(57)【要約】【課題】高放射線環境下において、被検体を破壊することなく、特定の核種を同定可能な核燃料の非破壊検査装置を提供する。【解決手段】実施形態の非破壊検査装置は、中性子源５から発生した中性子の線束を揃えるコリメータ６と、線束が揃えられた中性子線７を核燃料の被検体１０に照射して透過した中性子にて放射化される複数種の金属箔コンバータ１１と、放射化された複数種の金属箔コンバータ１１から放出する放射線を転写して放射線情報として蓄積する検出器１９と、蓄積した放射線情報を画像化する画像化部２０と、複数種の金属箔コンバータ１１の中性子のエネルギーに依存した断面積の相違に基づいて画像化された画像を演算処理する演算処理部２１と、を備える。【選択図】図１
2018028475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を遮蔽する遮蔽容器と、
前記遮蔽容器内に設置されて中性子を発生させる中性子源と、
前記中性子源から発生した中性子の線束を揃えるコリメータと、
前記コリメータにより線束が揃えられた中性子線を核燃料の被検体に照射して透過した中性子にて放射化される複数種の金属箔コンバータと、
前記放射化された前記複数種の金属箔コンバータから放出する放射線を転写して放射線情報として蓄積する検出器と、
前記検出器に蓄積した前記放射線情報を画像化する画像化部と、
前記複数種の金属箔コンバータの中性子のエネルギーに依存した断面積の相違に基づいて前記画像化された画像を演算処理する演算処理部と、
を備えることを特徴とする核燃料の非破壊検査装置。
【請求項２】
放射線を遮蔽する遮蔽容器と、
前記遮蔽容器内に設置されて中性子を発生させる中性子源と、
前記中性子源から発生した中性子の線束を揃えるコリメータと、
前記コリメータにより線束が揃えられた中性子線を核燃料の被検体に照射して透過した中性子にて放射化される複数種の金属箔コンバータと、
前記コリメータの中性子の出口部と前記被検体との間に設置され、前記被検体の標的核種と同等もしくはその同位体の元素、又は前記標的核種の中性子共鳴スペクトルを有する核種もしくはその同位体の元素を含む互いに厚さの異なる複数の標的核種フィルタ板と、
前記放射化された前記複数種の金属箔コンバータから放出する放射線を転写して放射線情報として蓄積する検出器と、
前記検出器に蓄積した前記放射線情報を画像化する画像化部と、
前記互いに厚さの異なる複数の標的核種フィルタ板を交換可能とし、その厚さの相違に基づいて前記画像化された画像を演算処理する演算処理部と、
を備えることを特徴とする核燃料の非破壊検査装置。
【請求項３】
前記中性子源は、Ｄ−Ｄ（重水素−重水素）反応を用いたＤ−Ｄ管、Ｄ−Ｔ（重水素−三重水素）反応を用いたＤ−Ｔ管中性子源、慣性静電閉じ込め核融合中性子源、又はＣｆ−２５２のラジオアイソトープ中性子源のいずれかであることを特徴とする請求項１又は２に記載の核燃料の非破壊検査装置。
【請求項４】
前記複数種の金属箔コンバータを積層して保持する保持容器をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の核燃料の非破壊検査装置。
【請求項５】
前記複数種の金属箔コンバータの金属箔の元素がジスプロシウム、金、インジウム、ルテチウム、イリジウム、又はレニウムであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の核燃料の非破壊検査装置。
【請求項６】
前記コリメータを前記中性子が通る方向に対して垂直に移動させる駆動機構をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の核燃料の非破壊検査装置。
【請求項７】
前記コリメータの入口部を前記中性子源の中心からずらして配置したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の核燃料の非破壊検査装置。
【請求項８】
前記中性子源から放出される中性子のエネルギーを調整するモデレータをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の核燃料の非破壊検査装置。
【請求項９】
コリメータが中性子源から発生した中性子の線束を揃える工程と、
前記コリメータにより線束が揃えられた中性子線を核燃料の被検体に照射して透過した中性子にて複数種の金属箔コンバータを放射化する放射化工程と、
前記放射化された複数種の金属箔コンバータから放出する放射線を検出器に転写して放射線情報として蓄積する転写工程と、
前記検出器に蓄積した前記放射線情報を画像化部により画像化する画像化工程と、
演算処理部が前記複数種の金属箔コンバータの中性子のエネルギーに依存した断面積の相違に基づいて前記画像化された画像を演算処理する演算処理工程と、
を有することを特徴とする核燃料の非破壊検査方法。
【請求項１０】
コリメータが中性子源から発生した中性子の線束を揃える工程と、
前記コリメータにより線束が揃えられた中性子線を核燃料の被検体に照射して透過した中性子にて複数種の金属箔コンバータを放射化する放射化工程と、
前記放射化された複数種の金属箔コンバータから放出する放射線を検出器に転写して放射線情報として蓄積する転写工程と、
前記検出器に蓄積した前記放射線情報を画像化部により画像化する画像化工程と、
前記被検体の標的核種と同等もしくはその同位体の元素、又は前記標的核種の中性子共鳴スペクトルを有する核種もしくはその同位体の元素を含む互いに厚さの異なる複数の標的核種フィルタ板を交換し、その厚さの相違に基づいて演算処理部が前記画像化された画像を演算処理する演算処理工程と、
を有することを特徴とする核燃料の非破壊検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、核燃料を非破壊で検査する核燃料の非破壊検査装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
物質内を非破壊で透視する検査手法には、例えばラジオグラフィ法がある。このラジオグラフィ法には、中性子を線源とした中性子ラジオグラフィ法がある。この中性子ラジオグラフィ法は、原子番号に依存せず、同じ元素であっても同位体によって反応の割合が異なる。したがって、特にウラン及びプルトニウムのような質量の重い核種内においてプルトニウムスポットと呼ばれるプルトニウムの塊を中性子の透過反応割合からイメージング（画像化・視覚化）して検出する中性子ラジオグラフィ法が有望となっている。
【０００３】
中性子ラジオグラフィ法には、直接法と間接法とがある。直接法には、中性子反応物質のコンバータとフィルム、そのコンバータとＣＣＤ(Charge Coupled Device)又はＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の撮像素子とを密着させる方法がある。この方法では、被検体自身が高い放射能を有する場合、あるいは撮像環境中で高いγ線環境場である場合、フィルムがγ線、Ｘ線で感光してしまう。また、撮像素子では、比較的エネルギーの低いγ線やＸ線により損傷が生じたり、撮像回路自体が損傷したりして映像化されない場合がある。
【０００４】
間接法は、放射化した金属コンバータからの放射線を高線量下ではない環境でフィルムに転写して感光したり、あるいは蛍光体を発光させてその発光イメージをＣＣＤ又はＣＭＯＳ等の撮像素子で撮像したりする方法である。そのため、間接法は、被検体自身又は周囲のγ線環境場に影響されることなく、中性子でのイメージングが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２５１０８９号公報
【特許文献２】特開２０１２−４７７５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、使用中又は使用後の核燃料、あるいは燃料デブリの非破壊検査では、被検体自身が高い放射能を有しているため、フィルム、ＣＣＤ又はＣＭＯＳ等の撮像素子、イメージングプレート（以下、ＩＰと記す。）、フラットパネルディテクター（ＦＰＤ）等のデジタル撮像機器を用いた中性子ラジオグラフィ法の直接法を適用することができない。
【０００７】
また、被検体自身が強いγ線を放出する使用中又は使用後の核燃料は、γ線の遮蔽容器に収納されていたり、遮蔽及び冷却を兼ねて水中に保管されていたりする場合もある。これらの場合、遮蔽容器ごとに中性子を透過させて撮影できるようにするか、あるいは水中に線源とコリメータ等の装置を浸けて撮影することになる。
【０００８】
特に、現場で撮影しようとすると、原子炉又は大型の加速器中性子源を搬入することが困難であるため、小型中性子源、Ｃｆ−２５２のようなラジオアイソトープ（ＲＩ）中性子源を用いることになる。その結果、線源強度の弱い中性子線源で実用化しなければならないという課題がある。
【０００９】
また、金属コンバータを放射化してフィルムに転写する間接法では、フィルムを感光することができる放射能量が必要になる。そのため、中性子の線源強度が強くなければならない。
【００１０】
本実施形態が解決しようとする課題は、高放射線環境下において、被検体を破壊することなく、特定の核種を同定可能な核燃料の非破壊検査装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本実施形態に係る核燃料の非破壊検査装置は、放射線を遮蔽する遮蔽容器と、前記遮蔽容器内に設置されて中性子を発生させる中性子源と、前記中性子源から発生した中性子の線束を揃えるコリメータと、前記コリメータにより線束が揃えられた中性子線を核燃料の被検体に照射して透過した中性子にて放射化される複数種の金属箔コンバータと、前記放射化された前記複数種の金属箔コンバータから放出する放射線を転写して放射線情報として蓄積する検出器と、前記検出器に蓄積した前記放射線情報を画像化する画像化部と、前記複数種の金属箔コンバータの中性子のエネルギーに依存した断面積の相違に基づいて前記画像化された画像を演算処理する演算処理部と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本実施形態に係る核燃料の非破壊検査装置は、放射線を遮蔽する遮蔽容器と、前記遮蔽容器内に設置されて中性子を発生させる中性子源と、前記中性子源から発生した中性子の線束を揃えるコリメータと、前記コリメータにより線束が揃えられた中性子線を核燃料の被検体に照射して透過した中性子にて放射化される複数種の金属箔コンバータと、前記コリメータの中性子の出口部と前記被検体との間に設置され、前記被検体の標的核種と同等もしくはその同位体の元素、又は前記標的核種の中性子共鳴スペクトルを有する核種もしくはその同位体の元素を含む互いに厚さの異なる複数の標的核種フィルタ板と、前記放射化された前記複数種の金属箔コンバータから放出する放射線を転写して放射線情報として蓄積する検出器と、前記検出器に蓄積した前記放射線情報を画像化する画像化部と、前記互いに厚さの異なる複数の標的核種フィルタ板を交換可能とし、その厚さの相違に基づいて前記画像化された画像を演算処理する演算処理部と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
本実施形態に係る核燃料の非破壊検査方法は、コリメータが中性子源から発生した中性子の線束を揃える工程と、前記コリメータにより線束が揃えられた中性子線を核燃料の被検体に照射して透過した中性子にて複数種の金属箔コンバータを放射化する放射化工程と、前記放射化された複数種の金属箔コンバータから放出する放射線を検出器に転写して放射線情報として蓄積する転写工程と、前記検出器に蓄積した前記放射線情報を画像化部により画像化する画像化工程と、演算処理部が前記複数種の金属箔コンバータの中性子のエネルギーに依存した断面積の相違に基づいて前記画像化された画像を演算処理する演算処理工程と、を有することを特徴とする。
【００１４】
また、本実施形態に係る核燃料の非破壊検査方法は、コリメータが中性子源から発生した中性子の線束を揃える工程と、前記コリメータにより線束が揃えられた中性子線を核燃料の被検体に照射して透過した中性子にて複数種の金属箔コンバータを放射化する放射化工程と、前記放射化された複数種の金属箔コンバータから放出する放射線を検出器に転写して放射線情報として蓄積する転写工程と、前記検出器に蓄積した前記放射線情報を画像化部により画像化する画像化工程と、前記被検体の標的核種と同等もしくはその同位体の元素、又は前記標的核種の中性子共鳴スペクトルを有する核種もしくはその同位体の元素を含む互いに厚さの異なる複数の標的核種フィルタ板を交換し、その厚さの相違に基づいて演算処理部が前記画像化された画像を演算処理する演算処理工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本実施形態によれば、高放射線環境下において、被検体を破壊することなく、特定の核種を同定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態の核燃料の非破壊検査装置を示す平断面図である。
【図２】図１の被検体及びカセッテの構成を示す拡大平断面図である。
【図３】ウラン（Ｕ−２３５）の中性子のエネルギーと断面積のデータを示す図である。
【図４】ウラン（Ｕ−２３８）の中性子のエネルギーと断面積のデータを示す図である。
【図５】プルトニウム（Ｐｕ−２３８）の中性子のエネルギーと断面積のデータを示す図である。
【図６】プルトニウム（Ｐｕ−２３９）の中性子のエネルギーと断面積のデータを示す図である。
【図７】プルトニウム（Ｐｕ−２４０）の中性子のエネルギーと断面積のデータを示す図である。
【図８】ジスプロシウム（Ｄｙ−１６４）の中性子のエネルギーと断面積のデータを示す図である。
【図９】金（Ａｕ−１９７）の中性子のエネルギーと断面積のデータを示す図である。
【図１０】インジウム（Ｉｎ−１１５）の中性子のエネルギーと断面積のデータを示す図である。
【図１１】ロジウム（Ｒｈ−１０３）の中性子のエネルギーと断面積のデータを示す図である。
【図１２】カドミウム（Ｃｄ−１１３）の中性子のエネルギーと断面積のデータを示す図である。
【図１３】第２実施形態の核燃料の非破壊検査装置を示す平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本実施形態に係る核燃料の非破壊検査装置及び方法について、図面を参照して説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は第１実施形態の核燃料の非破壊検査装置を示す平断面図である。図２は図１の被検体及びカセッテの構成を示す拡大平断面図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態の非破壊検査装置は、平断面矩形の箱状に形成されたγ線遮蔽容器１を有する。このγ線遮蔽容器１の内周面の全面には、中性子を遮蔽する中性子遮蔽材２が設置されている。この中性子遮蔽材２の一方の側の内面には、さらに中性子遮蔽材２ａが設置されている。この中性子遮蔽材２ａの内周面には、中性子を反射する反射材３が設けられている。この反射材３の内面には、モデレータ４を介して中性子発生源としての小型の中性子源５が設置されている。
【００２０】
中性子源５の近傍には、コリメータ６の入口部６ａが配置されている。このコリメータ６は、図示しない駆動機構により水平方向（太線矢印方向）に移動可能に構成されている。すなわち、コリメータ６は、駆動機構により中性子が通る方向に対して垂直に移動可能に構成されている。
【００２１】
小型の中性子源５には、例えば小型のＤ−Ｄ（重水素−重水素）反応を用いたＤ−Ｄ管又はＤ−Ｔ（重水素−三重水素）反応を用いたＤ−Ｔ管中性子源、慣性静電閉じ込め（ＩＥＣ：Inertial Electrostatic Confinement）核融合中性子源、又はＣｆ−２５２のラジオアイソトープ（ＲＩ）中性子源のいずれかが用いられる。
【００２２】
反射材３は、小型の中性子源５で発生した中性子を放出する方向を調整可能である。モデレータ４は、小型の中性子源５で発生した中性子のエネルギーを調整可能である。したがって、小型の中性子源５で発生した中性子はエネルギーが高い。そのため、反射材３及びモデレータ４は、それぞれ中性子を放出する方向やエネルギーを低下させて利用するエネルギー領域に応じて出力させる。
【００２３】
本実施形態では、モデレータ４の厚さ、あるいは水平移動可能なコリメータ６の停止位置を調整することによって、出力する中性子線７のエネルギー領域、γ線の混在割合を選択できるようにしている。
【００２４】
具体的には、モデレータ４の厚さが薄いと、熱中性子よりも高いエピサーマル領域及び高速中性子領域の成分が多くなる。そのため、コリメータ６の入口部６ａを中性子源１の中性子放出方向の軸上からずらして設置することで、γ線成分を減らして熱中性子領域を増やすことが可能となる。
【００２５】
コリメータ６は、その材料がボロン又はリチウムを多く含む物質とし、円筒型又は本実施形態のような円錐ダイバージェンス型（末広がり型：入口部６ａに対して出口部６ｂの面積が大きくなったもの）とする。コリメータ６は、小型の中性子源５から発生した中性子の線束を揃える。
【００２６】
コリメータ６は、アルミニウム構造材で周壁面を形成し、その内部に炭化ボロン又はフッ化リチウム材料を収納して構成したり、あるいはエポキシ樹脂又はポリエチレンに炭化ボロン又はフッ化リチウムを練り込んで真空脱泡して内部の空隙を少なくするようにしたりして形成する。
【００２７】
エポキシ樹脂又はポリエチレンを用いる場合には、樹脂に含まれる水素成分が中性子と反応して放出される即発γ線（２Ｍｅｖ）が発生する。ボロンを用いる場合には、４７８ｋｅＶの即発γ線を発生する。
【００２８】
そのため、γ線の遮蔽効果が高い鉛又はビスマスの化合物（例えば、酸化鉛又は酸化ビスマス）をエポキシ樹脂又はポリエチレンに混ぜて即発γ線の散乱による低エネルギー成分、外部環境からのγ線を遮蔽する構成材料が用いられる。これらの材料は、中性子遮蔽材２，２ａにも用いられる。
【００２９】
コリメータ６の出口部６ｂは、被検体遮蔽容器８内まで延びている。被検体遮蔽容器８は、中性子遮蔽材２の他方の側の内面に設置されている。被検体遮蔽容器８内には、保持容器としてのカセッテ９が設置されている。被検体遮蔽容器８内において、カセッテ９とコリメータ６の出口部６ｂとの間には、核燃料成分の主な元素であるウラン（Ｕ）及びプルトニウム（Ｐｕ）が混在する被検体１０が設置されている。
【００３０】
本実施形態は、ウラン（Ｕ）及びプルトニウム（Ｐｕ）が混在する被検体１０から標的核種１０ａとしてプルトニウム（Ｐｕ）を検出するものである。
【００３１】
被検体遮蔽容器８は、被検体１０から放出されるガンマ線を外部に出さないように構成され、さらに中性子遮蔽材２からの即発γ線含めて全体をγ線遮蔽容器１で囲むようにしている。
【００３２】
このカセッテ９内には、複数枚の金属箔コンバータ１１が収納されている。具体的には、金属箔コンバータ１１は、中性子線７が通る方向に積層して配列されている。金属箔コンバータ１１は、特に一種類ではなく、中性子共鳴ピークエネルギーに応じて図２に示すように３種類の金属箔コンバータ１２，１３，及び１４を備える。
【００３３】
これらの金属箔コンバータ１２，１３，及び１４は、入力側板１５と押え板１６との間に積層され、コリメータ６を透過した中性子線７と反応する。なお、以下では、３種類の金属箔コンバータ１２，１３，及び１４を一括して説明する場合には、金属箔コンバータ１１として説明する。
【００３４】
金属箔コンバータ１２，１３，及び１４は、その薄膜の厚さを３００μｍ以下に圧延して製作したもの、あるいはベースとなる金属に金属箔を蒸着して製作したものが用いられる。金属箔コンバータ１２，１３，及び１４は、その表面粗さ精度を１００μｍ以下としている。
【００３５】
押え板１６の背面には、押えばね１７を介して閉止蓋１８が設けられている。この閉止蓋１８によってカセッテ９が閉止される。カセッテ９が閉止蓋１８により閉止されたとき、押えばね１７が押え板１６の背面を押圧する。これにより、金属箔コンバータ１２，１３，及び１４は、互いに圧接されて保持される。なお、本実施形態では、金属箔コンバータ１２，１３，及び１４を圧接するために押えばね１７を用いたが、これ以外にスポンジ等の弾性部材を用いてもよい。
【００３６】
３種類の金属箔コンバータ１２，１３，及び１４は、小型の中性子源５からコリメータ６を透過した中性子線７が照射されて放射化される。この放射化された３種類の金属箔コンバータ１２，１３，及び１４は、カセッテ９から取り出される。これらの金属箔コンバータ１２，１３，及び１４は、検出器の一例としてのＩＰ１９に重ねられて転写して放射線情報として蓄積される。
【００３７】
ＩＰ１９に放射線を照射すると、蛍光体にエネルギーが蓄積され、放射線の吸収量に応じて蛍光体（輝尽性蛍光体）が発光する。この光は、放射線の照射を停止すると、次第に弱くなっていくものの、時間が経過した後もＨｅ−Ｎｅレーザ光源から特定の波長（例えば、６３０ｎｍ）のレーザ光を照射することで、再び励起されて発光する。
【００３８】
ＩＰ１９に蓄積した放射線情報は、画像化部２０により画像化される。具体的には、画像化部２０は、発光現象を利用して蛍光体で吸収したものを、図示しないレーザ光源から出射されたレーザ光を照射しながら読取装置により光量を読み取ることで、デジタル画像データとして取得する。
【００３９】
演算処理部２１は、複数の金属箔コンバータ１２，１３，及び１４の後述する中性子のエネルギーに依存した断面積の相違から画像化部２０により画像化されたデジタル画像データを演算処理することで、特定の核種を同定する。
【００４０】
演算処理部２１は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータ資源によって構成される。演算処理部２１は、図示しないハードディスク等の記憶媒体に記憶された動作プログラム及び各種データ等をコンピュータが読み出してメインメモリに展開し、この展開された動作プログラムをＣＰＵ（Central Processing Unit）が順次実行する。
【００４１】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００４２】
図３〜図７はウラン（Ｕ）とプルトニウム（Ｐｕ）同位体の中性子のエネルギーと断面積のデータを示す図である。図８〜図１２はジスプロシウム（Ｄｙ）、金（Ａｕ）、インジウム（Ｉｎ）、ロジウム（Ｒｈ）、及びカドミウム（Ｃｄ）同位体の中性子のエネルギーと断面積のデータを示す図である。
【００４３】
まず、小型の中性子源５で発生した中性子は、コリメータ６を透過してエネルギー領域及び方向性が揃った中性子線７となる。この中性子線７は、被検体１０の核燃料に照射され、この被検体１０を透過した中性子をカセッテ９内の金属箔コンバータ１１の金属箔コンバータ１２，１３，及び１４に照射して放射化させる。
【００４４】
ここで、照射する金属箔コンバータ１１は、中性子共鳴ピークエネルギーに応じて３枚組み合わせ、積層して使用される。具体的には、本実施形態では、金属箔コンバータ１２にジスプロシウム（Ｄｙ）箔、金属箔コンバータ１３に金（Ａｕ）箔、金属箔コンバータ１４にインジウム（Ｉｎ）箔を用い、中性子発生側にＤｙ箔が位置するように重ねて設置する。これらの金属箔以外に、例えばルテチウム（Ｌｕ）箔、イリジウム（Ｉｒ）箔、レニウム（Ｒｅ）箔を用いてもよい。
【００４５】
次いで、核燃料と反応した中性子は、中性子発生側に位置するＤｙ箔の金属箔コンバータ１２と反応し、Ｄｙ箔を放射化させる。そして、次にＡｕ箔の金属箔コンバータ１３、さらにＩｎ箔の金属箔コンバータ１４と反応してそれぞれを放射化する。ここで、核燃料成分の主な元素としてウラン（Ｕ）とプルトニウム（Ｐｕ）に着目する。
【００４６】
図３〜図７に日本原子力研究開発機構の核データ研究グループより公開している核データの図（http://wwwndc.jaea.go.jp/NuC/index_J.html）を示す。これらの図は、ウラン（Ｕ）とプルトニウム（Ｐｕ）の同位体の中性子のエネルギーに対する反応割合を示している。同様に、放射化箔として使用するＤｙ、Ａｕ、Ｉｎ、Ｒｈ、及びＣｄの中性子のエネルギーに対する反応割合を図８〜図１２に示す。
【００４７】
図３〜図７において、特に中性子のエネルギー１ｅＶ（１００）に着目すると、Ｕ核種では中性子との共鳴吸収ピークはないものの、Ｐｕ核種では反応割合の強い共鳴吸収ピークが存在する。
【００４８】
このことは、透過する中性子のエネルギーが１ｅＶの場合、同じ密度で存在するウラン（Ｕ）とプルトニウム（Ｐｕ）とが混在していると仮定すると、プルトニウム（Ｐｕ）の部分を透過する中性子の方が多く反応し、ウラン（Ｕ）の部分を透過した状態よりも透過量が少なくなる。そして、プルトニウム（Ｐｕ）がスポットで存在していると、例えば影絵で黒い部分が影となるのと同様に、プルトニウム（Ｐｕ）部分の放射化量がウラン（Ｕ）の部分より少なく、転写した場合にイメージングとして区別できるようになる。
【００４９】
次に、金属箔コンバータの転写工程について説明する。
【００５０】
図１における構成で照射が終了した図２に示すカセッテ９を取外し、それぞれの金属箔コンバータ１２，１３，及び１４をＩＰ１９に重ねて転写する。この場合、金属箔コンバータ１２，１３，及び１４とＩＰ１９との間に隙間がないようにする。これは、内部を真空状態にすることが可能なバキュームカセッテ又は真空パック製造機のように密着性を高めるものを用いることで、画像の半影（ボケ）も低減することができる。逆に、密着性が低いとＩＰ１９の読取画像は、不鮮明になる。
【００５１】
金属箔コンバータ１２，１３，及び１４とＩＰ１９との転写時間は、使用する金属箔元素の半減期に依存し、半減期の約５倍以上の転写時間でほぼ飽和平衡状態（金属箔コンバータから放射線が出なくなる時間）となる。この転写時間がＩＰ１９の読取りまでの目安時間となる。
【００５２】
さらに、複数の金属箔コンバータ１２，１３，及び１４を転写する場合は、それぞれ読取装置のピクセル当たりの分解能の設定を同じにし、各金属箔コンバータ１２，１３，及び１４が重なった位置情報がＩＰ１９上に転写して蓄積されるようにする。
【００５３】
ＩＰ１９に蓄積した放射線情報は、画像化部２０によりレーザ光を照射しながら読取装置により光量を読み取ることで、デジタル画像データとして取得する。そして、画像化部２０により画像化されたデジタル画像データは、演算処理部２１により複数の金属箔コンバータ１２，１３，及び１４の後述する中性子のエネルギーに依存した断面積の相違から演算処理される。これにより、特定の中性子共鳴吸収核種のみの画像を強調して表示することが可能になる。その結果、特定の核種を同定することができる。
【００５４】
このように本実施形態によれば、核燃料検査を行う現場において、複数の種類の金属箔コンバータ１２，１３，及び１４を組み合わせて小型の中性子源５で放射化させ、この放射化させた各金属箔コンバータ１２，１３，及び１４をＩＰ１９に転写させ、読取装置により読み取ったイメージ画像を演算処理することにより、プルトニウムスポット等のような特定の核種について同定することが可能となる。
【００５５】
（第２実施形態）
図１３は第２実施形態の核燃料の非破壊検査装置を示す平断面図である。なお、本実施形態は、前記第１実施形態の変形例であって、前記第１実施形態と同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００５６】
本実施形態は、前記第１実施形態の構成に加えて、被検体遮蔽容器８内において、コリメータ６の出口部６ｂと被検体１０との間に、互いに厚さの異なる複数の標的核種フィルタ板２５が設置されている。これらの標的核種フィルタ板２５は、中性子線７が通る方向に配列され、厚さを変えるために交換可能に構成されている。なお、厚さを変える場合には、標的核種フィルタ板２５が設置されていない場合も含むものとする。
【００５７】
互いに厚さの異なる複数の標的核種フィルタ板２５は、被検体１０の標的核種１０ａと同等もしくはその同位体の元素、又は標的核種１０ａの中性子共鳴スペクトルを有する核種もしくはその同位体の元素を含む複数の厚さのフィルタを備えている。
【００５８】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００５９】
本実施形態の中性子の照射方法は、前記第１実施形態と同様である。また、被検体１０を透過させて金属箔コンバータ１１を放射化し、ＩＰ１９に転写する方法も前記第１実施形態と同様である。
【００６０】
ところで、本実施形態では、上記のように核燃料で確認したい核種、厳密には同位体核種の均一な板であって、互いに厚さの異なる複数の標的核種フィルタ板２５がコリメータ６の出口部６ｂと被検体１０との間に設置されている。本実施形態では、これら厚さの異なる複数の標的核種フィルタ板２５（フィルタ板の無い状態も含む）を透過した後にさらに被検体１０を透過して金属箔コンバータ１１を放射化させる。
【００６１】
この互いに厚さの異なる複数の標的核種フィルタ板２５に応じ、標的核種１０ａと同じ同位体の共鳴領域の中性子は、被検体１０の核燃料構成要素内における同位体で透過量に差が生じる。その結果、金属箔コンバータ１１の放射化量も変化し、転写したＩＰ１９の放射線情報は、画像化部２０により画像化すると、画像の濃度も異なるようになる。そして、得られたＩＰ１９の画像データ間の差分を演算処理部２１により演算することで、フィルタとして選択した核種の同位体の濃度を求めることが可能になる。
【００６２】
例えば、標的核種１０ａとして仮にＰｕ−２４０を想定する。図７に示したデータからＰｕ−２４０の共鳴吸収ピークは１ｅＶに存在する。そこで、厚さの異なる標的核種フィルタ板２５にＰｕ−２４０を用いれば、そのフィルタの厚さに応じて中性子の透過量が変化し、金属箔コンバータ１２のＤｙ箔又は金属箔コンバータ１４のＩｎ箔が放射化し、前記第１実施形態と同様にＩＰ１９に転写させる。
【００６３】
ＩＰ１９に蓄積した放射線情報は、画像化部２０によりレーザ光を照射しながら読取装置により光量を読み取ることで、デジタル画像データとして取得する。そして、画像化部２０により画像化されたデジタル画像データは、演算処理部２１により標的核種フィルタ板２５の厚さの違いから演算処理される。これにより、被検体１０内のＰｕ−２４０の分布及び量を求めることが可能になる。
【００６４】
但し、ここで使用するＰｕ−２４０の代わりに、図１０に示すＩｎ−１１５及び図１１に示すＲｈ−１０３でも１ｅＶに近い共鳴吸収ピークが存在しているため、これら核種の厚さを変えたフィルタでも、上記と同様にＰｕ−２４０の変化量を求めることが可能になる。
【００６５】
このことは、標的核種１０ａをＩｎ−１１５とし、標的核種フィルタ板２５にＲｈ−１０３を用いることも可能である。また、標的核種１０ａをＰｕ−２３９とした場合については、標的核種フィルタ板２５にＣｄ−１１３を用いることも可能である。
【００６６】
このように本実施形態によれば、コリメータ６の出口部６ｂと被検体１０との間に、厚さの異なる複数の標的核種フィルタ板２５が設置され、これらの標的核種フィルタ板２５の厚さの相違による画像を演算処理することにより、前記第１実施形態と同様に特定の核種を同定することができる。
【００６７】
なお、本実施形態において、互いに厚さの異なる複数の標的核種フィルタ板２５は、例えば厚さの異なる標的核種フィルタ板を交換して厚さを変えるか、あるいは同じ厚さの複数の標的核種フィルタ板の枚数を相違させて厚さを変えたものに交換するようにしてもよい。
【００６８】
また、互いに厚さの異なる複数の標的核種フィルタ板２５は、厚さの異なる複数の標的核種フィルタ板の中から一部の標的核種フィルタ板を取り除いたものに交換して厚さを変えるか、あるいは他の標的核種フィルタ板を加えたものに交換して厚さを変えるようにしてもよい。
【００６９】
（その他の実施形態）
本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【００７０】
例えば、前記各実施形態では、検出器としてＩＰ１９を用いた例について説明したが、これに限らず例えば輝尽性蛍光体、フィルム、蛍光体シート等を用いてもよい。
【００７１】
また、前記各実施形態では、放射化された金属箔コンバータ１１をＩＰ１９を感光して転写するようにしたが、これ以外に金属箔コンバータ１１を発光させて転写するか、あるいは励起状態をＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子に転写するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１…γ線遮蔽容器（遮蔽容器）、２，２ａ…中性子遮蔽材、３…反射材、４…モデレータ、５…小型の中性子源（中性子源）、６…コリメータ、６ａ…入口部、６ｂ…出口部、７…中性子線、８…被検体遮蔽容器、９…カセッテ（保持容器）、１０…被検体、１０ａ…標的核種、１１…金属箔コンバータ、１２…金属箔コンバータ、１３…金属箔コンバータ、１４…金属箔コンバータ、１５…入力側板、１６…押え板、１７…押えばね、１８…閉止蓋、１９…ＩＰ（検出器）、２０…画像化部、２１…演算処理部、２５…標的核種フィルタ板
【図１】
2018028475.tif 000003
【図２】
2018028475.tif 000004
【図３】
2018028475.tif 000005
【図４】
2018028475.tif 000006
【図５】
2018028475.tif 000007
【図６】
2018028475.tif 000008
【図７】
2018028475.tif 000009
【図８】
2018028475.tif 000010
【図９】
2018028475.tif 000011
【図１０】
2018028475.tif 000012
【図１１】
2018028475.tif 000013
【図１２】
2018028475.tif 000014
【図１３】
2018028475.tif 000015