency analyzer 12. The first laser output device 1 is usually incorporated in a frequency analyzer 12. First laser output device 1
A part of the first laser 3 emitted from the laser and the return modulated laser L interfere with the interference optical system in the frequency analyzer 12. This interference is Doppler interference.

【0032】このドップラー干渉による光の強弱を測定
して計算により、第1レーザー3の入熱領域面8でのド
ップラー効果に基づく速度スペクトルが求められる。こ
の速度スペクトルは、入熱領域面8の第1レーザーの入
射軸の方向の速度成分(縦方向速度成分)である。
The velocity spectrum based on the Doppler effect of the first laser 3 on the heat input area 8 is obtained by measuring and calculating the intensity of light due to the Doppler interference. The velocity spectrum is a velocity component (vertical velocity component) in the direction of the incident axis of the first laser on the heat input area surface 8.

【0033】入熱領域面8に第1入射レーザー3が直角
に入射する場合は、振動する入熱領域面8の絶対速度が
測定される。第1入射レーザー3は、周波数解析器12
内で変調されることが一般的である。この変調の周期と
速度スペクトラムが同調しないように、この実施の形態
では、2光束方式がとられている。
When the first incident laser 3 is incident on the heat input area surface 8 at a right angle, the absolute velocity of the vibrating heat input area face 8 is measured. The first incident laser 3 includes a frequency analyzer 12
It is common to modulate within. In this embodiment, a two-beam method is used so that the modulation cycle and the speed spectrum are not synchronized.

【0034】第2レーザー出力装置2としては、高出力
用半導体発振素子が用いられている。第1レーザー出力
装置1は、波長安定化にすぐれているHe−Neガス・
レーザー発振器が用いられている。第1入射レーザー3
より波長が長い第2入射レーザー5は、熱に変換されて
ステンレス鋼により多く吸収される。周波数解析器12
は、技術的に確立された著名な検出系であるので、その
説明は、省略する。
As the second laser output device 2, a high-output semiconductor oscillation device is used. The first laser output device 1 is composed of He-Ne gas having excellent wavelength stabilization.
Laser oscillators are used. First incident laser 3
The second incident laser 5 having a longer wavelength is converted into heat and absorbed more by the stainless steel. Frequency analyzer 12
Is a well-known technically established detection system, and its description is omitted.

【0035】図3は、入熱による熱伝導の実質有効拡散
先端面Snが、継時的に示されている。1/N・マイク
ロ秒(nは1〜7の整数値)ごとに歩進する実質有効熱
拡散先端面Snが仮想線でそれぞれに示されている。円
盤10は、厚み方向に仮想的に8等分されている。図1
中に示される入熱のエネルギーが入熱領域面8から円盤
10に吸収されると、ただちに入熱領域面8に応力が発
生してその発生に基づく応力波が、厚み方向(縦方向)
aに進行する。
FIG. 3 shows the effective effective diffusion front surface Sn of heat conduction by heat input over time. The virtual effective heat diffusion front surfaces Sn that advance by 1 / N · microsecond (n is an integer of 1 to 7) are indicated by virtual lines. The disk 10 is virtually divided into eight equal parts in the thickness direction. FIG.
When the energy of heat input shown therein is absorbed by the disk 10 from the heat input area surface 8, stress is immediately generated in the heat input area face 8, and a stress wave based on the generation is generated in the thickness direction (vertical direction).
Proceed to a.

【0036】拡散先端面S1(この1は、図中で右下添
字)が図示位置に達する時には、応力波は円盤10の裏
面である反射面13で反射して入熱領域面8に戻ってい
る。拡散先端面S2(この1は、図中で右下添字)が図
示位置に達する時には、応力波は円盤10の裏面である
反射面13で2回目に反射して再び(2回目に)入熱領
域面8に戻っている。同様に、拡散先端面S7が図示位
置に達する時には、応力波は円盤10の裏面である反射
面13で7回反射して7回目に入熱領域面8に戻ってい
る。
When the diffusion front end surface S1 (1 is the lower right subscript in the figure) reaches the position shown in the figure, the stress wave is reflected by the reflection surface 13 which is the back surface of the disk 10, and returns to the heat input region surface 8. I have. When the diffusion front end surface S2 (1 is the lower right suffix in the figure) reaches the position shown in the figure, the stress wave is reflected on the reflection surface 13 which is the back surface of the disk 10 for the second time and heat is input again (second time). It returns to the area plane 8. Similarly, when the diffusion front end surface S7 reaches the illustrated position, the stress wave is reflected seven times by the reflection surface 13 which is the back surface of the disk 10, and returns to the heat input region surface 7 for the seventh time.

【0037】中心面14に対して対称に4等分位置が、
図中に記号P1〜P4で示されている。中心位置は、P
0で示されている。図4は、各位置P1〜P4の速度ス
ペクトラムを示している。各位置P1〜P4は、不動の
原点位置P0に対して振動する。位置P4(2箇所)で
ある円盤10の表面もそれぞれに振動するから両表面で
挟まれて形成されている円盤10は、膨らんだり縮んだ
りする。
The four equally-divided positions are symmetrical with respect to the center plane 14,
The symbols are indicated by P1 to P4 in the figure. The center position is P
It is indicated by 0. FIG. 4 shows a velocity spectrum at each of the positions P1 to P4. Each of the positions P1 to P4 vibrates with respect to the immovable origin position P0. Since the surface of the disk 10 at the position P4 (two locations) also vibrates, the disk 10 sandwiched between both surfaces expands and contracts.

【0038】即ち、仮想線15で示される位置と仮想線
16で示される位置との間で、円盤10は縦方向aに膨
張収縮する。位置P1は、仮想線15で示される位置と
仮想線16で示される位置との間で振動する静止時の位
置P1の物質の振動起点位置に相当している。
That is, the disk 10 expands and contracts in the vertical direction a between the position indicated by the imaginary line 15 and the position indicated by the imaginary line 16. The position P1 corresponds to the vibration starting position of the substance at the stationary position P1 that vibrates between the position indicated by the virtual line 15 and the position indicated by the virtual line 16.

【0039】図4は、横軸が時間(単位はマイクロ秒)
を縦軸が速度を示している。図4中に、4つの速度スペ
クトラムV1〜V4が示されている。図5,6も図4と
同様な速度スペクトラムが示されている。図4,5,6
は、円盤10の材料のヤング率Eが20GPa、30G
Pa、40GPaである場合についてそれぞれの速度ス
ペクトラムを示している。
In FIG. 4, the horizontal axis represents time (unit is microsecond).
The vertical axis indicates the speed. FIG. 4 shows four speed spectra V1 to V4. FIGS. 5 and 6 also show a velocity spectrum similar to that of FIG. Figures 4, 5, 6
Is that the Young's modulus E of the material of the disk 10 is 20 GPa, 30 G
The respective speed spectra are shown for Pa and 40 GPa.

【0040】速度スペクトラムV1は、図5に示す場
合、100度の拡散先端面S7が図3に示す位置に進行
したときに、円盤10の両面間をちょうど7回往復した
その応力波の速度を示している。即ち、図5中に示すよ
うに7つの波が現れている。最初の3つの波の間の間隔
が一定でないのは、図1中に示すランプ照射に原因があ
る。拡散先端面S7が反射面13に一致するような場合
には、波の数は7が最大であり、拡散先端面S7がある
位置まで進行すると、例えば、それが反射面13に一致
するような場合には、応力波の速度は急激に低下する。
このような急激な速度低下が起きた場合にも、第2熱入
力が行われたのと同様な現象が起きるから、速度の絶対
値は零に近づくが、速度スペクトラムVnに相似形の第
2速度スペクトラムV’nが現れる。この測定方法では
速度スペクトラムは、1回の入熱で2回の測定チャンス
がある。速度スペクトラムの平均速度は、概ね1km/
secである。
In the case shown in FIG. 5, the velocity spectrum V1 indicates the velocity of the stress wave that has just reciprocated seven times between both surfaces of the disk 10 when the diffusion front surface S7 at 100 degrees has advanced to the position shown in FIG. Is shown. That is, seven waves appear as shown in FIG. The non-constant spacing between the first three waves is due to the lamp illumination shown in FIG. In the case where the diffusion front surface S7 coincides with the reflection surface 13, the number of waves is 7 at the maximum. In some cases, the speed of the stress wave drops sharply.
Even when such a rapid decrease in speed occurs, a phenomenon similar to that when the second heat input is performed occurs. Therefore, although the absolute value of the speed approaches zero, the second value having a similar shape to the speed spectrum Vn is obtained. A velocity spectrum V'n appears. In this measurement method, the velocity spectrum has two measurement chances with one heat input. The average speed of the speed spectrum is approximately 1 km /
sec.

【0041】このようにヤング率が大きくなれば、波数
が増加する。波数を実験により求めれば、逆に、ヤング
率を計算により求めることができる。材料の劣化に伴い
ヤング率が変化することは、図6に示すデータが示して
いる。図7は、米国オークリッジの研究所がそのHIF
ERによるSUS316に対する照射実験により得たヤ
ング率(縦軸)を示している。その横軸は、中性子の照
射量を示している。その照射量は、その材料の劣化に対
応するから、照射量を増大させると急激に材料の劣化が
進行する。
As described above, when the Young's modulus increases, the wave number increases. If the wave number is determined by experiment, conversely, the Young's modulus can be determined by calculation. The data shown in FIG. 6 indicates that the Young's modulus changes with the deterioration of the material. Figure 7 shows that the Oak Ridge Institute in the United States
The Young's modulus (vertical axis) obtained by an irradiation experiment on SUS316 by ER is shown. The horizontal axis indicates the neutron irradiation dose. Since the irradiation amount corresponds to the deterioration of the material, the deterioration of the material progresses rapidly when the irradiation amount is increased.

【0042】ステンレス鋼の結晶粒径は50ミクロン程
度であるから、直径がこれ以下のレーザースポットの照
射を行うと、結晶構造に滑り変形が生じて材料に異方性
が現れ、弾性率の測定精度が低下する。従って、強力す
ぎないレーザーを100ミクロン径の領域に照射するこ
とが好ましい。
Since the crystal grain size of stainless steel is about 50 microns, when a laser spot having a diameter smaller than this is irradiated, slip deformation occurs in the crystal structure, anisotropy appears in the material, and the elastic modulus is measured. Accuracy decreases. Therefore, it is preferable to irradiate a laser beam that is not too powerful to a region having a diameter of 100 microns.

【0043】図8,9は、測定対象の他の実施例を示し
ている。この測定対象は本発明の背景である中性子発生
源の殻20の構造である。一端部が半球殻21の概ね円
筒状の殻の球面22に向かって、その殻の軸方向に平行
な陽子ビームが照射され殻中に陽子が入射する。この入
射による入熱により殻中の水銀の応力波が発生し、半球
殻部分からも応力が発生する。
8 and 9 show another embodiment of the object to be measured. This measurement object is the structure of the shell 20 of the neutron source which is the background of the present invention. One end is directed toward the spherical surface 22 of the substantially cylindrical shell of the hemispherical shell 21, and a proton beam parallel to the axial direction of the shell is irradiated so that protons enter the shell. Due to the heat input by this incidence, a stress wave of mercury in the shell is generated, and a stress is also generated from the hemispherical shell portion.

【0044】この内部の応力波と殻中の波の応力による
応力応答に基づいて殻の弾性率を測定できるが、殻だけ
の応力測定から、殻の劣化を知ることの方が合理的であ
る。水銀の核子に当たった1.5GeVの陽子ビーム2
3は、粒子の衝突により核破砕を起こして大量の中性子
を発生させ、その荷電粒子に誘起されて殻表面は高圧に
帯電する。
The elastic modulus of the shell can be measured based on the stress response due to the stress wave inside and the stress in the shell, but it is more reasonable to know the deterioration of the shell from the stress measurement of the shell alone. . 1.5 GeV proton beam hitting the mercury nucleon 2
No. 3 causes nuclear spallation by collision of particles to generate a large amount of neutrons, and induced by the charged particles, the shell surface is charged to a high pressure.

【0045】このような高圧の大容量のドリフト電流が
発生する状況では、ピエゾ素子による歪みの検出は不可
能である。陽子照射前にこのような殻の中の応力波に基
づく表面の速度スペクトラムを検出しておく。最初の照
射を行った殻をその照射設備中の照射位置から取り出し
て、放射線量を十分に低くしてから、本発明により2回
目の速度スペクトラムの測定を行う。再度更に一定量の
陽子照射を行ってから同様に間を置いて第3回目の速度
スペクトラムの測定を行う。
In a situation where such a high-voltage and large-capacity drift current is generated, it is impossible to detect distortion by the piezo element. Before the proton irradiation, the velocity spectrum of the surface based on the stress wave in such a shell is detected. The shell after the first irradiation is taken out from the irradiation position in the irradiation equipment, the radiation dose is sufficiently reduced, and the second measurement of the velocity spectrum is performed according to the present invention. After a further irradiation of a certain amount of protons again, the third measurement of the velocity spectrum is carried out at a similar interval.

【0046】このような測定を繰り返して、速度スペク
トラムの標本列を作成する。このような標本列の速度ス
ペクトラム列から、殻の劣化状況を知ることができ、殻
を交換すべき時期を知ることができる。
By repeating such a measurement, a sample sequence of the velocity spectrum is created. From the velocity spectrum sequence of such a sample sequence, it is possible to know the state of deterioration of the shell, and it is possible to know the time when the shell should be replaced.

【0047】図8と図9に、測定点の分布を示してい
る。半球殻の直径は、20cmである。厚みは2cmで
ある。この半球面を概ね等しい面積になるように約10
0部分(例えば113部分)に分割する。半球面を幅が
等しいリング状の帯面に分割しその1つの帯を更に4・
8・12・・・に分割すると、113分割になる。
FIGS. 8 and 9 show the distribution of measurement points. The diameter of the hemispherical shell is 20 cm. The thickness is 2 cm. Approximately 10
It is divided into 0 parts (for example, 113 parts). Divide the hemisphere into ring-shaped strips of equal width, and divide one strip into 4
When divided into 8, 12,..., It is divided into 113.

【0048】このように分割された領域の中心部分の2
cm直径の円領域24に第2入射レーザーを照射して更
にその領域の中心部分の更に小さい領域25に第1入射
レーザーを照射する。このような入射により、113箇
所の球殻要素の速度スペクトラムを実測することが好ま
しい。本発明方法によれば、中性子照射中に測定しない
ですみ、中に水銀が入っていない空の容器殻の物性を測
定すれば足りる。
The center part 2 of the area thus divided is
A second incident laser is applied to a circular region 24 having a diameter of cm, and a first incident laser is applied to a smaller region 25 at the center of the region. It is preferable to actually measure the velocity spectrum of the 113 spherical shell elements by such incidence. According to the method of the present invention, it is not necessary to measure during neutron irradiation, and it is sufficient to measure the physical properties of an empty container shell containing no mercury.

【0049】図1の試験片のような円形状の2次元的広
がりを持つ物体の要素領域に入熱を行う場合の数学的解
析が基本的に重要である。2次元で解析すると、円形状
の物体の中心に初期圧力場が作用する場合、時刻t(>
0)における圧力波の伝播挙動は、円筒座標で表現する
のが好都合である。圧力p(r、t)の波動方程式は、
円筒座標系では、下記式(2)で表される。以下の数式
中、微分は、本明細書において、例えば、
Mathematical analysis when heat is input to an element region of an object having a two-dimensional spread in a circular shape like the test piece in FIG. 1 is basically important. When analyzed in two dimensions, when the initial pressure field acts on the center of the circular object, the time t (>
The propagation behavior of the pressure wave in 0) is conveniently expressed in cylindrical coordinates. The wave equation of pressure p (r, t) is
In the cylindrical coordinate system, it is represented by the following equation (2). In the following formula, the derivative is, for example, in this specification,

【0050】[0050]

【数3】 等で表現する。(Equation 3) And so on.

【0051】[0051]

【数4】 c0(零は下付添字)は、伝播速度である。初期値問題
(Cauchy-initial-value-problem、略して、Cauchy-pro
blem)として、初期圧力分布p(r,0)と初期圧力分布変
化p'(r,0)を下記式で仮定した場合の圧力伝播挙動の一
般解を求める。
(Equation 4) c0 (zero is a subscript) is a propagation speed. Cauchy-initial-value-problem (Cauchy-pro for short)
blem), a general solution of the pressure propagation behavior when the initial pressure distribution p (r, 0) and the initial pressure distribution change p ′ (r, 0) are assumed by the following equation is obtained.

【0052】[0052]

【数5】 波動方程式(1)にハンケル変換を適用して偏微分方程
式を常微分方程式に変換する。圧力場p(x,t)の空間座
標rに関するハンケル変換は、次式で示される。
(Equation 5) The partial differential equation is converted to an ordinary differential equation by applying the Hankel transform to the wave equation (1). The Hankel transform for the spatial coordinates r of the pressure field p (x, t) is expressed by the following equation.

【0053】[0053]

【数6】 積分記号の後の上付、下付添字は、この明細書で積分範
囲を示す。これを円筒座標系のラプラス演算子(式
(1)の左辺に現れる2次元ラプラシアン)に作用させ
ると、次の非常に単純な式に変換することができる。
(Equation 6) Superscripts and subscripts after the integration symbol indicate the integration range in this specification. When this is applied to the Laplace operator (two-dimensional Laplacian appearing on the left side of Expression (1)) in the cylindrical coordinate system, it can be converted into the following very simple expression.

【0054】[0054]

【数7】 これを円筒型波動方程式(1)に適用すると、その偏微
分方程式は以下の常微分方程式に変換される。
(Equation 7) When this is applied to the cylindrical wave equation (1), the partial differential equation is converted into the following ordinary differential equation.

【0055】[0055]

【数8】 式(5)は、次のような簡単な解を持つ。(Equation 8) Equation (5) has the following simple solution.

【0056】[0056]

【数9】 初期条件である式(2)のハンケル変換は、次式で表さ
れる。
(Equation 9) The Hankel transform of Expression (2), which is the initial condition, is represented by the following expression.

【0057】[0057]

【数10】 これらを一般解式(6)に代入すると、未定定数A,B
が決まり特解は、以下にとなる。
(Equation 10) When these are substituted into the general solution equation (6), the undetermined constants A and B
The special answer is as follows.

【0058】[0058]

【数11】 これをハンケル逆変換すると実空間における一般解が求
まり、下記式になる。
[Equation 11] When this is inversely transformed by Hankel, a general solution in the real space is obtained, and the following equation is obtained.

【0059】[0059]

【数12】 次に、円形状の初期圧縮場が作用した時の圧力伝播挙
動、すなわち、円形状の初期圧縮場は下記式(11)の
ように、時刻t(=0)において半径aの円形領域に積
分すると1.0となるような一様圧力分布を作用させた
場合の時刻t(>0での圧力波伝播挙動を検討する。
(Equation 12) Next, the pressure propagation behavior when the circular initial compression field acts, that is, the circular initial compression field is integrated at time t (= 0) into a circular area of radius a as shown in the following equation (11). Then, the pressure wave propagation behavior at the time t (> 0) when a uniform pressure distribution acting as 1.0 is applied will be examined.

【0060】[0060]

【数13】 これをハンケル変換すると、(Equation 13) If this is Hankel transformed,

【0061】[0061]

【数14】 式(11)を一般解である式(9)の右辺第1項のf*
(ξ)に代入すると下記式が得られる。
[Equation 14] F * of the first term on the right side of equation (9), which is a general solution of equation (11)
Substituting into (ξ) gives the following equation.

【0062】[0062]

【数15】 これは、関数J1(aξ)cos(c0ξt)/ξの0次ハンケル逆
変換に相当するが、この積分は容易でないため、ここで
は波動伝播の基本的性質を調べるために式(11)を簡
略化する。すなわち、1次のベッセル関数J1(z)の性質
を利用し式(11)でa→0の極限において、J1(az)は
0の近傍領域に限定されるから近似的に勾配1/2の直
線に近似できる。このことは、初期圧力分布関数p
(r,0)は、デルタ関数δ(r)(デルタ関数δ
(r)は、δ(r=0)=∞、δ(r=0の近傍で0で
ない領域)=0であり、全領域で積分すれば1になる性
質を持つ関数)と同等であることを意味する。
(Equation 15) This corresponds to the 0th-order Hankel inverse transformation of the function J1 (aξ) cos (c0ξt) / ξ, but since this integration is not easy, here, equation (11) is simplified to investigate the basic properties of wave propagation. Become That is, in the limit of a → 0 in Equation (11) using the property of the first-order Bessel function J1 (z), J1 (az) is limited to a region near 0, so that the gradient 1/2 is approximately It can be approximated to a straight line. This means that the initial pressure distribution function p
(R, 0) is a delta function δ (r) (a delta function δ
(R) is equivalent to δ (r = 0) = ∞, δ (a non-zero area in the vicinity of r = 0) = 0, and a function having a property of being 1 when integrated over the entire area) Means

【0063】[0063]

【数16】 従って、式(11)は簡単な定数となる。(Equation 16) Therefore, equation (11) is a simple constant.

【0064】[0064]

【数17】 式(12)のハンケル逆変換は、[Equation 17] The inverse Hankel transform of equation (12) is

【数18】 これを逆変換の公式にある形に直し、逆変換を容易にす
るために下記式(15)のように変形する。
(Equation 18) This is converted into the form in the formula of the inverse transformation, and is modified as in the following equation (15) in order to facilitate the inverse transformation.

【0065】[0065]

【数19】 この解は、次のハンケル逆変換の公式より容易に求めら
れる。
[Equation 19] This solution is easier to find from the following Hankel inverse transformation formula:

【0066】[0066]

【数20】 式(15)にハンケル変換の式(16)を用いると、(Equation 20) Using the Hankel transform equation (16) in the equation (15),

【数21】 この式中の微分を施すと、最終的な解は次の通りであ
る。
(Equation 21) Applying the differentiation in this equation, the final solution is:

【0067】[0067]

【数22】 この式は、r=0とct=rで特異点を持ち∞となる。
これは、時刻t=0において+δ関数の初期圧力分布が
t>0において、外側に向かって圧力波として伝播し、
それに対向して後退波が圧力分布中心に向かって収束す
ることを示している。後退波が中心に達する時間t0は一
般にt0=a/c0t(零は下付添字)であるが、ここで
はa→0としているため、tが零の近傍で即ち瞬時にお
いて中心に達する。
(Equation 22) This equation has a singular point at r = 0 and ct = r, and becomes ∞.
This means that at time t = 0, the initial pressure distribution of the + δ function propagates outward as a pressure wave at t> 0,
In contrast, the backward wave converges toward the center of the pressure distribution. The time t0 at which the backward wave reaches the center is generally t0 = a / c0t (zero is a subscript). Here, since a → 0, t reaches the center near zero, that is, instantaneously.

【0068】その中心に達した時点で圧縮場が引っ張り
場に逆転するため、このケースでは時刻t(=0)にお
いて、+δ関数(+∞)の初期圧力分布がt(>0)に
おいて−δ関数(−∞)になり、この波形が速度c0t
で外側に向かって伝播していく。最初に−∞振幅の波形
であるため、外側に伝播しても波のフロントでは−∞の
振幅を維持している。式(18)の時刻c0t=1での
p(r,t)を図10に示す。式(18)が示すよう
に、時刻tが零の近傍で瞬時に−∞となるため、t>0
において、−pの圧力波が伝播していくことになる。一
般に圧力分布の径が広がりaを持ち、圧力振幅も有限な
場合の圧力波の伝播の仕方を概念的に表した図が、図1
0である。このような圧力波の伝播挙動は、その物体の
膨張収縮を起こし、その表面の速度がドップラー効果に
よって測定される。
Since the compression field reverses to the pulling field when the center is reached, in this case, at time t (= 0), the initial pressure distribution of the + δ function (+ ∞) is −δ at t (> 0). This waveform becomes a function (-∞), and this waveform has a speed c0t
And propagates outward. Since the waveform has an amplitude of -∞ at first, even if it propagates to the outside, the amplitude of -∞ is maintained at the front of the wave. FIG. 10 shows p (r, t) at time c0t = 1 in equation (18). As shown in the equation (18), the time t becomes -∞ instantaneously near zero, so that t> 0
, The -p pressure wave propagates. In general, FIG. 1 is a diagram conceptually showing a method of propagating a pressure wave in a case where the diameter of the pressure distribution has a width a and the pressure amplitude is finite.
0. The propagation behavior of such a pressure wave causes expansion and contraction of the object, and the velocity of the surface is measured by the Doppler effect.

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

【図1】図1は、本発明による要素領域の応力波の検出
方法による検出対象の試験片を示す平面・正面複合図で
ある。
FIG. 1 is a combined plan view showing a test piece to be detected by a method for detecting a stress wave in an element region according to the present invention.

【図2】図2は、本発明による要素領域の応力波の検出
装置の実施の形態を示す光学回路図である。
FIG. 2 is an optical circuit diagram showing an embodiment of an apparatus for detecting a stress wave in an element region according to the present invention.

【図3】図3は、その応力波が現れる試験片の正面断面
図である。
FIG. 3 is a front sectional view of a test piece in which the stress wave appears.

【図4】図4は、あるヤング率を持つ試験片の速度スペ
クトラムを示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a velocity spectrum of a test piece having a certain Young's modulus.

【図5】図5は、他のあるヤング率を持つ試験片の速度
スペクトラムを示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a velocity spectrum of another test piece having a certain Young's modulus.

【図6】図6は、更に他のあるヤング率を持つ試験片の
速度スペクトラムを示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a velocity spectrum of still another test piece having a certain Young's modulus.

【図7】図7は、中性子照射量と材料劣化の関係を示す
グラフである。
FIG. 7 is a graph showing a relationship between neutron irradiation dose and material deterioration.

【図8】図8は、測定対象の他の実施の形態を示す正面
図である。
FIG. 8 is a front view showing another embodiment of the measurement object.

【図9】図9は、図8の側面図である。FIG. 9 is a side view of FIG. 8;

【図10】図10は、圧力波の伝達挙動を示す斜軸投影
図である。
FIG. 10 is an oblique axis projection view showing a pressure wave transmission behavior.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…第1レーザー(測定用)出力装置 2…第2レーザー(入熱用)出力装置 3…第1入射レーザー 4…第1光導波管 5…第2入射レーザー 6…第2光導波管 8…入熱領域面 10…円盤 12…周波数解析器 13…反射面 20…殻 23…陽子ビーム Sn…拡散先端面 Vn…速度スペクトラム DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st laser (for measurement) output device 2 ... 2nd laser (for heat input) output device 3 ... 1st incident laser 4 ... 1st optical waveguide 5 ... 2nd incident laser 6 ... 2nd optical waveguide 8 ... heat input area surface 10 ... disk 12 ... frequency analyzer 13 ... reflection surface 20 ... shell 23 ... proton beam Sn ... diffusion tip surface Vn ... velocity spectrum

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 日野 竜太郎 茨城県那珂郡東海村白方白根2−4 日本 原子力研究所内 (72)発明者 赤羽 浩一 東京都府中市若松町1丁目23番11号 日本 科学エンジニアリング株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Ryutaro Hino, 2-4 Shirakata Shirane, Tokai-mura, Naka-gun, Ibaraki Pref. Japan Atomic Energy Research Institute (72) Koichi Akabane 1-23-11 Wakamatsucho, Fuchu-shi, Tokyo Japan Scientific Engineering Co., Ltd.

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】固体状物体の局所的な要素領域の面に第1
レーザービームを照射して前記要素領域に熱エネルギー
を供給するための第1照射手段と、 前記要素領域の前記面に第2レーザービームを照射して
前記要素領域の前記面の運動速度を検出するための第2
照射手段と、 前記要素領域の前記面から反射する前記第2レーザービ
ームを受けて前記運動速度をドップラー効果により検出
するためのドップラー干渉計とからなる要素領域の応力
波検出装置。
1. A method according to claim 1, wherein a first element is located on a surface of a local element region of the solid object.
First irradiating means for irradiating a laser beam to supply thermal energy to the element region; and irradiating a second laser beam to the surface of the element region to detect a movement speed of the surface of the element region. Second for
A stress wave detecting device for an element region, comprising: an irradiation unit; and a Doppler interferometer for receiving the second laser beam reflected from the surface of the element region and detecting the motion velocity by the Doppler effect.
【請求項2】請求項1において、 前記固体状物体が2次元的物体として近似される場合、
前記要素領域の中心点からの距離をrで表すと、下記数
式 【数1】 で表される圧力分布p(r,t)の特異点によりもたら
される前記運動速度が検出されることを特徴とする要素
領域の応力波検出装置。
2. The method according to claim 1, wherein the solid object is approximated as a two-dimensional object.
When the distance from the center point of the element area is represented by r, the following equation is obtained. A stress wave detection device for an element region, wherein the motion velocity caused by a singular point of a pressure distribution p (r, t) represented by:
【請求項3】請求項1において、 前記熱エネルギーの伝導速度よりも前記応力波の伝播速
度が前記固体状物体中で速く、前記速度の時間に関する
スペクトラムから前記固体状物体のヤング率が求められ
ることを特徴とする要素領域の応力波検出装置。
3. The solid-state object according to claim 1, wherein the propagation speed of the stress wave is faster than the conduction speed of the thermal energy in the solid-state object, and the Young's modulus of the solid-state object is obtained from a spectrum of the speed at the time. An element region stress wave detecting device, characterized in that:
【請求項4】請求項3において、 前記運動速度は時間に関するスペクトラムとして検出さ
れることを特徴とする要素領域の応力波検出装置。
4. The stress wave detecting apparatus according to claim 3, wherein the movement speed is detected as a spectrum with respect to time.
【請求項5】請求項1において、 前記第1レーザービームと前記第2レーザービームは同
じものであることを特徴とする要素領域の応力波検出装
置。
5. The stress wave detecting device according to claim 1, wherein the first laser beam and the second laser beam are the same.
【請求項6】請求項1において、更に、 前記第2レーザービームの照射時間を制御するための制
御手段とからなることを特徴とする要素領域の応力波検
出装置。
6. An apparatus according to claim 1, further comprising control means for controlling an irradiation time of said second laser beam.
【請求項7】請求項1において、 更に、前記第2レーザービームの照射時間長さを制御す
るための制御手段とからなり、 前記熱エネルギーの伝導速度よりも前記応力波の伝播速
度が前記固体状物体中で速く、 前記照射により発生する応力波が前記固体状物体中に形
成され反射の境界条件を有する反射面で反射し前記ドッ
プラー干渉計で検出される反射応力波が反射する反射時
点では、前記反射面に前記熱エネルギーは伝導しておら
ず、 前記照射時間は照射開始時点から前記反射時点までの間
の時間長さよりも短いことを特徴とする要素領域の応力
波検出装置。
7. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising control means for controlling an irradiation time length of the second laser beam, wherein a speed of propagation of the stress wave is larger than a speed of conduction of the thermal energy. At a reflection point where a stress wave generated by the irradiation is reflected in a reflection surface having a boundary condition of reflection formed in the solid-state object and reflected by the Doppler interferometer. Wherein the thermal energy is not transmitted to the reflection surface, and the irradiation time is shorter than a time length from the irradiation start time to the reflection time.
【請求項8】請求項7において、 前記境界条件は前記固体状物体中に形成される層の境界
面の前記面からの距離であることを特徴とする要素領域
の応力波検出装置。
8. The stress wave detecting device according to claim 7, wherein the boundary condition is a distance from a boundary surface of a layer formed in the solid object to the surface.
【請求項9】請求項1において、 前記第1レーザービームは前記ドップラー干渉計と前記
面との間で第1光導波管により案内され、 前記第2レーザービームは前記面の手前まで第2光導波
管で案内されることを特徴とする要素領域の応力波検出
装置。
9. The optical system according to claim 1, wherein the first laser beam is guided between the Doppler interferometer and the surface by a first optical waveguide, and the second laser beam is guided to a position before the surface by a second optical waveguide. A stress wave detecting device for an element region, which is guided by a wave tube.
【請求項10】固体状物体の局所領域面に第1レーザー
を照射して前記局所領域面から前記局所領域面に垂直に
伝播する縦方向応力波と前記局所領域面から前記局所領
域面に沿って2次元的に広がる横方向応力波を前記固体
状物体中に発生させること、 前記応力波が前記固体状物体中で反射して戻ってくる前
記局所領域面に第2レーザーを照射して前記第2レーザ
ーのドップラー効果による値を検出することとからな
り、 前記要素領域の中心点からの距離をrで表すと、前記ド
ップラー効果の値は、実質的に下記数式 【数2】 で表される圧力分布p(r,t)の特異点の存在により
もたらされることを特徴とする要素領域の応力波の検出
方法。
10. A longitudinal stress wave propagating perpendicularly from the local region surface to the local region surface by irradiating a first laser to the local region surface of the solid object, and extending along the local region surface from the local region surface. Generating a transverse stress wave in the solid object that spreads two-dimensionally in the solid object, irradiating a second laser to the local region surface where the stress wave is reflected back in the solid object and Detecting the value of the second laser due to the Doppler effect. When the distance from the center of the element region is represented by r, the value of the Doppler effect is substantially the following equation. A method for detecting a stress wave in an element region, which is caused by the existence of a singular point of a pressure distribution p (r, t) represented by:
【請求項11】請求項10において、 前記第1レーザービームを照射し続ける時間中に前記第
2レーザービームが瞬間的に照射されることを特徴とす
る要素領域の応力波の検出方法。
11. The method according to claim 10, wherein the second laser beam is instantaneously irradiated while the first laser beam is continuously irradiated.
【請求項12】請求項10において、 前記値から前記固体状物体の弾性係数が計算により求め
られることを特徴とする要素領域の応力波の検出方法。
12. The method according to claim 10, wherein the elastic modulus of the solid object is calculated from the value by calculation.
【請求項13】請求項10において、 前記瞬時的に照射される時間長さは可変であることを特
徴とする要素領域の応力波の検出方法。
13. The method according to claim 10, wherein the duration of the instantaneous irradiation is variable.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007297947A (en) * 2006-04-28 2007-11-15 Kawasaki Heavy Ind Ltd Fluorescence spectroscopic internal stress inspection device
CN102520069A (en) * 2011-12-29 2012-06-27 云南航天工程物探检测股份有限公司 Coded signal detector and method for detecting stress wave generation and corrugated pipe grouting quality

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