WO2023095513A1 - 観察装置と断面画像取得方法 - Google Patents

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WO2023095513A1
WO2023095513A1 PCT/JP2022/039678 JP2022039678W WO2023095513A1 WO 2023095513 A1 WO2023095513 A1 WO 2023095513A1 JP 2022039678 W JP2022039678 W JP 2022039678W WO 2023095513 A1 WO2023095513 A1 WO 2023095513A1
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detection
inspection object
neutrons
coordinate
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PCT/JP2022/039678
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訓裕 藤田
宇宙 高梨
ちひろ 岩本
淑恵 大竹
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国立研究開発法人理化学研究所
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    • 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
    • G01N23/02—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 transmitting the radiation through the material
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    • G01N23/05—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 transmitting the radiation through the material and forming images of the material using neutrons
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the present invention relates to a non-destructive imaging technology/method for inspecting the inside of an inspection object based on the emitted neutrons emitted from the inside of the inspection object to the outside as a result of irradiating the inspection object with neutrons.
  • infrastructure structures installed in infrastructure facilities that form the basis of industry and life (hereinafter referred to as infrastructure structures) include pipelines (such as steel pipes) that carry LNG and other fluids, and supports that support structures. There are structural parts (e.g. poles or cables) and the like. Infrastructure structures may have internal defects due to poor initial construction or deterioration. For example, imperfections may exist inside infrastructure structures such as water retention spots, iron rust, voids, and the like. Therefore, an infrastructure structure is used as an object to be inspected, and the presence or absence of defects inside the infrastructure is inspected.
  • Patent Document 1 discloses a technique that uses a neutron beam to inspect whether a defect has occurred inside an inspection object.
  • inspection is performed as follows.
  • a pulsed neutron beam is directed at an object to be inspected, such as an airport runway or a roadway for automobiles.
  • Scattered neutrons that have been scattered back in the object to be inspected are detected.
  • Detection count data representing the number of detections of these scattered neutrons with respect to time is generated. Based on this detection number data, it is determined whether or not there is a defect inside the inspection object.
  • an object of the present invention to provide a technique capable of two-dimensionally grasping the state of a virtual cross section inside an inspection object when performing inspection by irradiating the inspection object with neutrons.
  • Another object of the present invention is to provide a non-destructive imaging technique/method capable of three-dimensionally grasping the internal state of an object to be inspected when inspecting the object by irradiating it with neutrons.
  • the observation device comprises: a neutron irradiation device for irradiating an object to be inspected with neutrons; a detection device that detects neutrons emitted from the inspection object at a set of detection positions in the circumferential direction around the inspection object outside the inspection object and measures the number of detected neutrons emitted from each detection position; a data processing device that generates reconstructed cross-sectional data by performing reconstruction processing based on the number of detections at each of the set of detection positions; The reconstructed cross-sectional data represents a two-dimensional distribution of neutron reaction rates in a virtual cross section of the inspection object.
  • three-dimensional internal data may be obtained as follows.
  • the circumferential direction is a direction around a virtual reference line passing through the interior of the inspection object, and a virtual plane intersecting the reference line is an inspection plane
  • the detection device detects neutrons emitted from the inspection object at each of the set of detection positions in the circumferential direction on the inspection plane for each inspection plane whose positions in the direction of the reference line are different from each other, and the detection Measure the number of emitted neutrons detected for each position
  • the data processing device is generating the reconstructed cross-sectional data for each inspection plane based on the number of detections at each of the set of detection positions in the inspection plane; generating three-dimensional internal data based on the plurality of reconstructed cross-sectional data;
  • the three-dimensional internal data represent the three-dimensional distribution of the neutron reaction rate inside the inspection object.
  • a data processing device Based on the number of detections at each of the set of detection positions, a data processing device generates reconstructed cross-sectional data by performing reconstruction processing, The reconstructed cross-sectional data represents a two-dimensional distribution of neutron reaction rates in a virtual cross section of the inspection object.
  • three-dimensional internal data may be obtained as follows.
  • the circumferential direction is a direction around a virtual reference line passing through the inside of the inspection object, and a virtual plane intersecting the reference line is an inspection plane,
  • a set of detection positions in each inspection plane having different positions in the direction of the reference line.
  • the data processing device Based on the number of detections at each of the set of detection positions, the data processing device generates reconstructed cross-sectional data by performing reconstruction processing, generating three-dimensional internal data based on the plurality of reconstructed cross-sectional data;
  • the three-dimensional internal data represent the three-dimensional distribution of the neutron reaction rate inside the inspection object.
  • the reconstructed cross-section data generated by the present invention represents the two-dimensional distribution of the neutron reaction rate in a virtual cross-section inside the inspection object.
  • the neutron reaction rate differs depending on the state at each position in the virtual cross section. Therefore, from the two-dimensional distribution of the neutron reaction rate represented by the reconstructed cross-section data, the state in the virtual cross section can be grasped two-dimensionally.
  • the internal state of the inspection object can be three-dimensionally grasped from the three-dimensional distribution of the neutron reaction rate represented by the three-dimensional internal data.
  • FIG. 1 shows a viewing device according to an embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a view taken along line II-II in FIG. 1
  • 4 is a flow chart illustrating a cross-sectional image acquisition method according to an embodiment of the present invention
  • a cross section of an inspection object simulating a water stagnant spot as a defect with a polyethylene block is shown.
  • FIG. 4A shows the number of neutrons detected for the case of FIG. 4A.
  • 4B shows first two-dimensional image data generated from the data of FIG. 4B;
  • FIG. 6 shows second two-dimensional image data from which a part of FIG. 5 is extracted; 6B shows image data obtained by coordinate-converting the second two-dimensional image data shown in FIG. 6A.
  • FIG. 4A shows the number of neutrons detected for the case of FIG. 4A
  • 4B shows first two-dimensional image data generated from the data of FIG. 4B
  • FIG. 6 shows second two-dimensional image data from which a part of FIG. 5 is extracted
  • 6B
  • FIG. 6B shows reconstructed cross-sectional data obtained by performing reconstruction processing on the data of FIG. 6B.
  • 4B shows three-dimensional internal data generated from a plurality of reconstructed cross-sectional data obtained for a plurality of inspection planes in the inspection object of FIG.
  • 3 shows a cross-section of an inspection object having another shape to which the present embodiment can be applied;
  • FIG. 1 shows an observation device 10 according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a view taken along line II-II in FIG.
  • the observation device 10 irradiates the inspection object 1 with neutrons, and as a result, based on the emitted neutrons emitted from the inspection object 1, the two-dimensional distribution or the three-dimensional distribution of the neutron reaction rate inside the inspection object 1 Generate data representing the original distribution.
  • the neutron reaction rate indicates the reaction rate at each position inside the inspection object 1, and represents the reaction probability with respect to neutrons derived from the density and elemental composition of the inspection object 1 at that position.
  • the emitted neutrons are neutrons that are irradiated to the inspection object 1 and then emitted from the inside of the inspection object 1 .
  • the emitted neutrons are mainly neutrons emitted to the outside of the inspection object 1 by being scattered inside the inspection object 1 .
  • the emitted neutrons may include neutrons that are emitted to the outside of the inspection object 1 by passing through the inspection object 1 without being scattered within the inspection object 1 .
  • the inspection object 1 may be able to surround the outer circumference at a plurality of detection positions in the detection unit 5a described later.
  • Such inspection objects 1 may be pipes, poles, cables and the like.
  • piping as the test object 1 may carry LNG or other fluids
  • pillars or cables as the test object 1 may support equipment or structures.
  • Such an inspection object 1 may be an infrastructure structure as described above.
  • FIG. 1 shows a cross section of a cylindrical test object 1 .
  • Such an inspection object 1 When the inspection object 1 is irradiated with neutrons, it scatters the neutrons inside (for example, with a probability of 30%, 50%, or 80% or more).
  • Such an inspection object 1 may be made of, for example, metal (steel in one example) or concrete, or may be made of other materials. Also, the inspection object 1 may have a plurality of parts made of different materials.
  • the inspection object 1 may be inspected for defects that may exist inside it. Such a defect may be, for example, a stagnant portion (water), iron rust, void, or wall thinning (wall thinning of the pipe that is the inspection target 1) inside the inspection target 1 .
  • the inspection object 1 may also be inspected for the condition of the fluid present in its internal space.
  • the inspection object 1 may be, for example, a pipe in which the fluid flows in its internal space.
  • the neutrons incident on the inspection object 1 are the hydrogen element (for example, hydrogen in the above-mentioned stagnant part or iron rust, or hydrogen contained in the above-mentioned fluid ) (because they are elastically scattered by the hydrogen nuclei) and are likely to be slowed down.
  • the neutrons incident on the inspection object 1 are difficult to be scattered and slowed down in the low-density portion. , and its influence appears in the reconstructed cross-sectional data described later.
  • the inspection object 1 is not limited to the one described above as long as the cross-sectional image acquisition method of the present invention can be performed.
  • the inspected object 1 may be something other than an infrastructure structure.
  • the observation device 10 includes a neutron irradiation device 3 , a detection device 5 and a data processing device 7 .
  • the neutron irradiation device 3 irradiates the inspection object 1 with a large number of neutrons (for example, a neutron beam).
  • the neutron irradiation device 3 has a neutron source 3a that emits neutrons, and irradiates the inspection object 1 with a large number of neutrons from the neutron source 3a during inspection.
  • the neutron source 3a may have a target that emits neutrons when irradiated with a charged particle beam.
  • the target may be lithium, but is not limited to this.
  • the neutron source 3a may be a portable DD fusion reaction neutron source (DD tube).
  • the neutron source 3a may be a radioactive source that emits neutrons (RI (radioactive isotope) source).
  • the radioactive source may be, but is not limited to, 252 Cf.
  • the neutron irradiation device 3 may or may not have the collimator 3b.
  • the collimator 3b shapes the neutrons from the neutron source 3a into a neutron beam with a narrowed cross section. In this case, the neutron irradiation device 3 irradiates the inspection object 1 with the neutron beam shaped in this way.
  • the neutron irradiation device 3 may irradiate the inspection object 1 with pulsed neutrons (for example, a neutron beam), or may irradiate the inspection object 1 with neutrons (for example, a neutron beam) continuously over time.
  • the pulse time width (duration) of the pulsed neutrons is, for example, about 0.1 milliseconds or less than 0.1 milliseconds
  • the repetition frequency of the pulsed neutrons (irradiation of neutrons to the inspection object 1 frequency) is, for example, about 100 Hz, but is not limited to this.
  • the above-described charged particle beam is a pulsed charged particle beam, so that the neutron irradiation device 3 irradiates the inspection object with pulsed neutrons.
  • the neutron irradiation device 3 may be configured to irradiate the inspection object 1 with pulsed neutrons by other methods.
  • the large number of neutrons irradiated to the inspection object 1 by the neutron irradiation device 3 may, for example, mainly contain fast neutrons, or may contain fast neutrons and thermal neutrons, or may contain mainly may contain thermal neutrons, but is not limited to these.
  • the detection device 5 detects each of a plurality of detection positions (hereinafter also simply called a set of detection positions) in the circumferential direction around the inspection object 1 (hereinafter also simply referred to as the circumferential direction). , the emitted neutrons from the inspection object 1 are detected, and the number of detected emitted neutrons is counted for each detection position.
  • the circumferential direction is the direction around the reference line L as shown in FIG.
  • a reference line L is an imaginary line surrounded by a set of detection positions (for example, passing through the inspection object 1).
  • the reference line L may be the center for a set of sensing locations. In this case, the reference line L may be the central axis of the inspection object 1 when the inspection object 1 is elongated like a pipe or a cable.
  • a set of detection positions may be a plurality (a large number) of detection positions set so as to surround the inspection object 1 .
  • the set of detection positions may be arranged at equal angular intervals (at equal angular intervals around the reference line L) over the entire circumferential direction.
  • one set of detection positions may be a large number of detection positions densely (continuously) arranged in the circumferential direction.
  • a set of detection positions may be set on a virtual circle as shown in FIG. rectangle).
  • the inspection plane is a virtual plane that intersects (for example, orthogonally) the reference line L.
  • a set of detection positions is located on one inspection plane. That is, one set of detection positions is included in one inspection plane.
  • the detection device 5 detects a set of Emission neutrons from the inspection object 1 are detected at each of the detection positions, and the number of emitted neutrons detected at each of the set of detection positions is counted.
  • each inspection plane is indicated by a dashed line.
  • the detection device 5 has a detection unit 5a and a measurement section 5b.
  • the detection unit 5a outputs a detection signal indicating that a neutron is incident on the detection position each time a neutron is incident on the detection position in one inspection plane or in each of a plurality of inspection planes.
  • the detection unit 5a may be configured to selectively detect neutrons with energies below a predetermined value (eg thermal neutrons) and not detect neutrons with energies above the predetermined value.
  • the predetermined value may be a value lower than the average energy of neutrons (for example, the energy of fast neutrons) with which the neutron irradiation device 3 irradiates the inspection object 1 .
  • the detection unit 5 a may have a position sensitive detector (PSD: Position Sensitive Detector) 15 .
  • PSD Position Sensitive Detector
  • the detection units 5a are arranged at a set of detection positions in the circumferential direction as shown in FIG. of the detector 15.
  • the detection unit 5a when configured to selectively detect thermal neutrons, may be based on a helium-3 ( 3 He) proportionality coefficient tube, or with a scintillator containing lithium-6 ( 6 Li). A combination with an optical sensor may also be used.
  • the detection unit 5a may be configured to selectively detect medium-speed neutrons and not to detect neutrons other than medium-speed neutrons.
  • the detection unit 5a may be a combination of a scintillator containing at least one of chlorine ( 35 Cl) and bromine ( 79 Br, 81 Br) and an optical sensor.
  • the detection unit 5a may be a combination of a scintillator containing CLYC or LaBr 3 and a light sensor.
  • the detection unit 5a is not limited to the above, and may be, for example, a combination of a scintillator containing 155 Gd, 157 Gd, 10 B, etc. and an optical sensor, or a neutron imaging plate. There may be.
  • a neutron imaging plate is obtained by mixing Gd or 6 Li into a stimulable phosphor.
  • each optical sensor described above may be a photomultiplier tube or SiPM (Silicon Photomultiplier), but is not limited thereto.
  • Thermal neutrons generally indicate neutrons having an energy value of around 25 meV or less at room temperature, and medium-velocity neutrons have sufficiently higher energy than thermal neutrons (several keV or more and less than several hundred keV ), and fast neutrons refer to neutrons having several hundred keV or higher.
  • thermal neutrons may be neutrons having an energy of several tens of meV (for example, 50 meV) or less
  • medium neutrons are Neutrons having energies above a few keV (eg, 5 keV) and below hundreds of keV (eg, 500 keV)
  • fast neutrons may be neutrons having energies above several hundred keV (eg, 500 keV).
  • the measurement unit 5b Based on a large number of detection signals output from the detection unit 5a, the measurement unit 5b measures the number of emitted neutrons at each of a set of detection positions on the inspection plane for one inspection plane or each of a plurality of inspection planes. Count the number of detections.
  • the measurement part 5b may be incorporated in the above-mentioned optical sensor such as SiPM.
  • the data processing device 7 generates reconstructed cross-sectional data by performing reconstruction processing based on the number of detections at each of a set of detection positions measured by the detection device 5 (measurement unit 5b).
  • the reconstructed cross-section data represent the two-dimensional distribution of the neutron reaction rate in the virtual cross section of the inspection object 1 . That is, the reconstructed cross section data represents the neutron reaction rate at each two-dimensional coordinate on the virtual cross section of the inspection object 1 .
  • This virtual cross section, a set of detection positions and an inspection plane correspond to each other. That is, this virtual cross section is a cross section (hereinafter also simply referred to as a virtual cross section) of the inspection object 1 along an inspection plane that includes a set of detection positions.
  • the data processing device 7 calculates the number of detection positions on the inspection plane for each inspection plane.
  • Reconstructed cross-sectional data may be generated based on the plurality of detection numbers in each, and three-dimensional internal data may be generated based on these multiple reconstructed cross-sectional data.
  • the three-dimensional internal data represent the three-dimensional distribution of the neutron reaction rate inside the inspection object 1 . That is, the three-dimensional internal data represents the neutron reaction rate at each three-dimensional coordinate inside the inspection object 1 .
  • the plurality of detection planes may be planes (for example, a large number of planes) arranged densely (continuously) in the direction of the reference line L as shown in FIG.
  • the data processing device 7 has a ratio calculation unit 7a, a reconstruction unit 7b, and a three-dimensional data generation unit 7c.
  • the ratio calculation unit 7a and the reconstruction unit 7b generate reconstructed cross-sectional data by performing the following processing for a set of detection positions on one inspection plane.
  • the ratio calculation unit 7a calculates the ratio of the number of detections at each detection position to the reference value for each of a set of detection positions.
  • the reference value is the number of detections when it is assumed that the inspection object 1 has no defects. May be set. In this case, the reference value may differ depending on the detection position.
  • the reference value is the state in which the entire internal space is homogeneous (for example, the state in which the entire internal space is air). , or a state in which the entire internal space is filled with the fluid). Also in this case, the reference value may differ depending on the detection position.
  • the reconstruction unit 7b generates reconstructed cross-sectional data by performing reconstruction processing on each ratio at a set of detection positions. In the reconstruction process, the reconstruction unit 7b converts the ratios of the set of detection positions into neutron reaction rates at a plurality of two-dimensional coordinates on the virtual cross section corresponding to the set of detection positions.
  • the ratio calculator 7a and the reconstructor 7b When generating three-dimensional internal data, the ratio calculator 7a and the reconstructor 7b perform the above-described processing for each of a set of detection positions corresponding to each of a plurality of inspection planes.
  • the three-dimensional data generator 7c generates the above-described three-dimensional internal data based on a plurality of reconstructed cross-sectional data generated by the ratio calculator 7a and the reconstructor 7b and corresponding to a plurality of inspection planes. do.
  • the reference value described above may be set in advance for each detection position in the detection unit 5a with respect to the inspection object 1 in the reference state.
  • the reference state may be a state in which the inspection object 1 does not contain any defects.
  • the reference state is the state in which the entire internal space is homogenous as described above (for example, the internal space The entire internal space may be filled with air, or the entire internal space may be filled with the fluid).
  • the reference value may be set as follows. Under the following detection conditions (a) and (b), when the inspection object 1 in the reference state is irradiated with neutrons for the set irradiation time and inspected, at each detection position on the detection plane for the set measurement time The number of detected neutrons may be obtained by experiments, simulations, or the like, as described later, and set as the reference value for the detection position. The end point of the set measurement time may be after the end point of the set irradiation time. When the pulsed neutron beam is irradiated, the inspection object 1 may be intermittently irradiated with the pulsed neutron beam over the set irradiation time.
  • the positional relationship and attitude relationship (orientation relationship) among the detection unit 5a, the inspection object 1, and the neutron irradiation device 3 are set in advance.
  • the spectrum of the neutrons irradiated to the inspection object 1 by the neutron irradiation device 3 is determined.
  • the neutron spectrum is the energy distribution of a large number of neutrons irradiated from the neutron irradiation device 3 to the inspection object 1 over the set irradiation time. In this distribution, for each energy, the number of neutrons having that energy is represented. be.
  • an inspection experiment is performed on a plurality of inspection objects 1 having the same structure (eg, material, shape, dimensions, etc.). These inspection objects 1 may be objects assumed to be in a reference state (for example, objects assumed to have a low defect existence probability).
  • An inspection experiment is performed for each inspection object 1 .
  • the neutron irradiation device 3 irradiates the inspection object 1 with neutrons, and the detection device 5 counts the number of detections at each detection position.
  • An average value of a plurality of detection numbers at each detection position obtained for a plurality of inspection objects 1 at each detection position is set as a reference value for the detection position.
  • a specimen having the same structure as the actual inspection object 1 but in a reference state is prepared, and an inspection experiment is performed on this specimen.
  • the neutron irradiation device 3 irradiates the specimen with neutrons
  • the detection device 5 measures the number of detections at each detection position, and the number of detections is Set as a reference value at the detection position.
  • the number of neutrons incident on each detection position in the detection unit 5a when the inspection object 1 in the reference state is inspected is simulated. and set the number as a reference value at the detection position.
  • the reference value at each detection position may be stored in the storage unit 7d of the data processing device 7.
  • the ratio calculation unit 7a may use the reference value of the storage unit 7d when calculating the ratio at each detection position.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a cross-sectional image acquisition method according to an embodiment of the invention. This method is performed using the observation device 10 described above.
  • steps S1 to S5 are performed to generate reconstructed cross-sectional data.
  • step S1 the reference value at each detection position of the detection unit 5a is set as described above and stored in the storage section 7d.
  • step S2 the neutron irradiation device 3 and the detection unit 5a are arranged with respect to the inspection object 1. This arrangement is performed so as to satisfy the detection condition (a) described above.
  • step S3 the inspection object 1 is irradiated with neutrons by the neutron irradiation device 3. At this time, the time for irradiating the inspection object 1 with neutrons is the same as the above-described set irradiation time when setting the reference value.
  • step S4 the detection unit 5a detects emitted neutrons emitted from the inspection object 1 as a result of step S3 at each of the set of detection positions, and the measurement unit 5b detects the corresponding The number of emitted neutrons detected at each of a set of detection positions is counted.
  • the time for this measurement is the same as the set measurement time described above when setting the reference value.
  • the set measurement time is, for example, 10 seconds or more and 10 minutes or less, but is not limited to this range. Steps S3 and S4 are performed under the above detection conditions (a) and (b).
  • step S5 the data processing device 7 generates reconstructed cross-sectional data by performing reconstruction processing based on the number of detections at each of the set of detection positions measured in step S4.
  • step S5 has step S51 and step S52.
  • step S51 the ratio calculator 7a calculates the ratio of the number of detected positions to the reference value of the detected positions for each of the set of detected positions in the detection unit 5a. This calculation is performed based on the reference value of each detection position set in step S1 and the number of detections of each detection position measured in step S4.
  • step S52 the reconstruction unit 7b generates reconstructed cross-sectional data by performing reconstruction processing. That is, the reconstruction unit 7b converts the plurality of ratios calculated in step S51 for one set of detection positions into neutron reaction rates at a plurality of two-dimensional coordinates on the virtual cross section. Thereby, the reconstructing unit 7b generates reconstructed cross-section data representing the neutron reaction rate at each two-dimensional coordinate on the virtual cross section.
  • the reconstructing unit 7b may store the obtained reconstructed cross-sectional data in the storage unit 7e of the data processing device 7.
  • the data processing device 7 may output the reconstructed cross-sectional data generated by the reconstruction unit 7b to the outside.
  • This output destination may be the display 9, for example.
  • a display 9 displays the reconstructed cross-sectional data output from the data processing device 7 .
  • the display 9 displays a coordinate system representing two-dimensional coordinates in a virtual cross section and a neutron reaction rate at each two-dimensional coordinate as reconstructed cross-sectional data in FIGS. 9A to 9C, which will be described later. indicate.
  • the neutron reaction rate may be displayed by color, shade, or the like.
  • the display 9 may be a component of the observation device 10 .
  • steps S4 and S5 are performed for a plurality of inspection planes. That is, when generating three-dimensional internal data, steps S1 to S5 are performed. Steps S1, S4, and S5 are performed as follows. Furthermore, step S6, which will be described later, is performed. Points not described below may be the same as those described above.
  • Steps S1, S4, and S5 are performed for each of a plurality of inspection planes whose positions in the direction of the reference line L are different from each other.
  • step S1 for each inspection plane, reference values are set as described above for each of a set of detection positions on the detection plane.
  • the detection unit 5a detects neutrons emitted from the inspection object 1 at each of a set of detection positions on the inspection plane, and the measurement unit 5b detects the set of detection positions on the inspection plane. Measure the number of detections in each of
  • step S5 for each inspection plane, the data processing device 7 performs reconstruction processing based on the number of detections at each of the set of detection positions on the inspection plane calculated in step S4. Generate configuration section data.
  • steps S51 and S52 are performed for a set of detection positions on each detection plane.
  • the ratio calculator 7a calculates the ratio of the number of detections of the detection position to the reference value of the detection position for each of a set of detection positions on the detection plane.
  • the reconstruction unit 7b converts a plurality of ratios calculated in step S51 for a set of detection positions on the detection plane into neutrons at a plurality of two-dimensional coordinates in the corresponding virtual cross section. Convert to reaction rate. Thereby, the reconstructing unit 7b generates reconstructed cross-sectional data representing the neutron reaction rate at each two-dimensional coordinate on the corresponding virtual cross-section for each detection plane.
  • step S6 the three-dimensional data generator 7c generates the three-dimensional internal data described above from the reconstructed cross-sectional data on each inspection plane obtained in step S5.
  • the step S52 for generating reconstructed cross-sectional data includes steps Sa to Sc described below, and processing is performed in the order of steps Sa to Sc.
  • the data processing device 7 generates first two-dimensional image data from the ratio at each of the set of detection positions.
  • the first two-dimensional image data is constructed as follows from the above ratios.
  • Ci be a pixel value representing the above ratio at each of a set of detection positions arranged in order in the circumferential direction.
  • i is the identification number of a plurality of detection elements (detectors 15) constituting the detection unit 5a.
  • Each of these multiple detection elements i corresponds to a set of detection positions defined in the detection unit 5a.
  • i takes an integer from 0 to N-1.
  • N is the total number of detection elements i in one set (same below).
  • FIG. 4B shows a simulation result of the number of detections by each detector element i (detector 15) when each detector 15 detects neutrons with an energy of 100 eV or less in the case of FIG. 4A.
  • solid line data indicates the number of detections, and dashed line data indicates the reference value.
  • Image data in which C 0 to C N-1 are pixel values representing ratios of detection elements i 0 to 63, respectively, and C 0 to C N-1 are arranged in this order in a first direction (for example, up and down direction).
  • Image data obtained by arranging a plurality of one-dimensional image data in a second direction (for example, horizontal direction) intersecting (for example, perpendicular to) the first direction is defined as first two-dimensional image data.
  • M be the number of one-dimensional image data constituting the first two-dimensional image data (the same applies hereinafter).
  • M may be the same as or different from N.
  • each one-dimensional image data other than the leading one-dimensional image data in the second direction is replaced by another primary image data adjacent to the one-dimensional image data from the leading side (for example, left side) in the second direction.
  • the original image data (simply referred to as adjacent one-dimensional image data) is shifted by a predetermined shift amount in a direction in which each pixel of C 0 to C N-1 is circulated in the first direction (for example, FIG. 5, which will be described later). data).
  • each one-dimensional image data other than the first one-dimensional image data in the second direction is the adjacent one-dimensional image data in the first direction corresponding to the predetermined shift amount.
  • the predetermined shift amount may be the same for all the one-dimensional image data forming the first two-dimensional image data. Further, the predetermined shift amount may be the same amount as the dimension in the first direction of the pixel of one pixel value C i (the subscript indicates the identification number of the detection element i). The amount may be smaller than the dimension, or the amount may be larger than the first direction dimension. If the predetermined amount of deviation is smaller or larger than the dimension in the first direction, the apparent spatial resolution of the reconstructed two-dimensional cross-sectional image is improved or lowered.
  • the first two-dimensional image data can be expressed by the following equation (1).
  • T i,j in Equation (1) indicates the pixel value of a pixel whose row number is i and whose column number is j in the first two-dimensional image data.
  • T i,j ⁇ C k
  • i+j k mod N ⁇ (1)
  • T i,j i is the identification number of the detector element as described above and takes an integer from 0 to N ⁇ 1.
  • j indicates the identification number of the one-dimensional image data arranged in the second direction and takes an integer from 0 to M ⁇ 1.
  • the matrix T can represent the first two-dimensional image data.
  • FIG. 5 shows the first two-dimensional image data obtained from the number of detections and reference values in FIG. 4B.
  • the first two-dimensional image data may be image data in which pixels are arranged in a rectangular shape in N rows and M columns, as shown in FIG.
  • the pixel value (the above ratio) is represented by the shade of each pixel within the rectangular frame, and the darker the color of the pixel, the larger the above ratio.
  • the up-down direction is the first direction
  • the left-right direction is the second direction.
  • the first two-dimensional image in FIG. 5 is represented by the matrix T in Equation (2) above.
  • the numbers arranged vertically on the left side of the rectangular frame are pixel numbers, and the numbers arranged horizontally below the rectangular frame are identification numbers j of the one-dimensional image data arranged in the second direction. is.
  • step Sb the data processing device 7 generates second two-dimensional image data by extracting a continuous range in the first direction corresponding to half or less of the circumference of the inspection object 1 from the first two-dimensional image data.
  • the data processing device 7 generates the second two-dimensional image data from the ratio of each of the set of detection elements i without generating the first two-dimensional image data (that is, without performing step Sa). may be generated.
  • the continuous range in the first direction corresponds to, for example, half the circumference of the inspection object 1 (for example, corresponds to N/2 pixels continuous in the first direction).
  • the second two-dimensional image data can be represented by the following equation (3).
  • Sp ,j in equation (3) indicates the pixel value of a pixel whose row number is p and whose column number is j in the second two-dimensional image data.
  • Sp ,j ⁇ Ck
  • p+r+j k mod N ⁇ (3)
  • p is an integer from 0 to Q ⁇ 1
  • j is an integer from 0 to M ⁇ 1
  • r is the first number of the continuous line range in the first direction. be.
  • the second two-dimensional image data can be represented by a matrix S.
  • the gradation is reversed with respect to FIG. That is, for each pixel in FIG. 6A, the pixel value (the above ratio) is represented by the shade of the pixel, and the lighter the color of the pixel, the larger the above ratio.
  • the up-down direction is the first direction, and the left-right direction is the second direction.
  • the second two-dimensional image data of FIG. 6A is represented by the matrix S of Equation (4) above.
  • the numbers (16 to 47) arranged vertically on the left side of the two-dimensional image data are pixel numbers, and the numbers (0 to 31) arranged horizontally on the lower side of the two-dimensional image data are pixel numbers.
  • step Sc the data processing device 7 performs coordinate transformation on the second two-dimensional image data, and performs reconstruction processing on the data after the coordinate transformation to generate reconstructed cross-sectional data.
  • the second two-dimensional image data is data S(j, p) representing pixel values at each coordinate (j, p) in the jp coordinate system.
  • the jp coordinate system is a two-dimensional coordinate system having a j coordinate axis pointing in the second direction and a p coordinate axis pointing in the first direction.
  • j indicates the j-axis coordinate
  • p indicates the p-axis coordinate.
  • j takes a value from 0 to M and indicates a pixel in the j-th column in the second two-dimensional image data (the pixel with the column number j is a coordinate range in which the j-axis coordinate is j or more and less than j+1). may occupy).
  • p takes a value from 0 to Q and indicates a pixel in the p-th row in the second two-dimensional image data (the pixel with the row number p is in the coordinate range where the p-axis coordinate is not less than p and less than p+1). may occupy).
  • the data processing device 7 coordinate-transforms S(j, p) in the jp coordinate system into transformation data F(x, y) according to the following equations (5) and (6).
  • x j/M (5)
  • y ⁇ cos( ⁇ p/Q) (6)
  • F(x, y) represents the value (pixel value) at each coordinate (x, y) in the xy coordinate system.
  • the xy coordinate system is a two-dimensional coordinate system having an x coordinate axis and a y coordinate axis.
  • x indicates the x-axis coordinate
  • y indicates the y-axis coordinate.
  • Q is the number of detection elements i present in a range spanning half the circumference in the circumferential direction. good.
  • x takes a value from 0 to 1
  • a pixel with column number j has an x-axis coordinate of j /M and less than (j+1)/M
  • ⁇ is a preset coefficient.
  • ⁇ is a coefficient whose absolute value is less than or equal to 1 and greater than zero.
  • FIG. 6B shows F(x, y) in the xy coordinate system obtained by subjecting the second two-dimensional image data S(j, p) in FIG. 6A to coordinate transformation using the above equations (5) and (6).
  • pixel values of zero are set as margins in the range where the absolute value of the y-axis coordinate is 1/4 to 1/2.
  • cos ( ⁇ p/Q) is based on the directivity of each detector 15 arranged at equal intervals on the circumference.
  • the orientation of each detector 15 is the direction from the detector 15 to the reference line L.
  • FIG. That is, in the inspection plane (FIG. 4A), each detector 15 and the reference line L face each other.
  • the pixel values C 16 to C 47 of the plurality of pixels whose column number j is 0 are the pixel values (the above ratio or a value indicating the above ratio).
  • the pixel values C 18 to C 49 of the plurality of pixels whose column number j is 2 are the pixel values (the above ratio or a value indicating the above ratio).
  • the set effective detection area of the detector 15 (detection element i) with respect to the incoming direction of neutrons is an area corresponding to the orientation of the detector 15 with respect to the incoming direction due to the directivity (collimator) of the detector 15 .
  • the set effective detection area of each detector 15 is the angle ⁇ between the direction of the detector 15 and the direction opposite to the incoming direction. , cos ⁇ .
  • the effective detection area becomes a value close to one.
  • the pixel value of each coordinate p at each coordinate j indicates that the neutrons from the incoming direction j corresponding to the coordinate j are at each coordinate p. It is regarded as a pixel value based on the number of detections in the set effective detection area.
  • the data processing device 7 uses the converted data F(x, y) generated as described above as a sinogram, and performs reconstruction processing on F(x, y) to generate reconstructed cross-sectional data.
  • FIG. 8A shows reconstructed cross-sectional data obtained by performing reconstruction processing on the transformed data F(x, y) of FIG. 6B. That is, FIG. 8A is reconstructed cross-sectional data (image data) obtained from the data in FIG. 6B.
  • FIG. 8A shows reconstructed cross-sectional data when a polyethylene block as a small water-retaining portion exists at a shallow position as in FIG. 4A. This polyethylene block has a cylindrical shape, its diameter and thickness are both 1 cm, and it is located at a depth of 1.25 cm from the surface of the test object 1 .
  • the left-right direction and the up-down direction are respectively the X-axis direction and the Y-axis direction in FIG. 4A.
  • the center of the image in FIG. 8A is the position of the reference line L in the cross section of the inspection object 1 in FIG. 4A.
  • FIG. 8B shows three-dimensional internal data generated from a plurality of reconstructed cross-sectional data obtained as described above for a plurality of inspection planes in the inspection object 1 of FIG. 4A.
  • the ratio is shown in the XYZ coordinate system. That is, in FIG. 8B, the neutron reaction rate is indicated by the shading inside the cube, and the neutron reaction rate is higher at positions where the shading is lighter.
  • the X-axis and Z-axis correspond to the X-axis and Z-axis of FIG. 4A.
  • FIG. 8A described above corresponds to the XY cross section on the Z coordinate where the polyethylene block exists in FIG. 8B.
  • FIG. 8C corresponds to the YZ section at the X coordinate where the polyethylene blocks are present in FIG. 8B.
  • a known FBP filtered back projection
  • Emitted neutrons emitted from the inspection object 1 as a result of neutron irradiation to the inspection object 1 are detected at a set of detection positions in the circumferential direction around the inspection object 1 . Also, the number of emitted neutrons detected at each of a set of detection positions is counted as the number of measurements. After that, reconstructed cross-sectional data is generated by performing reconstruction processing based on the number of detections at a set of detection positions.
  • the reconstructed cross-section data represents a two-dimensional distribution of neutron reaction rates in a virtual cross-section inside the inspection object 1 .
  • the neutron reaction rate differs between the normal position and the defect position in the virtual cross section. Therefore, from the two-dimensional distribution of the neutron reaction rate represented by the reconstructed cross-section data, it is possible to two-dimensionally grasp the position and existence range of the defect in the virtual cross section. More details are as follows.
  • the part may be deteriorated or initial construction It can be said that it is a defective portion due to unnecessary or the like. That is, it can be said that the two-dimensional coordinates representing the part concerned are the position of the defect.
  • the reconstructed cross-sectional data represent the two-dimensional coordinates of the defect position on the cross section of the inspection object 1 .
  • the neutron reaction rate in the void portion is lower than that in other portions in the virtual cross section represented by the reconstructed cross section data.
  • the detection unit 5a may be configured to selectively detect neutrons having energies lower than the predetermined value (for example thermal neutrons). In this case, in the cross section represented by the reconstructed cross section data, the neutron reaction rate is higher in the stagnant portion than in other portions.
  • FIGS. 9A to 9C are explanatory diagrams of defect inspection by the cross-sectional image acquisition method according to this embodiment.
  • the upper part shows the virtual cross section of the inspection object 1 and the detection unit 5a
  • the lower part shows the reconstructed cross section data corresponding to this virtual cross section.
  • water stagnant parts as defects exist near the surface of the inspection object 1 in FIG. 9A, exist deep inside the inspection object 1 in FIG. 9B, and exist two in FIG. do.
  • the emitted neutrons to be detected may be, for example, one or more of thermal neutrons, medium neutrons, and fast neutrons, and may be detected without distinguishing between them. .
  • the horizontal and vertical axes of the reconstructed cross-sectional data in the lower part indicate the X-axis and Y-axis of the XYZ coordinate system in the upper part, and the origin (intersection) of the horizontal and vertical axes is the inspection object. It corresponds to the center of the virtual cross section of 1.
  • the neutron reaction rate is indicated by shaded portions and white circle portions.
  • the shaded portion is a portion with a low neutron reactivity
  • the white circle portion is a portion with a higher neutron reactivity than the shaded portion.
  • the outer circumference of the shaded portion corresponds to the outer circumference of the cross section of the inspection object 1 .
  • the two-dimensional position, size (existence range), and number of stagnant water portions in the virtual cross section can be obtained from the reconstructed cross section data.
  • FIGS. 10A to 10C are explanatory diagrams of the results of the inspection of the comparative example for the same inspection object 1 and defect as in FIGS. 9A to 9C, respectively.
  • the upper part of FIGS. 10A-10C shows a virtual cross-section of the test object 1.
  • FIG. 10A to 10C as shown in the upper part, detection positions of the detection unit 5a are arranged along the X axis on the XZ plane.
  • the inspection object 1 is irradiated with neutrons, and the scattered neutrons scattered within the inspection object 1 and returned are detected at each detection position of the detection unit 5a, and each The number of scattered neutrons detected at the detection position is determined, and its ratio (the ratio of the number of detected neutrons to the reference value as described above) is determined.
  • FIGS. 10A to 10C are graphs showing the inspection results of the comparative example.
  • the horizontal axis is the X coordinate whose origin corresponds to the center of the imaginary cross section of the inspection object 1
  • the vertical axis is the above ratio (the ratio of the number of detections to the reference value) on the X coordinate of each detection position. indicate.
  • test result graphs have similar shapes. I can't grasp the size. Moreover, in the case of FIG. 10C, even if there are two stagnant portions, they cannot be grasped. On the other hand, in the case of this embodiment, as shown in FIGS. 9A to 9C, it is possible to grasp the position, size, and number of stagnant portions.
  • FIGS. 9A to 9C Examples of cases such as those shown in FIGS. 9A to 9C will be described.
  • FIG. 9A data such as those shown in FIGS. 8A to 8C are obtained.
  • FIG. 11A shows data in the case where the polyethylene block as a large stagnant portion exists at a deep position as shown in FIG. 9B.
  • This polyethylene block is cylindrical, its diameter and thickness are 3 cm and 1 cm, respectively, and is located at a depth of 4.25 cm from the surface of the test object 1 .
  • FIG. 11B shows the XY cross section at the Z coordinate where the polyethylene blocks are present in FIG. 11A.
  • FIG. 11C corresponds to the YZ section at the X coordinate where the polyethylene blocks are present in FIG. 11A.
  • the neutron reaction rate is indicated by shading, and the lighter the shading, the higher the neutron reaction rate (the same applies to FIGS. 12A to 12C described later).
  • the size and depth of the water stagnant portion within the inspection object 1 can be determined. can know the
  • FIG. 12A Three-dimensional internal data obtained by this cross-sectional image acquisition method is shown in FIG. 12A.
  • FIG. 12A shows data when polyethylene blocks exist at two shallow locations as small water retention locations, as shown in FIG. 9C. Each polyethylene block is cylindrical, with a diameter and thickness of 1 cm, and is located at a depth of 1.25 cm from the surface of the test object 1 .
  • FIG. 12B is image data of the XY cross section at the Z coordinate where the polyethylene block exists in FIG. 12A.
  • FIG. 12C is image data of the XZ cross section at the X coordinate where the polyethylene block exists in FIG. 12A.
  • the position and existence of the defect inside the inspection object 1 can be obtained from the three-dimensional distribution of the neutron reaction rate represented by the three-dimensional internal data.
  • the range can be grasped three-dimensionally.
  • the inside of the inspection object 1 is obtained from the reconstructed cross-sectional data or the three-dimensional internal data generated as described above.
  • the state of the fluid can be grasped two-dimensionally or three-dimensionally.
  • the neutron reaction rate at each position in the reconstructed cross-sectional data or the three-dimensional internal data is the average value over the above set measurement time.
  • the fluid inside the inspection object 1 may contain hydrogen as a constituent element, but is not limited to this.
  • the inspection object 1 may be a pipe in which the fluid flows in its internal space.
  • this pipe is a pipe for flowing a gas-liquid two-layer flow containing hydrogen as a constituent element (for example, a mixed fluid of air and water) as the fluid
  • the inspection object 1 may be a cooling pipe provided in a fast breeder reactor and through which liquid sodium flows as a coolant.
  • the inspection object 1 may be a blast furnace. In this case, it is possible to two-dimensionally or three-dimensionally grasp the distribution of the CO 2 gas generated by the reduction reaction and the gas generated due to impurities in the fluidized iron.
  • the detection unit 5a detects energy lower than the predetermined value. (eg, thermal neutrons).
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications can be made within the scope of the technical concept of the present invention.
  • the observation device 10 according to the embodiment of the present invention may not have all of the plurality of items described above, or may have only a part of the plurality of items described above.
  • any one of Modifications 1 to 6 below may be adopted alone, or two or more of Modifications 1 to 6 may be arbitrarily combined and adopted. In this case, the points not described below are the same as those described above.
  • one (or a plurality of) reconstructed cross-sectional data may be generated.
  • a plurality (or a large number) of reconstructed cross-sectional data are generated, and the three-dimensional data generation unit 7c generates three-dimensional internal data from the plurality (or a large number) of reconstructed cross-sectional data.
  • the neutron irradiation device 3 irradiates the inspection object 1 with neutrons in the negative Y-axis direction, but the irradiation direction may be any direction.
  • the neutron irradiation device 3 may irradiate the inspection object 1 with neutrons in the Z-axis direction.
  • the neutron irradiation device 3 may irradiate the inspection object 1 with neutrons from one direction when viewed from the inspection object 1 as in the example of FIG.
  • the inspection object 1 may be irradiated with neutrons from any direction.
  • the ratio of each detection position is obtained in order to generate reconstructed cross-sectional data.
  • the reconstruction unit 7b reconstructs the number of detections at each of a set of detection positions without calculating the ratio of each detection position.
  • the processing may generate reconstructed cross-sectional data.
  • the "ratio" is read as the "number of detections".
  • the inspection object 1 does not have to be cylindrical as shown in FIG.
  • FIG. 13 shows a cross-section of a test object 1 having another shape.
  • the inspection object 1 in FIG. 13 may extend in the direction of a reference line L that intersects (perpendicularly) with the plane of the drawing.
  • the inspection object 1 may have any shape as long as it can be surrounded by a set of detection positions (detectors 15).
  • the data processing device 7 generates transformed data obtained by subjecting the data S(j, p) in the jp coordinate system to coordinate transformation. Data obtained by converting at least the p coordinate into a y coordinate corresponding to the set effective detection area at each p coordinate is sufficient. The width (width in the y-axis direction) of the converted y-coordinate (y-coordinate range) corresponding to the p-coordinate in the converted data should be large.
  • the set effective detection area is the effective area for the neutron incoming direction j corresponding to the j-th column (column of pixels) in the second two-dimensional image data as described above.
  • the transformation data described above may be data F(j, y) obtained by coordinate transformation of only the p coordinate among the j coordinate and the p coordinate in the data S(j, p) using the above equation (6).
  • the ratio calculator 7a may obtain the above ratio using the normalized reference value and the normalized number of detections as follows.
  • the ratio calculator 7a calculates the ratio at each of a set of detection positions i by Di/Ri.
  • the normalized reference value Ri may be stored in the storage unit 7d.
  • the Na and Nb described above may be different from each other, and the time for irradiating the inspection object 1 with neutrons in step S3 is different from the corresponding set irradiation time in setting the reference value.
  • both the time for measuring the number of emitted neutrons detected in step S4 and the corresponding set measurement time for setting the reference value are emitted from the inspection object 1 per unit time. It may be the time until the number of neutrons becomes sufficiently small (for example, becomes substantially zero).

Abstract

観察装置１０は、中性子照射装置３と検出装置５とデータ処理装置７を備える。中性子照射装置３は、検査対象物１に中性子を照射する。検出装置５は、検査対象物１の外部において、検査対象物１を回る周方向の１組の検出位置で、検査対象物１からの放出中性子を検出し、検出位置毎に放出中性子の検出数を計測する。データ処理装置７は、１組の検出位置のそれぞれでの検出数に基づいて、再構成処理を行うことにより、断面データを生成する。断面データは、検査対象物１の仮想断面における中性子反応率の二次元分布を表わす。

Description

観察装置と断面画像取得方法
　本発明は、検査対象物に中性子を照射し、その結果、検査対象物の内部から外部へ放出された放出中性子に基づいて、検査対象物の内部を検査する非破壊イメージング技術・手法に関する。
　産業や生活等の基盤をなすインフラストラクチャー設備に設けられた構造物（以下でインフラ構造物という）には、ＬＮＧや他の流体を流すパイプライン（例えば鋼鉄製の管）や、構造を支える支持構造部（例えば柱又はケーブル）等がある。インフラ構造物は、初期施工不良や劣化などにより内部に欠陥を有している場合がある。例えば、欠陥として、滞水箇所、鉄錆、空隙などがインフラ構造物の内部に存在する場合がある。そのため、インフラ構造物を検査対象物として、その内部の欠陥の有無などが検査される。
　検査対象物の内部に欠陥が生じているかの検査に中性子ビームを用いる技術が特許文献１に開示されている。特許文献１では、次のように検査を行っている。空港の滑走路や自動車の道路などの検査対象物にパルス中性子ビームを照射する。検査対象物において散乱して戻って来た散乱中性子を検出する。これらの散乱中性子の検出数を時間に対して表した検出数データを生成する。この検出数データに基づいて、検査対象物内部における欠陥の有無を判断する。
国際公開第２０１７／０４３５８１号
　中性子を検査対象物に照射して検査を行う場合に、検査対象物の仮想断面の状態（例えば、仮想断面における欠陥の位置や存在範囲）を二次元的に把握できるようにすることが望まれる。また、中性子を検査対象物に照射して検査を行う場合に、検査対象物の内部の状態（例えば、内部における欠陥の位置や存在範囲）を三次元的に把握できるようにすることが望まれる。
　そこで、本発明の目的は、中性子を検査対象物に照射して検査を行う場合に、検査対象物の内部の仮想断面の状態を二次元的に把握できる技術を提供することにある。
　また、本発明の目的は、中性子を検査対象物に照射して検査を行う場合に、検査対象物の内部の状態を三次元的に把握できる非破壊イメージング技術・手法を提供することにある。
　本発明による観察装置は、
　検査対象物に中性子を照射する中性子照射装置と、
　検査対象物の外部において、検査対象物を回る周方向の１組の検出位置で、検査対象物からの放出中性子を検出し、検出位置毎に放出中性子の検出数を計測する検出装置と、
　前記１組の検出位置のそれぞれでの前記検出数に基づいて、再構成処理を行うことにより、再構成断面データを生成するデータ処理装置と、を備え、
　前記再構成断面データは、検査対象物の仮想断面における中性子反応率の二次元分布を表わす。
　また、この場合、次のように三次元内部データが求められてもよい。前記周方向は、検査対象物の内部を通る仮想の基準線を中心に回る方向であり、前記基準線に交差する仮想平面を検査平面として、
　前記検出装置は、前記基準線の方向の位置が互いに異なる各検査平面について、当該検査平面における前記周方向の１組の検出位置の各々で、検査対象物からの放出中性子を検出し、当該検出位置毎に放出中性子の検出数を計測し、
　前記データ処理装置は、
　前記検査平面毎に、当該検査平面における前記１組の検出位置のそれぞれでの前記検出数に基づいて、前記再構成断面データを生成し、
　複数の前記再構成断面データに基づいて、三次元内部データを生成し、
　前記三次元内部データは、検査対象物の内部における中性子反応率の三次元分布を表わす。
　更に、本発明による断面画像取得方法では、
　検査対象物に中性子を照射し、
　その結果、前記検査対象物から放出される放出中性子を、前記検査対象物を回る周方向の１組の検出位置で検出し、検出位置毎に放出中性子の検出数を計測し、
　前記１組の検出位置のそれぞれでの前記検出数に基づいて、データ処理装置が、再構成処理を行うことにより再構成断面データを生成し、
　前記再構成断面データは、前記検査対象物の仮想断面における中性子反応率の二次元分布を表わす。
　また、この場合、次のように三次元内部データが求められてもよい。前記周方向は、前記検査対象物の内部を通る仮想の基準線を中心に回る方向であり、前記基準線に交差する仮想平面を検査平面として、
　前記基準線の方向の位置が互いに異なる各検査平面における１組の検出位置について、
　検査対象物へ中性子を照射した結果、前記検査対象物から放出される放出中性子を、当該１組の検出位置で検出し、検出位置毎に放出中性子の検出数を計測し、
　当該１組の検出位置のそれぞれでの前記検出数に基づいて、データ処理装置が、再構成処理を行うことにより再構成断面データを生成し、
　複数の前記再構成断面データに基づいて、三次元内部データを生成し、
　前記三次元内部データは、前記検査対象物の内部における中性子反応率の三次元分布を表わす。
　本発明により生成される再構成断面データは、検査対象物の内部の仮想断面における中性子反応率の二次元分布を表わす。中性子反応率は、仮想断面における各位置での状態に応じて異なる。したがって、再構成断面データが表わす中性子反応率の二次元分布から、仮想断面における状態を二次元的に把握できる。
　また、上述のように三次元内部データを生成する場合には、三次元内部データが表わす中性子反応率の三次元分布から、検査対象物の内部の状態を三次元的に把握できる。
本発明の実施形態による観察装置を示す。 図１のＩＩ－ＩＩ矢視図である。 本発明の実施形態による断面画像取得方法を示すフローチャートである。 欠陥としての滞水箇所をポリエチレンブロックで模擬した検査対象物の断面を示す。 図４Ａの場合に検出された中性子の数を示す。 図４Ｂのデータから生成した第１の二次元画像データを示す。 図５の一部を抽出した第２の二次元画像データを示す。 図６Ａに示す第２の二次元画像データを座標変換した画像データを示す。 図６Ａの第２の二次元画像データにおいて列番号ｊが０である複数の画素に対応する検出位置ｉ＝１６～４７での中性子検出の説明図である。 図６Ａの第２の二次元画像データにおいて列番号ｊが２である複数の画素に対応する検出位置ｉ＝１８～４９での中性子検出の説明図である。 図６Ｂのデータに再構成処理を行うことにより得られた再構成断面データを示す。 図４Ａの検査対象物における複数の検査平面について得られた複数の再構成断面データから生成された三次元内部データを示す。 図８ＢにおけるＸ＝１５９でのＹＺ断面の画像データである。 本実施形態による非破壊検査の説明図である。 本実施形態による非破壊検査の別の説明図である。 本実施形態による非破壊検査の別の説明図である。 比較例による非破壊検査の説明図である。 比較例による非破壊検査の別の説明図である。 比較例による非破壊検査の別の説明図である。 滞水箇所をポリエチレンブロックで模擬した検査対象物について得られた別の三次元内部データを示す。 図１１ＡにおけるＺ＝１５でのＸＹ断面の画像データである。 図１１ＡにおけるＸ＝１５９でのＹＺ断面の画像データである。 滞水箇所をポリエチレンブロックで模擬した検査対象物について得られた別の三次元内部データを示す。 図１２ＡにおけるＺ＝１５でのＸＹ断面の画像データである。 図１２ＡにおけるＸ＝１５９でのＸＺ断面の画像データである。 本実施形態が適用可能な他の形状を有する検査対象物の断面を示す。
　本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
　図１は、本発明の実施形態による観察装置１０を示す。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ矢視図である。なお、観察装置１０は、中性子を検査対象物１に照射し、その結果、検査対象物１から放出された放出中性子に基づいて、検査対象物１の内部における中性子反応率の二次元分布または三次元分布を表わすデータを生成する。ここで、中性子反応率は、検査対象物１の内部における各位置での反応率を示し、当該位置における検査対象物１の密度と元素組成から導かれる、中性子に対する反応確率を表わす。
　本実施形態において、放出中性子は、検査対象物１に照射され、その後、検査対象物１の内部から放出される中性子である。放出中性子は、主に検査対象物１の内部で散乱させられることで検査対象物１の外部へ放出される中性子である。放出中性子には、検査対象物１内で散乱せずに検査対象物１を透過することで検査対象物１の外部へ放出される中性子が含まれていてもよい。
（検査対象物）
　検査対象物１は、後述の検出ユニット５ａにおける複数の検出位置で、その外周を囲むことができるものであってよい。このような検査対象物１は、配管、柱、ケーブルなどであってよい。例えば、検査対象物１としての配管は、ＬＮＧや他の流体を流すものであってよく、検査対象物１としての柱またはケーブルは、設備や構造物を支持するものであってよい。このような検査対象物１は、上述したインフラ構造物であってよい。図１では、円柱形状の検査対象物１の断面を示している。
　検査対象物１は、自身に中性子が照射された場合に、その内部で当該中性子を（例えば３０％、５０％、又は８０％以上の確率で）散乱させるものである。このような検査対象物１は、例えば、金属（一例では鋼鉄）又はコンクリートで構成されたものであってもよいし、他の材料で構成されたものであってもよい。また、検査対象物１は、互いに異なる材料で構成された複数の部分を有するものであってもよい。
　検査対象物１は、その内部に存在し得る欠陥について検査されるものであってよい。このような欠陥は、例えば、検査対象物１の内部における滞水部分（水）、鉄錆、空隙、又は減肉（検査対象物１である配管の減肉）であってよい。また、検査対象物１は、その内部空間に存在する、流体の状態について検査されるものであってもよい。この場合、検査対象物１は、例えば、その内部空間に当該流体が流れる配管であってよい。検査対象物１の内部に水素元素が存在する場合、検査対象物１に入射した中性子は、当該水素元素（例えば、上述の滞水部分又は鉄錆における水素、又は、上述の流体に含まれる水素）と反応して（水素原子核により弾性散乱させられて）減速させられ易いので、その影響が後述の再構成断面データに現れる。また、検査対象物１の内部に空隙や減肉などの低密度部分が欠陥として存在する場合、検査対象物１に入射した中性子は、当該低密度部分において、散乱され難く、また減速され難いので、その影響が後述の再構成断面データに現れる。
　なお、検査対象物１は、本発明の断面画像取得方法が行えるものであればよく、上述のものに限定されない。例えば、検査対象物１は、インフラ構造物以外のものであってもよい。
（観察装置の構成）
　観察装置１０は、中性子照射装置３と検出装置５とデータ処理装置７を備える。
＜中性子照射装置＞
　中性子照射装置３は、検査対象物１に多数の中性子（例えば中性子ビーム）を照射する。中性子照射装置３は、中性子を放出する中性子源３ａを有し、検査時に、中性子源３ａからの多数の中性子を検査対象物１に照射する。
　中性子源３ａは、一例では、荷電粒子ビームが照射されることにより中性子を放出するターゲットを有するものであってもよい。この場合、ターゲットは、リチウムであってよいが、これに限定されない。別の例では、中性子源３ａは、可搬型ＤＤ核融合反応中性子源（ＤＤ管）であってもよい。更に別の例では、中性子源３ａは、中性子を放出する放射性線源（ＲＩ（ｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅ　ｉｓｏｔｏｐｅ）線源）であってもよい。この場合、放射性線源は、２５２Ｃｆであってよいが、これに限定されない。
　中性子照射装置３は、コリメータ３ｂを有していてもよいし、コリメータ３ｂを有していなくてもよい。コリメータ３ｂは、中性子源３ａからの中性子を断面が絞られた中性子ビームに整形する。この場合、中性子照射装置３は、このように整形された中性子ビームを検査対象物１に照射する。
　中性子照射装置３は、パルス中性子（例えば中性子ビーム）を検査対象物１に照射してもよいし、時間的に連続して中性子（例えば中性子ビーム）を検査対象物１に照射してもよい。前者の場合、パルス中性子のパルス時間幅（持続時間）は、例えば０．１ミリ秒程度であり又は０．１ミリ秒よりも小さく、パルス中性子の繰り返し周波数（検査対象物１への中性子の照射周波数）は、例えば１００Ｈｚ程度であるが、これに限定されない。
　一例では、上述した荷電粒子ビームがパルス荷電粒子ビームであることにより、中性子照射装置３はパルス中性子を検査対象物に照射する。ただし、他の方法で、中性子照射装置３はパルス中性子を検査対象物１に照射するように構成されていてもよい。
　また、中性子照射装置３が検査対象物１に照射する多数の中性子は、例えば、主に高速中性子を含んでいてもよいし、又は、高速中性子と熱中性子を含んでいてもよいし、又は主に熱中性子を含んでいてもよいが、これらに限定されない。
＜検出装置＞
　検出装置５は、検査対象物１の外部にて、検査対象物１を回る周方向（以下で単に周方向ともいう）における複数の検出位置（以下で単に１組の検出位置ともいう）の各々で、検査対象物１からの放出中性子を検出し、検出位置毎に放出中性子の検出数を計測する。周方向は、図１のように、基準線Ｌを回る方向である。基準線Ｌは、１組の検出位置に囲まれた（例えば検査対象物１の内部を通る）仮想線である。基準線Ｌは、１組の検出位置に対する中心であってよい。この場合、検査対象物１が配管やケーブルのように細長く延びるものである場合等には、基準線Ｌは、検査対象物１の中心軸であってよい。
　１組の検出位置は、検査対象物１を囲むように設定される複数（多数）の検出位置であってよい。この場合、１組の検出位置は、周方向の全体にわたって、等角度間隔（基準線Ｌを中心とする等角度間隔）で並んでいてよい。また、１組の検出位置は、周方向において密に（連続的に）並んだ多数の検出位置であってよい。１組の検出位置は、図１のように仮想の円周上に（例えば等角度間隔で、すなわち、等間隔で）設定されていてもよいし、検査対象物１を囲む他の形状（例えば矩形）の外周線上に設定されてもよい。
　以下において、検査平面は、基準線Ｌに交差（例えば直交）する仮想平面である。１組の検出位置は、１つの検査平面上に位置する。すなわち、１組の検出位置は、１つの検査平面に含まれる。検出装置５は、１つの検査平面について、又は、基準線Ｌの方向の位置が互いに異なる複数の検査平面（以下で単に複数の検査平面ともいう）の各々について、当該検査平面上の１組の検出位置の各々で、検査対象物１からの放出中性子を検出し、当該１組の検出位置の各々での放出中性子の検出数を計測する。図２では、各検査平面を破線で示している。
　検出装置５は、検出ユニット５ａと計測部５ｂを有する。
　検出ユニット５ａは、１つの検査平面における又は複数の検査平面の各々における各検出位置について、当該検出位置に中性子が入射する度に、当該検出位置に中性子が入射したことを示す検出信号を出力する。検出ユニット５ａは、所定値以下のエネルギーを有する中性子（例えば熱中性子）を選択的に検出し、当該所定値よりも大きいエネルギーを有する中性子を検出しないように構成されてもよい。ここで、所定値は、中性子照射装置３が検査対象物１に照射する中性子の平均エネルギー（例えば高速中性子のエネルギー）よりも低い値であってよい。
　検出ユニット５ａは、位置敏感型検出器（ＰＳＤ：Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）１５を有するものであってよい。この場合、例えば、検出ユニット５ａは、図１のように周方向の１組の検出位置に配置され、図２のように基準線Ｌの方向に細長く延びる複数（図１の例では６４個）の検出器１５を有するものである。
　検出ユニット５ａは、熱中性子を選択的に検出するように構成される場合、ヘリウム３（３Ｈｅ）比例係数管を用いたものであってもよいし、リチウム６（６Ｌｉ）を含むシンチレータと光センサとを組み合わせたものであってもよい。
　検出ユニット５ａは、中速中性子を選択的に検出し、中速中性子以外の中性子を検出しないように構成されていてもよい。この場合、検出ユニット５ａは、塩素（３５Ｃｌ）と臭素（７９Ｂｒ，８１Ｂｒ）の少なくともいずれかを含んだシンチレータと光センサとを組み合わせたものであってもよい。例えば、検出ユニット５ａは、ＣＬＹＣ又はＬａＢｒ３を含んだシンチレータと光センサとを組み合わせたものであってもよい。
　なお、検出ユニット５ａは、上述に限定されず、例えば、１５５Ｇｄ、１５７Ｇｄ、１０Ｂなどを含むシンチレータと光センサとを組み合わせたものであってもよいし、中性子イメージングプレートを用いたものであってもよい。中性子イメージングプレートは、輝尽性蛍光体にＧｄ又は６Ｌｉを混入させたものである。また、上述した各光センサは、光電子倍増管又はＳｉＰＭ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）であってよいが、これらに限定されない。
　熱中性子は、一般的には、室温で２５ｍｅＶ付近のエネルギー値以下のエネルギーを有する中性子を示し、中速中性子は、熱中性子よりも十分に高いエネルギー（数ｋｅＶ以上であり数百ｋｅＶ未満のエネルギー）を有する中性子を示し、高速中性子は、数百ｋｅＶ以上を有する中性子を示す。ここで、エネルギーによる中性子の名称の閾値に厳格な定義はないため、本願の定義においては、熱中性子は数十ｍｅＶ（例えば５０ｍｅＶ）以下のエネルギーを有する中性子であってよく、中速中性子は、数ｋｅＶ（例えば５ｋｅＶ）以上であり、数百ｋｅＶ（例えば５００ｋｅＶ）未満のエネルギーを有する中性子であり、高速中性子は、数百ｋｅＶ（例えば５００ｋｅＶ）以上のエネルギーを有する中性子であってよい。
　計測部５ｂは、検出ユニット５ａから出力される多数の検出信号に基づいて、１つの検査平面または複数の検査平面の各々について、当該検査平面上の１組の検出位置の各々での放出中性子の検出数を計測する。なお、上述の光センサが用いられる場合、計測部５ｂは、ＳｉＰＭなどの上述の光センサに組み込まれていてもよい。
＜データ処理装置＞
　データ処理装置７は、検出装置５（計測部５ｂ）により計測された、１組の検出位置の各々での検出数に基づいて、再構成処理を行うことにより、再構成断面データを生成する。再構成断面データは、検査対象物１の仮想断面における中性子反応率の二次元分布を表わす。すなわち、再構成断面データは、検査対象物１の仮想断面上の各二次元座標における中性子反応率を表す。この仮想断面と１組の検出位置と検査平面とは互いに対応する。すなわち、この仮想断面は、１組の検出位置が含まれる検査平面による検査対象物１の断面（以下で単に仮想断面ともいう）である。
　複数の検査平面の各々における１組の検出位置の各々での検出数が検出装置５により計測される場合に、データ処理装置７は、検査平面毎に、当該検査平面における１組の検出位置のそれぞれでの複数の検出数に基づいて、再構成断面データを生成し、これら複数の再構成断面データに基づいて、三次元内部データを生成してよい。三次元内部データは、検査対象物１の内部における中性子反応率の三次元分布を表わす。すなわち、三次元内部データは、検査対象物１の内部の各三次元座標について、当該三次元座標における中性子反応率を表す。なお、上記複数の検出平面は、図２のように基準線Ｌの方向において密に（連続的に）並んだ平面（例えば多数の平面）であってよい。
　データ処理装置７は、比率算出部７ａと再構成部７ｂと三次元データ生成部７ｃを有する。比率算出部７ａと再構成部７ｂは、１つの検査平面上の１組の検出位置について、以下の処理を行うことにより再構成断面データを生成する。
　比率算出部７ａは、１組の検出位置の各々について、基準値に対する、当該検出位置での検出数の比率を算出する。検査対象物１が、当該検査対象物１の内部に存在し得る欠陥について検査されるものである場合には、基準値は、検査対象物１に欠陥が存在しないと仮定した場合の検出数として設定されていてよい。この場合、基準値は、検出位置に応じて異なっていてよい。検査対象物１が、その内部空間に存在する流体の状態について検査されるものである場合には、基準値は、当該内部空間の全体が均質な状態（例えば内部空間の全体が空気である状態、又は内部空間の全体に上記流体が満たされている状態）であると仮定した場合の検出数として設定されてよい。この場合においても、基準値は、検出位置に応じて異なっていてよい。
　再構成部７ｂは、１組の検出位置でのそれぞれの比率に対して再構成処理を行うことにより、再構成断面データを生成する。再構成処理において、再構成部７ｂは、１組の検出位置のそれぞれの上記比率を、１組の検出位置に対応する仮想断面上の複数の二次元座標での中性子反応率に変換する。
　三次元内部データを生成する場合には、比率算出部７ａと再構成部７ｂは、複数の検査平面の各々に対応する１組の検出位置の各々について、上述の処理を行う。この場合、三次元データ生成部７ｃは、比率算出部７ａと再構成部７ｂにより生成され、複数の検査平面にそれぞれ対応する複数の再構成断面データに基づいて、上述の三次元内部データを生成する。
＜基準値の設定方法＞
　上述の基準値は、基準状態の検査対象物１について検出ユニット５ａにおける検出位置毎に予め設定されていてよい。検査対象物１がその内部に存在し得る欠陥について検査されるものである場合には、基準状態は、検査対象物１の内部に欠陥が存在しない状態であってよい。検査対象物１がその内部空間に存在する流体の状態について検査されるものである場合には、基準状態は、当該内部空間の全体が上述のように均質になっている状態（例えば内部空間の全体が空気である状態、又は内部空間の全体に当該流体が満たされている状態）であってよい。
　より詳しくは、基準値は次のように設定されてよい。以下の検出条件（ａ）及び（ｂ）の下で、基準状態の検査対象物１に中性子を設定照射時間にわたって照射して検査を行った場合、設定計測時間にわたって検出平面上の各検出位置で検出される中性子の数を、後述のように実験やシミュレーションなどにより求め、当該検出位置の基準値として設定してよい。設定計測時間の終了時点は、上記設定照射時間の終了時点よりも後であってよい。パルス中性子ビームを照射する場合には、上記設定照射時間にわたって、パルス中性子ビームを検査対象物１に断続的に照射してよい。
（ａ）検出ユニット５ａと検査対象物１と中性子照射装置３との位置関係および姿勢関係（向きの関係）が予め設定された位置関係と姿勢関係になっている。
（ｂ）中性子照射装置３が検査対象物１に照射する中性子のスペクトルが、定められたものとなっている。中性子のスペクトルは、上記設定照射時間にわたって中性子照射装置３から検査対象物１に照射される多数の中性子のエネルギー分布であり、この分布において、各エネルギーについて、当該エネルギーを有する中性子の数が表される。
　一例では、同じ構造（例えば材質、形状、寸法など）を有する複数の検査対象物１について検査実験を行う。これらの検査対象物１は、基準状態にあると想定されているもの（例えば欠陥の存在確率が低いと想定されているもの）であってよい。検査実験は、検査対象物１毎に行われる。検査実験では、上記検出条件（ａ）及び（ｂ）の下で、検査対象物１に中性子照射装置３が中性子を照射して検出装置５が各検出位置での検出数を計測する。検出位置の各々について複数の検査対象物１に関して求めた、当該検出位置での複数の検出数の平均値を、当該検出位置の基準値として設定する。
　別の例では、実際の検査対象物１と構造が同じであるが基準状態にある（例えば欠陥が存在しない）供試体を用意し、この供試体について検査実験を行う。検査実験では、上記検出条件（ａ）及び（ｂ）の下で、中性子照射装置３が供試体に中性子を照射して検出装置５が各検出位置での検出数を計測し、検出数を当該検出位置での基準値として設定する。
　さらに別の例では、上記検出条件（ａ）及び（ｂ）の下で、基準状態にある検査対象物１に検査を行った場合に検出ユニット５ａにおける各検出位置に入射する中性子の数をシミュレーションにより求め、当該数を当該検出位置での基準値として設定する。
　各検出位置での基準値は、データ処理装置７の記憶部７ｄに記憶されていてよい。この場合、比率算出部７ａは、各検出位置での上記比率を算出する際に、記憶部７ｄの基準値を用いてよい。
（断面画像取得方法）
　図３は、本発明の実施形態による断面画像取得方法を示すフローチャートである。この方法は、上述の観察装置１０を用いて行われる。
＜再構成断面データの生成＞
　本実施形態による断面画像取得方法では、再構成断面データを生成するために、ステップＳ１～Ｓ５を行う。
　ステップＳ１において、検出ユニット５ａの各検出位置での基準値を、上述のように設定して、記憶部７ｄに記憶させる。
　ステップＳ２において、検査対象物１に対して中性子照射装置３と検出ユニット５ａを配置する。この配置は、上述の検出条件（ａ）を満たすように行われる。
　ステップＳ３において、中性子照射装置３により、検査対象物１に中性子を照射する。この時、検査対象物１へ中性子を照射する時間は、基準値の設定時における上述の設定照射時間と同じである。
　ステップＳ４において、検出ユニット５ａは、ステップＳ３の結果、検査対象物１から放出される放出中性子を、１組の検出位置の各々で検出し、計測部５ｂは、上述の設定計測時間にわたって、当該１組の検出位置の各々での放出中性子の検出数を計測する。この計測の時間は、基準値の設定時における上述の設定計測時間と同じである。設定計測時間は、一例では１０秒以上であり１０分以内の範囲内であるが、この範囲に限定されない。ステップＳ３及びＳ４は、上述の検出条件（ａ）及び（ｂ）の下で行われる。
　ステップＳ５において、データ処理装置７は、ステップＳ４で計測した、１組の検出位置のそれぞれでの検出数に基づいて、再構成処理を行うことにより、再構成断面データを生成する。本実施形態では、ステップＳ５は、ステップＳ５１とステップＳ５２を有する。
　ステップＳ５１では、比率算出部７ａは、検出ユニット５ａにおける１組の検出位置の各々について、当該検出位置の基準値に対する当該検出位置の検出数の比率を算出する。この算出は、ステップＳ１で設定した各検出位置の基準値とステップＳ４で計測した各検出位置の検出数とに基づいて行われる。
　ステップＳ５２では、再構成部７ｂは、再構成処理を行うことにより再構成断面データを生成する。すなわち、再構成部７ｂは、１組の検出位置についてステップＳ５１でそれぞれ算出した複数の比率を、仮想断面における複数の二次元座標での中性子反応率に変換する。これにより、再構成部７ｂは、仮想断面上の各二次元座標における中性子反応率を表わす再構成断面データを生成する。
　再構成部７ｂは、求めた再構成断面データを、データ処理装置７の記憶部７ｅに記憶させてよい。データ処理装置７は、再構成部７ｂが生成した再構成断面データを外部へ出力してよい。この出力先は、例えばディスプレイ９であってよい。ディスプレイ９は、データ処理装置７から出力された再構成断面データを表示する。例えば、ディスプレイ９は、後述の図９Ａ～図９Ｃの再構成断面データのように、仮想断面における二次元座標を表わす座標系と、各二次元座標で中性子反応率とを、再構成断面データとして表示する。ここで、中性子反応率は、色又は濃淡などにより表示されてよい。なお、ディスプレイ９は、観察装置１０の構成要素であってよい。
＜三次元内部データの生成＞
　本実施形態による断面画像取得方法では、三次元内部データを生成する場合には、複数の検査平面について上述のステップＳ４，Ｓ５を行う。すなわち、三次元内部データを生成する場合に、ステップＳ１～Ｓ５を行うが、ステップＳ１，Ｓ４，Ｓ５は、以下のように行われる。また、更に後述のステップＳ６が行われる。以下で説明しない点は、上述と同じであってよい。
　ステップＳ１，Ｓ４，Ｓ５は、基準線Ｌの方向における位置が互いに異なる複数の検査平面の各々について行われる。ステップＳ１では、各検査平面について、当該検出平面上の１組の検出位置の各々について上述のように基準値を設定する。ステップＳ４では、各検査平面について、検出ユニット５ａにおいて、当該検査平面における１組の検出位置の各々で、検査対象物１からの放出中性子を検出し、計測部５ｂは、当該１組の検出位置の各々での検出数を計測する。
　ステップＳ５では、各検査平面について、データ処理装置７は、ステップＳ４で算出した、当該検査平面上の１組の検出位置のそれぞれでの検出数に基づいて、再構成処理を行うことにより、再構成断面データを生成する。
　すなわち、各検出平面上の１組の検出位置について、ステップＳ５１とステップＳ５２を行う。ステップＳ５１では、各検出平面について、比率算出部７ａは、当該検出平面上の１組の検出位置の各々について、当該検出位置の基準値に対する当該検出位置の検出数の比率を算出する。ステップＳ５２では、各検出平面について、再構成部７ｂは、当該検出平面上の１組の検出位置についてステップＳ５１でそれぞれ算出した複数の比率を、対応する仮想断面における複数の二次元座標での中性子反応率に変換する。これにより、再構成部７ｂは、各検出平面について、対応する仮想断面上の各二次元座標における中性子反応率を表わす再構成断面データを生成する。
　ステップＳ６では、三次元データ生成部７ｃは、ステップＳ５で求められた、各検査平面における再構成断面データから上述の三次元内部データを生成する。
＜再構成断面データ生成の詳細＞
　再構成断面データを生成するステップＳ５２は、以下で説明するステップＳａ～Ｓｃを有し、ステップＳａ～Ｓｃの順で処理が行われる。
　ステップＳａでは、データ処理装置７は、１組の検出位置の各々での比率から第１の二次元画像データを生成する。第１の二次元画像データは、上記各比率から次のように構成されたものである。
　まず、周方向に順に配置された１組の検出位置のそれぞれでの上記比率を表わす画素値をＣｉとする。ここで、ｉは、検出ユニット５ａを構成する複数の検出素子（検出器１５）の識別番号であるとする。これら複数の検出素子ｉは、それぞれ、検出ユニット５ａにおいて定められている１組の検出位置に相当する。ｉは０～Ｎ－１までの整数を取る。Ｎは１組の検出素子ｉの全数である（以下同様）。１組の検出素子ｉは、ｉ＝０～Ｎ－１の順で周方向に連続的に配置されている。
　図４Ａは、Ｎ＝６４の場合における１組の検出素子（検出器１５）の識別番号ｉ＝０～６３を示す。また、図４Ａは、図１において、滞水箇所をポリエチレンブロックで模擬した検査対象物１の断面を示す。ポリエチレンの水素密度は、水の水素密度とほぼ同じであるので、ポリエチレンを水とみなせる。また、図４Ａでは、検査対象物１は鋼鉄で形成されている。
　図４Ｂは、図４Ａの場合において、各検出器１５により１００ｅＶ以下のエネルギーの中性子を検出した場合における各検出素子ｉ（検出器１５）での検出数のシミュレーション結果を示す。図４Ｂにおいて、横軸は、検出素子ｉ（検出器１５）の識別番号ｉ＝０～６３を示し、縦軸は、検出数または基準値を示す。図４Ｂにおいて、実線のデータは検出数を示し、破線のデータは基準値を示す。
　Ｃ０～ＣＮ-1をそれぞれ検出素子ｉ＝０～６３での比率を表わす画素値として、Ｃ０～ＣＮ-1を第１方向（例えば上下方向）にこの順で配列した画像データを一次元画像データとする。第１方向と交差（例えば直交）する第２方向（例えば左右方向）に複数の一次元画像データを配列した画像データを第１の二次元画像データとする。第１の二次元画像データを構成する一次元画像データの数をＭとする（以下同様）。Ｍは、Ｎと同じであっても、Ｎと異なっていてもよい。例えば、Ｍは、周方向における半周以下の範囲に存在する検出素子ｉの数であってよく、一例では、Ｍ＝Ｎ／２であってよい。
　第１の二次元画像データにおいて、第２方向の先頭の一次元画像データを除く各一次元画像データは、当該一次元画像データに第２方向の先頭側（例えば左側）から隣接する他の一次元画像データ（単に隣接一次元画像データという）に対して、Ｃ０～ＣＮ-1のそれぞれの画素を第１方向に循環させる方向に所定のずれ量だけずらしたデータ（例えば後述の図５のデータ）である。より詳しくは、第１の二次元画像データにおいて、第２方向の先頭の一次元画像データを除く各一次元画像データは、隣接一次元画像データにおいて、所定のずれ量に相当する第１方向の先頭部分（例えば上端部分）を後端部分に移行させ、当該先頭部分を除く他の部分全体を当該ずれ量だけ第１方向の先頭側にずらしたデータである（より詳しくは、図５を参照して後述する）。
　所定のずれ量は、第１の二次元画像データを構成する全ての一次元画像データについて同じであってよい。また、所定のずれ量は、１つの画素値Ｃｉ（添え字は、検出素子ｉの上記識別番号を示す）の画素の第１方向寸法と同じ量であってもよいし、当該第１方向寸法よりも小さい量であってもよいし、当該第１方向寸法よりも大きい量であってもよい。所定のずれ量が当該第１方向寸法よりも小さい又は大きい場合には、再構成される二次元断面画像の見かけの空間分解能は向上又は低下する。
　所定のずれ量が、１つのＣｉの画素の第１方向寸法と同じ量である場合、第１の二次元画像データは、次式（１）で表すことができる。式（１）のＴｉ，ｊは、第１の二次元画像データにおいて行番号がｉであり列番号がｊである画素の画素値を示す。
 
　Ｔｉ，ｊ＝｛Ｃｋ｜ｉ＋ｊ＝ｋ ｍｏｄＮ｝　・・・（１）
 
　Ｔｉ，ｊにおいて、ｉは、上述のように検出素子の識別番号であり、０からＮ－１までの整数をとる。また、Ｔｉ，ｊにおいて、ｊは、第２方向に配列された一次元画像データの識別番号を示し、０からＭ－１までの整数をとる。また、ｉ＋ｊ＝ｋ ｍｏｄＮは、ｉ＋ｊをＮで割った時の整数の余りがｋであること示す。すなわち、Ｔｉ，ｊについて、ｉ＋ｊをＮで割った時の整数の余りをｋとして、Ｔｉ，ｊ＝Ｃｋである。このＣｋは、ｋ＝ｉとした場合の上述の画素値Ｃｉである。
　ここで、第１の二次元画像データを行列Ｔで表すことができる。この場合、行列Ｔにおいて、行番号がｉであり列番号がｊであるＴの要素Ｔｉ，ｊは、上述の式（１）の通りである。したがって、例えばＮ＝６４でありＭ＝３２である場合には、行列Ｔは、次の［数１］における式（２）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　図５は、図４Ｂの検出数と基準値から得られた第１の二次元画像データを示す。第１の二次元画像データは、図５のように、画素が矩形状にＮ行Ｍ列に配列された画像データであってよい。図５において、矩形の枠内の各画素において当該画素の濃淡により画素値（上記比率）を表わしており、色が濃い画素ほど上記比率が大きい。また、図５において、上下方向が第１方向であり、左右方向が第２方向である。図５の第１の二次元画像は、上式（２）の行列Ｔにより表される。矩形の枠の左側に上下に並んでいる数字は、画素の番号であり、矩形の枠の下側に左右に並んでいる数字は、第２方向に配列された一次元画像データの識別番号ｊである。
　ステップＳｂでは、データ処理装置７は、第１の二次元画像データから、検査対象物１の半周以下に相当する第１方向の連続範囲を抽出した第２の二次元画像データを生成する。なお、データ処理装置７は、第１の二次元画像データを生成することなく（すなわち、ステップＳａを行うことなく）、１組の検出素子ｉの各々での比率から第２の二次元画像データを生成してもよい。第１方向の上記連続範囲は、例えば検査対象物１の半周に相当する（例えば、第１方向に連続するＮ／２個の画素に相当する）。
　第１の二次元画像データが、上式（１）のＴｉ，ｊで表される場合、第２の二次元画像データは、次式（３）で表すことができる。式（３）のＳｐ，ｊは、第２の二次元画像データにおいて行番号がｐであり列番号がｊである画素の画素値を示す。
 
　Ｓｐ，ｊ＝｛Ｃｋ｜ｐ＋ｒ＋ｊ＝ｋ ｍｏｄＮ｝　・・・（３）
 
　Ｓｐ，ｊにおいて、ｐは、０からＱ－１までの整数をとり、ｊは、０からＭ－１までの整数をとり、ｒは、第１方向の上記連続行範囲の最初の番号である。また、Ｓｐ，ｊにおいて、Ｃｋ｜ｐ＋ｒ＋ｊ＝ｋ ｍｏｄＮは、ｐ＋ｒ＋ｊをＮで割った時の整数の余りがｋであること示す。すなわち、Ｓｐ，ｊについて、ｐ＋ｒ＋ｊをＮで割った時の整数の余りをｋとして、Ｓｐ，ｊ＝Ｃｋである。このＣｋは、ｋ＝ｉとした場合の上述の画素値Ｃｉである。
　ここで、第２の二次元画像データを行列Ｓで表すことができる。この場合、行列Ｓにおいて行番号がｐであり列番号がｊであるＳの要素Ｓｐ，ｊは、上述の式（３）の通りである。したがって、例えばＮ＝６４であり、Ｍ＝３２であり、ｒ＝１６であり、Ｑ＝３２である場合には、行列Ｓは、次の［数２］における式（４）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　図６Ａは、図５の第１の二次元画像データから、その上記連続範囲（行列Ｔの行番号ｉ＝１６～４７の範囲）を抽出した第２の二次元画像データを示す。図６Ａの各画素では、図５に対して濃淡を反転させている。すなわち、図６Ａの各画素において、当該画素の濃淡により画素値（上記比率）を表わしており、色が薄い画素ほど上記比率が大きい。また、図６Ａにおいて、上下方向が第１方向であり、左右方向が第２方向である。図６Ａの第２の二次元画像データは、上式（４）の行列Ｓにより表される。図６Ａにおいて、二次元画像データの左側に上下に並んでいる数字（１６～４７）は、画素の番号であり、二次元画像データの下側に左右に並んでいる数字（０～３１）は、第２方向に配列された一次元画像データの識別番号ｊである。図６Ａにおいて、上下に並んでいる数字１６～４７は、行列Ｓの行番号ｐ＝０～３１に対応する。
　本実施形態では、ステップＳｃにおいて、データ処理装置７は、第２の二次元画像データに対して座標変換を行い、座標変換後のデータに対し再構成処理を行うことにより再構成断面データを生成してよい。詳しくは以下の通りである。
　第２の二次元画像データが、ｊｐ座標系おける各座標（ｊ，ｐ）での画素値を表わすデータＳ（ｊ，ｐ）であるとする。ｊｐ座標系は、第２方向を向くｊ座標軸と第１方向を向くｐ座標軸を有する二次元座標系である。座標（ｊ，ｐ）について、ｊはｊ軸座標を示し、ｐはｐ軸座標を示す。ｊは、０からＭまでの値を取り、第２の二次元画像データにおけるｊ番目の列の画素を示す（なお、列番号ｊの画素は、ｊ軸座標がｊ以上ｊ＋１未満である座標範囲を占めてよい）。ｐは、０からＱまでの値を取り、第２の二次元画像データにおけるｐ番目の行の画素を示す（なお、行番号ｐの画素は、ｐ軸座標がｐ以上ｐ＋１未満である座標範囲を占めてよい）。
　データ処理装置７は、ｊｐ座標系のＳ（ｊ，ｐ）を、次式（５）、（６）により、変換データＦ（ｘ，ｙ）に座標変換する。
 
　ｘ＝ｊ／Ｍ　・・・（５）
　ｙ＝αｃｏｓ（π×ｐ／Ｑ）　・・・（６）
 
　Ｆ（ｘ，ｙ）は、ｘｙ座標系の各座標（ｘ，ｙ）での値（画素値）を表わす。ｘｙ座標系は、ｘ座標軸とｙ座標軸を有する二次元座標系である。座標（ｘ，ｙ）について、ｘは、ｘ軸座標を示し、ｙは、ｙ軸座標を示す。なお、式（６）について、周方向に等間隔に配置された１組の検出素子ｉ（検出器１５）のうち、周方向の半周にわたる範囲に存在する検出素子ｉの数がＱであってよい。
　ｘは、０から１までの値を取り、ｘ＝ｊ／Ｍは、第２の二次元画像データにおけるｊ番目の列の画素を示す（なお、列番号ｊの画素は、ｘ軸座標がｊ／Ｍ以上（ｊ＋１）／Ｍ未満である座標範囲を占めてよい）。ｐ＝０～Ｑに対するｙは、－αからαまでの範囲を取り、ｙ＝αｃｏｓ（π×ｐ／Ｑ）は、第２の二次元画像データにおけるｐ番目の行の画素を示す（なお、行番号ｐの画素は、ｙ軸座標がαｃｏｓ（π×ｐ／Ｑ）以上αｃｏｓ｛π×（ｐ＋１）／Ｑ｝未満である座標範囲を占めてよい）。
　αは、予め設定された係数である。例えば、αは、絶対値が１以下であり０よりも大きい係数である。αは、検出器１５の検出視野（画角）に応じて設定されてよく、一例では、α＝１／４である。
　図６Ｂは、図６Ａの第２の二次元画像データＳ（ｊ，ｐ）を、上式（５）と（６）により座標変換したｘｙ座標系のＦ（ｘ，ｙ）を示す。図６Ｂは、α＝１／４である場合を示す。図６Ｂにおいて、ｙ軸座標の絶対値が１／４から１／２である範囲には、余白としてゼロの画素値を設定している。
　ｃｏｓ（π×ｐ／Ｑ）は、円周上に等間隔で配列されている各検出器１５の指向性に基づくものである。各検出器１５の向きは、当該検出器１５から基準線Ｌに向かう方向である。すなわち、検査平面（図４Ａ）において、各検出器１５と基準線Ｌとは正対している。上述した行列Ｓにおいて列番号がｊである画素値Ｃｋ（ｐ＋ｒ＋ｊ＝ｋ ｍｏｄＮ）は、列ｊに対応する中性子の飛来方向ｊに関するデータであるとみなす。これについて、図７Ａと図７Ｂを参照して以下で説明する。
　図７Ａは、図６Ａの第２の二次元画像データにおいて列番号ｊが０である複数の画素に対応する検出素子ｉ＝１６～４７での中性子検出の説明図である。図５と上式（４）において、列番号ｊが０である複数の画素の画素値Ｃ１６～Ｃ４７は、それぞれ、図７Ａにおける検出素子ｉ＝１６～４７のそれぞれでの画素値（上記比率または上記比率を示す値）である。列ｊ＝０のＣ１６～Ｃ４７は、飛来方向ｊ＝０に関するデータである。この飛来方向ｊ＝０は、図７Ａでは、検出素子ｉ＝１６～４７のうち最初の検出素子ｉ＝１６と最後の検出素子ｉ＝４７とを結ぶ線分（図７Ａにおける破線）に直交する方向である。
　同様に、図７Ｂは、図６Ａの第２の二次元画像データにおいて列番号ｊが２である複数の画素に対応する検出素子ｉ＝１８～４９での中性子検出の説明図である。図５と上式（４）において、列番号ｊが２である複数の画素の画素値Ｃ１８～Ｃ４９は、それぞれ、図７Ｂにおける検出素子ｉ＝１８～４９のそれぞれでの画素値（上記比率または上記比率を示す値）である。列ｊ＝２のＣ１８～Ｃ４９は、飛来方向ｊ＝２に関するデータである。この飛来方向ｊ＝２は、図７Ｂでは、検出素子ｉ＝１８～４９のうち最初の検出素子ｉ＝１８と最後の検出素子ｉ＝４９とを結ぶ線分（図７Ｂにおける破線）に直交する方向である。
　中性子の飛来方向に対する検出器１５（検出素子ｉ）の設定有効検出面積は、当該検出器１５の指向性（コリメータ）により、飛来方向に対する当該検出器１５の向きに応じた面積となる。飛来方向に正対する検出器１５の設定有効検出面積を１とした場合に、各検出器１５の設定有効検出面積は、当該検出器１５の向きと飛来方向の反対方向との成す角度θとすると、ｃｏｓθとなる。図７Ａの場合には、ｉ＝１６、４７の検出器１５（検出素子ｉ）の設定有効検出面積は０になり、ｉ＝３１、３２の検出器１５（検出素子ｉ）の設定有効検出面積は１に近い値になる。同様に、図７Ｂの場合には、ｉ＝１８、４９の検出器１５（検出素子ｉ）の設定有効検出面積は０になり、ｉ＝３３、３４の検出器１５（検出素子ｉ）の設定有効検出面積は１に近い値になる。
　このように、第２の二次元画像データＳ（ｊ，ｐ）について、各座標ｊにおける各座標ｐの画素値は、当該座標ｊに対応する飛来方向ｊからの中性子を、当該各座標ｐに応じた設定有効検出面積での上記検出数に基づく画素値であるとみなす。これに対応して、飛来方向に対する検出器１５の設定有効検出面積に応じた座標変換ｙ＝αｃｏｓ（π×ｐ／Ｑ）ではｃｏｓ（π×ｐ／Ｑ）を用いている。
　データ処理装置７は、上述のように生成した変換データＦ（ｘ，ｙ）をサイノグラムとして、Ｆ（ｘ，ｙ）に再構成処理を行うことにより再構成断面データを生成する。
　図８Ａは、図６Ｂの変換データＦ（ｘ，ｙ）に再構成処理を行うことにより得られた再構成断面データを示す。すなわち、図８Ａは、図６Ｂのデータから得られた再構成断面データ（画像データ）である。図８Ａは、図４Ａのように、小さい滞水箇所としてのポリエチレンブロックが浅い位置に存在する場合の再構成断面データである。このポリエチレンブロックは、円柱形であり、その直径と厚みはいずれも１ｃｍであり、検査対象物１の表面から１．２５ｃｍの深さに位置する。図８Ａにおいて、左右方向と上下方向は、それぞれ、図４ＡのＸ軸方向とＹ軸方向である。図８Ａの画像の中心は、図４Ａにおける検査対象物１の断面における基準線Ｌの位置である。
　また、図８Ｂは、図４Ａの検査対象物１における複数の検査平面について上述のように得られた複数の再構成断面データから生成された三次元内部データを示す。図８Ｂにおいて、ＸＹＺ座標系で上記比率を示している。すなわち、図８Ｂにおいて、立方体の内部における濃淡で中性子反応率を示しており、濃淡が薄い位置ほど中性子反応率が大きい。図８Ｂにおいて、Ｘ軸とＺ軸は、図４ＡのＸ軸とＺ軸に相当する。
　なお、上述の図８Ａは、図８Ｂにおいてポリエチレンブロックが存在するＺ座標でのＸＹ断面に相当する。図８Ｃは、図８Ｂにおいてポリエチレンブロックが存在するＸ座標でのＹＺ断面に相当する。
　なお、本願における再構成処理としては、例えば公知のＦＢＰ（ｆｉｌｔｅｒｅｄ　ｂａｃｋ　ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）を用いることができる。このように再構成処理は公知であるので、再構成処理の詳しい説明は省略する。
（実施形態による効果）
　検査対象物１への中性子照射の結果、検査対象物１から放出された放出中性子を、検査対象物１を回る周方向における１組の検出位置で検出する。また、１組の検出位置の各々にて放出中性子を検出した数を計測数として計測する。その後、１組の検出位置での検出数に基づいて、再構成処理を行うことにより、再構成断面データを生成する。再構成断面データは、検査対象物１の内部の仮想断面における中性子反応率の二次元分布を表わす。検査対象物１の欠陥を検査する場合、中性子反応率は、仮想断面における正常な位置と欠陥の位置とで異なる。したがって、再構成断面データが表わす中性子反応率の二次元分布から、仮想断面における欠陥の位置と存在範囲を二次元的に把握できる。より詳しくは、以下の通りである。
　再構成断面データが表わす仮想断面において、同じ材質であるべき範囲内に、中性子反応率が他の部分と比べて高い又は低い部分が含まれている場合には、当該部分は、劣化や初期施工不要などによる欠陥部分であると言える。すなわち、当該部分を表わす二次元座標は、欠陥の位置であると言える。このように、再構成断面データは、検査対象物１の断面における欠陥位置の二次元座標を表す。
　検査対象物１内に欠陥として空隙が存在している場合には、再構成断面データが表わす仮想断面において、当該空隙の部分では中性子反応率が他の部分と比べて低くなる。
　また、検査対象物１内に欠陥として滞水部分が存在している場合には、当該滞水部分の水素と反応して（水素原子核により弾性散乱させられ）減速させられ易い。したがって、検出ユニット５ａは、上記所定値よりも低いエネルギーを有する中性子（例えば熱中性子）を選択的に検出するように構成されてよい。この場合、再構成断面データが表わす断面において、当該滞水部分では中性子反応率が他の部分と比べて高くなる。
　図９Ａ～図９Ｃは、本実施形態による断面画像取得方法による欠陥検査の説明図である。これらの図において、上部は検査対象物１の仮想断面と検出ユニット５ａを示し、下部は、この仮想断面に対応する再構成断面データを示す。これらの図の上部において、欠陥としての滞水部分が、図９Ａでは検査対象物１の表面付近に存在し、図９Ｂでは検査対象物１内の深い位置に存在し、図９Ｃでは２つ存在する。図９Ａ～図９Ｃの上部に示す検査対象物１に対して、上述の断面画像取得方法を行うことにより、それぞれ、図９Ａ～図９Ｃの下部に示す再構成断面データが得られる。なお、図９Ａ～図９Ｃは、各検出位置で、放出中性子を検出した場合を示している。ここで、検出する放出中性子は、例えば、熱中性子、中速中性子、および高速中性子のいずれか又は２種類以上であってもよく、これらの区別をせずに検出されるものであってもよい。
　図９Ａ～図９Ｃにおいて、下部の再構成断面データの横軸と縦軸は、上部のＸＹＺ座標系のＸ軸とＹ軸を示し、横軸と縦軸の原点（交点）は、検査対象物１の仮想断面の中心に相当する。また、図９Ａ～図９Ｃの下部の再構成断面データにおいて、中性子反応率を網掛け部分と白丸部分とで示している。網掛け部分は、中性子反応率が小さい部分であり、白丸部分は、網掛け部分よりも中性子反応率が大きい部分である。網掛け部分の外周は、検査対象物１の断面の外周に相当する。
　図９Ａ～図９Ｃに示すように、本実施形態では、再構成断面データから、仮想断面における滞水部分の二次元位置、大きさ（存在範囲）、および数が分かる。
　図１０Ａ～図１０Ｃは、それぞれ、図９Ａ～図９Ｃと同じ検査対象物１と欠陥について比較例の検査を行った結果の説明図である。図１０Ａ～図１０Ｃの上部は、検査対象物１の仮想断面を示す。図１０Ａ～図１０Ｃでは、上部に示すように、検出ユニット５ａの検出位置をＸＺ平面においてＸ軸に沿って配列している。また、図１０Ａ～図１０Ｃでは、検査対象物１に中性子を照射し、これにより検査対象物１内で散乱して戻って来た散乱中性子を、検出ユニット５ａの各検出位置で検出し、各検出位置での散乱中性子の検出数を求め、その比率（上述のような基準値に対する検出数の比率）を求める。
　図１０Ａ～図１０Ｃの下部は、比較例での検査結果を示すグラフである。各グラフにおいて、横軸は、原点が検査対象物１の仮想断面の中心に相当するＸ座標であり、縦軸は、各検出位置のＸ座標での上記比率（基準値に対する検出数の比率）を示す。
　比較例の場合には、図１０Ａと図１０Ｂのように、滞水部分の深さや大きさが異なっていても、検査結果のグラフは似たような形状となるので、滞水部分の深さや大きさを把握できない。また、図１０Ｃの場合には、滞水部分が２つ存在していても、これを把握できない。これに対し、本実施形態の場合には、図９Ａ～図９Ｃのように、滞水部分の位置、大きさ、および数を把握することができる。
　図９Ａ～図９Ｃのような場合の実施例を説明する。図９Ａの場合には、上述した図８Ａ～図８Ｃのようなデータが得られる。
　図９Ｂの場合において、大きい滞水箇所をポリエチレンブロックで模擬した鋼鉄製の検査対象物１に対して本実施形態の断面画像取得方法を行った。これにより得られた三次元内部データを図１１Ａに示す。図１１Ａは、図９Ｂのように、大きい滞水箇所としてのポリエチレンブロックが深い位置に存在する場合のデータである。このポリエチレンブロックは、円柱形であり、その直径と厚みはそれぞれ３ｃｍと１ｃｍであり、検査対象物１の表面から４．２５ｃｍの深さに位置する。図１１Ｂは、図１１Ａにおいてポリエチレンブロックが存在するＺ座標でのＸＹ断面を示す。図１１Ｃは、図１１Ａにおいてポリエチレンブロックが存在するＸ座標でのＹＺ断面に相当する。図１１Ａ～図１１Ｃでは、濃淡で中性子反応率が示されており、濃淡が薄い位置ほど中性子反応率が高いことを示す（後述の図１２Ａ～図１２Ｃも同様である）。
　図１１Ａ～図１１Ｃと図８Ａ～図８Ｃとの比較から分かるように、本実施形態で得られた再構成断面データ又三次元内部データから、検査対象物１内の滞水箇所の大きさや深さを知ることができる。
　図９Ｃの場合において、２箇所の滞水箇所をポリエチレンブロックで模擬した鋼鉄製の検査対象物１に対して本実施形態の断面画像取得方法を行った。ただし、２箇所のポリエチレンブロックの位置が、Ｙ軸方向では同じであり、Ｘ軸方向とＺ軸方向で異なるようにした。この断面画像取得方法により得られた三次元内部データを図１２Ａに示す。図１２Ａは、図９Ｃのように、小さい滞水箇所としてのポリエチレンブロックが２箇所の浅い位置に存在する場合のデータである。各ポリエチレンブロックは、円柱形であり、その直径と厚みはいずれも１ｃｍであり、検査対象物１の表面から１．２５ｃｍの深さに位置する。図１２Ｂは、図１２Ａにおいてポリエチレンブロックが存在するＺ座標でのＸＹ断面の画像データである。図１２Ｃは、図１２Ａにおいてポリエチレンブロックが存在するＸ座標でのＸＺ断面の画像データである。
　図１２Ａ～図１２Ｃから分かるように、本実施形態で得られた再構成断面データ又三次元内部データから、検査対象物内の滞水箇所の位置と数を知ることができる。
　本発明の実施形態によると、上述のように三次元内部データを生成する場合には、三次元内部データが表わす中性子反応率の三次元分布から、検査対象物１の内部における欠陥の位置と存在範囲を三次元的に把握できる。
　検査対象物１が、その内部空間に存在する流体の状態について検査されるものである場合には、上述のように生成した再構成断面データ又は三次元内部データから、検査対象物１の内部における流体の状態を二次元的に又は三次元的に把握できる。この場合、再構成断面データ又は三次元内部データにおける各位置での中性子反応率は、上述の設定計測時間にわたる平均的な値である。また、この場合、検査対象物１の内部における流体は、その構成元素として水素を含むものであってもよいが、これに限定されない。
　検査対象物１が、その内部空間に上記流体が流れる配管であってよい。この配管が、構成元素として水素を含む気液二層流（例えば、空気と水の混合流体）を上記流体として流す配管である場合、水素を含む部分（例えば水の部分）の平均的な位置や存在範囲を二次元的に又は三次元的に把握できる。
　また、検査対象物１が、高速増殖炉に設けられ、冷却材としての液体ナトリウムを流す冷却パイプであってもよい。この場合、液体ナトリウム中にできる気泡の平均的な位置や存在範囲を二次元的に又は三次元的に把握できる。
　あるいは、検査対象物１は、溶鉱炉であってもよい。この場合、流体となった鉄の中で、還元反応で発生したＣＯ２ガスや不純物由来で発生した気体の分布を２次元的又は３次元的に把握できる。
　検査対象物１が、上述のように、その内部空間に存在する、構成元素として水素を含む流体の状態について検査されるものである場合にも、検出ユニット５ａは、上記所定値よりも低いエネルギーを有する中性子（例えば熱中性子）を選択的に検出するように構成されたものであってよい。
　本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、本発明の実施形態による観察装置１０は、上述した複数の事項の全て有していなくてもよく、上述した複数の事項のうち一部のみを有していてもよい。
　また、以下の変更例１～６のいずれかを単独で採用してもよいし、変更例１～６のうち２つ以上を任意に組み合わせて採用してもよい。この場合、以下で述べない点は、上述と同じである。
（変更例１）
　上述では、三次元内部データを生成する場合に、１回のステップＳ３に対して、複数の検査平面の各々について上述のステップＳ４，Ｓ５を行うことで、複数の再構成断面データを生成し、三次元データ生成部は、当該複数の再構成断面データから三次元内部データを生成した。しかし、１回のステップＳ３に対して、１つの検査平面（又は複数の検査平面の各々）について上述のステップＳ４，Ｓ５を行うことで、１つ（又は複数）の再構成断面データを生成してもよい。この場合、前回の上記ステップＳ３の状態から、検出ユニット５ａの位置を基準線Ｌの方向にずらして、再び、ステップＳ３～Ｓ５を行うことで、１つ（又は複数の）の再構成断面データを生成してもよい。このような処理を繰り返すことで、複数（又は多数）の再構成断面データが生成され、三次元データ生成部７ｃは、当該複数（又は多数）の再構成断面データから三次元内部データを生成してもよい。
（変更例２）
　図１の例では、中性子照射装置３は、負のＹ軸方向に中性子を検査対象物１に照射しているが、照射方向はどの方向であってもよい。例えば、図１において、中性子照射装置３は、Ｚ軸方向に中性子を検査対象物１に照射してもよい。また、中性子照射装置３は、図１の例のように、検査対象物１から見て１つの方向から中性子を検査対象物１に照射してもよいし、検査対象物１から見て複数の方向から中性子を検査対象物１に照射してもよい。
（変更例３）
　上述では、再構成断面データを生成するために、各検出位置の比率を求めていたが、次のような場合には、各検出位置の比率を求めなくてもよい。すなわち、中性子の照射方向や検査対象物１の性質により、当該検査対象物１が上述の基準状態である場合（例えば欠陥が存在しない状態である場合）に、１組の検出位置のそれぞれでの検出数（すなわち基準値）が実質的に同じとなる場合には、各検出位置の比率を求めずに、再構成部７ｂは、１組の検出位置のそれぞれでの検出数に対して再構成処理を行うことにより、再構成断面データを生成してもよい。この場合、再構成処理に関する上述の説明において、「比率」は「検出数」に読み替えられる。
（変更例４）
　検査対象物１は、図１のように円柱形状でなくてもよい。図１３は、他の形状を有する検査対象物１の断面を示す。図１３の検査対象物１は、この図の紙面と交差（直交）する基準線Ｌの方向に延びていてよい。図１３のように、検査対象物１は、１組の検出位置（検出器１５）で囲むことができる形状であればよい。
（変更例５）
　データ処理装置７は、ｊｐ座標系の上述のデータＳ（ｊ，ｐ）を座標変換した変換データを生成するが、この変換データは、データＳ（ｊ，ｐ）におけるｊ座標とｐ座標のうち少なくともｐ座標を、各ｐ座標での設定有効検出面積に応じたｙ座標に変換したデータであればよく、設定有効検出面積が大きいｐ座標（１つの検出位置に対応するｐ座標範囲）ほど、当該変換データにおいて当該ｐ座標に対応する変換後のｙ座標（ｙ座標範囲）の幅（ｙ軸方向の幅）が大きくなっていればよい。
　例えば、第２の二次元画像データを表わすｊｐ座標系のＳ（ｊ，ｐ）をｘｙ座標系の変換データＦ（ｘ，ｙ）に変換する場合に、ｊ座標をｙ座標に変換する式は、上式（６）のｙ＝αｃｏｓ（π×ｐ／Ｑ）でなくてもよい。すなわち、データ処理装置７は、Ｓ（ｊ，ｐ）のｐ座標を、当該第２の二次元画像データの各列ｊでの各画素ｐに対応する検出位置（検出器１５）の設定有効検出面積に応じた式ｙ＝ｇ（ｐ）によりｙ座標に変換すればよい。ここで、設定有効検出面積は、上述のように第２の二次元画像データにおけるｊ番目の列（画素の列）に対応する上述の中性子飛来方向ｊに対する有効面積である。ｇ（ｐ）は、ｐの関数であり、上式（６）と同じである場合には、ｙ＝ｇ（ｐ）＝αｃｏｓ（π×ｐ／Ｑ）である。
　上述の設定有効検出面積が、コサインで表現できない場合や、１組の検出位置（検出器１５）が円周上に配列されていない場合などは、上式（６）とは異なる式ｙ＝ｇ（ｐ）により、ｐ座標をｙ座標に変換できる。
　また、上述の変換データは、データＳ（ｊ，ｐ）におけるｊ座標とｐ座標のうちｐ座標のみを上式（６）で座標変換したデータＦ（ｊ，ｙ）であってもよい。
（変更例６）
　比率算出部７ａは、以下のように、正規化された基準値と正規化された検出数とを用いて上述の比率を求めてもよい。
　１組の検出位置の各々の基準値は、内部に欠陥が存在しない状態（上述の基準状態）の検査対象物１にＮａ個の中性子を入射した結果、当該検出位置ｉで検出される放出中性子の数αｉをＮａで正規化した値であってよい（ｉは検出位置の識別子である）。すなわち、１組の検出位置ｉの各々の基準値Ｒｉは、Ｒｉ＝αｉ／Ｎａであってよい。
　同様に、１組の検出位置の各々の検出数は、上述のステップＳ３において検査対象物１に中性子照射装置３が検査対象物１にＮｂ個の中性子を入射させた結果、当該検出位置ｉで検出される放出中性子の数βｉをＮｂで正規化した値であってよい。すなわち、１組の検出位置ｉの各々の検出数Ｄｉは、Ｄｉ＝βｉ／Ｎｂであってよい。
　比率算出部７ａは、１組の検出位置ｉの各々での比率を、Ｄｉ／Ｒｉにより算出する。なお、比率算出部７ａは、比率の算出の際に、既知のＮｂと、計測部５ｂが計測したβｉとから、検出数Ｄｉ＝βｉ／Ｎｂを算出してよい。また、正規化された基準値Ｒｉは、記憶部７ｄに記憶されていてよい。
　このような変更例６では、上述のＮａとＮｂは、互いに異なっていてよく、ステップＳ３で中性子を検査対象物１に照射する時間は、基準値の設定での対応する設定照射時間と異なっていてもよい。なお、変更例６では、ステップＳ４で放出中性子の検出数を計測する時間と、基準値の設定での対応する設定計測時間とは、いずれも、単位時間あたりに検査対象物１から放出される中性子の数が十分に少なくなる（例えば実質的にゼロになる）までの時間であってよい。
１　検査対象物
３　中性子照射装置
３ａ　中性子源
３ｂ　コリメータ
５　検出装置
５ａ　検出ユニット
５ｂ　計測部
７　データ処理装置
７ａ　比率算出部
７ｂ　再構成部
７ｃ　三次元データ生成部
７ｄ　記憶部
７ｅ　記憶部
９　ディスプレイ
１０　観察装置
１５　検出器
Ｌ　基準線

Claims (10)

  1. 　検査対象物に中性子を照射する中性子照射装置と、
    　検査対象物の外部において、検査対象物を回る周方向の１組の検出位置で、検査対象物からの放出中性子を検出し、検出位置毎に放出中性子の検出数を計測する検出装置と、
    　前記１組の検出位置のそれぞれでの前記検出数に基づいて、再構成処理を行うことにより、再構成断面データを生成するデータ処理装置と、を備え、
    　前記再構成断面データは、検査対象物の仮想断面における中性子反応率の二次元分布を表わす、観察装置。
  2. 　前記１組の検出位置は、検査対象物を囲むように設定される、請求項１に記載の観察装置。
  3. 　前記データ処理装置は、
    　前記１組の検出位置の各々について、基準値に対する、当該検出位置の前記検出数の比率を算出する比率算出部と、
    　前記１組の検出位置のそれぞれでの前記比率に対して再構成処理を行うことにより、前記再構成断面データを生成する再構成部と、を有し、
    　前記基準値は、前記検出位置に応じて異なっている、請求項１または２に記載の観察装置。
  4. 　前記検査対象物は、当該検査対象物の内部に存在し得る欠陥について検査されるものであり、
    　前記基準値は、前記検査対象物に欠陥が存在しないと仮定した場合の検出数として設定されており、前記検出位置に応じて異なっている、請求項３に記載の観察装置。
  5. 　前記検査対象物は、当該検査対象物の内部空間に存在する流体の状態について検査されるものであり、
    　前記基準値は、前記内部空間の全体が均質な状態であると仮定した場合の検出数として設定されており、前記検出位置に応じて異なっている、請求項３に記載の観察装置。
  6. 　周方向に順番に配置された前記１組の検出位置のそれぞれでの前記検出数又は前記比率を表わす画素値をＣｉとし、ｉは０～Ｎ－１までの整数を取る前記１組の検出位置の識別番号であり、
    　Ｃ０～ＣＮ－１の画素をこの順に第１方向に配列した画像データを一次元画像データとし、
    　第１方向と交差する第２方向に複数の一次元画像データを配列した画像データを第１の二次元画像データとし、
    　第１の二次元画像データにおいて、第２方向の先頭の一次元画像データを除く各一次元画像データは、当該一次元画像データに第２方向の先頭側から隣接する他の一次元画像データに対して、Ｃ０～ＣＮのそれぞれの画素を第１方向に循環させる方向に所定のずれ量だけずらしたデータであり、
    　前記データ処理装置は、前記第１の二次元画像データから、検査対象物の半周以下に相当する、第１方向の連続範囲を抽出した画像データを第２の二次元画像データとして生成し、第２の二次元画像データに基づいて、再構成処理を行うことにより、再構成断面データを生成する、請求項１～５のいずれか一項に記載の観察装置。
  7. 　前記第２の二次元画像データは、ｊｐ座標系おける各座標（ｊ，ｐ）での画素値を表わすデータＳ（ｊ，ｐ）であり、ｊは前記第２方向の座標を示し、ｐは前記第１方向の座標を示し、
    　前記第２の二次元画像データを構成する前記一次元画像データの数をＭとして、ｊは０からＭまでの値を取り、前記連続範囲に対応する前記検出位置の数をＱとして、ｐは、０からＱまでの値を取り、
    　各座標ｊにおける各座標ｐの画素値は、当該各座標ｐに応じた設定有効検出面積での前記検出数に基づく画素値であるとみなし、
    　前記データ処理装置は、ｊｐ座標系の前記データＳ（ｊ，ｐ）を座標変換した変換データを生成し、当該変換データに対して再構成処理を行うことにより、再構成断面データを生成し、
    　前記変換データは、前記データＳ（ｊ，ｐ）におけるｊ座標とｐ座標のうち少なくともｐ座標を、各ｐ座標での前記設定有効検出面積に応じたｙ座標に変換したデータであり、
    　前記設定有効検出面積が大きいｐ座標ほど、前記変換データにおいて当該ｐ座標に対応する変換後のｙ座標の幅が大きくなっている、請求項６に記載の観察装置。
  8. 　前記周方向は、検査対象物の内部を通る仮想の基準線を中心に回る方向であり、前記基準線に交差する仮想平面を検査平面として、
    　前記検出装置は、前記基準線の方向の位置が互いに異なる各検査平面について、当該検査平面における前記周方向の１組の検出位置の各々で、検査対象物からの放出中性子を検出し、当該検出位置毎に放出中性子の検出数を計測し、
    　前記データ処理装置は、
    　前記検査平面毎に、当該検査平面における前記１組の検出位置のそれぞれでの前記検出数に基づいて、前記再構成断面データを生成し、
    　複数の前記再構成断面データに基づいて、三次元内部データを生成し、
    　前記三次元内部データは、検査対象物の内部における中性子反応率の三次元分布を表わす、請求項１～７のいずれか一項に記載の観察装置。
  9. 　検査対象物に中性子を照射し、
    　その結果、前記検査対象物から放出される放出中性子を、前記検査対象物を回る周方向の１組の検出位置で検出し、検出位置毎に放出中性子の検出数を計測し、
    　前記１組の検出位置のそれぞれでの前記検出数に基づいて、データ処理装置が、再構成処理を行うことにより再構成断面データを生成し、
    　前記再構成断面データは、前記検査対象物の仮想断面における中性子反応率の二次元分布を表わす、断面画像取得方法。
  10. 　前記周方向は、前記検査対象物の内部を通る仮想の基準線を中心に回る方向であり、前記基準線に交差する仮想平面を検査平面として、
    　前記基準線の方向の位置が互いに異なる各検査平面における１組の検出位置について、
    　検査対象物へ中性子を照射した結果、前記検査対象物から放出される放出中性子を、当該１組の検出位置で検出し、検出位置毎に放出中性子の検出数を計測し、
    　当該１組の検出位置のそれぞれでの前記検出数に基づいて、データ処理装置が、再構成処理を行うことにより再構成断面データを生成し、
    　複数の前記再構成断面データに基づいて、三次元内部データを生成し、
    　前記三次元内部データは、前記検査対象物の内部における中性子反応率の三次元分布を表わす、請求項９に記載の断面画像取得方法。
     
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