WO2022085591A1 - 非破壊検査装置と非破壊検査方法 - Google Patents

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訓裕 藤田
ちひろ 岩本
宇宙 高梨
淑恵 大竹
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    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for inspecting an inspection object using a neutron beam. More specifically, the present invention is based on a neutron beam incident on an inspection object made of, for example, concrete or steel, and as a result, scattered neutrons scattered inside the inspection object and returned. It relates to a device and a method for inspecting the presence or absence and type of defects in an object.
  • Infrastructure structures such as airport runways, motorways (for example, highways), tunnels, and bridges (hereinafter referred to as infrastructure structures) may be defective due to their use and deterioration over time. For example, as defects, water retention points, iron rust, cavities, etc. may occur inside the infrastructure structure.
  • Patent Document 1 discloses a technique for inspecting the presence or absence of such defects using a neutron beam.
  • a pulsed neutron beam is applied to an inspection object such as an infrastructure structure, scattered neutrons scattered and returned in the inspection object are detected, and the number of scattered neutrons detected is expressed with respect to time.
  • Detection number data is generated, and the presence or absence of defects inside the inspection object is determined based on the detection number data.
  • an object of the present invention is to enable detection of even a small defect (for example, a defect of about 3 mm) in a non-destructive inspection of an inspection object.
  • the non-destructive inspection device is A neutron irradiation device that irradiates a neutron beam to a local irradiation point on the surface of the inspection object, As a result of irradiating the irradiation point with the neutron beam, scattered neutrons returned from the inspection object are detected at each detection position facing the surface, and the number of scattered neutrons detected is measured at each detection position.
  • a ratio calculation unit for obtaining and outputting the ratio of the number of detections at the detection position to the reference value of the detection position is provided. The reference value is set for each detection position as the number of detections when it is assumed that there are no defects in the inspection object.
  • a neutron beam is applied to a local irradiation point on the surface of the inspection object.
  • B As a result of the above (A), the scattered neutrons returned from the inspection object are detected at each detection position facing the surface, and the number of scattered neutrons detected is measured at each detection position.
  • C For each detection position, the ratio calculation unit obtains and outputs the ratio of the number of detections at the detection position to the reference value of the detection position. The reference value is set for each detection position as the number of detections when it is assumed that there are no defects in the inspection object.
  • a neutron beam is irradiated to a local irradiation point on the surface of the inspection target, and as a result, when scattered neutrons are returned from the inspection target, at each detection position facing the surface of the inspection target. Scattered neutrons are detected, and the number of scattered neutrons detected is measured at each detection position. Further, for each detection position, the ratio of the number of detections of the detection position to the reference value of the detection position is obtained.
  • the defect causes one or both of the increase peak forming portion and the decreasing peak forming portion of the ratio. Therefore, even if the defect in the inspection target is small, the presence or absence of the defect can be detected based on the above ratio of each detection position.
  • the configuration of the non-destructive inspection apparatus according to the embodiment of the present invention is shown. It is 1B-1B arrow view of FIG. 1A.
  • the ratio distribution obtained when a low-density portion (for example, a void) is present inside the inspection object is schematically shown.
  • the ratio distribution obtained when there is a stagnant part inside the inspection object is schematically shown.
  • the cross section of the inspection object in Example 1 is shown. 5B-5B arrow view of FIG. 5A.
  • the dimensions of each part in FIG. 5A are shown.
  • Example 1 The two-dimensional distribution of the reference value in the case of selectively detecting thermal neutrons in Example 1 is shown.
  • the one-dimensional distribution of the reference value in the case of selectively detecting thermal neutrons in Example 1 is shown.
  • the two-dimensional distribution of the ratio in the detection plane when the thermal neutron is selectively detected in Example 1 is shown.
  • the two-dimensional distribution of the ratio in the detection plane when the medium-speed neutron is selectively detected in Example 1 is shown.
  • the inspection result in Example 1 is shown.
  • the cross section of the inspection object in Example 2 is shown. 9B-9B arrow view of FIG. 9A.
  • Example 2 the two-dimensional distribution of the ratio on the detection surface when the defect is a void is shown.
  • Example 2 the x-axis direction distribution of the ratio on the detection surface when the defect is a void is shown.
  • the values of Sp / Sn obtained by the beam scan when the defect is a void in Example 2 are shown.
  • Example 2 the two-dimensional distribution of the ratio on the detection surface when the defect is water is shown.
  • Example 2 the x-axis direction distribution of the ratio on the detection surface when the defect is water is shown.
  • the value of Sn / Sp obtained by the beam scan when the defect is water in Example 2 is shown.
  • FIG. 1A schematically shows the configuration of the non-destructive inspection device 10 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B is a view taken along the line 1B-1B of FIG. 1A.
  • the non-destructive inspection device 10 irradiates the inspection object 1 with a neutron beam, and as a result, detects scattered neutrons returned from the inspection object 1, and based on the detection result, determines the presence or absence of defects, the type, and the like. It is a device for detection.
  • the inspection target 1 may be the above-mentioned infrastructure structure or another structure.
  • the inspection object 1 may be a structure containing one or both of concrete and a metal member such as a steel member (for example, a plurality or a plurality of metal members) as a component.
  • the inspection object 1 may include an organic substance formed of polyethylene. This organic substance is, for example, a waterproof sheet or a cover (sheath) of an optical fiber cable provided in an inspection object 1 (for example, a structure forming a road surface).
  • the non-destructive inspection device 10 includes a neutron irradiation device 2, a detection device 3, a ratio calculation unit 5, a data processing unit 7, a determination value calculation unit 8, and a determination unit 9.
  • the neutron irradiation device 2 irradiates the local irradiation point R on the surface 1a of the inspection object 1 (substantially only to the irradiation point R) with a neutron beam.
  • the irradiation point R may be an irradiation spot.
  • the shape of the irradiation point R may be, for example, a circle, an ellipse, or a rectangle, but is not limited thereto.
  • the size of the irradiation point R may be 100 mm or less, 70 mm or less, or 50 mm or less.
  • the lower limit of the dimension of the irradiation point R may not be particularly limited, but may be as small as possible (for example, the lower limit may be a value within the range of 0.3 mm or more and 10 mm or less).
  • the dimension of the irradiation point R is the dimension of the cross section of the neutron beam on the surface 1a. Further, the dimension of the irradiation point R may mean the smallest dimension among the dimensions in each direction of the cross section of the neutron beam on the surface 1a.
  • the neutron irradiation device 2 has a neutron source 2a that emits neutrons and a collimator 2b.
  • the neutron source 2a may, for example, have a target that emits neutrons when irradiated with a charged particle beam.
  • the target may be, but is not limited to, lithium.
  • the neutron source 2a may be a portable DD fusion reaction neutron source (DD tube).
  • the neutron source 2a may be a radioactive source (RI (radioactive isotope) source) that emits neutrons.
  • the radioactive source may be, but is not limited to, 252 Cf.
  • the collimator 2b shapes the neutrons from the neutron source 2a into a neutron beam with a narrow cross section. By narrowing the cross section of the neutron beam in this way, the neutron beam is irradiated to the local irradiation point R on the surface 1a.
  • the collimator 2b may be formed by partitioning the passage path through which the neutron beam passes with a material that is difficult for neutrons to pass through.
  • the collimator 2b may be, for example, a cylindrical one in which the internal space is the above-mentioned passage path.
  • the neutron irradiation device 2 may be configured to emit a pulsed neutron beam to the irradiation point R, or may be configured to emit a temporally continuous neutron beam to the irradiation point R as described later. May be good.
  • the pulse time width of the pulsed neutron beam (duration of the neutron beam) is, for example, about 0.1 ms or smaller than 0.1 ms, and the repetition frequency of the pulsed neutron beam (inspection object 1).
  • the irradiation frequency of the neutron beam to the neutron beam is, for example, about 100 Hz, but is not limited to this as long as it does not interfere with the presence / absence of defects and the detection of types.
  • the neutron irradiation device 2 emits a pulsed neutron beam because the above-mentioned charged particle beam is a pulsed particle beam, but the neutron irradiation device 2 emits a pulsed neutron beam by another method. It may be configured in.
  • the neutron beam emitted by the neutron irradiation device 2 to the irradiation point R may contain, for example, mainly fast neutrons, or may contain fast neutrons and thermal neutrons, or mainly heat. It may contain neutrons, but is not limited to these.
  • the detection device 3 detects scattered neutrons returned from the inspection target as a result of irradiation of the irradiation point R with the neutron beam at each detection position (continuously arranged plurality) facing the surface 1a of the inspection target 1. It is detected at each of the detection positions of), and the number of scattered neutrons detected is measured at each detection position.
  • the detection device 3 has a detection surface 3a1 on which scattered neutrons are incident. Each position on the detection surface 3a1 is each of the above-mentioned detection positions, and the number of detections at each detection position is the number of scattered neutrons incident on the detection position.
  • the detection device 3 outputs the number of detections measured for each detection position to the ratio calculation unit 5.
  • the detection surface 3a1 may have a rectangular shape as shown in FIG. 1B, or may have another shape.
  • the detection surface 3a1 may be an elongated surface.
  • the measurement of the number of detections by the detection device 3 may be performed over a predetermined time.
  • This predetermined time is, for example, a period from immediately after the neutron irradiation device 2 irradiates the neutron beam until the number of scattered neutrons incident on the detection surface 3a1 per unit time decreases (for example, becomes less than or equal to the lower limit). It may be there.
  • This predetermined time may be, for example, a value of 10 seconds or more and 10 minutes or less.
  • the predetermined time is not limited to this, and when a defect such as a stagnant part or a low density part (for example, a void) is present in the inspection object 1, an increasing peak forming portion and a decreasing peak forming portion are formed in the ratio distribution described later. It suffices if at least one of the parts is set to occur.
  • the number of detections may mean the number of neutrons detected over the predetermined time.
  • the stagnant part may be a place where water is simply present, or in the case of the inspection object 1 containing metal, it is a place where metal rust (for example, iron rust) is progressing due to moisture. You may.
  • the low density part is the part that is less dense than the normal part of the inspection object (if the inspection object is concrete, the low density part is the part that is less dense than the normal concrete part. ).
  • the low density portion may be a portion of 1/3 or less, 1/5 or less, or 1/10 or less of the density of the normal portion of the inspection object.
  • voids may be assumed as the low density portion.
  • the present invention is not limited to this, and as the low-density portion, low-density wood mixed in the inspection object (for example, concrete) may be assumed, or other parts may be assumed.
  • the detection device 3 has a detector 3a and a measurement unit 3b.
  • the term “inspection” means when a neutron beam is applied to the irradiation point R on the surface 1a of the inspection object 1 in order to inspect the presence or absence of defects in the inspection object 1 (when performing step S3 described later). ) Means. Further, in the following, the inspection means inspecting the presence or absence of defects in the inspection object 1 by irradiating the neutron beam in this way (performing steps S3 to S8 or beam scanning described later).
  • the detector 3a (detection surface 3a1) is arranged so as to face the surface 1a of the inspection object 1 at the time of inspection.
  • a part of a large number of detection positions in the detector 3a (for example, the center of the detector 3a (detection surface 3a1)) faces the irradiation point R.
  • the neutron beam from the neutron irradiation device 2 passes through the detector 3a (detection surface 3a1) and irradiates the surface 1a of the inspection object 1.
  • the surface having a two-dimensional spread (for example, virtual) in the detector 3a is the above-mentioned detection surface 3a1.
  • FIG. 1A shows an xyz coordinate system having x-axis, y-axis, and z-axis orthogonal to each other, and in the example of FIG. 1A, the detection surface 3a1 is parallel to the xy plane.
  • the xyz coordinate system of FIG. 1A is for convenience of explanation, and in actual operation, any coordinate axis may indicate which direction (the same applies to the xyz coordinate system in other figures).
  • the detector 3a (detection surface 3a1) is arranged at a position close to or in contact with the surface 1a.
  • the position close to the surface 1a may be, for example, a position within 30 mm, within 50 mm, within 100 mm, or within 300 mm from the surface 1a, but is not limited thereto.
  • the detection surface 3a1 may be parallel to the surface 1a of the inspection object 1.
  • the detector 3a may be a position-sensitive detector (PSD: Position Sensitive Detector). Each time a neutron is incident on the detection surface 3a1, the detector 3a outputs a detection signal corresponding to the detection position of the detection surface 3a1 on which the neutron is incident.
  • PSD Position Sensitive Detector
  • the detector 3a may be configured to selectively detect thermal neutrons and not to detect neutrons other than thermal neutrons.
  • the detector 3a may be a detector using a helium- 3 (3He) proportional coefficient tube, or may be a detector in which a scintillator containing lithium 6 ( 6 Li) and an optical sensor are combined. good.
  • the detector 3a may be configured to selectively detect medium-speed neutrons and not to detect neutrons other than medium-speed neutrons.
  • the detector 3a may be a detector in which a scintillator containing at least one of chlorine ( 35 Cl) and bromine ( 79 Br, 81 Br) and an optical sensor are combined.
  • the detector 3a may be a detector in which a scintillator containing CLYC or LaBr 3 and an optical sensor are combined.
  • the detector 3a is not limited to the above, and may be a detector in which a scintillator including, for example, 155 Gd, 157 Gd, 10 B, etc. and an optical sensor are combined. Further, each of the above-mentioned optical sensors may be a photomultiplier tube or a SiPM (Silicon Photomultiplier), but is not limited thereto.
  • Thermal neutrons generally refer to neutrons having an energy value of around 25 meV or less at room temperature, and medium-speed neutrons have energies sufficiently higher than thermal neutrons (energy of several keV or more and less than several hundred keV). ), And fast neutrons indicate neutrons having several hundred keV or more.
  • a thermal neutron may be a neutron having an energy of several tens of meV (for example, 50 meV) or less, and a medium-speed neutron is a medium-speed neutron.
  • a neutron having an energy of several keV (for example, 5 keV) or more and an energy of several hundred keV (for example, 500 keV) or more, and a fast neutron may be a neutron having an energy of several hundred keV (for example, 500 keV) or more.
  • the measuring unit 3b measures the number of scattered neutrons detected at each detection position based on a large number of detection signals output from the detector 3a.
  • the measuring unit 3b may be incorporated in the above-mentioned optical sensor such as SiPM.
  • the ratio calculation unit 5 obtains the ratio of the number of detections of the detection position to the reference value of the detection position (hereinafter, also simply referred to as a ratio) for each detection position in the detector 3a.
  • the reference value is set for each detection position as the number of detections when it is assumed that the inspection object 1 does not have a defect. That is, the reference value is the number of detections obtained when the inspection object 1 having no defect is tentatively inspected.
  • Such a reference value may differ depending on the detection position. That is, the reference value may differ between at least some of the detection positions.
  • the reference value of each detection position on the detector 3a (detection surface 3a1) is set in advance according to the positional relationship between the irradiation point R and the detection position, the neutron scattering characteristic of the inspection object 1, and the like.
  • the reference value of each detection position may be set for each irradiation point of the inspection object 1, or when the configuration (material) of the inspection object 1 is uniform, different irradiation points may be set. May be common to.
  • the above-mentioned reference value may be preset for each detection position in the detector 3a as follows. That is, when the inspection object 1 having no defect is inspected under the following detection conditions (a) to (c), it is detected at each detection position of the detector 3a for a predetermined time.
  • the number of neutrons (for example, the estimated number of detections) may be set as a reference value for the detection position.
  • the positional relationship and the attitude relationship (orientation relationship) between the detector 3a (detection surface 3a1), the inspection object 1 (irradiation point R), and the neutron irradiation device 2 become a preset positional relationship and attitude relationship.
  • the spectrum of the neutron beam emitted from the neutron irradiation device 2 to the inspection object 1 is defined.
  • the spectrum of the neutron beam is the energy distribution of a large number of neutrons irradiated from the neutron irradiation device 2 to the inspection object 1 per unit time (for example, in the case of a pulsed neutron beam, in the pulse time width), and this distribution. In, for each energy, the number of neutrons having that energy is represented.
  • the intensity of the neutron beam is defined.
  • the intensity of the neutron beam is the number of neutrons irradiated from the neutron irradiation device 2 to the irradiation point R (or the unit area in the irradiation point R) in the inspection object 1 per unit time.
  • one irradiation point R in the actual inspection object 1 (for example, the inspection object 1 in which the probability of existence of a defect is assumed to be low) is irradiated with neutrons.
  • the device 2 irradiates neutrons, and the number of detections at each detection position in the detector 3a is obtained.
  • the irradiation point R is changed and the same treatment is performed again.
  • the number of detections of each detection position in the detector 3a is obtained for each of the plurality of irradiation points R.
  • the average value of the plurality of detections of the detection position obtained for the plurality of irradiation points R is set as the reference value of the detection position.
  • a specimen having the same composition (material, etc.) as the actual inspection object 1 for example, the inspection object 1 which is assumed to have a high probability of existence of defects
  • the neutron irradiation device 2 irradiates the irradiation point R in the specimen with neutrons under the above detection conditions (a) to (c), and the detector 3a detects each detection position. The number is obtained, and the detected number is set as the reference value of the detected position.
  • the number of detections obtained for each detection position of the detector 3a when the inspection object 1 having no defect is inspected is simulated. Obtain and set the number of detections as the reference value of the detection position. Such a simulation may be performed, for example, on the inspection object 1 which is assumed to have a high probability of existence of a defect.
  • the reference value of each detection position on the detector 3a (detection surface 3a1) is , The detection position becomes smaller as the detection position moves away from the irradiation point of the neutron beam on the surface 1a (see, for example, FIGS. 6A and 6B described later).
  • the reference value of each detection position in the detector 3a may be stored in the storage unit 6 of the non-destructive inspection device 10.
  • the ratio calculation unit 5 calculates the ratio for each detection position in the detector 3a based on the reference value of the storage unit 6 and the above-mentioned number of detections.
  • the data processing unit 7 performs data processing on the ratio of each detection position of the detector 3a output by the ratio calculation unit 5.
  • the data processing unit 7 specifies an increasing peak forming portion and a decreasing peak forming portion of the ratio in the distribution of the ratio (hereinafter, also simply referred to as a ratio distribution) regarding the detection position on the detector 3a. Further, the data processing unit 7 obtains the size of the specified increasing peak forming portion and the size of the decreasing peak forming portion.
  • FIGS. 2A and 2B show the case where a low-density portion (for example, a void) exists as a defect inside the inspection object 1
  • FIGS. 2C and 2D show water as a defect inside the inspection object 1.
  • Show the case. 2A and 2C show the case where the defect in the inspection object 1 exists on the extension line of the neutron beam irradiated to the inspection object 1
  • FIGS. 2B and 2D show the case where the defect in the inspection object 1 exists in the inspection object 1.
  • the defect in is present at a position deviated from the extension line of the neutron beam irradiated to the inspection object 1.
  • the horizontal axis indicates the detection position (x coordinate) on the detector 3a in the x-axis direction (left-right direction) of FIG. 1A
  • the vertical axis indicates the above ratio of the number of detections.
  • the ratio distribution of FIGS. 2A to 2D shows the distribution at the same constant y-coordinate (see FIG. 1B) as the irradiation point R.
  • 2A to 2D show the case where the number of detections is the number of detections of thermal neutrons.
  • the tendency of the ratio distribution is the same as in FIGS. 2A to 2D.
  • the decrease peak forming portion is a portion where the ratio is smaller than 1, and is a portion where a decrease peak (peak in the negative direction) of the ratio is formed.
  • the increase peak forming portion is a portion where the ratio is larger than 1, and is a portion where an increase peak (positive direction peak) of the ratio is formed.
  • the decreasing peak forming portion is a portion from the point D2 to the point D3 on the ratio curves C1 and C2 representing the ratio distribution
  • the increasing peak forming portion is a point from the point D1 on the ratio curves C1 and C2.
  • the decreasing peak forming portion is the portion from the point D1 to the point D2 on the ratio curves C3 and C4 and the portion from the point D3 to the point D4 on the ratio curves C3 and C4, and the increasing peak forming portion. Is a portion from the point D2 to the point D3 on the ratio curves C3 and C4.
  • each "void” may be read as a low density portion.
  • the defect existing inside the inspection object 1 is a low density portion, as shown in FIG. 2A, in the detector 3a, in the vicinity of the region facing the void (that is, near the same x coordinate as the void), in the ratio distribution. , A decrease in the ratio Peak formation part occurs.
  • This decrease peak forming part is formed for the following reasons. Since the neutrons do not scatter in the voids, the neutrons irradiated to the inspection object 1 do not scatter from the voids to the detector 3a when passing through the voids to the side away from the surface 1a of the inspection object 1. .. Therefore, the number of scattered neutrons detected decreases in the vicinity of the region facing the void on the detection surface 3a1, and a reduced peak forming portion is generated. Further, the fast neutrons incident on the inspection object are converted into thermal neutrons while passing through the inspection object (for example, concrete), but the presence of voids in the inspection object 1 generates thermal neutrons accordingly. It means that it will disappear. Therefore, the number of detected scattered thermal neutrons decreases in the vicinity of the region facing the void on the detection surface 3a1.
  • This increased peak forming part is formed for the following reasons. Scattered neutrons incident on the region adjacent to the region facing the void (decreased peak forming portion) on the detection surface 3a1 are scattered at a position deeper than the void and scattered through the void toward the adjacent region. Contains neutrons. This "scattered neutron that passes through the void" does not scatter in the other direction in the void, and is difficult to be absorbed by the inspection object (for example, concrete) due to the presence of the void. Therefore, the number of scattered neutrons detected increases in the adjacent region by that amount, so that the increased peak forming portion is generated.
  • FIG. 2B even if the position of the void is slightly deviated from the extension line of the neutron beam irradiated to the irradiation point R, the same ratio distribution as in the case of FIG. 2A can be obtained.
  • a relatively large increase peak forming portion is generated on the left side. This is because, in FIG. 2B, among the neutron beams incident on the inspection object 1, more scattered neutrons pass through the void and are detected at the position corresponding to the increasing peak forming portion on the left side.
  • the scattered neutrons incident on the region of the detection surface 3a1 facing the stagnant portion include the scattered neutrons from the stagnant portion.
  • the scattered neutrons incident on the region of the detection surface 3a1 facing the stagnant portion include the scattered neutrons from the stagnant portion.
  • many scattered neutrons from stagnant points are reacted with water to become thermal neutrons. Therefore, on the detection surface 3a1, the number of detected scattered thermal neutrons increases in the region facing the stagnant portion, so that an increased peak forming portion is generated.
  • the reason why the dent in the negative direction is generated at the top of the increase peak forming portion is as follows.
  • the number of thermal neutrons detected decreases in the center of the region of the detection surface 3a1 facing the stagnant portion, so that the above-mentioned depression occurs.
  • the determination value calculation unit 8 receives the size of the increasing peak forming unit and the size of the decreasing peak forming unit from the data processing unit 7 as Sp and Sn, respectively.
  • the determination value calculation unit 8 obtains the sum (Sp + Sn) of the size of the increasing peak forming portion and the size of the decreasing peak forming portion, and divides the size of the decreasing peak forming portion by the size of the increasing peak forming portion ( Sn / Sp) is calculated. Further, the determination value calculation unit 8 outputs the obtained Sp + Sn and Sn / Sp.
  • Sp may be the sum of the sizes of the plurality of increased peak forming portions.
  • Sn may be the sum of the sizes of the plurality of decreasing peak forming portions.
  • the determination unit 9 determines the presence / absence of a defect and the type of defect in the inspection object 1 based on Sp + Sn and Sn / Sp output by the data processing unit 7.
  • FIG. 3 shows a two-dimensional coordinate system for this determination. In FIG. 3, the horizontal axis represents Sp + Sn and the vertical axis represents Sn / Sp.
  • the determination unit 9 makes a determination as follows. When Sp + Sn is equal to or less than the first threshold value, the determination unit 9 determines that there is no defect in the inspection object 1 and outputs a defect absence signal to that effect.
  • the determination unit 9 determines that a defect exists in the inspection object 1 and outputs a defect existence signal to that effect.
  • the signal may include information indicating the type of defect as follows.
  • the determination unit 9 determines that a void exists in the inspection object 1, and to that effect.
  • the first defect signal of is output.
  • the determination unit 9 determines that water (water retention location) is present in the inspection object 1. Judgment is made, and a second defect signal to that effect is output.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a non-destructive inspection method according to an embodiment of the present invention. This non-destructive inspection method is performed using the non-destructive inspection apparatus 10 described above, and includes steps S1 to S8.
  • step S1 the reference value of each detection position of the detector 3a is set as described above.
  • step S2 the neutron irradiation device 2 and the detector 3a are arranged with respect to the inspection object 1.
  • step S3 the neutron irradiation device 2 causes the neutron beam to be incident on the local irradiation point R on the surface 1a of the inspection object 1.
  • steps S2 and S3 are performed under the above-mentioned detection conditions (a) to (c).
  • the traveling direction of the neutron beam irradiated to the irradiation point R may be a direction perpendicular to the surface 1a or an oblique direction with respect to the direction perpendicular to the surface 1a. ..
  • step S4 as a result of step S3, the scattered neutrons returned from the inspection object 1 are detected by the detection device 3 at each detection position on the detection surface 3a1 facing the surface 1a, and the detection position is detected by the detection device 3. The number of scattered neutrons detected is measured each time.
  • step S5 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, the ratio calculation unit 5 detects the detection position on the detection surface 3a1. The ratio of the number of detected detection positions to the reference value of the position is calculated and output.
  • step S6 the data processing unit 7 identifies an increasing peak forming portion and a decreasing peak forming portion of the ratio in the distribution regarding the detection position of the ratio calculated in step S5, and the size Sp and the decreasing peak of the increasing peak forming portion.
  • the size Sn of the forming portion is obtained.
  • step S7 the determination value calculation unit 8 obtains Sp + Sn, and the determination unit 9 determines whether or not there is a defect inside the inspection object 1 based on Sp + Sn.
  • step S7 when Sp + Sn is equal to or less than the first threshold value T1, the determination unit 9 determines that there is no defect inside the inspection object 1 and outputs a defect absence signal to that effect.
  • the determination unit 9 determines that a defect exists inside the inspection object 1 and proceeds to step S8.
  • step S8 the determination value calculation unit 8 obtains Sn / Sp, and the determination unit 9 determines the type of defect based on Sn / Sp.
  • step S8 when Sn / Sp is equal to or higher than the second threshold value T2, the determination unit 9 determines that a low-density portion (for example, a void) as a defect exists inside the inspection object 1 and determines that the inspection object 1 has a low density portion (for example, a void). The first defect signal to that effect is output.
  • step S8 when Sn / Sp is less than the second threshold value T2, the determination unit 9 determines that water (water retention location) as a defect exists inside the inspection object 1. A second defect signal to that effect is output.
  • step S8 the irradiation points R in step S3 may be changed and steps S3 to S6 may be repeated. That is, in step S3, the irradiation points R to which the neutron beam is incident on the surface 1a of the inspection object 1 are made to be different from each other between the repeated plurality of steps S3. In this case, a plurality of steps S3 may be performed so as to scan the inspection object 1 with a neutron beam.
  • step S3 to S6 as one cycle, Sp / Sn or Sn / Sp is obtained from Sp and Sn obtained in step S6 of the cycle for each cycle.
  • step S8 if it is determined in step S8 above that a low-density portion is present as a defect, Sp / Sn is obtained, and if it is determined in step S8 above that water is present as a defect, Sn / Sp is obtained. May be sought.
  • the minimum Sp / Sn or Sn / Sp is specified.
  • the irradiation point R corresponding to the specified minimum Sp / Sn or Sn / Sp (that is, the irradiation point R in the cycle in which the Sp / Sn or Sn / Sp was obtained) is the low density portion (void) or the water. Identify as the closest location to. Such a beam scan will be described in more detail in Example 2 described later.
  • FIG. 5A shows a cross section of the inspection object 1 inspected
  • FIG. 5B is a view taken along the line 5B-5B of FIG. 5A.
  • the inspection object 1 of FIG. 5A has a concrete 1b and an H steel 1c embedded inside the concrete 1b.
  • FIG. 5C is a diagram showing the dimensions of each part in FIG. 5A.
  • x, y, and z indicate an x-axis, a y-axis, and a z-axis that are orthogonal to each other in the xyz coordinate system.
  • step S3 the irradiation point R shown in FIG. 5B was irradiated with a neutron beam composed of 108 neutrons.
  • the irradiation point R is a square having a side of 50 mm (a region surrounded by a broken line indicated by the symbol R in FIG. 5B).
  • FIGS. 6A and 6B show reference values used in step S5 for the case of selective detection of thermal neutrons. That is, FIGS. 6A and 6B are specific examples of the number of detections (that is, reference values) of each detection position in the detector 3a when there are no defects such as voids in the inspection object 1 of FIG. 5A.
  • 6A and 6B show the distribution of reference values set using the specimen as described above when the detector 3a is a helium- 3 (3He) proportional coefficient tube.
  • FIG. 6A shows the distribution of the reference values on the irradiation point R surrounded by the alternate long and short dash line and the surface having a two-dimensional spread (detection surface 3a1)
  • FIG. 6B shows the center of the irradiation point R of the neutron beam on the surface 1a.
  • the reference value (detection number) of each x-axis coordinate with respect to the same y-axis coordinate is shown.
  • the reference value becomes smaller in the order of regions A to H.
  • the reference value when shown as a rough value, is 2.7 ⁇ 10 3 / cm 2 or more in the area A, and 1.9 ⁇ 10 3 / cm 2 or more 2.7 ⁇ 10 3 in the area B.
  • a cross mark indicates a reference value
  • a circle mark, a square mark, and a triangle mark indicate the number of detections when the above-mentioned voids are present in FIG. 5A.
  • These circles, squares, and triangles indicate the cases where the dimensions of the voids in the z-axis direction are 3 mm, 10 mm, and 30 mm, respectively.
  • the marks of each type are substantially overlapped with each other at each position separated from the origin of the x-axis coordinates by about 200 mm or more, and the difference between them becomes smaller as the distance from the origin increases.
  • the above experiment was performed using the detector 3a that selectively detects medium-speed neutrons under the same other conditions.
  • the reference value the value when the medium-speed neutron was selectively detected was used.
  • FIGS. 7A and 7B show a two-dimensional distribution of the ratio on the detection surface 3a1 when the dimension of the void in the z-axis direction is 10 mm.
  • FIG. 7A shows a case where a detector 3a for selectively detecting thermal neutrons is used
  • FIG. 7B shows a case where a detector 3a for selectively detecting medium-speed neutrons is used.
  • the horizontal axis and the vertical axis indicate the coordinates of the x-axis and the y-axis shown in FIG. 5A, and the origin of each coordinate is the center of the irradiation point R.
  • the broken line indicates the range in which the void exists when viewed in the z-axis direction.
  • the rough distribution of the ratio on the detection surface 3a1 is shown by each region A to E surrounded by a solid line.
  • the ratio is less than 0.93 in region A, 0.93 or more and less than 0.97 in region B, 0.97 or more and less than 1.00 in region C, and 1.00 or more and less than 1.00 in region D. It is less than 13.
  • the region E is a region having a large error.
  • the distribution of the rough ratio on the detection surface 3a1 is shown by each region A to D surrounded by a solid line.
  • the ratio is less than 0.97 in region A, 0.97 or more and less than 1.00 in region B, 1.00 or more and less than 1.09 in region C, and 1.09 or more and less than 1.09 in region D. It is less than 19.
  • the region E is a region having a large error.
  • the existence of voids can be detected regardless of whether the neutrons to be detected are thermal neutrons or medium-speed neutrons.
  • the neutrons to be detected are thermal neutrons or medium-speed neutrons.
  • the Sp + Sn value is larger when medium-speed neutrons are detected. That is, the detection of medium-speed neutrons can increase the sensitivity of the Sp + Sn value to the presence of voids.
  • FIG. 8 shows the values of Sp + Sn in each case in the above experiment.
  • the horizontal axis represents the dimension of the void in the z-axis direction
  • the vertical axis represents the obtained Sp + Sn value.
  • a circle indicates a case where thermal neutrons are selectively detected
  • a square mark indicates a case where medium-speed neutrons are selectively detected.
  • Example 2 beam scan
  • a detector 3a that selectively detects thermal neutrons was used.
  • 9A shows a cross section of the inspection object 1 subjected to the beam scan
  • FIG. 9B is a view taken along the line 9B-9B of FIG. 9A.
  • the inspection object 1 in FIG. 9A is the same as in the case of FIG. 5A, and the dimensions of each part are also the same as in the case of FIG. 5C.
  • the dimensions of the void existing as a defect inside the inspection object 1 in the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction are 50 mm, 300 mm, and 3 mm, respectively.
  • steps S3 to S6 were regarded as one cycle of the beam scan, and in each of the three cycles (step S3), the surface 1a of the inspection object 1 was irradiated with the neutron beam. Further, the neutron beams irradiated in the three cycles are shown by B1 to B3 in FIG. 9A, respectively. Further, the irradiation site in the three cycles is a circle having a diameter of 40 mm.
  • FIG. 9B shows the irradiation point R1 and its center r1 in the first cycle, the center r2 of the irradiation point in the second cycle, and the center r3 of the irradiation point in the third cycle.
  • the z-axis direction dimension of the void was changed to 10 mm, and the other conditions were the same, and the above-mentioned beam scan was performed three times. Further, the z-axis direction dimension of the void was changed to 30 mm, and the other conditions were the same, and the above-mentioned beam scan was performed three times.
  • FIG. 10 shows the result of the second cycle when the dimension of the void in the z-axis direction is 10 mm, and shows the two-dimensional distribution of the ratio on the detection surface 3a1.
  • the horizontal axis and the vertical axis indicate the coordinates of the x-axis and the y-axis shown in FIG. 9A, and the origin of each coordinate is the above-mentioned center r2 (see FIG. 9B).
  • the ellipse R shown by the broken line is the irradiation point, and another broken line indicates the range in which the void exists when viewed in the z-axis direction.
  • the distribution of the rough ratio on the detection surface 3a1 is shown by each region A to D surrounded by a solid line.
  • the ratio is less than 0.95
  • the ratio is 0.95 or more and less than 1.00
  • the ratio is 1.00 or more and less than 1.10
  • the region D is. This is the area where the error is large.
  • FIG. 11 shows the result when the dimension of the void in the z-axis direction is 10 mm, and shows the x-axis direction distribution of the ratio on the detection surface 3a1.
  • the horizontal axis indicates the position coordinates in the x-axis direction
  • the vertical axis indicates the ratio (number of detections / reference value).
  • the triangular mark indicates the case where the center of the irradiation point of the neutron beam on the surface 1a of the inspection object 1 is r1 in FIG. 9B
  • the square mark indicates the case where the center is r2 in FIG. 9B.
  • the circle indicates the case where the center is r3 in FIG. 9B.
  • the ratio at each position coordinate shows the ratio at the same y-axis coordinate as the center of the irradiation point R1 of the neutron beam on the surface 1a.
  • the obtained ratio has a large error, but on both ends of the position coordinates in the x-axis direction, as the distance from the center of the irradiation site increases. Tends to approach 1. Therefore, Sn and Sp may be obtained within a range of position coordinates in which the error does not exceed the permissible limit.
  • FIG. 12 shows Sp / Sn values obtained by beam scanning.
  • the horizontal axis shows the distance in the x-axis direction between the center of the irradiation point R and the center of the void
  • the vertical axis shows the Sp / Sn value obtained in each cycle of the beam scan.
  • Sn and Sp are obtained in the range of ⁇ 300 mm ⁇ x ⁇ 500 mm in consideration of the error.
  • the circle mark indicates the case where the z-axis direction dimension of the void is 3 mm
  • the square mark indicates the case where the z-axis direction dimension of the void is 10 mm
  • the triangular mark indicates the z-axis direction dimension of the void. Is 30 mm.
  • the irradiation point R in the cycle in which the minimum Sp / Sn was obtained is the closest to the void in the inspection object 1. Therefore, the irradiation point R corresponding to the minimum Sp / Sn can be specified as the point closest to the void. For example, when the surface 1a of the inspection object 1 is irradiated with a neutron beam from directly above the void in the inspection object 1, many neutrons pass through the void in the direction away from the surface 1a. Neutrons do not scatter toward the detector 3a in the void. As a result, it is considered that the number of detections is greatly reduced in the region directly above the void on the detection surface 3a1. In addition, thermal neutrons are not generated in the voids. Therefore, it is considered that the closer the irradiation point R is to the void (immediately above the void), the larger the Sn and the smaller the Sp / Sn.
  • the above-mentioned beam scan was performed for the case where the defect is a water retention point instead of the void.
  • the stagnant portion is at the same position as in the case of the above-mentioned void, and its dimensions in the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction are 50 mm, 300 mm, and 10 mm, respectively.
  • a detector 3a that selectively detects thermal neutrons was used.
  • Other points are the same as in the above-mentioned beam scan in which the defect was a void.
  • FIG. 13 shows a two-dimensional distribution of the ratio on the detection surface 3a1 obtained in the second cycle of such a beam scan.
  • the horizontal axis and the vertical axis indicate the coordinates of the x-axis and the y-axis shown in FIG. 9A in which the void is replaced with the water retention point, and the origin of each coordinate is the center of the irradiation point R in the second cycle.
  • the ellipse R shown by the broken line is the irradiation point
  • another broken line shows the range in which the water retention point exists when viewed in the z-axis direction.
  • the distribution of the ratio on the detection surface 3a1 is shown by each region A to D surrounded by a solid line.
  • the ratio is roughly 1.20 or more in region A, 1.15 or more and less than 1.20 in region B, 1.10 or more and less than 1.15 in region C, and 1.05 in region D. It is less than 1.10, 1.00 or more and less than 1.05 in the region E, 0.90 or more and less than 1.00 in the region F, and the region G is a region having a large error.
  • FIG. 14 shows the x-axis direction distribution of the ratio on the detection surface 3a1.
  • the horizontal axis indicates the position coordinates in the x-axis direction
  • the vertical axis indicates the ratio (number of detections / reference value).
  • the triangular mark indicates the case where the center of the irradiation point of the neutron beam on the surface 1a of the inspection object 1 is r1 in FIG. 9B
  • the square mark indicates the case where the center is r2 in FIG. 9B.
  • the circle indicates the case where the center is r3 in FIG. 9B.
  • the ratio at each position coordinate shows the ratio at the same y-axis coordinate as the center of the irradiation point R of the neutron beam.
  • the obtained ratio has a large error, but on both ends of the position coordinates in the x-axis direction, 1 as the distance from the center of the irradiation site increases. Tends to approach.
  • FIG. 15 shows the Sn / Sp value obtained by the beam scan when the dimension in the z-axis direction is 10 mm with a square mark.
  • the horizontal axis shows the distance in the x-axis direction between the center of the irradiation point R and the center of the stagnant part
  • the vertical axis shows the Sn / Sp value obtained in each cycle of the beam scan.
  • the irradiation point R in the cycle in which the minimum Sn / Sp is obtained is the closest to the water retention point in the inspection object 1. This is based on the following reasons. Neutrons tend to react with water in stagnant areas to become thermal neutrons. Therefore, it is considered that the closer the irradiation point R is to the water retention point (directly above the water retention point), the larger the number of thermal neutrons to be detected, and as a result, the Sp becomes larger and the Sn / Sp becomes smaller.
  • the neutron beam is irradiated to the local irradiation point R on the surface 1a of the inspection object 1, and as a result, the number of scattered neutrons incident on the detection position is detected for each detection position on the detector 3a. It is measured as a number, and for each detection position, the ratio of the number of detections of the detection position to the reference value of the detection position is obtained.
  • the ratio distribution regarding the detection position obtained in this way contains information indicating the presence / absence and type of defects. Therefore, the presence / absence and type of defects can be detected based on the ratio (ratio distribution) of each detection position in the detector 3a.
  • the sizes of the increasing peak forming portion and the decreasing peak forming portion of the ratio in the ratio distribution are set to Sp and Sn, respectively, and when Sp + Sn is larger than the first threshold value T1, water or a low density portion (for example, a void) is used. ) Can be determined to be present.
  • the irradiation point R as a local place (for example, a spot), when a defect exists in the inspection object 1, the above-mentioned increased peak forming portion and decreasing peak forming portion are more prominent in the ratio distribution. Is more likely to occur.
  • the detector 3a When detecting the presence or absence of a low-density portion (for example, a void), the detector 3a selectively detects medium-speed neutrons, so that Sp + Sn having high sensitivity to the low-density portion can be obtained.
  • a low-density portion for example, a void
  • Sp / Sn or Sn / Sp can be obtained for each irradiation point R, and it can be determined that the irradiation point R corresponding to the minimum Sp / Sn or Sn / Sp is the closest to the low density part or the stagnant part. ..
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention.
  • the non-destructive inspection device 10 according to the embodiment of the present invention may not have all of the above-mentioned effects.
  • the non-destructive inspection apparatus 10 according to the embodiment of the present invention may not have all of the above-mentioned plurality of components, or may have only a part of the above-mentioned plurality of components.
  • any one of the following modified examples 1 to 8 may be adopted alone, or two or more of the modified examples 1 to 8 may be arbitrarily combined and adopted. In this case, the points not described below are the same as described above.
  • the neutron irradiation device 2 irradiates the irradiation point R with the pulsed neutron beam, but the irradiation point R may be irradiated with the continuous neutron beam continuously in time.
  • the detection device 3 has a time interval in which an increasing peak forming portion and a decreasing peak forming portion are generated in the above-mentioned ratio distribution when a defect such as a stagnant portion or a low density portion is present in the inspection object 1. Over (predetermined time), the number of detections at each detection position in the detector 3a may be measured.
  • the non-destructive inspection device 10 may further include a display 11.
  • the ratio calculation unit 5 may output the ratio of each detection position in the detector 3a to the display 11 as a ratio distribution regarding the detection position.
  • the output ratio distribution is displayed on the display 11, and a person may determine the presence or absence and type of defects by looking at the displayed ratio distribution.
  • the ratio distribution displayed on the display 11 is represented by a two-dimensional coordinate system having a coordinate axis indicating each detection position (for example, the x-axis of FIG. 1A) and a coordinate axis indicating the ratio, as shown in FIGS. 2A to 2D. It may be the one that has been done.
  • the ratio distribution displayed on the display 11 is represented by a three-dimensional coordinate system having two coordinate axes (for example, x-axis and y-axis in FIG. 1A) indicating each detection position and orthogonal to each other and a coordinate axis indicating the ratio. It may be an orthogonal one.
  • the ratio distribution displayed on the display 11 is the magnitude of the ratio at each detection position in the two-dimensional surface (detection surface 3a1) displayed on the display 11 as shown in FIGS. 7A and 7B. It may be represented by a plurality of compartments (for example, compartments A to E in FIG. 7A), colors, shades, and the like. It should be noted that the range of the ratio value is different from each other among the plurality of compartments, and the upper limit and the lower limit of the ratio range of each compartment may also be displayed on the display 11.
  • the determination value calculation unit 8 may output Sp + Sn and Sn / Sp as the obtained determination values to the display 11.
  • each output determination value is displayed on the display 11, and a person may determine the presence or absence or type of a defect by looking at each of the displayed determination values.
  • the display 11 may further display the ratio distribution as described above.
  • the display 11 when the display 11 is provided, only the determination value calculation unit 8 and the determination unit 9 may be omitted from the data processing unit 7, the determination value calculation unit 8, and the determination unit 9.
  • the data processing unit 7 may output Sp and Sn to the display 11.
  • the output Sp and Sn values are displayed on the display 11, and a person may determine the presence or absence and type of defects by looking at the displayed values.
  • the display 11 may further display the ratio distribution as described above.
  • the size of the increased peak forming portion in the ratio distribution is expressed by the area, but it may be the maximum value of the ratio (the peak value in the positive direction) in the increased peak forming portion.
  • the size of the decreasing peak forming portion in the ratio distribution may be the minimum value (negative peak value) of the ratio in the decreasing peak forming portion.
  • the ratio distribution (ratio of each detection position in the detector 3a) output by the ratio calculation unit 5 is a distribution represented with respect to one-dimensional coordinates (x coordinates) as shown in FIGS. 2A to 2D, that is, with the x-axis. It may be a distribution represented by a two-dimensional coordinate system having an axis of ratio, or a distribution represented by two-dimensional coordinates (x-axis coordinate and y-axis coordinate), that is, a ratio between x-axis and y-axis. It may be represented by a three-dimensional coordinate system having an axis of.
  • the size of the decreasing peak forming portion may also be the volume of the region sandwiched between the portion where the ratio is 1 and the decreasing peak forming portion. That is, ⁇ ⁇ 1-f (x, y) ⁇ dxdy may be the size of the decreasing peak forming portion, as in the case of the increasing peak forming portion.
  • the data processing unit 7 when the ratio distribution is represented by the two-dimensional coordinate system as described above, the data processing unit 7 generates a curve (for example, the ratio curve C1 in FIG. 2A) that approximates the ratio distribution in the two-dimensional coordinate system. , The above-mentioned Sp and Sn may be obtained based on the curve.
  • the data processing unit 7 When the ratio distribution is represented by the three-dimensional coordinate system as described above, the data processing unit 7 generates a curved surface (for example, f (x, y) described above) that approximates the ratio distribution in the three-dimensional space. The above-mentioned Sp and Sn may be obtained based on the curved surface.
  • step S8 was performed under the assumption that the defect in the inspection object 1 is either a low-density portion (for example, a void) or a stagnant portion (or iron rust), but this assumption is not made. If not, if the determination in step S7 is negative, it may be determined that another expected defect exists. For example, when the deterioration determination object (for example, the above-mentioned waterproof sheet or optical fiber cable) exists in the inspection object 1, if the determination in step S7 is negative, the deterioration determination object (for example, the waterproof sheet) is present.
  • the deterioration determination object for example, the above-mentioned waterproof sheet or optical fiber cable
  • the deterioration of the cover (sheath) of the optical fiber cable may be regarded as a defect, and it may be determined that such a defect exists. That is, it may be assumed that the negative determination result in step S7 indicates such deterioration.
  • the detector 3a has a detection surface 3a1 having a two-dimensional spread, but the present invention is not limited thereto.
  • the detector 3a may extend in a rod shape (for example, in the x-axis direction of FIG. 1A).
  • a rod-shaped detector 3a has a plurality of (for example, a large number) detection positions arranged in a rod shape.
  • the rod-shaped detector 3a may be used to perform steps S2 to S4 a plurality of times.
  • the position of the detector 3a is different between the plurality of times, and the other conditions are the same.
  • the number of detections at a large number of detection positions over a range having a two-dimensional spread may be acquired, and the ratio at each of these detection positions may be obtained as in step S5 described above.
  • the presence or absence and type of defects may be determined as in steps S7 and S8 described above based on the ratio (ratio distribution) at these detection positions, or this ratio distribution may be displayed on the display 11. good.
  • the position and orientation of the detector 3a at each time of steps S2 to S4 are input to the detector 3 by an appropriate means (for example, by operating an input device by a person), and the detector 3 is based on this input. May grasp the correspondence between each detection position and the number of detections.
  • the detector 3a may be a point-shaped detector in which one detection position exists. In this case, steps S2 to S4 are performed many times. In this case, the position of the detector 3a is different among the multiple times, and the other conditions are the same. Thereby, the number of detections at a large number of detection positions over a range having a one-dimensional or two-dimensional spread may be acquired, and the ratio at each of these detection positions may be obtained. In this case, the other points are the same as in the case where steps S2 to S4 are performed a plurality of times using the rod-shaped detector 3a.
  • the ratio calculation unit 5 may obtain the above-mentioned ratio by using the normalized reference value and the normalized number of detections as follows.
  • the reference value of each detection position i (i is an identifier of the detection position; the same applies hereinafter) is detected at the detection position i as a result of injecting Na neutrons into the inspection object 1 in a state where there is no internal defect.
  • the ratio calculation unit 5 calculates the ratio at each detection position i by Di / Ri.
  • the above-mentioned Na and Nb may be different from each other, and the time for irradiating the inspection object 1 (irradiation point R) with the neutron beam in step S3 corresponds to the setting of the reference value. It may be different from the time (irradiation time of the neutron beam).
  • the time for measuring the number of detected neutrons emitted in step S4 and the corresponding measurement time for setting the reference value are both the neutrons emitted from the inspection object 1 per unit time. It may be the time until the number of neutrons becomes sufficiently small (for example, substantially zero).
  • Inspection object 1a Surface 1b Concrete 1c H steel 2 Neutron irradiation device 2a Neutron source 2b Collimeter 3 Detection device 3a Detector 3a 1 Detection surface 3b Measurement unit 5 Ratio calculation unit 6 Storage unit 7 Data processing unit 8 Judgment value calculation unit 9 Judgment Part 10 Non-destructive inspection device 11 Display R Irradiation point

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Abstract

非破壊検査装置（１０）は、検査対象物（１）の表面（１ａ）における局所的な照射箇所に中性子ビームを照射する中性子照射装置（２）と、照射箇所への中性子ビームの照射の結果、検査対象物（１）から戻って来た散乱中性子を、表面（１ａ）に対向する各検出位置で検出し、検出位置毎に散乱中性子の検出数を計測する検出装置（３）と、各検出位置について、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求める比率算出部（５）とを備える。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検出位置毎に設定されている。

Description

非破壊検査装置と非破壊検査方法
　本発明は、中性子ビームを用いて検査対象物を検査するための装置と方法に関する。より詳しくは、本発明は、例えばコンクリートや鋼鉄などにより構成された検査対象物に中性子ビームを入射し、その結果、検査対象物の内部で散乱して戻って来た散乱中性子に基づいて、検査対象物内における欠陥の有無や種類を検査するための装置と方法に関する。
　空港の滑走路、自動車の道路（例えば高速道路）、トンネル、橋などのインフラストラクチャー構造物（以下でインフラ構造物という）は、その使用や経年劣化により欠陥が生じる場合がある。例えば、欠陥として、インフラ構造物の内部に、滞水箇所、鉄錆、空洞などが生じる場合がある。
　このような欠陥の有無について中性子ビームを用いて検査する技術が特許文献１に開示されている。特許文献１では、インフラ構造物などの検査対象物にパルス中性子ビームを照射し、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し、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し、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している。
国際公開第２０１７／０４３５８１号
　従来において、検査対象物内に存在する欠陥が小さい場合には、欠陥の有無を検出することが困難であった。例えば、検査対象物の内部に生じた数ｍｍの欠陥（３ｍｍの空隙や６ｍｍの滞水箇所等）を検出することが困難であった。
　そこで、本発明の目的は、検査対象物の非破壊検査において、小さい欠陥（例えば３ｍｍ程度の欠陥）でも検出できるようにすることにある。
　上述の目的を達成するため、本発明による非破壊検査装置は、
　検査対象物の表面における局所的な照射箇所に中性子ビームを照射する中性子照射装置と、
　前記照射箇所への前記中性子ビームの照射の結果、検査対象物から戻って来た散乱中性子を、前記表面に対向する各検出位置で検出し、検出位置毎に散乱中性子の検出数を計測する検出装置と、
　各検出位置について、当該検出位置の基準値に対する当該検出位置の前記検出数の比率を求めて出力する比率算出部と、を備え、
　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前記検出位置毎に設定されている。
　また、本発明による非破壊検査方法では、
（Ａ）検査対象物の表面における局所的な照射箇所に中性子ビームを照射し、
（Ｂ）前記（Ａ）の結果、検査対象物から戻って来た散乱中性子を、前記表面に対向する各検出位置で検出し、検出位置毎に散乱中性子の検出数を計測し、
（Ｃ）各検出位置について、比率算出部により、当該検出位置の基準値に対する当該検出位置の前記検出数の比率を求めて出力し、
　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前記検出位置毎に設定されている。
　本発明によると、検査対象物の表面における局所的な照射箇所に中性子ビームを照射し、その結果、検査対象物から散乱中性子が戻って来る時に、検査対象物の表面に対向する各検出位置で散乱中性子を検出し、検出位置毎に散乱中性子の検出数を計測する。また、各検出位置について、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求める。
　検査対象物内に存在する欠陥が小さくても、検出位置に関する上記比率の分布において、当該欠陥により比率の増大ピーク形成部と減少ピーク形成部の一方又は両方が生じる。したがって、検査対象物内の欠陥が小さくても、各検出位置の上記比率に基づいて、当該欠陥の有無を検出することが可能となる。
本発明の実施形態による非破壊検査装置の構成を示す。 図１Ａの１Ｂ－１Ｂ矢視図である。 検査対象物の内部に低密度部分（例えば空隙）が存在する場合に得られる比率分布を模式的に示す。 検査対象物の内部に滞水箇所が存在する場合に得られる比率分布を模式的に示す。 検査対象物における欠陥の有無と種類の判定の説明図である。 本発明の実施形態による非破壊検査方法を示すフローチャートである。 実施例１における検査対象物の断面を示す。 図５Ａの５Ｂ－５Ｂ矢視図である。 図５Ａにおける各部の寸法を示す。 実施例１において熱中性子を選択的に検出する場合の基準値の２次元的分布を示す。 実施例１において熱中性子を選択的に検出する場合の基準値の１次元的分布を示す。 実施例１において熱中性子を選択的に検出した場合の、検出面における比率の２次元的分布を示す。 実施例１において中速中性子を選択的に検出した場合の、検出面における比率の２次元的分布を示す。 実施例１における検査結果を示す。 実施例２における検査対象物の断面を示す。 図９Ａの９Ｂ－９Ｂ矢視図である。 実施例２において欠陥が空隙である場合の検出面における比率の２次元的分布を示す。 実施例２において欠陥が空隙である場合の検出面における比率のｘ軸方向分布を示す。 実施例２において欠陥が空隙である場合のビームスキャンにより得られたＳｐ／Ｓｎの値を示す。 実施例２において欠陥が水である場合の検出面における比率の２次元的分布を示す。 実施例２において欠陥が水である場合の検出面における比率のｘ軸方向分布を示す。 実施例２において欠陥が水である場合のビームスキャンにより得られたＳｎ／Ｓｐの値を示す。
　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。
（非破壊検査装置の構成）
　図１Ａは、本発明の実施形態による非破壊検査装置１０の構成を模式的に示す。図１Ｂは、図１Ａの１Ｂ－１Ｂ矢視図である。非破壊検査装置１０は、中性子ビームを検査対象物１に照射し、その結果、検査対象物１から戻って来た散乱中性子を検出し、その検出結果に基づいて、欠陥の有無、種類などを検出するための装置である。
　検査対象物１は、上述したインフラ構造物であってもよいし、他の構造物であってもよい。例えば、検査対象物１は、コンクリートと鋼部材などの金属部材（例えば複数又は多数の金属部材）との一方又は両方を構成要素として含む構造体であってよい。このような構成要素又は別の構成要素を含む検査対象物１の場合に、当該検査対象物１は、ポリエチレンで形成された有機物を含むものであってもよい。この有機物は、一例では、検査対象物１（例えば道路の路面を形成する構造物）内に設けられた防水シート又は光ファイバーケーブルの覆い（シース）である。
　非破壊検査装置１０は、中性子照射装置２と検出装置３と比率算出部５とデータ処理部７と判定値算出部８と判定部９を備える。
　中性子照射装置２は、検査対象物１の表面１ａにおける局所的な照射箇所Ｒに（実質的に当該照射箇所Ｒにのみ）中性子ビームを照射する。照射箇所Ｒは、照射スポットであってよい。照射箇所Ｒの形状は、例えば円形、楕円形、又は矩形であってよいが、これらに限定されない。
　照射箇所Ｒの寸法は、１００ｍｍ以下、７０ｍｍ以下、又は５０ｍｍ以下であってよい。照射箇所Ｒの寸法の下限は、特に無くてよいが、可能な限り小さくてよい（例えば、当該下限は、０．３ｍｍ以上であり１０ｍｍ以下の範囲内の値であってよい）。照射箇所Ｒの寸法は、表面１ａにおける中性子ビームの断面の寸法である。また、照射箇所Ｒの寸法とは、表面１ａにおける中性子ビームの断面の、各方向の寸法のうち最小の寸法を意味してよい。
　中性子照射装置２は、中性子を放出する中性子源２ａと、コリメータ２ｂとを有する。
　中性子源２ａ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２ａ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２ａ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。
　コリメータ２ｂは、中性子源２ａ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。このように中性子ビームの断面が絞られることにより、中性子ビームが表面１ａにおける局所的な照射箇所Ｒに照射される。
　コリメータ２ｂは、中性子ビームが通過する通過路を、中性子が透過し難い材料で区画形成したものであってよい。コリメータ２ｂは、例えば、内部空間が上記通過路となっている筒状のものであってよい。
　中性子照射装置２は、パルス中性子ビームを照射箇所Ｒへ放出するように構成されていてもよいし、後述のように時間的に連続する中性子ビームを照射箇所Ｒへ放出するように構成されていてもよい。前者の場合、パルス中性子ビームのパルス時間幅（中性子ビームの持続時間）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、パルス中性子ビームの繰り返し周波数（検査対象物１への中性子ビームの照射周波数）は、例えば１００Ｈｚ程度であるが、欠陥の有無や種類の検出を妨げない限りで、これに限定されない。また、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２はパルス中性子ビームを放出するが、他の方法で、中性子照射装置２はパルス中性子ビームを放出するように構成されていてもよい。
　また、中性子照射装置２が照射箇所Ｒへ放出する中性子ビームは、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３は、照射箇所Ｒへの中性子ビームの照射の結果、検査対象物から戻って来た散乱中性子を、検査対象物１の表面１ａに対向する各検出位置（連続的に配列された複数の検出位置の各々）で検出し、検出位置毎に散乱中性子の検出数を計測する。例えば、検出装置３は、散乱中性子が入射する検出面３ａ１を有する。検出面３ａ１上の各位置が、上述の各検出位置であり、各検出位置の検出数は、当該検出位置へ入射した散乱中性子の数である。検出装置３は、検出位置毎に計測した検出数を比率算出部５に出力する。なお、検出面３ａ１は、図１Ｂのように矩形であってもよいし、他の形状であってもよい。例えば、検出面３ａ１は、細長く延びる面であってもよい。
　検出装置３による上記検出数の計測は、所定の時間にわたって行われてよい。この所定の時間は、例えば、中性子照射装置２が中性子ビームを照射した直後から、単位時間あたりに検出面３ａ１へ入射する散乱中性子の数が少なくなる（例えば下限値以下になる）までの期間であってよい。この所定の時間は、例えば、１０秒以上１０分以内の値であってよい。ただし、所定の時間は、これに限定されず、滞水箇所又は低密度部分（例えば空隙）等の欠陥が検査対象物１に存在する場合に後述する比率分布において増大ピーク形成部と減少ピーク形成部の少なくともいずれかが生じるように設定されていればよい。なお、以下において、検出数は、上記所定の時間にわたる中性子の検出数を意味してよい。
　滞水箇所は、単に水が存在している箇所であってもよいし、金属を含む検査対象物１の場合には、水分により金属の錆（例えば鉄錆）が進行している箇所であってもよい。低密度部分は、検査対象物の正常な部分よりも密度が低い部分である（検査対象物がコンクリートである場合には、低密度部分は、正常なコンクリートの部分よりも低密度な部分である）。詳しくは、低密度部分は、検査対象物の正常な部分の密度の１／３以下、１／５以下、又は１／１０以下の部分であってよい。例えば、低密度部分として、空隙を想定してもよい。ただし、これに限定されず、低密度部分として、検査対象物（例えばコンクリート）内に混入した低密度の木材を想定してもよいし、他のものを想定してもよい。
　検出装置３は、検出器３ａと計測部３ｂとを有する。なお、以下において、検査時とは、検査対象物１の欠陥の有無などを検査するために中性子ビームを検査対象物１の表面１ａの照射箇所Ｒに照射する時（後述のステップＳ３を行う時）を意味する。また、以下において、検査とは、このように中性子ビームを照射して検査対象物１の欠陥の有無などを検査すること（後述のステップＳ３～Ｓ８又はビームスキャンを行うこと）を意味する。
　検出器３ａ（検出面３ａ１）は、検査時に、検査対象物１の表面１ａに対向するように配置される。この配置では、検出器３ａにおける多数の検出位置の一部（例えば検出器３ａ（検出面３ａ１）の中央）は、照射箇所Ｒに対向している。この場合、検査時に、中性子照射装置２からの中性子ビームは、検出器３ａ（検出面３ａ１）を通過して検査対象物１の表面１ａに照射される。一例では、検出器３ａにおける２次元的な広がりを有する（例えば仮想的な）面が、上述の検出面３ａ１である。図１Ａにおいて、互いに直交するｘ軸とｙ軸とｚ軸を有するｘｙｚ座標系を示しており、図１Ａの例では、検出面３ａ１は、ｘｙ平面に平行である。なお、図１Ａのｘｙｚ座標系は、説明の便宜上のものであり、実際の運用では、どの座標軸がどの向きを示していてもよい（他の図におけるｘｙｚ座標系も同様である）。
　検査時に、検出器３ａ（検出面３ａ１）は、表面１ａに近接又は接触した位置に配置される。ここで、表面１ａに近接した位置とは、例えば表面１ａから３０ｍｍ以内、５０ｍｍ以内、１００ｍｍ以内、又は３００ｍｍ以内の位置であってよいが、これらに限定されない。また、検査時に、検出面３ａ１は、検査対象物１の表面１ａと平行であってよい。
　検出器３ａは、位置敏感型検出器（ＰＳＤ: Position Sensitive Detector）であってよい。検出器３ａは、検出面３ａ１に中性子が入射する度に、当該中性子が入射した、検出面３ａ１の検出位置に対応する検出信号を出力する。
　検出器３ａは、熱中性子を選択的に検出し、熱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よい。この場合、検出器３ａは、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検出器であってもよい。
　あるいは、検出器３ａ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、検出器３ａ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検出器であってもよい。例えば、検出器３ａ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検出器であってもよい。
　なお、検出器３ａ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検出器であってもよい。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３ｂは、検出器３ａから出力される多数の検出信号に基づいて、検出位置毎に当該検出位置へ入射して来た散乱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３ｂは、ＳｉＰＭなどの上述の光センサに組み込まれていてもよい。
　比率算出部５は、検出器３ａにおける各検出位置について、当該検出位置の基準値に対する当該検出位置の上記検出数の比率（以下で単に比率ともいう）を求める。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検出位置毎に設定されている。すなわち、基準値は、欠陥が存在しない検査対象物１に仮に検査を行った場合に得られる検出数である。このような基準値は、検出位置に応じて異なっていてよい。すなわち、基準値は、少なくとも一部の検出位置同士の間で異なってよい。検出器３ａ（検出面３ａ１）における各検出位置の基準値は、照射箇所Ｒと当該検出位置との位置関係、および検査対象物１における中性子の散乱特性などに応じて予め設定されている。このような各検出位置の基準値は、検査対象物１の照射箇所毎に設定されていてもよいし、検査対象物１の構成（材質）が一様である場合等においては、異なる照射箇所について共通のものであってもよい。
＜基準値の設定方法＞
　上述の基準値は、以下のように、検出器３ａにおける検出位置毎に予め設定されていてよい。すなわち、以下の検出条件（ａ）～（ｃ）の下で、欠陥が存在しない検査対象物１に対して検査を行った場合に、所定の時間にわたって検出器３ａの各検出位置で検出される中性子の数（例えば推定される検出数）を、当該検出位置の基準値として設定してよい。
（ａ）検出器３ａ（検出面３ａ１）と検査対象物１（照射箇所Ｒ）と中性子照射装置２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２から検査対象物１へ放出される中性子ビームのスペクトルが、定められたものとなっている。中性子ビームのスペクトルは、単位時間あたりに（例えば、パルス中性子ビームの場合には、パルス時間幅において）中性子照射装置２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。
（ｃ）中性子ビームの強度が、定められたものとなっている。中性子ビームの強度は、単位時間あたりに、中性子照射装置２から検査対象物１における照射箇所Ｒ（又は照射箇所Ｒにおける単位面積）に照射される中性子の数である。
　一例では、上記検出条件（ａ）～（ｃ）の下で、実際の検査対象物１（例えば欠陥の存在確率が低いと想定されている検査対象物１）における１つの照射箇所Ｒに中性子照射装置２が中性子を照射し、検出器３ａにおける各検出位置の検出数を求める。その後、同じ検査対象物１において照射箇所Ｒを変えて再び同じ処理を行う。この処理を、繰り返し行うことにより、複数の照射箇所Ｒの各々について、検出器３ａにおける各検出位置の検出数を求める。そして、検出器３ａにおける各検出位置について、複数の照射箇所Ｒについて求めた、当該検出位置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（例えば欠陥の存在確率が高いと想定されている検査対象物１）と構成（材質等）が同じであるが欠陥が存在しない供試体を用意し、この供試体を検査対象物１として、上記検出条件（ａ）～（ｃ）の下で、供試体における照射箇所Ｒに中性子照射装置２が中性子を照射し、検出器３ａにおける各検出位置の検出数を求め、当該検出数を当該検出位置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）～（ｃ）の下で、欠陥が存在しない検査対象物１に検査を行った場合に検出器３ａの各検出位置について得られる検出数をシミュレーションにより求め、当該検出数を当該検出位置の基準値として設定する。このようなシミュレーションは、例えば欠陥の存在確率が高いと想定されている検査対象物１に関して行ってよい。
　上述の検出条件（ａ）～（ｃ）の下で中性子ビームが検査対象物１の表面１ａに入射する方向に見た場合に、検出器３ａ（検出面３ａ１）における各検出位置の基準値は、当該表面１ａにおける当該中性子ビームの照射箇所から当該検出位置が離れるにつれて小さくなっている（例えば後述の図６Ａと図６Ｂを参照）。
　検出器３ａにおける各検出位置の基準値は、非破壊検査装置１０の記憶部６に記憶されていてよい。この場合、比率算出部５は、検出器３ａにおける各検出位置について、記憶部６の基準値と上述の検出数とに基づいて比率を算出する。
　データ処理部７は、比率算出部５が出力した検出器３ａの各検出位置の比率に対してデータ処理を行う。データ処理部７は、検出器３ａ上の検出位置に関する上記比率の分布（以下で単に比率分布ともいう）において、比率の増大ピーク形成部と減少ピーク形成部を特定する。また、データ処理部７は、特定した増大ピーク形成部の大きさと減少ピーク形成部の大きさを求める。
＜比率分布＞
　図２Ａ～図２Ｄは、検出位置に関する比率分布を示す比率曲線Ｃ１～Ｃ４を模式的に示している。
　図２Ａと図２Ｂは、検査対象物１の内部に欠陥として低密度部分（例えば空隙）が存在する場合を示し、図２Ｃと図２Ｄは、検査対象物１の内部に欠陥として水が存在する場合を示す。また、図２Ａと図２Ｃは、検査対象物１内における欠陥が、検査対象物１に照射される中性子ビームの延長線上に存在する場合を示し、図２Ｂと図２Ｄは、検査対象物１内における欠陥が、検査対象物１に照射される中性子ビームの延長線からずれた位置に存在する場合を示す。
　図２Ａ～図２Ｄにおいて、横軸は、図１Ａのｘ軸方向（左右方向）における検出器３ａ上の検出位置（ｘ座標）を示し、縦軸は、検出数の上記比率を示す。なお、図２Ａ～図２Ｄの比率分布は、照射箇所Ｒと同じ一定のｙ座標（図１Ｂを参照）における分布を示す。図２Ａ～図２Ｄは、検出数が熱中性子の検出数である場合を示す。ただし、検出数が中速中性子の検出数であっても、比率分布の傾向は、図２Ａ～図２Ｄと同様である。
　図２Ａ～図２Ｄの各々のように、検査対象物１内に存在する欠陥の影響で、比率分布に減少ピーク形成部と増大ピーク形成部が生じる。減少ピーク形成部は、比率が１よりも小さくなる部分であって、比率の減少ピーク（負方向のピーク）を形成する部分である。増大ピーク形成部は、比率が１よりも大きくなる部分であって、比率の増大ピーク（正方向のピーク）を形成する部分である。
　図２Ａと図２Ｂでは、減少ピーク形成部は、比率分布を表わす比率曲線Ｃ１，Ｃ２における点Ｄ２から点Ｄ３までの部分であり、増大ピーク形成部は、比率曲線Ｃ１，Ｃ２における点Ｄ１から点Ｄ２までの部分と、比率曲線Ｃ１，Ｃ２における点Ｄ３から点Ｄ４までの部分である。
　図２Ｃと図２Ｄでは、減少ピーク形成部は、比率曲線Ｃ３，Ｃ４における点Ｄ１から点Ｄ２までの部分と、比率曲線Ｃ３，Ｃ４における点Ｄ３から点Ｄ４までの部分であり、増大ピーク形成部は、比率曲線Ｃ３，Ｃ４における点Ｄ２から点Ｄ３までの部分である。
　また、減少ピーク形成部の大きさは、比率が１である部分（図２Ａ～図２Ｄでは、破線で示す直線Ｌ）と、減少ピーク形成部とで挟まれた領域の面積（図２Ａ～図２Ｄでは、符号Ｎが示す斜線部分の面積）であってよい。すなわち、ｘを位置座標（図１Ａのｘ軸座標）であるとして、比率曲線が、比率＝ｆ（ｘ）で表される場合に、∫｛１－ｆ（ｘ）｝ｄｘが、減少ピーク形成部の大きさであってよい。この積分は、減少ピーク形成部のｘの区間にわたって行われる。
　同様に、増大ピーク形成部の大きさは、比率が１である部分（図２Ａ～図２Ｄでは、破線で示す直線Ｌ）と、増大ピーク形成部とで挟まれた領域の面積（図２Ａ～図２Ｄでは、符号Ｐが示す斜線部分の面積）であってよい。すなわち、ｘを位置座標（図１Ａのｘ軸座標）であるとして、比率曲線が、比率＝ｆ（ｘ）で表される場合に、∫｛ｆ（ｘ）－１｝ｄｘが、増大ピーク形成部の大きさであってよい。この積分は、増大ピーク形成部のｘの区間にわたって行われる。
・低密度部分の欠陥
　以下で、低密度部分の欠陥として空隙を想定して説明するが、以下の内容は、他の低密度部分の欠陥を想定する場合にも当てはまる。この場合、以下において、各「空隙」は、低密度部分に読み替えられてよい。
　検査対象物１の内部に存在する欠陥が低密度部分である場合に、図２Ａのように、検出器３ａにおいて、空隙に対向する領域付近（すなわち空隙と同じｘ座標付近）では、比率分布において、比率の減少ピーク形成部が生じる。
　この減少ピーク形成部は、次の理由で形成される。中性子は空隙では散乱しないので、検査対象物１に照射された中性子は、検査対象物１の表面１ａから離れる側へ当該空隙を通過する時に当該空隙の箇所から検出器３ａへ散乱することが無くなる。したがって、その分、検出面３ａ１において空隙に対向する領域付近では、散乱中性子の検出数が減るので、減少ピーク形成部が生じる。また、検査対象物に入射した高速中性子は、検査対象物（例えばコンクリート）内を通過中に熱中性子に変わるが、検査対象物１内に空隙があることは、その分、熱中性子が生成されなくなることを意味する。したがって、検出面３ａ１において空隙に対向する領域付近では、散乱熱中性子の検出数が減る。
　一方、検出器３ａにおいて空隙に対向する領域付近（減少ピーク形成部）に隣接する領域では、図２Ａのように、比率分布（比率曲線Ｃ１）において、比率の増大ピーク形成部（正方向のピーク）が生じる。
　この増大ピーク形成部は、次の理由で形成される。検出面３ａ１において空隙に対向する領域付近（減少ピーク形成部）に隣接する領域に入射する散乱中性子には、空隙よりも深い位置で散乱し当該隣接する領域へ向けて空隙を通過して来る散乱中性子が含まれる。この「空隙を通過して来る散乱中性子」は、空隙で他の方向へ散乱することが無く、空隙の存在により検査対象物（例えばコンクリート）で吸収され難くなる。したがって、その分、上記隣接する領域では、散乱中性子の検出数が増えるので、上記増大ピーク形成部が生じる。
　また、図２Ｂのように、空隙の位置が、照射箇所Ｒへ照射される中性子ビームの延長線上から多少ずれていても、図２Ａの場合と同様の比率分布が得られる。なお、図２Ｂでは、左側に、相対的に大きな増大ピーク形成部が生じている。図２Ｂでは、検査対象物１に入射した中性子ビームのうち、より多くの散乱中性子が空隙を通過して左側の増大ピーク形成部に対応する位置で検出されるからである。
・水の欠陥
　検査対象物１の内部に存在する欠陥が水（滞水箇所）である場合に、図２Ｃのように、比率分布において、滞水箇所に対向する領域付近（すなわち滞水箇所と同じｘ座標付近）では、比率の増大ピーク形成部が生じる。
　この増大ピーク形成部は、次の理由で形成される。検出面３ａ１において、滞水箇所に対向する領域に入射する散乱中性子には、滞水箇所からの散乱中性子が含まれる。ここで、中性子は水と反応しやすいので、滞水箇所からの散乱中性子は、水と反応して熱中性子になっているものが多く含まれる。したがって、その分、検出面３ａ１において、滞水箇所に対向する領域では、散乱熱中性子の検出数が増えるので、増大ピーク形成部が生じる。
　なお、図２Ｃのように、増大ピーク形成部の頂部において負方向への窪みが生じているのは次の理由による。中性子が検査対象物１の表面１ａから離れる側へ滞水箇所を通過する時に当該滞水箇所から検出器３ａへ散乱し難い。したがって、その分、検出面３ａ１において滞水箇所に対向する領域の中央では、熱中性子の検出数が減るので、上記窪みが生じる。
　判定値算出部８は、増大ピーク形成部の大きさと減少ピーク形成部の大きさをそれぞれＳｐとＳｎとしてデータ処理部７から受ける。判定値算出部８は、増大ピーク形成部の大きさと減少ピーク形成部の大きさとの和（Ｓｐ＋Ｓｎ）を求めるとともに、減少ピーク形成部の大きさを増大ピーク形成部の大きさで割った値（Ｓｎ／Ｓｐ）を求める。また、判定値算出部８は、求めたＳｐ＋ＳｎとＳｎ／Ｓｐを出力する。
　なお、比率分布において複数の増大ピーク形成部が生じている場合には、Ｓｐは、当該複数の増大ピーク形成部の大きさの合計であってよい。同様に、比率分布において複数の減少ピーク形成部が生じている場合には、Ｓｎは、当該複数の減少ピーク形成部の大きさの合計であってよい。
　判定部９は、データ処理部７が出力したＳｐ＋ＳｎとＳｎ／Ｓｐに基づいて、検査対象物１における欠陥の有無と欠陥の種類を判定する。図３は、この判定に関する２次元座標系を示す。図３において、横軸はＳｐ+Ｓｎを示し、縦軸はＳｎ／Ｓｐを示す。
　検査対象物１に欠陥が存在しない場合には、比率分布において、増大ピーク形成部と減少ピーク形成部が生じず、又は、増加ピークと減少ピークが生じたとしても、これらのピーク形成部は小さいので、Ｓｐ＋Ｓｎは、０又は０に近い値となる。したがって、第１しきい値Ｔ１が０又は０に近い正の値であるとして、欠陥が存在しない場合には、図３のように、Ｓｐ＋Ｓｎが第１しきい値Ｔ１以下となる。
　検査対象物１に欠陥としての空隙が存在する場合には、比率分布において、図２Ａのように、比較的大きな減少ピーク形成部が生じるとともに、増大ピーク形成部も生じる。したがって、空隙が存在する場合には、図３のように、Ｓｐ＋Ｓｎは、上述の第１しきい値Ｔ１より大きくなり、Ｓｎ／Ｓｐは、正の値である第２しきい値Ｔ２以上となる。
　検査対象物１に欠陥としての水（滞水箇所）が存在する場合には、比率分布において、図２Ｃのように、かなり大きな増大ピーク形成部が生じ、減少ピーク形成部は、ほとんど現れない。したがって、水が存在する場合には、図３のように、Ｓｐ＋Ｓｎは、上述の第１しきい値Ｔ１より大きくなり、Ｓｎ／Ｓｐは、上述の第２しきい値Ｔ２未満となる。
　上述に従って、判定部９は次のように判定を行う。Ｓｐ＋Ｓｎが第１しきい値以下である場合には、判定部９は、検査対象物１内に欠陥が存在しないと判定し、その旨の欠陥不存在信号を出力する。
　Ｓｐ＋Ｓｎが第１しきい値より大きい場合には、判定部９は、検査対象物１内に欠陥が存在すると判定し、その旨の欠陥存在信号を出力する。この場合、当該信号には、次のように欠陥の種類を示す情報が含まれていてよい。Ｓｐ＋Ｓｎが第１しきい値Ｔ１より大きく、且つ、Ｓｎ／Ｓｐが第２しきい値Ｔ２以上である場合には、判定部９は、検査対象物１内に空隙が存在すると判定し、その旨の第１欠陥信号を出力する。Ｓｐ＋Ｓｎが第１しきい値Ｔ１より大きく、且つ、Ｓｎ／Ｓｐが第２しきい値Ｔ２未満である場合には、判定部９は、検査対象物１内に水（滞水箇所）が存在すると判定し、その旨の第２欠陥信号を出力する。
（非破壊検査方法）
　図４は、本発明の実施形態による非破壊検査方法を示すフローチャートである。この非破壊検査方法は、上述の非破壊検査装置１０を用いて行われ、ステップＳ１～Ｓ８を有する。
　ステップＳ１において、検出器３ａの各検出位置の基準値を上述のように設定する。
　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２と検出器３ａを配置する。
　ステップＳ３において、中性子照射装置２により、検査対象物１の表面１ａにおける局所的な照射箇所Ｒに中性子ビームを入射する。このようなステップＳ２、Ｓ３は、上述の検出条件（ａ）～（ｃ）の下で行われる。
　なお、ステップＳ３において、照射箇所Ｒに照射される中性子ビームの進行方向は、表面１ａと垂直な方向であってもよいし、表面１ａと垂直な方向に対して斜めの方向であってもよい。
　ステップＳ４において、ステップＳ３の結果、検査対象物１から戻って来た散乱中性子を、検出装置３により、表面１ａに対向する検出面３ａ１上の各検出位置で検出し、検出装置３により検出位置毎に散乱中性子の検出数を計測する。
　ステップＳ５において、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、比率算出部５により、検出面３ａ１上の各検出位置について、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求めて出力する。
　ステップＳ６において、データ処理部７により、ステップＳ５で算出した比率の、検出位置に関する分布において、比率の増大ピーク形成部と減少ピーク形成部を特定し、増大ピーク形成部の大きさＳｐと減少ピーク形成部の大きさＳｎを求める。
　ステップＳ７において、判定値算出部８によりＳｐ＋Ｓｎを求め、判定部９により、Ｓｐ＋Ｓｎに基づいて、検査対象物１の内部に欠陥が存在するかどうかを判定する。ステップＳ７において、Ｓｐ＋Ｓｎが第１しきい値Ｔ１以下である場合には、判定部９は、検査対象物１の内部に欠陥が存在しないと判定し、その旨の欠陥不存在信号を出力する。一方、ステップＳ７において、Ｓｐ＋Ｓｎが第１しきい値Ｔ１より大きい場合には、判定部９は、検査対象物１の内部に欠陥が存在すると判定し、ステップＳ８へ進む。
　ステップＳ８において、判定値算出部８によりＳｎ／Ｓｐを求め、判定部９により、Ｓｎ／Ｓｐに基づいて、欠陥の種類を判定する。ステップＳ８において、Ｓｎ／Ｓｐが第２しきい値Ｔ２以上である場合には、判定部９は、検査対象物１の内部に欠陥としての低密度部分（例えば空隙）が存在すると判定し、その旨の第１欠陥信号を出力する。一方、ステップＳ８において、Ｓｎ／Ｓｐが第２しきい値Ｔ２未満である場合には、判定部９は、検査対象物１の内部に欠陥としての水（滞水箇所）が存在すると判定し、その旨の第２欠陥信号を出力する。
＜ビームスキャン＞
　ステップＳ８の次に、ステップＳ３での照射箇所Ｒを変えてステップＳ３～Ｓ６を繰り返し行ってもよい。すなわち、ステップＳ３で検査対象物１の表面１ａにおいて中性子ビームが入射する照射箇所Ｒを、繰り返される複数回のステップＳ３の間で互いに異なるようにする。この場合、検査対象物１を中性子ビームでスキャンするように複数回のステップＳ３を行ってよい。
　また、１回のステップＳ３～Ｓ６を１サイクルとして、各サイクルについて、当該サイクルのステップＳ６で求めたＳｐとＳｎからＳｐ／Ｓｎ又はＳｎ／Ｓｐを求める。この時、上述のステップＳ８で欠陥として低密度部分が存在すると判定された場合には、Ｓｐ／Ｓｎを求め、上述のステップＳ８で欠陥として水が存在すると判定された場合には、Ｓｎ／Ｓｐを求めてよい。
　複数のサイクルについてそれぞれ求めた複数のＳｐ／Ｓｎ又はＳｎ／Ｓｐのうち、最小のＳｐ／Ｓｎ又はＳｎ／Ｓｐを特定する。特定された最小のＳｐ／Ｓｎ又はＳｎ／Ｓｐに対応する照射箇所Ｒ（すなわち、このＳｐ／Ｓｎ又はＳｎ／Ｓｐを求めたサイクルでの照射箇所Ｒ）を上記低密度部分（空隙）又は上記水に最も近い箇所として特定する。このようなビームスキャンについては、後述の実施例２でより詳しく説明する。
（実施例１：熱中性子を検出する場合と中速中性子を検出する場合）
　欠陥としての空隙の位置と寸法が既知である検査対象物１（供試体）に対して非破壊検査装置１０を用いて検査を行った。図５Ａは、検査を行った検査対象物１の断面を示し、図５Ｂは、図５Ａの５Ｂ－５Ｂ矢視図である。図５Ａの検査対象物１は、コンクリート１ｂと、コンクリート１ｂの内部に埋め込まれているＨ鋼１ｃとを有する。図５Ｃは、図５Ａにおける各部の寸法を記載した図である。
　図５Ａと図５Ｂに示すように、検査対象物１の内部において欠陥としての空隙が存在する。図５Ａにおけるｘ、ｙ、ｚは、ｘｙｚ座標系において互いに直交するｘ軸とｙ軸とｚ軸を示す。
　上述のステップＳ４で熱中性子を選択的に検出する検出器３ａを用いて、上述のステップＳ２～Ｓ７を行った。この時、ステップＳ３において、図５Ｂに示す照射箇所Ｒに、１０８個の中性子からなる中性子ビームを照射した。この照射箇所Ｒは、１辺が５０ｍｍの正方形（図５Ｂにおいて符号Ｒが示す破線で囲んだ領域）である。
　空隙のｘ軸方向とｙ軸方向の寸法をそれぞれ５０ｍｍと３００ｍｍに固定して、空隙のｚ軸方向の寸法を３ｍｍと１０ｍｍと３０ｍｍとした各場合について、条件を同じにして上述の実験を行った。
　図６Ａと図６Ｂは、熱中性子を選択的に検出する場合に関してステップＳ５で用いた基準値を示す。すなわち、図６Ａと図６Ｂは、図５Ａの検査対象物１において空隙などの欠陥が存在しない場合の、検出器３ａにおける各検出位置の検出数（すなわち基準値）の具体例である。図６Ａと図６Ｂは、検出器３ａがヘリウム３（３Ｈｅ）比例係数管である場合に、上述のように供試体を用いて設定された基準値の分布を示す。図６Ａは、一点鎖線で囲んだ照射箇所Ｒと、２次元的な広がりを有する面（検出面３ａ１）における基準値の分布を示し、図６Ｂは、表面１ａにおける中性子ビームの照射箇所Ｒの中心と同じｙ軸座標に関する各ｘ軸座標の基準値（検出数）を示す。
　図６Ａにおいて、基準値は、領域Ａ～Ｈの順に小さくなっている。図６Ａにおいて、おおまかな値で示すと、基準値は、領域Ａでは２．７×１０３／ｃｍ２以上であり、領域Ｂでは１．９×１０３／ｃｍ２以上２．７×１０３／ｃｍ２未満であり、領域Ｃでは１．４×１０３／ｃｍ２以上１．９×１０３／ｃｍ２未満であり、領域Ｄでは１．０×１０３／ｃｍ２以上１．４×１０３／ｃｍ２未満であり、領域Ｅでは５．２×１０２／ｃｍ２以上１．０×１０３／ｃｍ２未満であり、領域Ｆでは２．８×１０２／ｃｍ２以上５．２×１０２／ｃｍ２未満であり、領域Ｇでは８．０×１０／ｃｍ２以上２．８×１０２／ｃｍ２未満であり、領域Ｈでは８．０×１０／ｃｍ２未満である。
　図６Ｂにおいて、バツ印（×印）は基準値を示し、丸印と四角印と三角印は、図５Ａにおいて上述の空隙が存在する場合の検出数を示す。これら丸印と四角印と三角印は、それぞれ、空隙のｚ軸方向の寸法が３ｍｍと１０ｍｍと３０ｍｍの場合を示す。なお、図６Ｂにおいて、各種類の印は、ｘ軸座標の原点から２００ｍｍ程度以上離れた各位置では、互いにほぼ重なっており、原点から離れるにつれて互いの差が小さくなっている。
　また、中速中性子を選択的に検出する検出器３ａを用いて、他の条件は同じにして上述の実験を行った。なお、基準値は、中速中性子を選択的に検出する場合の値を用いた。
　図７Ａと図７Ｂは、空隙のｚ軸方向の寸法が１０ｍｍである場合の、検出面３ａ１における比率の２次元的分布を示す。図７Ａは、熱中性子を選択的に検出する検出器３ａを用いた場合を示し、図７Ｂは、中速中性子を選択的に検出する検出器３ａを用いた場合を示す。図７Ａと図７Ｂにおいて、横軸と縦軸は、図５Ａに示すｘ軸とｙ軸の座標を示し、各座標の原点は、照射箇所Ｒの中心である。また、図７Ａと図７Ｂにおいて、破線は、ｚ軸方向に見た場合の、空隙が存在する範囲を示す。
　図７Ａにおいて、検出面３ａ１における大まかな比率の分布を実線で囲まれた各領域Ａ～Ｅで示している。比率は、領域Ａでは０．９３未満であり、領域Ｂでは０．９３以上０．９７未満であり、領域Ｃでは０．９７以上１．００未満であり、領域Ｄでは１．００以上１．１３未満である。なお、領域Ｅは、誤差が大きい領域である。
　同様に、図７Ｂにおいて、検出面３ａ１における大まかな比率の分布を実線で囲まれた各領域Ａ～Ｄで示している。比率は、領域Ａでは０．９７未満であり、領域Ｂでは０．９７以上１．００未満であり、領域Ｃでは１．００以上１．０９未満であり、領域Ｄでは１．０９以上１．１９未満である。なお、領域Ｅは、誤差が大きい領域である。
　図７Ａと図７Ｂから分かるように、検出する中性子が熱中性子であっても中速中性子であっても、空隙の存在を検出できる。例えば、図７Ａと図７Ｂにおいて、比率が１よりも減少している領域と比率が１よりも大きくなっている領域が存在すること（且つ照射箇所Ｒ付近で比率が最も小さくなっていること）から、空隙が存在していると判断できる。
　また、比率が１よりも大きくなっている領域が中速中性子を検出した場合のほうが大きくなっていることにより、Ｓｐ+Ｓｎの値は、中速中性子を検出した場合のほうが大きくなる。すなわち、中速中性子の検出により、空隙の存在に対するＳｐ+Ｓｎの値の感度を高くすることができる
　図８は、上述の実験における各場合のＳｐ＋Ｓｎの値を示す。図８において、横軸は、空隙のｚ軸方向寸法を示し、縦軸は、求められたＳｐ＋Ｓｎの値を示す。また、図８において、丸印は、熱中性子を選択的に検出した場合を示し、四角印は、中速中性子を選択的に検出した場合を示す。
　図８に示されるように、空隙のｚ軸方向寸法が３ｍｍであっても、Ｓｐ＋Ｓｎは、その誤差により実際よりも小さくなったとしても、有意に、ゼロ又はゼロに近い第１しきい値Ｔ１よりも大きくなる。また、中速中性子の検出数は、熱中性子の検出量よりも少なくなる傾向があるが、図８に示されるように、中速中性子を検出した場合の方が、空隙の存在に対するＳｐ+Ｓｎの値の感度が高くなる。したがって、十分な量の中速中性子が検出される場合には、検査において中速中性子を検出することで、空隙の存在を高感度に検出できる。
（実施例２：ビームスキャン）
＜欠陥が空隙の場合＞
　非破壊検査装置１０を用いて上述のビームスキャンを行った。この実施例２では、熱中性子を選択的に検出する検出器３ａを用いた。図９Ａは、ビームスキャンを行った検査対象物１の断面を示し、図９Ｂは、図９Ａの９Ｂ－９Ｂ矢視図である。図９Ａの検査対象物１は、図５Ａの場合と同じであり、各部の寸法も図５Ｃの場合と同じである。
　図９Ａと図９Ｂにおいて、検査対象物１の内部において欠陥として存在する空隙のｘ軸方向とｙ軸方向とｚ軸方向の寸法は、それぞれ、５０ｍｍと３００ｍｍと３ｍｍである。
　上述のステップＳ３～Ｓ６をビームスキャンの１サイクルとして、３回のサイクルの各々（ステップＳ３）において、検査対象物１の表面１ａへ中性子ビームを照射した。また、３回のサイクルで照射した中性子ビームを、それぞれ図９ＡにおいてＢ１～Ｂ３で示す。また、３回のサイクルでの照射箇所は、直径が４０ｍｍの円形である。図９Ｂでは、１回目のサイクルでの照射箇所Ｒ１とその中心ｒ１と、２回目のサイクルでの照射箇所の中心ｒ２と、３回目のサイクルでの照射箇所の中心ｒ３を示している。
　また、空隙のｚ軸方向寸法を１０ｍｍに変え、他の条件は同じにして、上述したビームスキャンの３回のサイクルを行った。更に、空隙のｚ軸方向寸法を３０ｍｍに変え、他の条件は同じにして、上述したビームスキャンの３回のサイクルを行った。
　図１０は、空隙のｚ軸方向寸法が１０ｍｍである場合の２回目のサイクルの結果であり、検出面３ａ１における比率の２次元的分布を示す。図１０において、横軸と縦軸は、図９Ａに示すｘ軸とｙ軸の座標を示し、各座標の原点は、上述の中心ｒ２（図９Ｂを参照）である。また、図１０において、破線で示す楕円Ｒは、照射箇所であり、別の破線は、ｚ軸方向に見た場合の、空隙が存在する範囲を示す。
　図１０において、検出面３ａ１における大まかな比率の分布を実線で囲まれた各領域Ａ～Ｄで示している。領域Ａでは、比率が０．９５未満であり、領域Ｂでは比率が０．９５以上１．００未満であり、領域Ｃでは、比率が１．００以上１．１０未満であり、領域Ｄは、誤差が大きい領域である。
　図１１は、空隙のｚ軸方向寸法が１０ｍｍである場合の結果であり、検出面３ａ１における比率のｘ軸方向分布を示す。図１１において、横軸は、ｘ軸方向の位置座標を示し、縦軸は、比率（検出数／基準値）を示す。図１１において、三角印は、検査対象物１の表面１ａにおける中性子ビームの照射箇所の中心が図９Ｂのｒ１である場合を示し、四角印は、当該中心が図９Ｂのｒ２である場合を示し、丸印は、当該中心が図９Ｂのｒ３である場合を示す。なお、図１１において、各位置座標での比率は、表面１ａにおける中性子ビームの照射箇所Ｒ１の中心と同じｙ軸座標での比率を示す。図１１において、ｘ軸方向の位置座標の絶対値が４００ｍｍ程度を超えると、得られた比率は、誤差が大きくなるが、ｘ軸方向における位置座標の両端側で、照射箇所の中心から離れるにつれて１に近づく傾向がある。そのため、ＳｎとＳｐは、誤差が許容限度を超えない位置座標の範囲で求められてよい。
　図１２は、ビームスキャンにより得られたＳｐ／Ｓｎの値を示す。図１２において、横軸は、照射箇所Ｒの中心と空隙の中心とのｘ軸方向距離を示し、縦軸は、ビームスキャンの各サイクルで求められたＳｐ／Ｓｎの値を示す。ここで、ＳｎとＳｐは、誤差を考慮して、－３００ｍｍ＜ｘ＜５００ｍｍの範囲で求めたものである。また、図１２において、丸印は、空隙のｚ軸方向寸法が３ｍｍの場合を示し、四角印は、空隙のｚ軸方向寸法が１０ｍｍの場合を示し、三角印は、空隙のｚ軸方向寸法が３０ｍｍの場合を示す。
　図１２のように、最小のＳｐ／Ｓｎが得られたサイクルでの照射箇所Ｒは、検査対象物１内の空隙に最も近い。したがって、最小のＳｐ／Ｓｎに対応する照射箇所Ｒを空隙に最も近い箇所として特定することができる。例えば、検査対象物１内の空隙の真上から検査対象物１の表面１ａに中性子ビームを照射した場合には、多くの中性子が空隙を表面１ａから離れる方向に通過するが、この時、これらの中性子は空隙において検出器３ａ側へ散乱しない。その結果、検出面３ａ１において空隙の真上の領域では、検出数が大きく減少すると考えられる。また、空隙では熱中性子が生成されない。そのため、照射箇所Ｒが、空隙（空隙の真上）に近いほど、Ｓｎが大きくなり、Ｓｐ／Ｓｎが小さくなると考えられる。
＜欠陥が水の場合＞
　図９Ａにおいて、欠陥が空隙の代わりに滞水箇所である場合について、上述のビームスキャンを行った。このビームスキャンでは、滞水箇所は、上述の空隙の場合と同じ位置にあり、そのｘ軸方向とｙ軸方向とｚ軸方向の寸法は、それぞれ、５０ｍｍと３００ｍｍと１０ｍｍである。また、このビームスキャンでは、熱中性子を選択的に検出する検出器３ａを用いた。他の点は、欠陥が空隙であった上述のビームスキャンの場合と同じである。
　図１３は、このようなビームスキャンの２回目のサイクルで得られた検出面３ａ１における比率の２次元的分布を示す。図１３において、横軸と縦軸は、空隙が滞水箇所に置き換えられた図９Ａに示すｘ軸とｙ軸の座標を示し、各座標の原点は、２回目のサイクルの照射箇所Ｒの中心である。図１３において、破線で示す楕円Ｒは、照射箇所であり、別の破線は、ｚ軸方向に見た場合の、滞水箇所が存在する範囲を示す。
　図１３において、検出面３ａ１における比率の分布を実線で囲まれた各領域Ａ～Ｄで示している。比率は、おおまかに、領域Ａでは１．２０以上であり、領域Ｂでは１．１５以上１．２０未満であり、領域Ｃでは１．１０以上１．１５未満であり、領域Ｄでは１．０５以上１．１０未満であり、領域Ｅでは１．００以上１．０５未満であり、領域Ｆでは０．９０以上１．００未満であり、領域Ｇは誤差が大きい領域である。
　図１４は、検出面３ａ１における比率のｘ軸方向分布を示す。図１４において、横軸は、ｘ軸方向の位置座標を示し、縦軸は、比率（検出数／基準値）を示す。図１４において、三角印は、検査対象物１の表面１ａにおける中性子ビームの照射箇所の中心が図９Ｂのｒ１である場合を示し、四角印は、当該中心が図９Ｂのｒ２である場合を示し、丸印は、当該中心が図９Ｂのｒ３である場合を示す。なお、図１４において、各位置座標での比率は、中性子ビームの照射箇所Ｒの中心と同じｙ軸座標での比率を示す。図１４において、ｘ軸方向の位置座標の絶対値が４００ｍｍを超えると、得られた比率は、誤差が大きくなるが、ｘ軸方向における位置座標の両端側で、照射箇所の中心から離れるにつれて１に近づく傾向がある。
　図１５は、ｚ軸方向寸法が１０ｍｍの場合においてビームスキャンにより得られたＳｎ／Ｓｐの値を四角印で示す。図１５において、横軸は、照射箇所Ｒの中心と滞水箇所の中心とのｘ軸方向距離を示し、縦軸は、ビームスキャンの各サイクルで求められたＳｎ／Ｓｐの値を示す。
　図１５に示されるように、最小のＳｎ／Ｓｐが得られたサイクルでの照射箇所Ｒは、検査対象物１内の滞水箇所に最も近いと判定することができる。これは、次の理由に基づく。中性子は滞水箇所の水と反応して熱中性子になり易い。したがって、照射箇所Ｒが、滞水箇所（滞水箇所の真上）に近いほど、検出される熱中性子の数が多くなり、その結果、Ｓｐが大きくなり、Ｓｎ／Ｓｐが小さくなると考えられる。
（実施形態の効果）
　上述のように、検査対象物１の表面１ａにおける局所的な照射箇所Ｒに中性子ビームを照射し、その結果、検出器３ａ上の検出位置毎に当該検出位置へ入射した散乱中性子の数を検出数として計測し、各検出位置について、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求める。このように得た、検出位置に関する比率分布は、欠陥の有無や種類を示す情報が含まれている。したがって、検出器３ａにおける各検出位置の比率（比率分布）に基づいて、欠陥の有無や種類を検出できる。
　例えば、比率分布における比率の増大ピーク形成部と減少ピーク形成部の大きさを、それぞれＳｐとＳｎとして、Ｓｐ＋Ｓｎが第１しきい値Ｔ１よりも大きい場合には、水又は低密度部分（例えば空隙）の欠陥が存在すると判定できる。
　また、Ｓｐ＋Ｓｎが第１しきい値Ｔ１よりも大きく、且つ、Ｓｎ／Ｓｐが第２しきい値Ｔ２以上である場合には、検査対象物１に欠陥としての低密度部分が存在すると判定できる。
　Ｓｐ＋Ｓｎが第１しきい値Ｔ１よりも大きく、且つ、Ｓｎ／Ｓｐが第２しきい値Ｔ２未満である場合には、検査対象物１に欠陥としての水が存在すると判定できる。
　また、照射箇所Ｒを局所的な箇所（例えばスポット）とすることにより、検査対象物１内に欠陥が存在する場合には、比率分布において上述の増大ピーク形成部と減少ピーク形成部がより顕著に生じやすくなる。
　低密度部分（例えば空隙）の有無を検出する場合に、検出器３ａが中速中性子を選択的に検出することにより、低密度部分に対して高感度なＳｐ＋Ｓｎを得ることができる。
　上述したビームスキャンにより、各照射箇所ＲについてＳｐ／Ｓｎ又はＳｎ／Ｓｐを求め、最小のＳｐ／Ｓｎ又はＳｎ／Ｓｐに対応する照射箇所Ｒが低密度部分又は滞水箇所に最も近いと判定できる。
　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非破壊検査装置１０は、上述した効果の全てを奏するものなくてもよい。また、本発明の実施形態による非破壊検査装置１０は、上述した複数の構成要素の全て有していなくてもよく、上述した複数の構成要素のうち一部のみを有していてもよい。
　また、本発明によると、以下の変更例１～８のいずれかを単独で採用してもよいし、変更例１～８の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、中性子照射装置２は、パルス中性子ビームを照射箇所Ｒに照射したが、時間的に連続する連続中性子ビームを照射箇所Ｒに照射してもよい。この場合、検出装置３は、検査対象物１内に滞水箇所又は低密度部分等の欠陥が存在する場合に上述した比率分布において増大ピーク形成部と減少ピーク形成部が生じるようになる時間区間（所定の時間）わたって、検出器３ａにおける各検出位置での検出数を計測してよい。
（変更例２）
　欠陥の種類を判定しない場合には、判定値算出部８は、Ｓｎ／Ｓｐを算出しなくてもよい。
（変更例３）
　上述では説明しなかったが、図１Ａに示すように、非破壊検査装置１０は、ディスプレイ１１を更に備えていてもよい。
　ディスプレイ１１を設ける場合、データ処理部７と判定値算出部８と判定部９を省略してもよい。この場合、比率算出部５は、検出器３ａにおける各検出位置の比率を、検出位置に関する比率分布として、ディスプレイ１１に出力してよい。この場合、出力された比率分布は、ディスプレイ１１に表示され、人が、表示された比率分布を見て、欠陥の有無や種類を判定してもよい。
　ディスプレイ１１に表示される比率分布は、例えば図２Ａ～図２Ｄのように、各検出位置を示す座標軸（例えば図１Ａのｘ軸）と、比率を示す座標軸とを有する２次元の座標系で表されたものであってもよい。あるいは、ディスプレイ１１に表示される比率分布は、各検出位置を示し互いに直交する２つの座標軸（例えば図１Ａのｘ軸とｙ軸）と比率を示す座標軸とを有する３次元の座標系で表されたものであってもよい。または、ディスプレイ１１に表示される比率分布は、図７Ａや図７Ｂのようにディスプレイ１１に表示された２次元的な面（検出面３ａ１）面内において各検出位置での比率の大きさを、複数の区画（例えば図７Ａの区画Ａ～Ｅ）、色、又は、濃淡などで表したものであってもよい。なお、複数の区画の間で、互いに比率の値の範囲が異なっており、各区画の比率の範囲の上限と下限もディスプレイ１１に表示されてよい。
　あるいは、ディスプレイ１１を設ける場合、データ処理部７と判定値算出部８と判定部９のうち判定部９のみを省略してもよい。この場合、判定値算出部８は、求めた判定値としてのＳｐ＋ＳｎとＳｎ／Ｓｐを、ディスプレイ１１に出力してよい。この場合、出力された各判定値は、ディスプレイ１１に表示され、人が、表示された当該各判定値を見て、欠陥の有無や種類を判定してよい。この場合、ディスプレイ１１には、上述のように更に比率分布が表示されてもよい。
　または、ディスプレイ１１を設ける場合、データ処理部７と判定値算出部８と判定部９のうち判定値算出部８と判定部９のみを省略してもよい。この場合、データ処理部７は、ＳｐとＳｎを、ディスプレイ１１に出力してよい。この場合、出力されたＳｐとＳｎの各値は、ディスプレイ１１に表示され、人が、表示された当該各値を見て、欠陥の有無や種類を判定してよい。この場合、ディスプレイ１１には、上述のように更に比率分布が表示されてもよい。
（変更例４）
　上述では、比率分布における増大ピーク形成部の大きさは、面積で表されたが、増大ピーク形成部における比率の最大値（正方向のピーク値）であってもよい。この場合、比率分布における減少ピーク形成部の大きさは、減少ピーク形成部における比率の最小値（負方向のピーク値）であってもよい。
（変更例５）
　比率算出部５が出力する比率分布（検出器３ａにおける各検出位置の比率）は、図２Ａ～図２Ｄのように１次元座標（ｘ座標）に対して表される分布、すなわち、ｘ軸と比率の軸を有する２次元座標系で表される分布であってもよいし、２次元座標（ｘ軸座標とｙ軸座標）に対して表される分布、すなわち、ｘ軸とｙ軸と比率の軸を有する３次元座標系で表されるものであってもよい。
　後者の場合、増大ピーク形成部の大きさは、比率が１である部分と、増大ピーク形成部とで挟まれた領域の体積であってよい。すなわち、ｘとｙを、検出面３ａ１上の２次元座標を表わす位置座標であるとして、比率分布を表わす比率曲面が、比率＝ｆ（ｘ，ｙ）で表される場合に、∫｛ｆ（ｘ，ｙ）－１｝ｄｘｄｙが、増大ピーク形成部の大きさであってよい。この積分は、増大ピーク形成部のｘの区間とｙの区間にわたって行われる。この場合、減少ピーク形成部の大きさも、同様に、比率が１である部分と、減少ピーク形成部とで挟まれた領域の体積であってよい。すなわち、増大ピーク形成部の場合と同様に、∫｛１－ｆ（ｘ，ｙ）｝ｄｘｄｙが、減少ピーク形成部の大きさであってよい。
　また、比率分布が、上述のように２次元座標系で表される場合、データ処理部７は、当該２次元座標系において比率分布を近似する曲線（例えば図２Ａの比率曲線Ｃ１）を生成し、当該曲線に基づいて、上述のＳｐとＳｎを求めてもよい。比率分布が、上述のように３次元座標系で表される場合、データ処理部７は、当該３次元空間において比率分布を近似する曲面（例えば上述のｆ（ｘ，ｙ））を生成し、当該曲面に基づいて、上述のＳｐとＳｎを求めてもよい。
（変更例６）
　上述のステップＳ８は、検査対象物１内の欠陥が低密度部分（例えば空隙）と滞水箇所（あるいは鉄錆）のいずれかであるとの想定の下で行われたが、当該想定がなされない場合には、ステップＳ７での判定が否定となったら、想定される他の欠陥が存在すると判定してもよい。例えば、検査対象物１内に劣化判定対象物（例えば、上述した防水シート又は光ファイバーケーブル）が存在する場合には、ステップＳ７での判定が否定となったら、劣化判定対象物（例えば、防水シート又は光ファイバーケーブルの覆い（シース））の劣化を欠陥として、このような欠陥が存在すると判定してもよい。すなわち、ステップＳ７での否定の判定結果が、このような劣化を示していると仮定してもよい。
（変更例７）
　上述では、検出器３ａは、２次元的な広がりを有する検出面３ａ１を有するものであったが、本発明は、これに限定されない。例えば、検出器３ａは、棒状に（例えば図１Ａのｘ軸方向）に延びていてもよい。この場合、このような棒状の検出器３ａには、棒状に配列された複数（例えば多数）の検出位置が存在する。棒状の検出器３ａを用いて、ステップＳ２～Ｓ４を行うことにより、１次元的な（棒状の）広がりを有する範囲にわたる多数の検出位置での検出数が取得される。
　棒状の検出器３ａを用いて、ステップＳ２～Ｓ４を複数回行ってもよい。この場合、複数回の間で、検出器３ａの位置を異ならせ、他の条件は同じにする。これにより、２次元的な広がりを有する範囲にわたる多数の検出位置での検出数を取得し、上述のステップＳ５のように、これらの検出位置の各々での比率を求めてもよい。その後、これらの検出位置での比率（比率分布）に基づいて、上述のステップＳ７，Ｓ８のように欠陥の有無や種類を判定してもよいし、この比率分布をディスプレイ１１に表示させてもよい。なお、ステップＳ２～Ｓ４の各回の検出器３ａの位置と向きは、適宜の手段により（例えば人が入力装置を操作することにより）検出装置３に入力され、この入力に基づいて、検出装置３は、各検出位置と検出数との対応関係を把握してよい。
　なお、検出器３ａは、１つの検出位置が存在する点状の検出器であってもよい。この場合には、ステップＳ２～Ｓ４を多数回行う。この場合、多数回の間で、検出器３ａの位置を異ならせ、他の条件は同じにする。これにより、１次元的又は２次元的な広がりを有する範囲にわたる多数の検出位置での検出数を取得し、これらの検出位置の各々での比率を求めてもよい。この場合、他の点は、棒状の検出器３ａを用いてステップＳ２～Ｓ４を複数回行う場合と同様である。
（変更例８）
　比率算出部５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。
　各検出位置ｉ（ｉは検出位置の識別子である。以下同様）の基準値は、内部に欠陥が存在しない状態の検査対象物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。すなわち、各検出位置ｉの各々の基準値Ｒｉは、Ｒｉ＝αｉ／Ｎａであってよい。
　同様に、各検出位置ｉ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２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、各検出位置ｉの各々の検出数Ｄｉは、Ｄｉ＝βｉ／Ｎｂであってよい。
　比率算出部５は、各検出位置ｉでの比率を、Ｄｉ／Ｒｉにより算出する。なお、比率算出部５は、比率の算出の際に、既知のＮｂと、計測部３ｂ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６に記憶されていてよい。
　このような変更例８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で中性子ビームを検査対象物１（照射箇所Ｒ）に照射する時間は、基準値の設定での対応する時間（中性子ビームの照射時間）と異なっていてもよい。なお、変更例８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
１ａ　表面
１ｂ　コンクリート
１ｃ　Ｈ鋼
２　中性子照射装置
２ａ　中性子源
２ｂ　コリメータ
３　検出装置
３ａ　検出器
３ａ１　検出面
３ｂ　計測部
５　比率算出部
６　記憶部
７　データ処理部
８　判定値算出部
９　判定部
１０　非破壊検査装置
１１　ディスプレイ
Ｒ　照射箇所

Claims (11)

  1. 　検査対象物の表面における局所的な照射箇所に中性子ビームを照射する中性子照射装置と、
    　前記照射箇所への前記中性子ビームの照射の結果、検査対象物から戻って来た散乱中性子を、前記表面に対向する各検出位置で検出し、検出位置毎に散乱中性子の検出数を計測する検出装置と、
    　各検出位置について、当該検出位置の基準値に対する当該検出位置の前記検出数の比率を求めて出力する比率算出部と、を備え、
    　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前記検出位置毎に設定されている、非破壊検査装置。
  2. 　前記照射箇所は照射スポットである、請求項１に記載の非破壊検査装置。
  3. 　前記中性子照射装置は、中性子を放出する中性子源と、中性子源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コリメータとを有する、請求項１又は２に記載の非破壊検査装置。
  4. 　検出位置に関する前記比率の分布を表示するディスプレイを備える、請求項１～３のいずれか一項に記載の非破壊検査装置。
  5. 　各検出位置の前記比率に対してデータ処理を行うデータ処理部を備え、
    　前記データ処理部は、
    　検出位置に関する前記比率の分布において、前記比率の増大ピーク形成部と減少ピーク形成部を特定し、
    　前記増大ピーク形成部の大きさと前記減少ピーク形成部の大きさを求めて出力する、請求項１～４のいずれか一項に記載の非破壊検査装置。
  6. 　前記増大ピーク形成部の大きさをＳｐとし、前記減少ピーク形成部の大きさをＳｎとした場合に、Ｓｐ＋ＳｎとＳｎ／Ｓｐを判定値として求めて出力する判定値算出部を備える、請求項５に記載の非破壊検査装置。
  7. 　前記判定値算出部が出力したＳｐ＋ＳｎとＳｎ／Ｓｐに基づいて、検査対象物における欠陥の有無と欠陥の種類を判定する判定部を備え、
    　前記判定部は、
    　Ｓｐ＋Ｓｎが第１しきい値Ｔ１以下である場合には、欠陥不存在信号を出力し、
    　Ｓｐ＋Ｓｎが前記第１しきい値Ｔ１よりも大きく、且つ、Ｓｎ／Ｓｐが第２しきい値Ｔ２以上である場合には、第１欠陥信号を出力し、
    　Ｓｐ＋Ｓｎが前記第１しきい値Ｔ１よりも大きく、且つ、Ｓｎ／Ｓｐが前記第２しきい値Ｔ２未満である場合には、第２欠陥信号を出力する、請求項６に記載の非破壊検査装置。
  8. 　前記増大ピーク形成部の大きさをＳｐとし、前記減少ピーク形成部の大きさをＳｎとした場合に、Ｓｐ＋Ｓｎを判定値として求めて出力する判定値算出部と、
    　Ｓｐ＋Ｓｎが第１しきい値Ｔ１より大きい場合には、欠陥存在信号を出力する判定部と、を備える、請求項５に記載の非破壊検査装置。
  9. 　前記検出装置は、各検出位置で、散乱中性子である熱中性子と中速中性子の一方を選択的に検出し、検出位置毎に当該一方の検出数を計測する、請求項１～８のいずれか一項に記載の非破壊検査装置。
  10. （Ａ）検査対象物の表面における局所的な照射箇所に中性子ビームを照射し、
    （Ｂ）前記（Ａ）の結果、検査対象物から戻って来た散乱中性子を、前記表面に対向する各検出位置で検出し、検出位置毎に散乱中性子の検出数を計測し、
    （Ｃ）各検出位置について、比率算出部により、当該検出位置の基準値に対する当該検出位置の前記検出数の比率を求めて出力し、
    　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前記検出位置毎に設定されている、非破壊検査方法。
  11. （Ｄ）検出位置に関する前記比率の分布において、前記比率の増大ピーク形成部と減少ピーク形成部を特定し、前記増大ピーク形成部の大きさと前記減少ピーク形成部の大きさをそれぞれＳｐとＳｎとして求め、Ｓｐ／Ｓｎ又はＳｎ／Ｓｐを求め、
    　前記（Ａ）において中性子ビームを入射する照射箇所を変えて、前記（Ａ）～（Ｄ）を繰り返し行い、
    　複数回の前記（Ｄ）でそれぞれ求めた複数のＳｐ／Ｓｎ又はＳｎ／Ｓｐのうち最も小さい値に対応する前記照射箇所を、欠陥としての低密度部分又は滞水箇所に最も近い箇所として特定し、
    　前記低密度部分は、検査対象物の正常な部分よりも密度が低い部分である、請求項１０に記載の非破壊検査方法。
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