WO2011046078A1 - 非破壊検査方法及びその装置 - Google Patents

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WO2011046078A1
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ray
rays
energy
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裕之 野瀬
一 桑原
徹也 小林
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株式会社Ihi
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/221—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material by activation analysis
    • G01N23/222—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material by activation analysis using neutron activation analysis [NAA]

Definitions

  • the present invention relates to a non-destructive inspection method and apparatus for inspecting an object without destroying the object.
  • Non-Patent Document 1 discloses an analysis method using prompt ⁇ -rays.
  • Prompt ⁇ -rays are generally ⁇ -rays emitted in a very short time by nuclear reaction, and here, in particular, mean ⁇ -rays emitted immediately after epithermal neutrons are resonantly absorbed.
  • non-destructive inspection can be performed when the object is small.
  • a test piece must be cut out from the object, and an analysis method using prompt ⁇ rays is difficult to implement as a nondestructive inspection.
  • Prompt ⁇ -rays have inherent energy in the element, so they can be used for elemental analysis.
  • higher-energy ⁇ -rays derived from Compton scattering are mixed as noise, Problems arise.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is a non-destructive inspection method in which accurate state inspection of an object is not restricted by the shape or location of the object, and is suitable for this method. It is to provide a non-destructive inspection device.
  • a method for non-destructively inspecting an object including one or more elements irradiates the object with a neutron beam along an axis passing through a reference point, and a diameter from the axis.
  • ⁇ rays from directions inclined by an equal angle from the axis line are detected in synchronization at a plurality of measurement points arranged at equal distances in the direction, and each detected ⁇ ray is Count for each energy region, determine for each energy region whether the counted value exceeds the threshold value, and determine the energy region where all of the counted values exceed the threshold value. Analyzing the kind of element from the determined energy region, and based on the reference point, the relative position between each measurement point and the surface of the object, and the direction, In the object of the element Each step is detected.
  • an apparatus for non-destructively inspecting an object including one or more elements has a reference point, and applies a neutron beam to the object along an axis passing through the reference point.
  • a neutron source positioned to irradiate and arranged at a plurality of measurement points spaced at equal distances from the axis in the radial direction, and configured to detect ⁇ rays from directions inclined by an equal angle from the axis, respectively.
  • a plurality of ⁇ -ray monitors a plurality of wave height analyzers that are electrically connected to each of the ⁇ -ray monitors and configured to count each detected ⁇ -ray for each of a plurality of energy regions; It is electrically connected to the plurality of wave height analyzers, and for each energy region, it is determined whether the counted value exceeds the threshold value, and all of the counted values exceed the threshold value.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a nondestructive inspection apparatus according to an embodiment of the present invention to which a nondestructive inspection method according to the present invention is applied.
  • the nondestructive inspection apparatus 1 uses the fact that nuclei that have captured neutrons emit prompt ⁇ -rays, and detects the prompt ⁇ -rays from the target irradiated with neutrons, thereby inspecting the state of the target.
  • the reinforced concrete 3 which comprises a bridge etc. is a target object, and it test
  • the distribution of reinforcing bars in the reinforced concrete 3 and the distribution of chlorine (chloride ions) that cause salt damage are the objects of measurement.
  • the nondestructive inspection apparatus 1 of this embodiment includes a movable table 11 that can move on a reinforced concrete 3, a neutron source 13 that outputs a neutron beam, and two ⁇ -ray detectors that detect prompt ⁇ -rays from the reinforced concrete 3. 15a and 15b.
  • the neutron source 13 and the ⁇ -ray detectors 15 a and 15 b are installed on the moving table 11.
  • the nondestructive inspection apparatus 1 of the present embodiment includes wave height analyzers 17a and 17b connected to the respective ⁇ -ray detectors 15a and 15b, a simultaneous coefficient device 19 connected to both wave height analyzers 17a and 17b, and these And a control device 21 for controlling.
  • the wave height analyzers 17a and 17b count prompt ⁇ -rays according to the outputs of the ⁇ -ray detectors 15a and 15b, respectively.
  • the wave height analyzers 17a and 17b can decompose the intensity of ⁇ rays as a spectrum relating to energy and count the ⁇ ray intensity for each energy region.
  • the coincidence device 19 can set a threshold value for each output of the wave height analyzers 17a and 17b, and is configured to output a detection signal to the control device 21 when a signal exceeding the threshold value is input. .
  • the moving table 11 can be a cart that can move on the reinforced concrete 3.
  • a self-propelled carriage having a drive source may be applied, or a driven carriage having no drive source may be applied.
  • the position of the moving table 11 on the reinforced concrete 3 is always grasped by the control device 21 regardless of whether the moving table 11 is automatic or driven. It is preferable.
  • one axle of the moving base 11 includes a tachometer, and the control device 21 integrates the output of the tachometer to grasp the position.
  • the movable table 11 may include a distance meter, an accelerometer, or a position sensor.
  • a known neutron source 13 can be applied.
  • the neutron source 13 shown in FIG. 2 includes a target T irradiated with ions I, a moderator M that decelerates the fast neutrons N, and protection for shielding the fast neutrons N and moderator M from the outside.
  • the target T includes a material such as Be or 2 H in order to efficiently generate neutrons from the ions I such as H, 2 H, and 4 He irradiated from an external ion generator.
  • the moderator M is made of an appropriate material that decelerates the fast neutrons N generated from the target T, such as polyethylene, heavy water, light water, and the like.
  • the moderator M converts the fast neutron N into a neutron beam 13a having a continuous spectrum including thermal neutrons (0.5 eV or less) and epithermal neutrons (0.5 to 10 3 eV).
  • the appropriate moderator protective wall S seals the moderator M and prevents fast neutrons N from leaking out.
  • One end of the protective wall S (usually the side opposite to the target) is open, and the neutron beam 13a is emitted from there.
  • the neutron source 13 is installed on the upper part of a chamber-shaped protective body 14 installed on the moving table 11.
  • a neutron beam 13a (see FIG. 1) output from the neutron beam source 13 passes through the inside of the protection body 14 and the moving table 11, and is irradiated onto the reinforced concrete 3 from the normal direction of the surface thereof.
  • FIGS. 3 and 4 show the relationship between the energy of irradiated neutrons and the neutron capture cross section for chlorine 35 and chlorine 37, respectively.
  • FIG. 3 chlorine 35
  • FIG. 4 chlorine 37
  • resonant neutrons are "resonantly absorbed by such elements by having an energy corresponding to the resonance level inherent in the element among the neutrons contained in the neutron beam having a continuous spectrum. It is used by defining as "neutron”.
  • the reinforced concrete 3 is irradiated with neutron beams 13 a by epithermal neutrons from the neutron beam source 13 and is emitted from the reinforced concrete 3 (specific elements contained therein). Prompt ⁇ -rays are detected by the ⁇ -ray detectors 15a and 15b.
  • Each ⁇ -ray detection unit 15a, 15b is accommodated in a protective body 14 on a movable table 11, as shown in FIG. As shown in FIG. 5, each ⁇ -ray detection unit 15a, 15b has an equal interval r in the radial direction orthogonal to the irradiation axis from the reference point 13b on the irradiation axis of the neutron beam 13a from the neutron beam source 13. It arrange
  • the reference point 13b is set at a location separated from the surface of the reinforced concrete 3 by a distance L.
  • Each ⁇ -ray detection unit 15a, 15b includes a ⁇ -ray sensor 15c and a collimator 15d that covers the ⁇ -ray sensor 15c.
  • a known ⁇ -ray sensor can be applied to the ⁇ -ray sensor 15c.
  • a scintillation detector including a scintillator that emits fluorescence upon receiving ⁇ rays and a photomultiplier tube or a photodiode that measures the intensity of the fluorescence can be used.
  • a known semiconductor detector can be used.
  • the collimator 15d is configured to regulate the incident direction of ⁇ rays that can be detected by the ⁇ ray sensor 15c.
  • the collimator 15d of each ⁇ -ray detection unit 15a, 15b collimates prompt ⁇ -rays from the reinforced concrete 3 and generates ⁇ -rays from a direction inclined by an angle ⁇ with respect to the irradiation axis of the neutron beam 13a. It reaches the ⁇ -ray sensor 15c. Therefore, the ⁇ -ray sensor 15c detects only ⁇ -rays from a direction inclined by an angle ⁇ with respect to the irradiation axis of the neutron beam 13a.
  • FIG. 5 shows an example in which a nondestructive inspection apparatus 1 detects a chloride when a specific portion P in the reinforced concrete 3 is present.
  • each ⁇ -ray detection unit 15a and 15b has an immediate ⁇ from the specific location P when directed to the angle ⁇ according to the position of the specific location P. Accept the line. Therefore, if prompt ⁇ -rays are detected, the control device 21 can calculate the position of the specific portion P by a simple calculation formula.
  • each of the wave height analyzers 17a and 17b is triggered by the control device 21 in synchronization with the output of the neutron beam 13a from the neutron beam source 13, for each ⁇ ray detected by the corresponding ⁇ ray detectors 15a and 15b, The energy is divided into a plurality of energy regions and counted for each energy region.
  • the coincidence counting device 19 When the coincidence counting device 19 is triggered by the control device 21 in synchronization with the output of the neutron beam 13a from the neutron beam source 13, the coincidence device 19 obtains the intensity of the ⁇ -rays counted by the wave height analyzers 17a and 17b for each energy region. To do.
  • the coincidence counting device 19 compares each intensity acquired from each of the wave height analyzers 17a and 17b with the above-described threshold value.
  • the coincidence device 19 determines, for each energy region, whether the intensity of any ⁇ ray detected by each ⁇ ray detection unit 15a, 15b is higher than a threshold value.
  • the predetermined threshold is set by the control device 21 for each energy region of ⁇ rays.
  • the threshold value for each energy region is common between the wave height analyzers 17a and 17b.
  • the coincidence counting device 19 is configured so that the intensity of the ⁇ -rays simultaneously detected by the ⁇ -ray detectors 15a and 15b by the energy regions discriminated by the wave height analyzers 17a and 17b is in a specific energy region.
  • a determination signal indicating the energy region is output.
  • the control device 21 analyzes and specifies the elements present in the reinforced concrete 3 irradiated with the neutron beam 13a from the neutron beam source 13 based on the discrimination signal output from the coincidence device 19, and each ⁇ -ray detector 15a. , 15b, the position of the specified element in the reinforced concrete 3 (depth d from the surface of the reinforced concrete 3) is calculated using the above-described formula.
  • the position of the moving table 11 on the reinforced concrete 3 in other words, irradiation of the neutron beam 13 a on the reinforced concrete 3 in one cycle inspection.
  • the position is sequentially changed, for example, in a matrix shape over the entire surface of the reinforced concrete 3.
  • the following steps (1) to (4) (1) irradiating a neutron beam 13a from the neutron beam source 13 toward the reinforced concrete 3 to emit prompt ⁇ -rays from the nuclei of the elements contained in the reinforced concrete 3 capturing the neutrons of the neutron beam 13a; (2) At measurement points 13c and 13d that are spaced from each other by a distance r equal to the radial direction orthogonal to the irradiation axis from the reference point 13b on the irradiation axis of the neutron beam 13a, it is inclined by an angle ⁇ with respect to the irradiation axis of the neutron beam 13a.
  • the control device 21 analyzes the type of element contained in the reinforced concrete 3 based on the energy region, and this The position of the analyzed element in the reinforced concrete 3, that is, the depth d from the surface of the three reinforced concretes irradiated with the neutron beam 13a, the reference point 13b on the neutron beam 13a with respect to the reinforced concrete 3 and each measurement point 13c, 13d (each and detecting based on the relative positions of the ⁇ -ray detectors 15a and 15b). .
  • the series of steps are repeatedly executed while moving the nondestructive inspection apparatus 1 and changing the position.
  • the distance L from the surface of the reinforced concrete 3 to the reference point 13b on the irradiation axis of the neutron beam 13a, the distance r from the reference point 13b to each measurement point 13c, 13d (each ⁇ -ray detection unit 15a, 15b), and
  • the incident direction of ⁇ rays (inclination angle ⁇ with respect to the irradiation axis of the neutron beam 13a) that can be detected by each of the ⁇ ray detectors 15a and 15b as appropriate,
  • the position of the layer (the value of the depth d from the surface) can be changed.
  • the predetermined threshold value for each energy region used in the determination by the coincidence device 19 is determined according to the energy spectrum of prompt ⁇ -rays emitted from the nuclei of the element according to the element whose distribution is to be examined. You only have to set it. For example, when inspecting the distribution of reinforcing bars in reinforced concrete 3, the predetermined threshold for each energy region of prompt ⁇ -rays is set according to the energy spectrum of prompt ⁇ -rays that iron nuclei capture and emit neutrons. Set.
  • the predetermined threshold for each energy region of the prompt ⁇ -ray set by the control apparatus 21 is set to the iron (rebar). Only for the energy region where the intensity of prompt ⁇ -rays emitted by the nuclei is high, the value is slightly lower than that value, and the other energy region is set to a different value (for example, a value close to infinity).
  • a predetermined threshold for each energy region of prompt ⁇ rays set by the control apparatus 21 is set to chlorine. Only in the energy region where the intensity of prompt ⁇ -rays radiated from the (chloride ion) nucleus is high, the value is slightly lower than that value, and the other energy region is set to a different value (for example, a value close to infinity). .
  • control apparatus 21 sets the predetermined threshold value according to energy area to the value corresponding to iron, and performs the inspection of 1 cycle mentioned above over the whole surface direction and depth direction of the reinforced concrete 3, The distribution of iron (rebar) in the reinforced concrete 3 is analyzed.
  • control device 21 sets the predetermined threshold value for each energy region to a value corresponding to chlorine, and performs the above-described one cycle inspection over the entire surface direction and depth direction of the reinforced concrete 3, The distribution of chlorine (chloride ions) in reinforced concrete 3 is analyzed.
  • control device 21 correlates the distribution of iron (rebar) and the distribution of chlorine (chloride ions) in the reinforced concrete 3 and the state of corrosion due to salt damage of the reinforced concrete 3 (presence of corrosion occurrence, occurrence of corrosion). Probability, expected corrosion occurrence time, etc.).
  • the predetermined threshold value for each energy region used in the determination by the coincidence device 19 is a spectrum for each energy region of prompt ⁇ rays emitted from the nuclei of the element according to the element whose distribution is to be examined.
  • the reinforced concrete 3 is sequentially changed over the entire surface direction and depth direction of the reinforced concrete 3 while the irradiation position of the neutron beam 13a on the reinforced concrete 3 is sequentially changed.
  • the element contained in the reinforced concrete 3 can be analyzed by nondestructive inspection by detecting the energy spectrum specific to the element of prompt ⁇ -rays emitted from the nuclei of the contained elements as neutrons are captured.
  • the time from the generation of resonant neutrons until reaching the target examination region is limited to a very short time.
  • ⁇ -rays are released immediately after the resonance neutrons are absorbed by the target nucleus (here, chlorine 35). Therefore, the time it takes for resonant neutrons to be generated and absorbed by chlorine 35 and the generated ⁇ -rays to reach the detector is uniquely determined. For detectors with the same distance to chlorine 35, these ⁇ -rays are at the same time. To reach.
  • simultaneous counting with a plurality of detectors, it is possible to extract only ⁇ -rays derived from chlorine 35 and improve measurement accuracy.
  • the movable stand 11 may be abbreviate
  • the ⁇ -ray detectors 15a and 15b of the present embodiment may be arranged with a 180 ° phase shift around the irradiation axis of the neutron beam 13a, or may be arranged with a phase shifted by another angle. .
  • the number of measurement points on which the ⁇ -ray monitor ( ⁇ -ray detector) in the present invention is arranged may be two as in this embodiment, or may be three or more. Even when the ⁇ -ray monitors are arranged and used at three or more measurement points, each measurement point is located at a position spaced in the radial direction of the irradiation axis from the reference point 13b on the irradiation axis of the neutron beam 13a. The phase is shifted around the irradiation axis of the neutron beam 13a by an arbitrary angle. Further, the ⁇ -ray monitors arranged at the respective measurement points respectively detect the direction components inclined by the same angle with respect to the irradiation axis of the neutron beam 13a among the prompt ⁇ -rays from the object.
  • display means for visualizing and displaying the position of a specific contained element in the reinforced concrete 3 analyzed as described above may be provided in the nondestructive inspection apparatuses 1 and 1A.
  • a display form by the display means for example, data indicating the analysis result of the chlorine distribution in the depth direction from the surface of the reinforced concrete 3 and the moving direction of the moving table 11 is set according to the level of the chlorine concentration.
  • a display format using contour lines and a display format such as density display based on display density can be considered.
  • the analysis result is visualized on the spot, so that the analysis result can be quickly grasped at the site where the non-destructive inspection of the reinforced concrete 3 is performed.
  • nondestructive inspection method that is not restricted by the shape and location of an object, and a nondestructive inspection device suitable for this method.

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Abstract

　一以上の元素を含む対象物を非破壊に検査する方法は、基準点を通る軸線に沿って前記対象物に中性子線を照射し、前記軸線から径方向に等しい距離を置いて離れて配置された複数の測定点において、前記軸線から等しい角度だけ傾斜した方向からのγ線をそれぞれ同期して検出し、検出された前記各γ線を、複数のエネルギー領域ごとに計数し、前記各エネルギー領域ごとに、計数された値を閾値と比較して越えているかどうか判定し、前記計数された値の全てが前記閾値を越えているエネルギー領域を決定し、決定されたエネルギー領域から元素の種類を解析し、前記基準点と、前記各測定点と、前記対象物の表面との間の相対位置と、前記方向とに基づいて、前記解析した種類の元素の前記対象物における位置を検出する、各ステップを含む。

Description

非破壊検査方法及びその装置
　本発明は、対象物を破壊せずにその状態を検査する非破壊検査方法とその装置に関するものである。
　躯体や部品等の状態（腐食、亀裂、空洞化等）検査として、旧来から目視検査や打音検査、超音波検査（エコー検査）等が行われている。しかし、目視検査や打音検査は、検査者の熟練度によって検査結果に差が生じ易く、また検査精度に自ずから限界がある。またこれらの検査は、作業員が目視又は打突できる形状の箇所でしか実施できない。超音波検査は先に挙げた人的検査に起因する問題を生じないが、位置の特定に難点がある。
　放射線を利用する幾つかの精度の良い検査方法が提案されている。下記の非特許文献１は、即発γ線を利用する分析法を開示している。即発γ線とは、概して核反応によって非常に短い時間に放出されるγ線のことであるが、ここでは特に、熱外中性子が共鳴吸収された直後に放出されるγ線の意味である。
中性子共鳴吸収を利用した即発γ線分析法（放射線利用技術データベース、放射線技術、047 論文、http://www.rada.or.jp/database/home4/normal/ht-docs/member/synopsis/040275.html）
　上述した即発γ線を利用する分析法によれば、対象物が小型のものである場合には非破壊で検査ができる。しかし、対象物が大型のものである場合は、対象物から試験片を切り出さねばならず、即発γ線を利用する分析法は非破壊検査として実施し難い。また即発γ線は元素に固有のエネルギーを有するために、本来的に元素分析に利用しうるが、コンプトン散乱等に由来するより高エネルギーのγ線がノイズとして混入するために、精度の点で問題が生ずる。
　本発明は前記事情に鑑みて為されたもので、本発明の目的は、精度の良い対象物の状態検査を、対象物の形状や場所に制約されない非破壊検査方法と、この方法に好適な非破壊検査装置とを提供することにある。
　本発明の第１の局面によれば、一以上の元素を含む対象物を非破壊に検査する方法は、基準点を通る軸線に沿って前記対象物に中性子線を照射し、前記軸線から径方向に等しい距離を置いて離れて配置された複数の測定点において、前記軸線から等しい角度だけ傾斜した方向からのγ線をそれぞれ同期して検出し、検出された前記各γ線を、複数のエネルギー領域ごとに計数し、前記各エネルギー領域ごとに、計数された値を閾値と比較して越えているかどうか判定し、前記計数された値の全てが前記閾値を越えているエネルギー領域を決定し、決定されたエネルギー領域から元素の種類を解析し、前記基準点と、前記各測定点と、前記対象物の表面との間の相対位置と、前記方向とに基づいて、前記解析した種類の元素の前記対象物における位置を検出する、各ステップを含む。
　本発明の第２の局面によれば、一以上の元素を含む対象物を非破壊に検査する装置は、基準点を有し、前記基準点を通る軸線に沿って前記対象物に中性子線を照射するべく位置した中性子線源と、前記軸線から径方向に等しい距離を置いて離れた複数の測定点に配置され、前記軸線から等しい角度だけ傾斜した方向からのγ線をそれぞれ検出するべく構成された複数のγ線モニタと、前記γ線モニタとそれぞれ電気的に接続され、検出された前記各γ線を、複数のエネルギー領域ごとにそれぞれ計数するべく構成された複数の波高分析器と、前記複数の波高分析器と電気的に接続され、前記各エネルギー領域ごとに、計数された値を閾値と比較して越えているかどうか判定し、前記計数された値の全てが前記閾値を越えているエネルギー領域を決定し、決定されたエネルギー領域から元素の種類を解析し、前記基準点と、前記各測定点と、前記対象物の表面との間の相対位置と、前記方向とに基づいて、前記解析した種類の元素の前記対象物における位置を検出するべく構成された制御装置と、を備える。
本発明による非破壊検査方法を適用した本発明の一実施形態に係る非破壊検査装置を示す概略構成図である。 図１の中性子発生器における中性子線の発生原理を示す説明図である。 塩素３５に関する中性子エネルギーと捕獲断面積との関係を示すグラフである。 塩素３７に関する中性子エネルギーと捕獲断面積との関係を示すグラフである。 図１の非破壊検査装置による塩素の位置解析原理を示す説明図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
　図１は本発明による非破壊検査方法を適用した本発明の一実施形態に係る非破壊検査装置を示す概略構成図である。
　非破壊検査装置１は、中性子を捕獲した原子核が即発γ線を放射することを利用し、中性子線を照射した対象物からの即発γ線を検出することで対象物の状態を検査する。以下では、橋梁等を構成する鉄筋コンクリート３が対象物であって、塩害による腐食の状態を知る目的で検査する場合について説明する。鉄筋コンクリート３における鉄筋の分布と、塩害の原因となる塩素（塩化物イオン）の分布とが測定の対象である。
　本実施形態の非破壊検査装置１は、鉄筋コンクリート３上で移動可能な移動台１１、中性子線を出力する中性子線源１３、及び、鉄筋コンクリート３からの即発γ線を検出する２つのγ線検出部１５ａ，１５ｂを有している。中性子線源１３とγ線検出部１５ａ，１５ｂは、移動台１１上に設置されている。
　本実施形態の非破壊検査装置１は、各γ線検出部１５ａ，１５ｂとそれぞれ接続された波高分析器１７ａ，１７ｂと、両波高分析器１７ａ，１７ｂと接続された同時係数装置１９と、これらを制御する制御装置２１とを有している。波高分析器１７ａ，１７ｂは、それぞれγ線検出部１５ａ，１５ｂの出力に応じて即発γ線を計数する。また波高分析器１７ａ，１７ｂは、γ線の強度をエネルギーに関するスペクトルとして分解して、エネルギー領域ごとにγ線強度を計数することができる。同時計数装置１９は、波高分析器１７ａ，１７ｂの各出力に対して閾値を設定することができ、閾値を越える信号が入力されたときに検出信号を制御装置２１へ出力するべく構成されている。
　移動台１１には、鉄筋コンクリート３上を移動可能な台車が適用できる。あるいは駆動源を有する自走式の台車を適用しても良く、駆動源を持たない従動式の台車を適用しても良い。なお、鉄筋コンクリート３上における移動台１１の位置（中性子線源１３による中性子線の鉄筋コンクリート３上における照射位置）は、移動台１１が自動式か従動式かを問わず、制御装置２１において常に把握されることが好ましい。例えば移動台１１の車軸の一が回転計を備え、回転計の出力を制御装置２１が積分することにより位置を把握する。あるいは回転計に代えて、移動台１１が距離計、加速度計あるいは位置センサを備えていてもよい。
　中性子線源１３には公知のものを適用することができる。例えば、図２に示す中性子線源１３は、イオンＩの照射を受けるターゲットＴと、高速中性子Ｎを減速する減速材Ｍと、高速中性子Ｎおよび減速材Ｍを外部に対して遮蔽するための防護壁Ｓとを備える。ターゲットＴは、外部のイオン発生器から照射されたＨ，２Ｈ，４Ｈｅ等のイオンＩから効率よく中性子を生じるべく、Ｂｅや２Ｈ等の素材を含む。減速材Ｍは、ターゲットＴから発生した高速中性子Ｎを減速する適宜の素材、例えばポリエチレン、重水、軽水等よりなる。かかる減速材Ｍにより高速中性子Ｎは、熱中性子（０．５ｅＶ以下）および熱外中性子（０．５～１０３ｅＶ）を含む連続スペクトルを有する中性子線１３ａに転換される。適宜の減速材防護壁Ｓは、減速材Ｍを封止するとともに、高速中性子Ｎの漏出を防止している。また防護壁Ｓの一端（通常はターゲットと反対側）は開口しており、中性子線１３ａをそこから外部へ放出する。中性子線源１３は、移動台１１上に設置されたチャンバ状の防護体１４の上部に設置されている。中性子線源１３から出力された中性子線１３ａ（図１参照）は、防護体１４の内部と移動台１１とを通過して、鉄筋コンクリート３にその表面の法線方向から照射される。
　熱外中性子を含む中性子線１３ａが原子核に照射されると、その原子核に特有のエネルギを持つ中性子の共鳴吸収が生じる。原子核に共鳴吸収される中性子は共鳴中性子と呼ばれる。図３及び図４のグラフは、塩素３５及び塩素３７のそれぞれにおける、照射された中性子のエネルギーと中性子の捕獲断面積との関係を示すものである。図３（塩素３５）を図４（塩素３７）と比較することにより理解されるように、熱外中性子に相当する１０２～１０３ｅＶの領域の特別な中性子エネルギーにおいて、周辺のエネルギー領域に比べて、中性子の捕獲断面積が急激に大きくなるピークが認められる。すなわち、塩素３５に固有に共鳴吸収される中性子（塩素３７のものとは区別される）が存在し、これを以下では共鳴中性子と呼ぶ。共鳴中性子を利用すれば、これを吸収するか否かにより、塩素３５を塩素３７から判別することができる。本明細書および添付の請求の範囲を通じて、共鳴中性子を、「連続スペクトルを有する中性子線に含まれる中性子のうち、元素に固有の共鳴準位に対応するエネルギーを持つことによりかかる元素に共鳴吸収される中性子」と定義して使用する。
　共鳴吸収により共鳴中性子を捕獲した原子核は、即発γ線を放射する。この即発γ線のエネルギーは、原子核が捕獲した共鳴中性子の中性子エネルギーに応じて異なる。したがって、原子核が放射する即発γ線のエネルギーは、その原子核に固有のものとなる。この原理を利用して、本実施形態の非破壊検査装置１では、鉄筋コンクリート３の含有元素（そのうち、特に鉄＝鉄筋と塩素＝塩化物イオン）の分布を解析する。そのために、非破壊検査装置１では、図１に示すように、中性子線源１３からの熱外中性子による中性子線１３ａを鉄筋コンクリート３に照射し、この鉄筋コンクリート３（の特定の含有元素）から放射される即発γ線を各γ線検出部１５ａ，１５ｂで検出する。
　各γ線検出部１５ａ，１５ｂは、図１に示すように、移動台１１上の防護体１４内に収容されている。各γ線検出部１５ａ，１５ｂは、図５に示すように、中性子線源１３からの中性子線１３ａの照射軸線上の基準点１３ｂから照射軸線と直交する径方向にそれぞれ等しい間隔ｒをおいた測定点１３ｃ，１３ｄに配置されている。この基準点１３ｂは、鉄筋コンクリート３の表面から距離Ｌだけ離れた箇所に設定されている。
　各γ線検出部１５ａ，１５ｂは、γ線センサ１５ｃと、γ線センサ１５ｃを覆うコリメータ１５ｄよりなる。
　γ線センサ１５ｃには、公知のγ線センサを適用することができる。例えば、γ線を受けて蛍光を発するシンチレータと、かかる蛍光の強度を測定する光電子増倍管またはフォトダイオードとを備えたシンチレーション検出器が利用できる。また公知の半導体検出器が利用できる。
　コリメータ１５ｄは、γ線センサ１５ｃが検出可能なγ線の入射方向を規制するべく構成されている。本実施形態では、各γ線検出部１５ａ，１５ｂのコリメータ１５ｄは、鉄筋コンクリート３からの即発γ線をコリメートして、中性子線１３ａの照射軸線に対して角度θだけ傾斜した方向からのγ線をγ線センサ１５ｃに到達させる。したがって、γ線センサ１５ｃは、中性子線１３ａの照射軸線に対して角度θだけ傾斜した方向からのγ線のみを検出する。
　このように構成されたγ線検出部１５ａ，１５ｂでは、中性子線１３ａが照射された鉄筋コンクリート３中の特定の含有元素が共鳴中性子を捕獲して放射する即発γ線が検出される。図５は、鉄筋コンクリート３中の特定箇所Ｐに塩化物が存在する場合に、これを非破壊検査装置１により検出する例を示している。
　γ線検出部１５ａ，１５ｂは上述のような位置関係を有するので、各γ線検出部１５ａ，１５ｂは特定箇所Ｐの位置に応じた角度θに向けられたときに特定箇所Ｐからの即発γ線を受容する。それゆえ即発γ線が検出されれば、制御装置２１は簡単な計算式により特定箇所Ｐの位置を算出することができる。このときの計算式は、対象の元素が鉄筋コンクリート３の表面から深さｄだけ内部の位置にあるものとした場合、ｄ＝（ｒ／ｔａｎθ）－Ｌで表すことができる。
　各波高分析器１７ａ，１７ｂは、中性子線源１３からの中性子線１３ａの出力に同期して制御装置２１によりトリガされると、対応する各γ線検出部１５ａ，１５ｂが検出したγ線につき、複数のエネルギー領域に分解して各エネルギー領域ごとに計数する。
　同時計数装置１９は、中性子線源１３からの中性子線１３ａの出力に同期して制御装置２１によりトリガされると、各波高分析器１７ａ，１７ｂがエネルギー領域ごとに計数したγ線の強度を取得する。そして、同時計数装置１９は、各波高分析器１７ａ，１７ｂからそれぞれ取得した各強度を、前述の閾値と比較する。同時計数装置１９は、各γ線検出部１５ａ，１５ｂが検出した何れのγ線の強度も閾値より高いか否かを、各エネルギー領域ごとに判定する。この所定の閾値は、制御装置２１によってγ線の各エネルギー領域別にそれぞれ設定される。また、各エネルギー領域別の閾値は各波高分析器１７ａ，１７ｂ間で共通である。
　以上のようにして同時計数装置１９は、各γ線検出部１５ａ，１５ｂが同時に検出したγ線の、各波高分析器１７ａ，１７ｂにより弁別されたエネルギー領域別の強度が、特定のエネルギー領域において、そのエネルギー領域に対して設定された所定の閾値よりも高いと、そのエネルギー領域を示す判別信号を出力する。
　制御装置２１は、同時計数装置１９が出力する判別信号に基づいて、中性子線源１３からの中性子線１３ａを照射した鉄筋コンクリート３に存在する元素を解析、特定し、また、各γ線検出部１５ａ，１５ｂの上述した位置関係に基づいて、特定した元素の鉄筋コンクリート３における位置（鉄筋コンクリート３の表面からの深さｄ）を、先に説明した式を用いて算出する。
　以上の構成による本実施形態の非破壊検査装置１を用いた鉄筋コンクリート３の検査では、１サイクルの検査において、鉄筋コンクリート３上における移動台１１の位置、言い換えると、鉄筋コンクリート３上における中性子線１３ａの照射位置を、鉄筋コンクリート３の表面全体に亘って例えばマトリクス状に順次変える。
　そして、中性子線１３ａの各照射位置において、以下の（１）乃至（４）の各ステップ、即ち、
（１）中性子線源１３から鉄筋コンクリート３に向けて中性子線１３ａを照射して、中性子線１３ａの中性子を捕獲した鉄筋コンクリート３の含有元素の原子核から即発γ線を放射させるステップと、
（２）中性子線１３ａの照射軸線上の基準点１３ｂから照射軸線と直交する径方向にそれぞれ等しい間隔ｒをおいた測定点１３ｃ，１３ｄにおいて、中性子線１３ａの照射軸線に対して角度θだけ傾斜した方向からのγ線を、γ線検出部１５ａ，１５ｂによって検出するステップと、
（３）γ線検出部１５ａ，１５ｂによって検出されたγ線の強度をエネルギー領域別に弁別するステップと、
（４）中性子線源１３から鉄筋コンクリート３への中性子線１３ａの照射に同期してγ線検出部１５ａ，１５ｂによって同時に検出されたγ線の、同一のエネルギー領域どうしにおける強度が、そのエネルギー領域に対応する所定の閾値よりいずれも高いと、同時計数装置１９において判別された場合に、制御装置２１が、そのエネルギー領域に基づいて、鉄筋コンクリート３中に含有される元素の種類を解析すると共に、この解析した元素の鉄筋コンクリート３中における位置、つまり、中性子線１３ａを照射した鉄筋コンクリート３箇所の表面からの深さｄを、鉄筋コンクリート３に対する中性子線１３ａ上の基準点１３ｂや各測定点１３ｃ，１３ｄ（各γ線検出部１５ａ，１５ｂ）の相対位置に基づいて検出するステップと、が実行される。
　かかる一連のステップは、非破壊検査装置１を移動させて位置を変えつつ、繰り返し実行される。
　上述した１サイクルの検査では、鉄筋コンクリート３の表面から深さｄの層に存在する元素の原子核から即発γ線が放射されると、γ線検出部１５ａ，１５ｂによって検出されることになる。したがって、上述した１サイクルの検査によって、鉄筋コンクリート３の表面から深さｄの層に存在する元素の解析が行われることになる。
　なお、鉄筋コンクリート３の表面から中性子線１３ａの照射軸線上の基準点１３ｂまでの距離Ｌ、基準点１３ｂから各測定点１３ｃ，１３ｄ（各γ線検出部１５ａ，１５ｂ）までの間隔ｒ、及び、各γ線検出部１５ａ，１５ｂによる検出可能なγ線の入射方向（中性子線１３ａの照射軸線に対する傾斜角度θ）のうち一部または全部を適宜変更することで、元素の解析を行う鉄筋コンクリート３の層の位置（表面からの深さｄの値）を変えることができる。
　したがって、上述した距離Ｌ、間隔ｒ、及び、傾斜角度θのうち一部または全部を適宜変更しながら、１サイクルの検査を繰り返せば、鉄筋コンクリート３の表面方向及び深さ方向の全体に亘って、鉄筋コンクリート３に含有される元素の解析が行われることになる。
　ちなみに、同時計数装置１９が判定において用いる各エネルギー領域別の所定の閾値は、分布を検査する対象の元素に応じて、その元素の原子核から放射される即発γ線のエネルギースペクトルに応じた内容に設定すればよい。例えば、鉄筋コンクリート３における鉄筋の分布を検査する際には、即発γ線のエネルギー領域別の所定の閾値を、鉄の原子核が中性子を捕獲して放射する即発γ線のエネルギースペクトルに応じた内容に設定する。一方、鉄筋コンクリート３における塩素（塩化物イオン）の分布を検査する際には、即発γ線のエネルギー領域別の所定の閾値を、塩素の原子核が中性子を捕獲して放射する即発γ線のエネルギースペクトルに応じた内容に設定する。
　そして、本実施形態の非破壊検査装置１では、鉄筋コンクリート３における鉄（鉄筋）の分布を検査する場合に、制御装置２１が設定する即発γ線のエネルギー領域別の所定の閾値を、鉄（鉄筋）の原子核が放射する即発γ線の強度が高いエネルギー領域についてのみ、その値よりも若干低めの値とし、他のエネルギー領域については異なる値（例えば無限大に近い値）とする。
　また、本実施形態の非破壊検査装置１では、鉄筋コンクリート３における塩素（塩化物イオン）の分布を検査する場合に、制御装置２１が設定する即発γ線のエネルギー領域別の所定の閾値を、塩素（塩化物イオン）の原子核が放射する即発γ線の強度が高いエネルギー領域についてのみ、その値よりも若干低めの値とし、他のエネルギー領域については異なる値（例えば無限大に近い値）とする。
　そして、制御装置２１は、エネルギー領域別の所定の閾値を鉄に対応する値に設定して、鉄筋コンクリート３の表面方向及び深さ方向の全体に亘って上述した１サイクルの検査を行うことで、鉄筋コンクリート３中における鉄（鉄筋）の分布を解析する。
　また、制御装置２１は、エネルギー領域別の所定の閾値を塩素に対応する値に設定して、鉄筋コンクリート３の表面方向及び深さ方向の全体に亘って上述した１サイクルの検査を行うことで、鉄筋コンクリート３中における塩素（塩化物イオン）の分布を解析する。
　さらに、制御装置２１は、鉄筋コンクリート３中における鉄（鉄筋）の分布と塩素（塩化物イオン）の分布との接近具合で、鉄筋コンクリート３における鉄筋の塩害による腐食の状態（腐食発生の有無、腐食発生確率、腐食発生予想時期等）を解析する。
　このように、同時計数装置１９が判定において用いる各エネルギー領域別の所定の閾値を、分布を検査する対象の元素に応じて、その元素の原子核から放射される即発γ線のエネルギー領域別のスペクトルに応じた内容に設定することで、検査対象の元素の分布の検査を非破壊検査することができる。
　以上に説明したように、本実施形態の非破壊検査装置１によれば、鉄筋コンクリート３に対する中性子線１３ａの照射箇所を鉄筋コンクリート３の表面方向及び深さ方向の全体に亘って順次変えつつ、鉄筋コンクリート３の含有元素の原子核が中性子の捕獲に伴って放射する即発γ線の、元素に固有のエネルギースペクトルを検出することで、鉄筋コンクリート３の含有元素を非破壊検査によって解析することができる。
　共鳴吸収される中性子のエネルギー範囲は図３に示すとおり極めて狭いため，共鳴中性子が発生してから対象とする検査領域に到達するまでの時間もごく短い時間に限られる。また，γ線は共鳴中性子が対象とする原子核（ここでは塩素35）に吸収されてからすぐに放出される。従って共鳴中性子が発生し，塩素35に吸収され，発生したγ線が検出器に到達するまでの時間は一意に決まり，塩素35までの距離が等しい検出器には，このγ線は同時刻に到達する。このように，複数の検出器で同時計数を行うことで，塩素35に由来するγ線のみを抽出し，計測精度を高めることができる。
　なお、本実施形態では、非破壊検査装置１が対象物である鉄筋コンクリート３上を移動可能な移動台１１を有している場合について説明したが、移動台１１は省略しても良い。また、本実施形態のγ線検出部１５ａ，１５ｂは、中性子線１３ａの照射軸線の周りに１８０゜位相をずらして配置しても良く、それ以外の角度だけ位相をずらして配置しても良い。
　さらに、本発明におけるγ線モニタ（γ線検出部）を配置する測定点の数は、本実施形態のように２つでも良く、３つ以上でも良い。３つ以上の測定点にγ線モニタを配置して用いる場合にも、各測定点は、中性子線１３ａの照射軸線上の基準点１３ｂから照射軸線の径方向に等しい間隔をおいた箇所に、中性子線１３ａの照射軸線の周りに任意の角度だけ位相をずらしてそれぞれ配置されることになる。また、各測定点にそれぞれ配置されるγ線モニタは、対象物からの即発γ線のうち、中性子線１３ａの照射軸線に対して互いに等しい角度だけ傾斜した方向成分をそれぞれ検出することになる。
　また、以上のようにして解析した鉄筋コンクリート３における特定の含有元素の位置を可視化して表示する表示手段を、非破壊検査装置１，１Ａに設けるように構成してもよい。この場合、表示手段による表示形態としては、例えば、鉄筋コンクリート３の表面からの深さ方向と移動台１１の移動方向とにおける塩素の分布の解析結果を示すデータを、塩素の濃度の高低に応じた等高線によって表示する形式や、表示の粗密による濃度表示等の形式によって表示する形式が考えられる。このように、解析した結果をその場で可視化する構成とすることで、鉄筋コンクリート３の非破壊検査を行う現場において、解析結果の迅速な把握に役立てることができる。
　対象物の形状や場所に制約されない非破壊検査方法と、この方法に好適な非破壊検査装置とが提供される。

Claims (6)

  1. 　一以上の元素を含む対象物を非破壊に検査する方法であって、
    　基準点を通る軸線に沿って前記対象物に中性子線を照射し、
    　前記軸線から径方向に等しい距離を置いて離れて配置された複数の測定点において、前記軸線から等しい角度だけ傾斜した方向からのγ線をそれぞれ同期して検出し、
    　検出された前記各γ線を、複数のエネルギー領域ごとに計数し、
    　前記各エネルギー領域ごとに、計数された値を閾値と比較して越えているかどうか判定し、
    　前記計数された値の全てが前記閾値を越えているエネルギー領域を決定し、
    　決定されたエネルギー領域から元素の種類を解析し、
    　前記基準点と、前記各測定点と、前記対象物の表面との間の相対位置と、前記方向とに基づいて、前記解析した種類の元素の前記対象物における位置を検出する、
    　各ステップを含む、方法。
  2. 　前記中性子線の前記対象物に対する照射位置を、前記対象物の表面に沿って順次変えつつ、前記各ステップを実行することを特徴とする請求項１の方法。
  3. 　前記基準点から前記対象物までの前記軸線に沿った距離と、前記軸線からの前記各測定点の距離と、前記γ線の前記方向と、よりなる群より選択された一を順次変えつつ、前記各ステップを実行することを特徴とする請求項１の方法。
  4. 　一以上の元素を含む対象物を非破壊に検査する装置であって、
    　基準点を有し、前記基準点を通る軸線に沿って前記対象物に中性子線を照射するべく位置した中性子線源と、
    　前記軸線から径方向に等しい距離を置いて離れた複数の測定点に配置され、前記軸線から等しい角度だけ傾斜した方向からのγ線をそれぞれ検出するべく構成された複数のγ線モニタと、
    　前記γ線モニタとそれぞれ電気的に接続され、検出された前記各γ線を、複数のエネルギー領域ごとにそれぞれ計数するべく構成された複数の波高分析器と、
    　前記複数の波高分析器と電気的に接続され、前記各エネルギー領域ごとに、計数された値を閾値と比較して越えているかどうか判定し、前記計数された値の全てが前記閾値を越えているエネルギー領域を決定し、決定されたエネルギー領域から元素の種類を解析し、前記基準点と、前記各測定点と、前記対象物の表面との間の相対位置と、前記方向とに基づいて、前記解析した種類の元素の前記対象物における位置を検出するべく構成された制御装置と、
    　を備えた装置。
  5. 　前記各γ線モニタは、前記基準点から前記対象物までの前記軸線に沿った距離と、前記軸線からの前記各測定点の距離と、前記γ線の前記方向と、よりなる群より選択された一を変更可能に構成されている請求項４の装置。
  6. 　前記対象物上を移動可能に構成され、前記中性子線源と前記各γ線モニタとが設置される移動台をさらに備えていることを特徴とする請求項４の装置。
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