WO2020067115A1 - 非破壊検査システム及び非破壊検査方法 - Google Patents

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WO2020067115A1
WO2020067115A1 PCT/JP2019/037501 JP2019037501W WO2020067115A1 WO 2020067115 A1 WO2020067115 A1 WO 2020067115A1 JP 2019037501 W JP2019037501 W JP 2019037501W WO 2020067115 A1 WO2020067115 A1 WO 2020067115A1
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unit
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neutrons
neutron
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PCT/JP2019/037501
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繁憲 永野
華子 愛甲
淑恵 大竹
雄一 吉村
秀行 須長
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株式会社トプコン
国立研究開発法人理化学研究所
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    • G01V5/20—Detecting prohibited goods, e.g. weapons, explosives, hazardous substances, contraband or smuggled objects
    • G01V5/22—Active interrogation, i.e. by irradiating objects or goods using external radiation sources, e.g. using gamma rays or cosmic rays
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N23/203—Measuring back scattering
    • G01N23/204—Measuring back scattering using neutrons
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T3/00—Measuring neutron radiation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T7/00—Details of radiation-measuring instruments

Definitions

  • the present disclosure relates to a non-destructive inspection system and a non-destructive inspection method for performing non-destructive inspection of an inspection object using neutrons.
  • Patent Literature 1 discloses a configuration in which a portable neutron source is mounted on a vehicle and a non-destructive inspection is performed on the inside of the bridge using the neutrons while traveling on the bridge.
  • the detection unit is provided on the near side of the inspection object with respect to the irradiation unit. Because it is good, it can be applied to an inspection object such as a tunnel wall.
  • Embodiments of the present invention have been made in order to solve such problems, and an object of the present invention is to make it possible to accurately specify an inspection position in a nondestructive inspection using neutrons.
  • an object of the present invention is to make it possible to accurately specify an inspection position in a nondestructive inspection using neutrons.
  • a nondestructive inspection system for inspecting a state of an object to be inspected using neutrons.
  • a detection unit that is relatively movable with respect to the inspection object, and detects a neutron emitted from the irradiation unit through the inspection object, and the position and orientation of the detection unit.
  • a position and orientation detection unit that can be detected, and a calculation unit that generates information on the object to be inspected from information detected by the detection unit, wherein the detection unit includes a wall member that forms a through-path.
  • a collimator made of a material that absorbs neutrons generated through the inspection object, and a neutron detector that can detect neutrons that have passed through the collimator are integrally configured, and the arithmetic unit is configured such that the neutron detector is And neutrons information out with, position information and orientation information indicating an orientation indicating a position of the detection unit the position and orientation detecting section detects from, and generates information about the location and composition of the object to be inspected.
  • the above-described position and orientation detection unit may generate the orientation information of the detection unit according to an axial direction of the through path of the collimator.
  • the detection unit may further include a GNSS reception module, and the position and orientation detection unit may generate the position information of the detection unit from information on the GNSS reception module. .
  • the detection unit further includes a reflector capable of reflecting distance measurement light, and the position and orientation detection unit measures the position with the reflector using the distance measurement light.
  • the position information and / or the posture information of the detection unit may be generated based on information from a surveying device.
  • the above-described non-destructive inspection system further includes a support unit that directly or indirectly connects the irradiation unit and the detection unit, and a drive unit that drives the support unit, and the position and orientation detection unit includes: The position information and / or the posture information of the detection unit may be detected from the state information of the driving unit.
  • the neutron detector may detect neutrons scattered backward in the object.
  • the neutron detector may detect a neutron transmitted through the inspection object.
  • the neutrons radiated by the irradiating unit are fast neutrons
  • the neutrons detected by the detecting unit are thermal neutrons
  • the collimator has a high-speed It may be a material that transmits neutrons and absorbs thermal neutrons.
  • the arithmetic unit may generate information on the composition of the inspection object as color information according to the type of the composition.
  • the wall material forming the penetration path a collimator made of a material that absorbs neutrons generated through the inspection object, and a neutron detector that can detect neutrons that have passed through the collimator
  • the inspected position in the nondestructive inspection performed on the inspection object using neutrons, the inspected position can be accurately specified, and thereby the internal structure of the inspection object can be determined. Analysis can be performed with high accuracy.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the neutron detection unit according to the first embodiment of the present invention. It is an enlarged view of a neutron detection unit part.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a control system of the nondestructive inspection device according to the embodiment of the present invention. It is an example of a screen of an analysis result outputted to an output part of an analysis device. It is a schematic side view showing the whole nondestructive inspection system concerning a 2nd embodiment of the present invention. It is an enlarged drawing of a neutron detection unit part concerning a 2nd embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic side view showing the entire nondestructive inspection system according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of a neutron detection unit (detection unit) according to the first embodiment of the present invention. It is.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a neutron detection unit
  • FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a control system of the nondestructive inspection apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • the configuration of the nondestructive inspection device of the present embodiment will be described based on these drawings.
  • the nondestructive inspection system 1 of the first embodiment includes a mobile neutron source unit 3, a neutron detection unit 4, a support unit 5, a position and orientation detection unit 6,
  • the device 7 is mounted and configured.
  • the vehicle 2 is, for example, a truck, and has a carrier 2a on which a portable neutron source unit 3, a neutron detection unit 4, a support unit 5, and a position and orientation detection unit 6 are mounted, and an analysis device 7 is mounted on a driver's seat 2b.
  • a nondestructive inspection is performed using the block B made of concrete as an inspection object.
  • the portable neutron source unit 3 is a power source unit 10, a linear accelerator 11, and a target station 12, which are neutron sources for generating neutrons, a holding unit 13 of the target station 12, and a generated neutron. It has an irradiation unit 14 for irradiating in the direction.
  • the power supply unit 10 is a generator that supplies power to each unit.
  • the generator of the power supply unit 10 preferably has at least a power generation performance capable of generating protons, has a small voltage fluctuation, and can withstand a harmonic current.
  • the power supply unit 10 may include a battery that can store the power generated by the generator.
  • the linear accelerator 11 has an ion source 11a for generating protons on the front side of the vehicle 2, and is connected to the target station 12 from the ion source 11a via a cylindrical accelerator 11b.
  • the accelerator 11b accelerates protons generated by the ion source 11a and irradiates the target station 12 as a proton beam.
  • the target station 12 is covered by a substantially spherical shield, and a neutron generation target (not shown) is provided inside.
  • the shield is made of a material that shields neutrons and gamma rays, and is made of, for example, boron-containing polyethylene or lead.
  • the target collides with protons to generate neutrons (fast neutrons), such as beryllium (Be).
  • the target station 12 is held by the holding unit 13.
  • the holding unit 13 has a rectangular column shape standing upright on the loading platform 2a, and a connecting portion between the accelerator 11b and the target station 12 penetrates the inside. Then, the tip of the target station 12 is exposed to the outside.
  • the irradiation unit 14 is an opening formed in the target station 12 and can selectively irradiate fast neutrons directed in a predetermined direction among fast neutrons generated in the target station 12.
  • the irradiation unit 14 can change the opening position on the target station 12, and can change the irradiation direction of the fast neutrons by changing the opening position.
  • the neutron detection unit 4 can detect thermal neutrons directed in a predetermined direction, and can detect a thermal neutron, and a collimator 32 for increasing the directivity of thermal neutrons incident on the neutron detection unit 20. It is comprised including.
  • the neutron detector 20 is configured as one detector array 23 in which four square detection modules 22 are arranged on one surface of a rectangular parallelepiped detector main body 21.
  • the detection surface of the neutron detection unit 4 is formed by the detector array 23, and information on the size of the detection surface is known.
  • the detection module 22 is formed by arranging a plurality of square detection elements vertically and horizontally on the detection surface without any gap.
  • the detection element has no sensitivity to fast neutrons, but has sensitivity to thermal neutrons.
  • a power supply, a control unit for controlling the exposure time and exposure timing of the detection element, and a signal processing unit for receiving the detection signal of each detection element and calculating the coordinates in the detection plane and the neutron intensity are provided.
  • the neutron detection unit 20 can generate information on thermal neutrons detected by each detection element.
  • the neutron detector has four detector modules to form the detector array. However, the number of the neutron detectors is not limited to this, and may be, for example, one.
  • the collimator 30 has a plurality of through paths P extending in the same direction in the housing 31. More specifically, the casing 31 has a cubic shape, and the through-passage P has a tubular shape with a circular cross section due to a wall material. In the collimator 30 of the present embodiment shown in FIG. 2, eight through-paths P are arranged in a row on the opening surface where the openings of the through-paths P are arranged.
  • the casing forming the collimator 30 and the wall material forming the through path P are made of a material that transmits high-speed neutrons Nf and absorbs thermal neutrons Ns. Therefore, the thermal neutrons Ns generated at the defective portion D passing through the through-passage P have directivity in the axial direction of the collimator 30 that has passed without being absorbed by the wall material, that is, in the axial direction of the through-passage P.
  • cadmium (Cd) or boron (B) can be used as a material of the wall material.
  • the ratio (R: L) between the opening diameter R and the passage length is preferably about 1:50.
  • the collimator 30 is attached to the neutron detection unit 20 integrally with the neutron detection unit 20 so that the through-path P is substantially perpendicular to the detection surface of the neutron detection unit 20.
  • the support unit 5 includes a support base 40, three arms 41a, 41b, 41c, and 41d, and three links 42a, 42b, and 42c that rotatably connect the arms. ing.
  • the support table 40 is mounted on the holding unit 13 of the neutron source unit 3.
  • a first arm 41a that can rotate in the horizontal direction is erected on the support base 40.
  • the distal end of the first arm 41a is connected to one end of a second arm 41b via a first link 42a.
  • the second arm 41b is connected to the third arm 41c via the second link 42d, and the third arm 41c is connected to the fourth arm 41d via the third link 42c.
  • the neutron detection unit 4 is connected to the tip of the fourth arm 41d.
  • Each link 42a, 42b, 42c is freely rotatable in the vertical direction.
  • the support unit 5 defines the horizontal direction by the first arm 41a and the vertical direction by 42a, 42b, and 42c for each link, and thereby the position and posture of the neutron detection unit 4. Can be freely changed.
  • a plurality of encoders are mounted on each driving portion of the support unit 5, for example, a horizontal angle (not shown) between the support base 40 and the first arm 41a for detecting a horizontal rotation angle.
  • a detection unit horizontal encoder
  • Each of the links 42a, 42b, and 42c is provided with a vertical angle detector (vertical encoder) (not shown) that detects a vertical rotation angle.
  • the length of each arm 41a, 41b, 41c, 41d, the radius of each link 42a, 42b, 42c, and the mounting angle of the fourth arm 41d with respect to the neutron detection unit 4 are determined as specifications and are known.
  • the position / posture detection unit 6 includes a GNSS50 (Global NavigationGSatellite System) and a GNSS50 (Inertial Measurement Unit).
  • GNSS50 Global NavigationGSatellite System
  • GNSS50 Inertial Measurement Unit
  • the GNSS 50 is, for example, a GPS (Global Positioning System) and is provided on the support 40 of the support unit 5.
  • the GNSS 50 can receive information from the satellite and detect its own position coordinates, that is, the position information of the support base 40.
  • the distance between the GNSS 50 and the first arm 41a is known, and by specifying the coordinate position of the GNSS 50, the position coordinates of the first arm 41a can also be specified.
  • the IMU 51 is an inertial navigation device, for example, a device including a gyro and a compass.
  • the IMU 51 is provided on the support base 40 similarly to the GNSS 50, and can detect the inclination (posture information) of the support base 40, that is, the posture information of the vehicle 2.
  • the neutron detection unit 4, the support unit 5, and the position / posture detection unit 6 are connected to the analysis device 7 in a wired or wireless manner so that they can communicate with each other.
  • the analysis device 7 is, for example, a personal computer, as shown in FIG. 4, an arithmetic processing unit (operation unit) 60 including a CPU, an input unit 61 including a keyboard and a mouse, an output unit 62 including a display, a hard disk,
  • the storage unit 63 includes a memory and the like.
  • the storage unit 63 stores the known information described above.
  • the arithmetic processing unit 60 further includes a neutron information generation unit 70, a position information calculation unit 71, a posture information calculation unit 72, and an analysis unit 73 for executing a program of analysis software for nondestructive inspection.
  • the neutron information generation unit 70 acquires information on the thermal neutrons detected by the neutron detection unit 20 from the neutron detection unit 4 and generates neutron information. For example, information such as the intensity distribution of thermal neutrons in the detection plane of the neutron detection unit 20 is generated.
  • the position information calculation unit 71 calculates the information of the position coordinates detected by the GNSS 50 and the information of each encoder of the support unit 5, that is, the horizontal rotation angle of the first arm 41a, the vertical direction of each link 42a, 42b, 42c. Obtain the rotation angle of. Further, known information stored in the storage unit 63, that is, the distance between the GNSS 50 and the first arm 41a, the length of each arm 41a, 41b, 41c, 41d, the radius of each link 42a, 42b, 42c, Information such as the mounting angle between the arm 41d and the neutron detection unit 4 and the size of the detection surface are acquired. The position information of the neutron detection unit 4 is calculated based on these pieces of information. The position information of the neutron detection unit 4 is calculated, for example, as global coordinates.
  • the attitude information calculation unit 72 calculates the attitude information of the neutron detection unit 4 from the attitude information detected by the IMU 51 and the information of each encoder of the support unit 5 described above. Specifically, the posture information calculation unit 72 calculates the axial direction of the collimator, that is, the direction of the detection surface of the neutron detection unit 4.
  • the analysis unit 73 includes neutron information generated by the neutron information generation unit 70, position information indicating the position of the neutron detection unit 4 calculated by the position information calculation unit 71, and neutron detection unit calculated by the posture information calculation unit 72.
  • the posture information indicating the posture of No. 4 is acquired. Then, the analysis unit 73 generates information on the position and composition of the block B, which is the inspection object, from these pieces of information, and can output the information to the output unit 62 or the storage unit 63 as, for example, an analysis result.
  • a plan such as a traveling route of the vehicle 2 and an inspection position of the inspection object is set.
  • the neutron source unit 3 drives the support unit 5 while irradiating the test object with neutrons while driving the vehicle 2 according to the plan and stopping or running the vehicle 2 at the planned predetermined position. Then, the neutron detection unit 4 is moved to the inspection target position.
  • the neutron irradiation generates protons by first supplying power from the power supply unit 10 to the ion source 11 a of the linear accelerator 11, and accelerates the protons through the accelerator 11 b to the target in the target station 12. The collision produces fast neutrons. Then, only the fast neutrons Nf traveling in a predetermined direction out of the fast neutrons diffused from the target are irradiated from the irradiation unit 14 toward the inspection object (the block B in the present embodiment).
  • the neutron detection unit 4 moves to the vicinity of the inspection target portion of the inspection target by driving each actuator in the support unit 5, and the detection surface faces the inspection target portion, that is, the neutron detection unit 4 passes through the through path P of the collimator 30. Positioning is performed in a posture where the inspection target portion is located on the extension in the axial direction. At this time, the tip of the collimator 30 may abut on the block B, which is the inspection object, or may have a certain interval. When the tip of the collimator 30 is in contact with the block B, it is not necessary to consider the distance between the neutron detection unit 4 and the inspection object in the analysis performed by the analysis device 7 described later.
  • the position of the neutron detection unit 4 is determined by the support unit 5 so that the interval becomes a predetermined distance, or a distance sensor (not shown) is used.
  • the interval may be measured by using this.
  • part of the fast neutrons Nf applied to the block B is transmitted as it is, and the remaining part is scattered as thermal neutrons Ns inside the block B.
  • the defect D in the block B contains a light element such as water, which is lighter than concrete
  • the fast neutrons Nf are deprived of the energy by the light element and relatively more thermal neutrons than the other parts of the block B. Occurs.
  • the defect portion D is a void
  • thermal neutrons Ns are not generated at that portion, so that thermal neutrons Ns do not scatter, and the amount (intensity) of thermal neutrons is relatively higher than other portions of the block B. Less.
  • the neutron detection unit 4 regulates the thermal neutrons Ns scattered by the collimator 30 and selectively allows only the thermal neutrons Ns directed substantially perpendicular to the detection surface of the neutron detector 20. For example, as shown in FIG. 3, only the thermal neutrons Ns incident substantially perpendicularly to the detection surface among the thermal neutrons Ns backscattered from the defect portion D pass through the through path P. On the other hand, the thermal neutrons Ns that enter the collimator 30 at an angle with respect to the axial direction of the penetration path P are absorbed by the wall material.
  • the neutron detector 20 detects the incident thermal neutrons Ns and outputs information on the thermal neutrons (for example, the number of incident thermal neutrons Ns) to the neutron information generator 70 of the analyzer 7.
  • the position information calculation unit 71 acquires the position coordinate information at this time and the information of each encoder from the GNSS 50 and the support unit 5, and calculates the position information of the neutron detection unit 4.
  • the posture information calculation unit 72 acquires the information of each encoder from the support unit 5 and the posture information from the IMU 51, and calculates the posture information of the neutron detection unit 4.
  • the analysis unit 73 acquires the neutron information, the position information and the posture information of the neutron detection unit 4, generates information on the position and the composition of the block B as the inspection object, and outputs the information as the analysis result. Output to the storage unit 63.
  • the neutron information detected by the neutron detection unit 4 is based on the information of the thermal neutrons Ns limited to the thermal neutrons Ns directed in the direction perpendicular to the detection surface by the collimator 30. It can be specified as the internal structure of the block B on the extension in the direction. Then, the global coordinates in the internal structure of the block B can be calculated from the global coordinates of the neutron detection unit 4 calculated from the position information and the posture information of the neutron detection unit 4.
  • FIG. 5 a screen example of an analysis result output to the output unit 62 is shown.
  • a schematic overall image of the block is described in an upper frame 81
  • a cross-sectional image is shown in a lower left frame 82
  • various information is written in a lower right frame 83 in the screen 80.
  • the upper frame 81 a side view of the block B is shown, and a range in which the internal structure has been analyzed is indicated by a rectangular frame.
  • a cross-sectional image of the selected location is displayed in the lower left frame 82.
  • the selected rectangular frame is indicated by oblique lines.
  • the cross-sectional image displayed in the lower left frame 52 allows the internal structure to be visually observed and the presence of defective portions such as water, voids, and rust to be confirmed.
  • information on the composition of the inspection object is displayed as color information according to the type of the composition, such as light blue for water, gray for voids, and red for rust.
  • FIG. 5 shows a three-dimensional image, it may be a two-dimensional image.
  • the neutron detection unit 4 regulates the thermal neutrons Ns incident on the neutron detection unit 20 by the collimator 30 so that the heat detected by the neutron detection unit 20 is controlled. It is possible to specify which part of the test object the information of the neutrons Ns is. That is, by specifying the axial direction of the through-passage P of the collimator 30, the position of the inspection object detected by the neutron detection unit 20 is specified. Are generated according to the axial direction of
  • the position and orientation of the neutron detection unit 4 are specified by the support unit 5 and the position and orientation detection unit 6, and the position of the neutron detection unit 4 is associated with the object to be inspected, so that the inspection position inside the object to be inspected can be accurately determined. Can be specified. Thereby, the internal structure of the inspection object can be analyzed with high accuracy.
  • the position information of the neutron detection unit 4 is calculated using the GNSS 50 and the encoder of the support unit 5, and the attitude information of the neutron detection unit 4 is calculated using the encoder of the IMU and the support unit.
  • the position and orientation of the neutron detection unit 4 can be easily specified.
  • the neutron detection unit 4 can detect the thermal neutrons scattered back inside the test object, thereby disposing the neutron detection unit 4 in front of the test object with respect to the neutron source. Can be easily installed.
  • the analysis unit 73 of the analysis device 7 generates information on the composition of the test object as color information corresponding to the type of the composition by generating information on the composition of the test object as light blue for water, gray for voids, and red for rust. Can be easily grasped.
  • the position and orientation detection unit 6 may be provided in the neutron detection unit 4 instead of the support 40 of the support unit 5.
  • the position information calculation unit 71 and the posture information calculation unit 72 can calculate the position information and the posture information of the neutron detection unit 4 irrespective of the information of the support unit 5.
  • FIG. 6 is an overall configuration diagram showing a nondestructive inspection system according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 7A is a side view of a neutron detection unit in the second embodiment
  • FIG. 7B is a perspective view of the neutron detection unit seen from the back. It is.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.
  • the non-destructive inspection system 1 'of the second embodiment is different from the non-destructive inspection system 1 of the first embodiment in that the position and orientation unit 50 including the GNSS 50 and the IMU 51 is replaced with a surveying device TS and a reflector as shown in FIG. And a position / orientation unit including Tr.
  • the surveying device TS is, for example, a total station, and is installed at a position that can be surveyed outside the vehicle 2, for example, at a known point.
  • the surveying device TS can irradiate the distance measuring light to the reflector Tr as a target, receive the reflected light, and measure the distance and direction to the reflector Tr. It is also possible to irradiate tracking light to track the reflector Tr. Further, it is preferable that the surveying device TS can communicate with the analyzing device 7 and can transmit a survey result to the analyzing device 7. Alternatively, the survey result may be transferred to the analysis device 7 via a storage medium or the like after the end of the inspection.
  • Three reflectors Tr are attached to the neutron detection unit 4 as shown in FIGS. 7A and 7B.
  • the first reflector Tr1, the second reflector Tr2, and the third reflector Tr3 are installed at three of the four corners on the back surface of the detection unit main body 21. These three positions are known in the neutron detection unit 4, and the position information is stored in the storage unit 63. That is, the position information and the posture information of the neutron detection unit 4 can be calculated by acquiring the measurement information of these three points by the surveying device TS. In addition, if the position information of at least three points can be acquired, the position information and the posture information of the neutron detection unit 4 can be calculated, but four or more reflectors may be provided.
  • the configuration itself of the analysis device 7 in the present embodiment is the same as that of the first embodiment, but the position information calculation unit 71 and the posture information calculation unit 72 use the survey information acquired from the survey device TS to generate a neutron detection unit. 4 is calculated.
  • FIG. 8 is an overall configuration diagram showing a nondestructive inspection system according to a third embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is an enlarged top view of the nondestructive inspection system.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.
  • the non-destructive inspection system 1 ′′ of the third embodiment is different from the non-destructive inspection systems 1, 1 ′ of the first and second embodiments in the neutron detection unit 4 and the support unit 5 in FIGS.
  • the neutron detection unit 4 ′′ and the support unit 90 are configured to include the neutron detection unit 4 ′′ and the support unit 90 that can move in the width direction while following the vehicle 2. It is a destructive inspection system.
  • the position and orientation detection unit 6 ′′ of the third embodiment includes a GNSS 50 ′′ and a GNSS 50 ′′, and is attached to the neutron detection unit 4 ′′.
  • the neutron detection unit 4 ′′ includes a neutron detection unit 20 ′′ and a collimator 30 ′′, and the configuration itself is the same as in the above-described embodiment.
  • the object to be inspected is a bridge slab, a road, or the like
  • the axial direction of the through path of the collimator 30 ′′ is directed downward. That is, the detection surface of the neutron detection unit 20 ′′ is parallel to the road surface.
  • the support unit 90 of the third embodiment includes a first rotation shaft 91, an arm 92, a second rotation shaft 93, a support bracket 94, and a support wheel 95, and includes a neutron detection unit 4 ′′ for a vehicle. 2 is supported so as to be movable.
  • the first rotation shaft 91 is provided at the rear of the loading platform 2a of the vehicle 2 and supports the front end of the arm 92 so as to be rotatable in the horizontal direction.
  • the rear end of the arm 92 is connected to a support bracket 94 via a second rotation shaft 93, and the support bracket 94 is horizontally rotatable with respect to the arm 92.
  • the support bracket 94 is integrally attached to the neutron detection unit 4 ′′, and rotatably supports the support wheel 95.
  • An actuator that can be driven to rotate in the horizontal direction is mounted on the first rotation shaft 91 and the second rotation shaft 93, and a horizontal angle detection unit (horizontal encoder) that detects a horizontal rotation angle is provided. ) Is installed.
  • the length of the arm 92, the size of the support bracket 94, the radius of the support wheel, and the like are determined as specifications and are known, and these information are stored in the storage unit 63 of the analysis device 7.
  • the irradiation unit 14 is directed in the direction of the road surface, and the road surface is irradiated with the fast neutrons Nf. Then, the neutron detection unit 4 ′′ detects the thermal neutrons Ns scattered from the road surface.
  • the support unit 90 can move the neutron detection unit 4 ′′ in the vehicle width direction by driving the first rotation axis and the second rotation axis.
  • the irradiation direction of the fast neutrons Nf from the irradiation unit 14 of the neutron source unit 3 may correspond to the position of the neutron detection unit 4 ′′, or the irradiation unit 14 may irradiate a wide area with the fast neutrons Nf,
  • the detection range may be changed by moving the neutron detection unit 4 ′′ within the detection area.
  • the position and orientation detection unit 5 ′′ may be replaced with a surveying device and a reflector as in the second embodiment, and the position of the neutron detection unit 4 ′′ may be specified.
  • the neutron detection units 4 and 4 ′′ are located between the neutron source unit 3 and the inspection object, and the inspection object Although the thermal neutrons Ns backscattered from are detected, the invention is not limited to such a configuration.
  • the embodiment of the present invention can be applied to a configuration in which a neutron detection unit is disposed behind a neutron source unit with respect to a neutron source unit and thermal neutrons scattered from the inspection object are detected.

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Abstract

非破壊検査システム（１）において、中性子検出ユニット（４）は貫通路を形成する壁材が被検査物（Ｂ）を介して生ずる中性子（Ｎｓ）を吸収する素材からなるコリメータ（３０）と、コリメータ（３０）を通過した中性子（Ｎｓ）を検出可能な中性子検出部（２０）と、が一体に構成され、演算部は、中性子検出部（２０）が検出した中性子の情報と、位置姿勢検出ユニット（６）が検出した中性子検出ユニット（４）の位置を示す位置情報と姿勢を示す姿勢情報と、から、被検査物（Ｂ）の位置及び組成に関する情報を生成する。

Description

非破壊検査システム及び非破壊検査方法
　本開示は中性子を用いて被検査物の非破壊検査を行う非破壊検査システム及び非破壊検査方法に関するものである。
　近年、道路、橋梁、トンネル、建築物等のインフラストラクチャー（以下、インフラ構造物という）の老朽化に対して、適切な維持管理、補修、更新が望まれている。
　このようなインフラ構造物の検査においては、物体に対して透過性を有するＸ線等の放射線を用いることで、被検査物を破壊することなく内部構造を解析することが可能な非破壊検査が行われている。
　特に近年においては、Ｘ線よりも透過性の高い中性子を用いた非破壊検査装置も検討されている。例えば、特許文献１には、車両に可搬型の中性子発生源を搭載して、橋梁の上を走行しつつ、当中性子を用いて当該橋梁内部に対する非破壊検査を行う構成が開示されている。
国際公開番号ＷＯ２０１６／０３５１５１
　しかしながら、特許文献１のような中性子を用いた非破壊検査装置では、被対象物を透過した中性子を検出部により検出するために、中性子の照射部と中性子の検出部とで被対象物を挟み、中性子の照射方向上に検出部を設けなければならない。つまり、照射部に対して被検査物より奥側に検出部を設けることができない被検査物の場合（例えばトンネルの壁）には適用できないため、検査対象が限られている。
　これに対し、被対象物に中性子を照射し、後方散乱した中性子を検出部により検出する手法があり、この手法によれば照射部に対して被検査物より手前側に検出部を設ければよいため、トンネルの壁のような被検査物にも適用が可能である。
　ただし、この手法においては、中性子は目に見えないため照射されている位置を正確に特定できないため、被対象物のどの位置から後方散乱した中性子であるか特定できない。
　特に、インフラ構造物の解析では、被検査物をグローバル座標（ワールド座標）に対応付けるために正確に検査位置を検出する必要がある。つまり、検査位置を特定できなければ、被検査物の内部構造の解析の精度が下がり、不具合のある位置を誤認する可能性も生じてくる。
　本発明の実施形態はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、中性子を用いて行う非破壊検査において、検査位置を正確に特定することができ、それにより被検査物の内部構造を高精度に解析することのできる非破壊検査システム、非破壊検査方法を提供することである。
　上記した目的を達成するために、本発明の実施形態に係る非破壊検査システムは、中性子を用いて被検査物の状態を検査するための非破壊検査システムであって、中性子を照射可能な照射部と、被検査物に対して相対的に移動可能であって、前記照射部から照射された中性子が被検査物を介して生ずる中性子を検出する検出ユニットと、前記検出ユニットの位置及び姿勢を検出可能な位置姿勢検出部と、前記検出ユニットで検出された情報から前記被検査物の情報を生成する演算部と、を備え、前記検出ユニットは、貫通路を形成する壁材が、前記被検査物を介して生ずる中性子を吸収する素材からなるコリメータと、前記コリメータを通過した中性子を検出可能な中性子検出部と、が一体に構成され、前記演算部は、前記中性子検出部が検出した中性子の情報と、前記位置姿勢検出部が検出した前記検出ユニットの位置を示す位置情報と姿勢を示す姿勢情報と、から、前記被検査物の位置及び組成に関する情報を生成する。
　また、上述の前記位置姿勢検出部は、前記検出ユニットの前記姿勢情報を、前記コリメータの前記貫通路の軸方向に応じて生成してもよい。
　また、上述の非破壊検査システムにおいて、前記検出ユニットは、ＧＮＳＳ受信モジュールを更に備え、前記位置姿勢検出部は、前記ＧＮＳＳ受信モジュールの情報から、前記検出ユニットの前記位置情報を生成してもよい。
　また、上述の非破壊検査システムにおいて、前記検出ユニットは、測距光を反射可能な反射体を更に備え、前記位置姿勢検出部は、測距光を用いて前記反射体との位置を測量する測量装置からの情報により、前記検出ユニットの前記位置情報及び／又は前記姿勢情報を生成してもよい。
　また、上述の非破壊検査システムは、前記照射部と前記検出ユニットを直接又は間接に連結する支持部と、前記支持部を駆動する駆動部と、を更に備え、前記位置姿勢検出部は、前記駆動部の状態情報から、前記検出ユニットの前記位置情報及び／又は前記姿勢情報を検出してもよい。
　また、上述の非破壊検査システムは、前記中性子検出部は、前記被検査物の内部にて後方散乱した中性子を検出してもよい。
　また、上述の非破壊検査システムは、前記中性子検出部は、前記被検査物を透過した中性子を検出してもよい。
　また、上述の非破壊検査システムは、前記照射部が照射する中性子は高速中性子であり、前記検出部が検出する中性子は熱中性子であり、前記コリメータは、前記貫通路を形成する壁材が高速中性子を透過し熱中性子を吸収する素材であってもよい。
　また、上述の非破壊検査システムは、前記演算部は、前記被検査物の組成に関する情報を、組成の種類に応じた色情報として生成してもよい。
　また、上述の非破壊検査方法は、貫通路を形成する壁材が、前記被検査物を介して生ずる中性子を吸収する素材からなるコリメータと前記コリメータを通過した中性子を検出可能な中性子検出部と、が一体に構成される検出ユニットを用いて被検出物の状態を検査するための非破壊検査方法であって、照射部が、中性子を照射するステップと、位置姿勢検出部が、前記検出ユニットの位置及び姿勢を検出するステップと、被検査物に対して相対的に移動可能な検出ユニットが、前記照射部から照射された中性子が被検査物を介して生ずる中性子を検出するステップと、演算部が、前記中性子検出部が検出した中性子の情報と、前記位置姿勢検出部が検出した前記検出ユニットの位置を示す位置情報と、姿勢を示す姿勢情報と、から、前記被検査物の位置及び組成に関する情報を生成するステップと、　を備える。
　上記手段を用いる本発明の実施形態によれば、被検査物に対して中性子を用いて行う非破壊検査において、検査した位置を正確に特定することができ、それにより被検査物の内部構造を高精度に解析することができる。
本発明の第１実施形態に係る非破壊検査システム全体を示す概略側面図である。 本発明の第１実施形態に係る中性子検出ユニットの分解斜視図である。 中性子検出ユニット部分の拡大図である。 本発明の実施形態に係る非破壊検査装置の制御系の構成を示すブロック図である。 解析装置の出力部に出力される解析結果の画面例である。 本発明の第２実施形態に係る非破壊検査システム全体を示す概略側面図である。 本発明の第２実施形態に係る中性子検出ユニット部分の拡大図である。 本発明の第２実施形態に係る中性子検出ユニットの背面から見た斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る非破壊検査システム全体を示す概略側面図である。 本発明の第３実施形態に係る非破壊検査システム全体を示す概略上面図である。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
　（第１実施形態）
　図１は、本発明の第１実施形態に係る非破壊検査システム全体を示す概略側面図であり、図２は、本発明の第１実施形態に係る中性子検出ユニット（検出ユニット）の分解斜視図である。また、図３は、中性子検出ユニット部分の拡大図であり、図４は、本発明の実施形態に係る非破壊検査装置の制御系の構成を示すブロック図である。以下、これらの図に基づき本実施形態の非破壊検査装置の構成について説明する。
　図１に示すように、第１実施形態の非破壊検査システム１は、移動体である車両２に可搬型の中性子源ユニット３、中性子検出ユニット４、支持ユニット５、位置姿勢検出ユニット６、解析装置７を搭載し、構成されている。車両２は例えばトラックであり、荷台２ａに可搬型中性子源ユニット３、中性子検出ユニット４、支持ユニット５、位置姿勢検出ユニット６、を搭載し、運転席２ｂに解析装置７を搭載している。本実施形態では、コンクリートからなるブロックＢを被検査物とした非破壊検査を行う。
　可搬型の中性子源ユニット３は、中性子を発生させるための中性子源となる、電源部１０、線形加速器１１、及びターゲットステーション１２と、当該ターゲットステーション１２の保持部１３、生成された中性子を所定の方向に照射する照射部１４を有している。
　詳しくは、電源部１０は、各部に電力を供給する発電機である。電源部１０の発電機は、少なくとも陽子を発生可能な発電性能を備え、電圧変動が少なく、高調波電流に耐えられるものが好ましい。また、電源部１０は、発電機が発電した電力を蓄電可能なバッテリを有していてもよい。
　線形加速器１１は、車両２の前側に陽子を発生させるイオン源１１ａを有し、当該イオン源１１ａから円筒状の加速器１１ｂを介してターゲットステーション１２に接続される。加速器１１ｂは、イオン源１１ａで発生した陽子を加速し、陽子ビームとしてターゲットステーション１２に照射する。
　ターゲットステーション１２は、略球体状の遮蔽体により覆われており、内部には図示しない中性子発生用のターゲットが設けられている。遮蔽体は中性子やガンマ線を遮蔽する素材からなり、例えばホウ素入りポリエチレンや鉛等を用いて形成されている。ターゲットは陽子と衝突して中性子（高速中性子）を生じさせるものであり、例えばベリリウム（Ｂｅ）が挙げられる。また、ターゲットステーション１２は保持部１３により保持される。
　詳細には、保持部１３は荷台２ａの上に立設した四角柱状をなし、加速器１１ｂとターゲットステーション１２との接続部分が内部を貫通している。そして、ターゲットステーション１２の先端部分が外部に露出している。
　照射部１４は、ターゲットステーション１２に形成された開口孔であり、ターゲットステーション１２内で生じた高速中性子のうち所定の方向に指向する高速中性子を選択的照射可能である。当該照射部１４は、ターゲットステーション１２上で開口位置を変更可能であり、開口位置を変えることで高速中性子の照射方向を変えることが可能である。
　中性子検出ユニット４は、所定の方向に指向する熱中性子を検出可能であり、熱中性子を検出可能な中性子検出部２０と、中性子検出部２０に入射する熱中性子の指向性を高めるためのコリメータ３２とを含んで構成される。
　詳細には、図２に示すように、中性子検出部２０は、直方体の検出部本体２１の一面に正方形の検出モジュール２２の４つが配置され一つの検出器アレイ２３として構成されている。このように検出器アレイ２３により中性子検出ユニット４の検出面は形成されており、当該検出面の大きさに関する情報は既知である。
　検出モジュール２２は、正方形をなす検出素子が検出面上の縦横に複数隙間なく配列されて形成されている。当該検出素子は、高速中性子に対する感度は有さず、熱中性子に対する感度を有している。検出部本体２１内には、電源や、検出素子の露出時間や露出タイミングを制御する制御部、各検出素子の検出信号を受信して検出面内座標や中性子強度を算出する信号処理部が設けられている。つまり、中性子検出部２０は、各検出素子が検出した熱中性子の情報を生成可能である。なお、本実施形態における中性子検出部は４つ検出モジュールから検出器アレイを構成しているが、中性子検出部を構成する検出モジュールの数これに限られず、例えば一つでもよい。
　コリメータ３０は、筐体３１内に同一方向に延びる複数の貫通路Ｐが形成されている。詳しくは、筐体３１は立方体をなし、貫通路Ｐは壁材により断面が円形の管状をなしている。図２に示す本実施形態のコリメータ３０は、貫通路Ｐの開口が並んでいる開口面において一列８個の貫通路Ｐが縦横に配列されている。
　図３で示すように、コリメータ３０を構成する筐体及び貫通路Ｐを形成する壁材は高速中性子Ｎｆを透過し、熱中性子Ｎｓを吸収する素材により構成される。そのため、貫通路Ｐを通過する欠陥部Ｄで生じた熱中性子Ｎｓは、壁材により吸収されることなく通過したコリメータ３０の軸方向すなわち貫通路Ｐの軸方向に指向性を有するものとなる。具体的に当該壁材の素材としては、例えばカドミウム（Ｃｄ）またはボロン（Ｂ）を用いることができる。
　図２に戻り、貫通路Ｐは、少なくとも開口径Ｒ（直径）が通路長さＬよりも短く、中性子検出部２０の検出面への入射角（受容角）が略垂直とするためには、開口径Ｒと通路長さとの比（Ｒ：Ｌ）が１：５０程度であることが好ましい。
　そして、コリメータ３０は、貫通路Ｐが中性子検出部２０の検出面に対して略垂直をなすように当該検出面に当接して中性子検出部２０に一体として取り付けられている。
　図１に戻り、支持ユニット５は、支持台４０と、３つのアーム４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄと、各アーム間を回動自在に接続する３つのリンク４２ａ、４２ｂ、４２ｃを含んで構成されている。
　詳細には、支持ユニット５は、支持台４０が中性子源ユニット３の保持部１３上に載置されている。当該支持台４０には水平方向に回動可能な第１のアーム４１ａが立設している。当該第１のアーム４１ａの先端は第１のリンク４２ａを介して第２のアーム４１ｂの一端と接続されている。また第２のアーム４１ｂは第２のリンク４２ｄを介して第３のアーム４１ｃと接続され、第３のアーム４１ｃは第３のリンク４２ｃを介して第４のアーム４１ｄに接続されている。そして、第４のアーム４１ｄの先端に中性子検出ユニット４が接続されている。
　各リンク４２ａ、４２ｂ、４２ｃは鉛直方向の回動自在である。このように、支持ユニット５は、第１のアーム４１ａにより水平方向の向きを規定し、各リンクに４２ａ、４２ｂ、４２ｃによって鉛直方向の向きを規定することで、中性子検出ユニット４の位置及び姿勢を自在に変動可能である。
　さらに、支持ユニット５の各駆動部分には図示しない複数のエンコーダが搭載されており、例えば、支持台４０と第１のアーム４１ａの間には水平方向の回動角度を検出する図示しない水平角検出部（水平エンコーダ）が搭載されている。また、各リンク４２ａ、４２ｂ、４２ｃには鉛直方向の回動角度を検出する図示しない鉛直角検出部（鉛直エンコーダ）が設けられている。また、各アーム４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの長さ、各リンク４２ａ、４２ｂ、４２ｃの半径、第４のアーム４１ｄの中性子検出ユニット４に対する取付角度は仕様として決められており既知である。
　位置姿勢検出ユニット６は、ＧＮＳＳ５０（Ｇｌｏｂａｌ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　Ｓｙｓｔｅｍ）、ＧＮＳＳ５０（Ｉｎｅｒｔｉａｌ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｕｎｉｔ）を含んで構成されている。
　ＧＮＳＳ５０は、例えばＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）であり、支持ユニット５の支持台４０上に設けられている。ＧＮＳＳ５０は、衛星からの情報を受信して自己の位置座標、つまり支持台４０の位置情報を検出可能である。また、ＧＮＳＳ５０は、第１のアーム４１ａとの間隔が既知であり、ＧＮＳＳ５０の座標位置が特定されることで第１のアーム４１ａの位置座標も特定することが可能である。
　ＩＭＵ５１は、慣性航法装置であり、例えばジャイロや、方位磁針を含んで構成される装置である。ＩＭＵ５１は、ＧＮＳＳ５０と同じく支持台４０に設けられており、支持台４０の傾き（姿勢情報）、つまりは車両２の姿勢情報を検出可能である。
　上述した、中性子検出ユニット４、支持ユニット５、位置姿勢検出ユニット６は、それぞれ解析装置７と有線又は無線により通信可能に接続されている。
　解析装置７は、例えばパーソナルコンピュータであり、図４に示すように、ＣＰＵ等からなる演算処理部（演算部）６０、キーボードやマウスからなる入力部６１、ディスプレイ等からなる出力部６２、ハードディスク、メモリ等からなる記憶部６３を有している。例えば、記憶部６３には上述した既知の情報が記憶されている。
　さらに、演算処理部６０は、非破壊検査のための解析ソフトウェアのプログラムを実行するための中性子情報生成部７０、位置情報算出部７１、姿勢情報算出部７２、解析部７３を有している。
　中性子情報生成部７０は、中性子検出ユニット４から中性子検出部２０により検出された熱中性子の情報を取得し、中性子情報を生成する。例えば中性子検出部２０の検出面内における熱中性子の強度分布等の情報を生成する。
　位置情報算出部７１は、ＧＮＳＳ５０により検出される位置座標の情報及び支持ユニット５の各エンコーダの情報、即ち第１のアーム４１ａの水平方向の回動角度、各リンク４２ａ、４２ｂ、４２ｃの鉛直方向の回動角度を取得する。さらに、記憶部６３に記憶されている既知の情報、即ちＧＮＳＳ５０と第１のアーム４１ａまでの距離、各アーム４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの長さ、各リンク４２ａ、４２ｂ、４２ｃの半径、第４のアーム４１ｄと中性子検出ユニット４の取付角度、検出面の大きさ、等の情報を取得する。これらの各情報に基づき中性子検出ユニット４の位置情報を算出する。この中性子検出ユニット４の位置情報は例えばグローバル座標として算出される。
　姿勢情報算出部７２は、ＩＭＵ５１により検出される姿勢情報と、上述した支持ユニット５の各エンコーダの情報から、中性子検出ユニット４の姿勢情報を算出する。具体的には、姿勢情報算出部７２はコリメータの軸方向、即ち中性子検出ユニット４の検出面の向きを算出する。
　解析部７３は、中性子情報生成部７０にて生成した中性子情報、位置情報算出部７１にて算出した中性子検出ユニット４の位置を示す位置情報、及び姿勢情報算出部７２にて算出した中性子検出ユニット４の姿勢を示す姿勢情報を取得する。そして、解析部７３はこれらの情報から、被検査物であるブロックＢの位置及び組成に関する情報を生成し、例えば解析結果として出力部６２や記憶部６３に出力可能である。
　次に、このように構成された非破壊検査システム１における非破壊検査手法について上述した図に基づき説明する。
　まず、非破壊検査を行う前に、車両２の走行ルートや被検査物の検査位置等の計画を設定する。そして、その計画に沿って車両２を走行させ、計画された所定の位置にて車両２を停止又は走行させながら、中性子源ユニット３により被検査物に中性子を照射しつつ、支持ユニット５を駆動して中性子検出ユニット４を検査対象位置に移動させる。
　具体的には、中性子の照射は、まず電源部１０から線形加速器１１のイオン源１１ａへ電力を供給することで陽子を発生させ、当該陽子を加速器１１ｂを通して加速させてターゲットステーション１２内のターゲットに衝突させることで高速中性子を生じさせる。そしてターゲットから拡散される高速中性子のうち所定の方向に向かう高速中性子Ｎｆのみが照射部１４から被検査物（本実施形態ではブロックＢ）に向けて照射される。
　その一方で、中性子検出ユニット４は、支持ユニット５における各アクチュエータの駆動により被検査物の検査対象部分近傍に移動し、検出面が検査対象部分と正対する向き、即ちコリメータ３０の貫通路Ｐの軸方向の延長上に検査対象部分が位置する姿勢で位置決めされる。このとき、コリメータ３０の先端が被検査物であるブロックＢに当接してもよいし、一定の間隔を有していてもよい。コリメータ３０の先端がブロックＢに当接している場合は、後述する解析装置７における解析において、中性子検出ユニット４と被検査物との間の距離を考慮する必要はなくなる。一方、コリメータ３０の先端がブロックＢと間隔を有している場合は、当該間隔が予め定めた距離となるように支持ユニット５によって中性子検出ユニット４の位置を定めたり、図示しない距離センサ等を用いて当該間隔を計測してもよい。
　そして、図３に示すように、ブロックＢに照射された高速中性子Ｎｆのうちの一部はそのまま透過し、残りの一部はブロックＢ内部で熱中性子Ｎｓとなって散乱する。特にブロックＢ内の欠陥部Ｄが水等のコンクリートよりも軽元素が存在する場合は、高速中性子Ｎｆが軽元素にエネルギーを奪われてブロックＢの他の部分よりも相対的に多くの熱中性子が生じる。一方、欠陥部Ｄが空隙である場合は、その部分では熱中性子Ｎｓは生じないため熱中性子Ｎｓの散乱は生じず、ブロックＢの他の部分よりも相対的に熱中性子の量（強度）が少なくなる。
　中性子検出ユニット４は、コリメータ３０が散乱してきた熱中性子Ｎｓを規制し、中性子検出部２０の検出面に略垂直に指向する熱中性子線Ｎｓのみを選択的に通過させる。例えば図３に示すように欠陥部Ｄから後方散乱した熱中性子Ｎｓのうち検出面に対して略垂直に入射する熱中性子Ｎｓのみが貫通路Ｐを通過する。一方、貫通路Ｐの軸方向に対して角度を持ってコリメータ３０に入射する熱中性子Ｎｓは壁材により吸収される。
　中性子検出部２０は、入射した熱中性子Ｎｓを検出して熱中性子の情報（例えば、入射した熱中性子Ｎｓの数）を、解析装置７の中性子情報生成部７０に出力する。
　また、位置情報算出部７１はＧＮＳＳ５０、支持ユニット５から、この時の位置座標の情報、各エンコーダの情報を取得して、中性子検出ユニット４の位置情報を算出する。また、姿勢情報算出部７２は、支持ユニット５からの各エンコーダの情報と、ＩＭＵ５１からの姿勢情報を取得し、中性子検出ユニット４の姿勢情報を算出する。
　そして、解析部７３は、中性子情報、中性子検出ユニット４の位置情報及び姿勢情報を取得して、被検査物であるブロックＢの位置及び組成に関する情報を生成して、解析結果として出力部６２や記憶部６３に出力する。
　詳細には、中性子検出ユニット４により検出される中性子情報は、コリメータ３０により検出面に対して垂直方向に指向した熱中性子Ｎｓに限定された熱中性子Ｎｓの情報に基づくため、貫通路Ｐの軸方向延長上にあるブロックＢの内部構造と特定できる。そして、中性子検出ユニット４の位置情報及び姿勢情報から算出した中性子検出ユニット４のグローバル座標から、ブロックＢの内部構造におけるグローバル座標を算出できる。
　例えば、図５を参照すると、出力部６２に出力される解析結果の画面例が示されている。
図５に示す画面例では、画面８０内の上枠８１にブロックの概略全体像、左下枠８２に断面画像、右下枠８３に各種情報が記載されている。詳しくは、上枠８１では、ブロックＢの側面図が示され、内部構造を解析済みの範囲が矩形の枠で示されている。入力部６１を介して、この中で一つの矩形枠を選択することで、選択箇所の断面画像が左下枠８２に表示される。なお、図５では、選択した矩形枠が斜線で示されている。
　左下枠５２に表示される断面画像により、内部構造を目視でき、水、空隙、錆等の欠陥部分の存在を確認できる。特に、水は水色、空隙は灰色、錆は赤色、等のように、被検査物の組成に関する情報を、組成の種類に応じた色情報として表示する。
　例えば、当該断面画像内にカーソルを移動させると、カーソルで指し示した箇所の位置情報が右下枠８３内に表示される。これにより、欠陥部分の位置をカーソルで指し示すことで、不具合箇所の位置情報を取得できる。なお、図５では３次元画像として表示されているが、２次元画像でもよい。
　このように、本実施形態の非破壊検査システム１によれば、中性子検出ユニット４がコリメータ３０により中性子検出部２０に入射する熱中性子Ｎｓを規制することで、中性子検出部２０により検出される熱中性子Ｎｓの情報が被検査物のどの部分の情報であるかを特定することができる。つまり、コリメータ３０の貫通路Ｐの軸方向を特定することで、中性子検出部２０により検出される被検査物の位置が特定されるため、中性子検出ユニット４の姿勢情報はコリメータ３０の貫通路Ｐの軸方向に応じて生成している。
　そして、支持ユニット５、位置姿勢検出ユニット６により、中性子検出ユニット４の位置及び姿勢を特定し、中性子検出ユニット４と被検査物との位置を対応付けることで、被検査物内部の検査位置を正確に特定することができる。これにより、被検査物の内部構造を高精度に解析することができる。
　特に本実施形態では、ＧＮＳＳ５０と支持ユニット５のエンコーダを用いて中性子検出ユニット４の位置情報を算出し、ＩＭＵと支持ユニットのエンコーダを用いて中性子検出ユニット４の姿勢情報を算出しており、これにより、容易に中性子検出ユニット４の位置及び姿勢を特定することができる。
　また、中性子検出ユニット４は、被検査物の内部にて後方散乱した熱中性子を検出することで、中性子源に対して被検査物の手前側に中性子検出ユニット４を配置でき、中性子検出ユニット４を容易に設置できる。
　また、解析装置７の解析部７３は、水は水色、空隙は灰色、錆は赤色当、被検査物の組成に関する情報を組成の種類に応じた色情報として生成することで、作業者は結果から容易に欠陥箇所を把握することができる。
　なお、非破壊検査システム１は、位置姿勢検出ユニット６を、支持ユニット５の支持台４０ではなく、中性子検出ユニット４に設けても構わない。この場合、位置情報算出部７１及び姿勢情報算出部７２は、支持ユニット５の情報によらず、中性子検出ユニット４の位置情報及び姿勢情報を算出することができる。
（第２実施形態）
　次に第２実施形態について、図６、７に基づき説明する。図６は本発明の第２実施形態に係る非破壊検査システムを示す全体構成図、図７Ａは第２実施形態における中性子検出ユニットの側面図、図７Ｂは中性子検出ユニットの背面から見た斜視図である。なお、第１実施形態と同じ構成については、同じ符号を付し詳しい説明は省略する。
　第２実施形態の非破壊検査システム１’は、第１実施形態の非破壊検査システム１におけるＧＮＳＳ５０及びＩＭＵ５１からなる位置姿勢ユニット５０に代えて、図６に示すように、測量装置ＴＳと反射体Ｔｒとを含んで構成された位置姿勢ユニットを備えている。
　測量装置ＴＳは例えばトータルステーションであり、車両２の外部にて測量可能な位置、例えば既知点に設置されている。測量装置ＴＳは測距光をターゲットである反射体Ｔｒに照射し、反射した反射光を受光して反射体Ｔｒまでの距離及び方位を測量可能である。また追尾光を照射して反射体Ｔｒを追尾することも可能である。また、当該測量装置ＴＳは、解析装置７と通信可能であり、測量結果を解析装置７に送信可能であることが好ましい。又は検査終了後に記憶媒体等を介して解析装置７に測量結果を移行してもよい。
　反射体Ｔｒは、図７Ａ、図７Ｂに示すように、中性子検出ユニット４に３つ取り付けられている。詳細には、第１の反射体Ｔｒ１、第２の反射体Ｔｒ２、第３の反射体Ｔｒ３は、検出部本体２１の背面の四隅のうちの三か所に設置されている。これらの三か所の位置は中性子検出ユニット４において既知であり、この位置情報は記憶部６３に記憶されている。つまり、測量装置ＴＳにより、これら三点の測量情報を取得することで中性子検出ユニット４の位置情報及び姿勢情報が算出可能である。なお、少なくとも三点の位置情報が取得できれば、中性子検出ユニット４の位置情報及び姿勢情報が算出可能であるが、反射体を４つ以上設けてもよい。
　本実施形態における解析装置７は、構成自体は第１実施形態と同様であるが、位置情報算出部７１及び姿勢情報算出部７２は、測量装置ＴＳから取得した測量情報を用いて、中性子検出ユニット４の位置情報及び姿勢情報を算出する。
　それ以外の構成及び非破壊検査手法については第１実施形態と同じであり、第２の実施形態における非破壊検査システム１は、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
　また、測量装置ＴＳ及び反射体Ｔｒを用いて中性子検出ユニット４の位置情報及び姿勢情報を生成することで、例えばトンネルや建物、橋の下等のような衛星情報を取得できない被検査物に対しても検査可能という利点がある。
（第３実施形態）
　次に第３実施形態について、図８、９に基づき説明する。図８は本発明の第３実施形態に係る非破壊検査システムを示す全体構成図であり、図９は当該非破壊検査システムの拡大上面図である。なお、第１実施形態と同じ構成については、同じ符号を付し詳しい説明は省略する。
　第３実施形態の非破壊検査システム１''は、第１実施形態及び第２実施形態の非破壊検査システム１、１’の中性子検出ユニット４及び支持ユニット５に代えて、図８、９に示すように、車両２に追従しつつ幅方向に移動可能な中性子検出ユニット４''及び支持ユニット９０を含んで構成されており、主に橋の床版や道路等を被検査物とした非破壊検査システムである。また、第３実施形態の位置姿勢検出ユニット６''はＧＮＳＳ５０''及びＧＮＳＳ５０''を含んで構成されており、中性子検出ユニット４''に取り付けられている。
　詳細には、図８、９に示すように、第３実施形態の中性子検出ユニット４''は、中性子検出部２０''及びコリメータ３０''を含んでおり、構成自体は上記実施形態と同様であるが、被検査物が橋の床版や道路等であるためコリメータ３０''の貫通路の軸方向が下方に指向している。つまり、中性子検出部２０''の検出面が路面と平行をなしている。
　第３実施形態の支持ユニット９０は、第１の回動軸９１、アーム９２、第２の回動軸９３、支持ブラケット９４、支持車輪９５を含んで構成され、中性子検出ユニット４''を車両２に追従移動可能に支持している。
　第１の回動軸９１は車両２の荷台２ａの後部に設けられ、アーム９２の前端を水平方向に回動自在に支持している。アーム９２の後端は第２の回動軸９３を介して支持ブラケット９４と接続され、支持ブラケット９４はアーム９２に対して水平方向に回動自在である。支持ブラケット９４は中性子検出ユニット４''に一体に取り付けられているとともに、支持車輪９５を回転可能に軸支している。
　第１の回動軸９１及び第２の回動軸９３には、水平方向に回動駆動可能なアクチュエータが搭載されているとともに、水平方向の回動角度を検出する水平角検出部（水平エンコーダ）が搭載されている。アーム９２の長さ、支持ブラケット９４の大きさ、支持車輪の半径等は仕様として決められており既知であり、これらの情報は解析装置７の記憶部６３に記憶されている。
　第３実施形態の中性子源ユニット３は、照射部１４が路面の方向に指向し、当該路面に向けて高速中性子Ｎｆが照射される。そして、中性子検出ユニット４''は路面から散乱してきた熱中性子Ｎｓを検出する。
　図９に示すように支持ユニット９０は、第１の回動軸及び第２の回動軸を駆動して中性子検出ユニット４''を車幅方向に移動可能である。中性子源ユニット３の照射部１４からの高速中性子Ｎｆの照射方向と中性子検出ユニット４''の位置は互いに対応させてもよいし、照射部１４から広域に高速中性子Ｎｆを照射して、その範囲内で中性子検出ユニット４''を移動させることで、検出範囲を変更してもよい。
　これ以外の構成及び非破壊検査手法については第１実施形態と同じであり、第３の実施形態における非破壊検査システム１は、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
　なお、位置姿勢検出ユニット５''を、第２実施形態のように測量装置及び反射体に代えて中性子検出ユニット４''の位置を特定してもよい。
　以上で本発明の各実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれらの実施形態に限定されるものではない。
　上記各実施形態の非破壊検査システム１、１’、１''はいずれも、中性子検出ユニット４、４''が、中性子源ユニット３と被検査物との間に位置して、被検査物から後方散乱した熱中性子Ｎｓを検出しているが、このような構成に限られるものではない。例えば、中性子検出ユニットを中性子源ユニットに対して被検査物より奥側に配置し、被検査物から散乱した熱中性子を検出するような構成にも本発明の実施形態を適用可能である。
　１、１’、１''　非破壊検査システム
　２　車両
　３　中性子源ユニット
　４　中性子検出ユニット
　５　支持ユニット
　６　位置姿勢検出ユニット
　７　解析装置
１２　ターゲットステーション
１３　保持部
１４　照射部
２０　中性子検出部
３０　コリメータ
２１ａ．　支持台
４１ａ～４１ｄ　アーム
４２ａ～４２ｃ　リンク
５０　ＧＮＳＳ
５１　ＩＭＵ

Claims (10)

  1. 　中性子を用いて被検査物の状態を検査するための非破壊検査システムであって、
    　中性子を照射可能な照射部と、
    　被検査物に対して相対的に移動可能であって、前記照射部から照射された中性子が被検査物を介して生ずる中性子を検出する検出ユニットと、
    　前記検出ユニットの位置及び姿勢を検出可能な位置姿勢検出部と、
    　前記検出ユニットで検出された情報から前記被検査物の情報を生成する演算部と、
    　を備え、
    　前記検出ユニットは、貫通路を形成する壁材が、前記被検査物を介して生ずる中性子を吸収する素材からなるコリメータと、前記コリメータを通過した中性子を検出可能な中性子検出部と、が一体に構成され、
    　前記演算部は、前記中性子検出部が検出した中性子の情報と、前記位置姿勢検出部が検出した前記検出ユニットの位置を示す位置情報と姿勢を示す姿勢情報と、から、前記被検査物の位置及び組成に関する情報を生成する非破壊検査システム。
  2. 　前記位置姿勢検出部は、前記検出ユニットの前記姿勢情報を、前記コリメータの前記貫通路の軸方向に応じて生成する請求項１に記載の非破壊検査システム。
  3. 　前記検出ユニットは、ＧＮＳＳ受信モジュールを更に備え、
    　前記位置姿勢検出部は、前記ＧＮＳＳ受信モジュールの情報から、前記検出ユニットの前記位置情報を生成する請求項１又は２に記載の非破壊検査システム。
  4. 　前記検出ユニットは、測距光を反射可能な反射体を更に備え、
    　前記位置姿勢検出部は、測距光を用いて前記反射体との位置を測量する測量装置からの情報により、前記検出ユニットの前記位置情報及び／又は前記姿勢情報を生成する請求項１又は２に記載の非破壊検査システム。
  5. 　前記照射部と前記検出ユニットを直接又は間接に連結する支持部と、前記支持部を駆動する駆動部と、を更に備え、
    　前記位置姿勢検出部は、前記駆動部の状態情報から、前記検出ユニットの前記位置情報及び／又は前記姿勢情報を検出する請求項１又は２に記載の非破壊検査システム。
  6. 　前記中性子検出部は、前記被検査物の内部にて後方散乱した中性子を検出する請求項１から５のいずれか一項に記載の非破壊検査システム。
  7. 　前記中性子検出部は、前記被検査物を透過した中性子を検出する請求項１から５のいずれか一項に記載の非破壊検査システム。
  8. 　前記照射部が照射する中性子は高速中性子であり、
    　前記検出ユニットが検出する中性子は熱中性子であり、
    　前記コリメータは、前記貫通路を形成する壁材が高速中性子を透過し熱中性子を吸収する素材からなる請求項１から７のいずれか一項に記載の非破壊検査システム。
  9. 　前記演算部は、前記被検査物の組成に関する情報を、組成の種類に応じた色情報として生成する請求項１から８のいずれか一項に記載の非破壊検査システム。
  10. 　貫通路を形成する壁材が、前記被検査物を介して生ずる中性子を吸収する素材からなるコリメータと前記コリメータを通過した中性子を検出可能な中性子検出部と、が一体に構成される検出ユニットを用いて被検出物の状態を検査するための非破壊検査方法であって、
    　照射部が、中性子を照射するステップと、
    　位置姿勢検出部が、前記検出ユニットの位置及び姿勢を検出するステップと、
    　被検査物に対して相対的に移動可能な検出ユニットが、前記照射部から照射された中性子が被検査物を介して生ずる中性子を検出するステップと、
    　演算部が、前記中性子検出部が検出した中性子の情報と、前記位置姿勢検出部が検出した前記検出ユニットの位置を示す位置情報と、姿勢を示す姿勢情報と、から、前記被検査物の位置及び組成に関する情報を生成するステップと、
    　を備える非破壊検査方法。
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