(57)【要約】【課題】これまでは困難だった橋梁や焼却炉等の小・中インフラ設備の欠陥探査を可能とする。【解決手段】検査対象物（１０、２０）の下側に第１の遮蔽材５１を設け、該第１の遮蔽材５１を透過した宇宙線を第３の検出器４３で検出して、検査対象物（１０、２０）と前記第１の遮蔽材５１の間の第２の検出器４２で検出した宇宙線から除外することにより、検査対象物（１０、２０）を透過した、第１の所定エネルギー以下の低エネルギー宇宙線を用いて検査対象物（１０、２０）の内部構造を非破壊検査する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物を透過した、第１の所定エネルギー以下の低エネルギー宇宙線を用いて検査対象物の内部構造を非破壊検査することを特徴とするミュオグラフィを用いる構造物の非破壊検査方法。
【請求項２】
前記低エネルギー宇宙線が、天頂角が０°〜２０°の範囲の宇宙線に含まれるものであることを特徴とする請求項１に記載のミュオグラフィを用いる構造物の非破壊検査方法。
【請求項３】
検査対象物の下側に第１の遮蔽材を設け、該第１の遮蔽材を透過した宇宙線を検出して、検査対象物と前記第１の遮蔽材の間で検出した宇宙線から除外することにより前記低エネルギー宇宙線を抽出することを特徴とする請求項１又は２に記載のミュオグラフィを用いる構造物の非破壊検査方法。
【請求項４】
更に、前記第１の所定エネルギーよりも小さい第２の所定エネルギー以下の低エネルギー宇宙線を除外することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のミュオグラフィを用いる構造物の非破壊検査方法。
【請求項５】
前記第１の所定エネルギーよりも小さい前記第２の所定エネルギー以下の低エネルギー宇宙線を除外する第２の遮蔽材を設けたことを特徴とする請求項４に記載のミュオグラフィを用いる構造物の非破壊検査方法。
【請求項６】
宇宙から入射する宇宙線を検出する第１の宇宙線検出器と、
検査対象物を透過した宇宙線を検出する第２の宇宙線検出器と、
該第２の宇宙線検出器の下側に配設された第１の遮蔽材と、
該第１の遮蔽材を透過した宇宙線を検出する第３の宇宙線検出器と、
前記第２の宇宙線検出器の出力信号から前記第３の宇宙線検出器の出力信号を除くことにより、検査対象物を透過した、第１の所定エネルギー以下の低エネルギー宇宙線を検出する演算手段と、
を備えたことを特徴とするミュオグラフィを用いる構造物の非破壊検査装置。
【請求項７】
前記第１の宇宙線検出器が、検査対象範囲の上方に配設されていることを特徴とする請求項６に記載のミュオグラフィを用いる構造物の非破壊検査装置。
【請求項８】
前記第１の宇宙線検出器が、検査対象範囲の上方から離れた位置に配設されていることを特徴とする請求項６に記載のミュオグラフィを用いる構造物の非破壊検査装置。
【請求項９】
宇宙線の入射方向を検出するための第４及び第５の宇宙線検出器が更に配設されていることを特徴とする請求項８に記載のミュオグラフィを用いる構造物の非破壊検査装置。
【請求項１０】
更に、前記第１の所定エネルギーよりも小さい第２の所定エネルギー以下の低エネルギー宇宙線を除外する第２の遮蔽材を備えたことを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載のミュオグラフィを用いる構造物の非破壊検査装置。
【請求項１１】
前記第２の遮蔽材が、前記第１の宇宙線検出器の上側に配設されていることを特徴とする請求項１０に記載のミュオグラフィを用いる構造物の非破壊検査装置。
【請求項１２】
前記第２の遮蔽材が、前記第１の宇宙線検出器と前記第１の遮蔽材の間に配設されていることを特徴とする請求項１０に記載のミュオグラフィを用いる構造物の非破壊検査装置。
【請求項１３】
前記第２の遮蔽材が、検査対象物と前記第２の宇宙線検出器の間に配設されていることを特徴とする請求項１０に記載のミュオグラフィを用いる構造物の非破壊検査装置。
【請求項１４】
前記第２の遮蔽材が、検査対象範囲の上方に配設されていることを特徴とする請求項１０に記載のミュオグラフィを用いる構造物の非破壊検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミュオグラフィを用いる構造物の非破壊検査方法及び装置に係り、特に、これまでは困難だった橋梁や焼却炉等の小・中インフラ設備の欠陥探査に用いるのに好適な、ミュオグラフィを用いる構造物の非破壊検査方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
宇宙線の粒子（例えば宇宙線の大気衝突で生じる素粒子であるミュオン）を利用して、各種構造物の検査、火山の内部、地中の空洞等の調査を行う方法（いわゆるミュオグラフィ）が知られている。この方法は、検査もしくは調査対象と宇宙線の相互作用を利用したもので、最も一般的な手段としては、Ｘ線透過試験のように、宇宙線の透過量差の画像から内部状況を推定するものである。
【０００３】
宇宙線には、様々なエネルギーのものが存在し、エネルギーの大きいものは数百ＧｅＶに達し、エネルギーが大きいほど物質に対する透過力は大きくなる。
【０００４】
宇宙線による内部状況の推定は、検査対象物内を宇宙線が通過したときの減衰の程度もしくは透過の程度で判断するもので、例えば図１（Ａ）に示す如く、検査対象物１０が健全の場合は減衰量が大きく（透過量が小さく）、逆に図１（Ｂ）に示す如く、空洞等の欠陥１０Ａが存在する場合は減衰量が小さく（透過量が大きく）なる。このように、宇宙線の減衰量もしくは透過量を把握し、評価することによって欠陥等の有無を推定することができる。
【０００５】
したがって、例えば検出したい欠陥の大きさに対して、欠陥がある場合は透過でき、欠陥がない場合は透過できないエネルギーの宇宙線を使用すれば、欠陥の有無が明確に判断できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２７１４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
例えば図２（Ａ）に例示するような橋梁の合成床版２０において、図２（Ｂ）に示す如く、水浸入やコンクリート２６の中性化による外殻鋼板２２の減肉２２Ａ、アルカリ骨材反応、鉄筋２４の腐食膨張、鉄筋２４との剥離によるコンクリート２６のひび割れ２６Ａ、コンクリート２６の砂利化２６Ｂ等の外部からわからない内部の損傷を探査したい。しかしながら、合成床版２０等は火山の内部、地中の空洞等に比べ大きさが小さく、かつ、検出すべき欠陥も小さいので、宇宙線のエネルギーを限定しない従来の方法では健全部と欠陥部の信号値の差が生じにくいため、欠陥１０Ａの検出が難しくなる。
【０００８】
宇宙線のエネルギー範囲を限定し欠陥等を検出する手法が特許文献１に記載されている。
【０００９】
しかしながら、特許文献１は天頂角が５０°以上の透過力が極めて大きい水平ミュオンを利用するものであり、例えば橋梁の合成床版等の場合の小さな欠陥の検査には適していなかった。
【００１０】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、これまでは困難だった橋梁や焼却炉等の小・中インフラ設備の欠陥探査を実施することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
宇宙線は、それが有しているエネルギーの大きさによって飛程（物質に入射した宇宙線が停止するまでの入射表面からの距離）、すなわち、物質に対する透過力が変化し、一般的にエネルギーが大きいほど飛程は大きくなる。
【００１２】
図３の曲線は宇宙線エネルギーと飛程の関係を表す模式図である。エネルギーの大きいものは、火山を透過する程度の大きな飛程を有している。
【００１３】
宇宙線透過による検査及び調査は検査対象物での宇宙線の透過量の差から内部状態を推定するものである。したがって、検査対象物の厚さ前後の飛程を有する宇宙線成分を利用することが望ましい。なぜならば、検査対象物厚さより飛程の大きいものは、欠陥等の有無に関係なく検査対象物を通過するため、これらの成分は欠陥等との信号とバックグランドの信号との差を小さくするからである。一方、飛程が小さいものは、検出位置の誤検出の可能性があり、宇宙線の飛来方向の推定精度が低下する。
【００１４】
したがって、適切なエネルギー範囲すなわち適切な飛程を有する宇宙線を用いることが望ましい。特に、高エネルギー成分は欠陥等の検出性能を悪化させるため、高エネルギー成分を除去する方がより効果的である。
【００１５】
宇宙線のエネルギー弁別は、図４に示す如く、検査対象物１０の欠陥等を検出する第１及び第２の位置敏感型宇宙線検出器（以下、単に検出器と称する）４１、４２の後に、検査で使用するエネルギー領域の宇宙線を遮断する性質を有する金属体（例えば鉛や鉄）等の第１の宇宙線遮蔽材（以下、単に遮蔽材と称する）５１を設け、図５に示す如く、第１の遮蔽材５１を通過して第３の検出器４３で信号が検出された場合は、透過力の大きな宇宙線による信号として、それに起因する信号は検査信号から削除する。
【００１６】
すなわち、宇宙線は、エネルギーの大小により検出器４１、４２、４３のいずれか、もしくはすべてで検出される。検出された宇宙線のうち、第３の検出器４３で検出された高エネルギー宇宙線の信号成分は排除して検査対象物１０を評価する。
【００１７】
位置敏感型検出器による欠陥位置の推定は、複数の検出器（例えば４１と４２）での宇宙線の通過点を結んだ直線が検査対象物１０内を通過する範囲に存在するとして行うため、通過点を特定する精度が悪化すると、欠陥１０Ａの位置精度も悪化する。したがって、通過点を正確に特定することが重要になる。
【００１８】
天頂角が大きい領域の宇宙線では、大気を通過する距離が大きくなるため、吸収・崩壊の影響により、低エネルギー成分は少なくなる。一方、天頂角が小さい領域では、大気を通過する距離が小さくなるため、低エネルギー成分が比較的多く含まれる。特に、天頂角０°〜２０°の領域には低エネルギー成分がより多いことから、この範囲の宇宙線を使用するのがよい。
【００１９】
さらに、図６（Ａ）に示す如く、天頂角の大きな宇宙線（図６（Ａ）では５０°）を用いた場合、宇宙線が検査対象物１０の検査対象範囲１１を通過した位置と検出器４０が離れてしまうため、計測結果から欠陥１０Ａの実在位置を特定することが難しくなる。しかしながら、図６（Ｂ）に示す如く、天頂角が小さな宇宙線（図６（Ｂ）では２０°）を用いると、検査対象範囲１１は検出器４０のほぼ真上であることから、検出される宇宙線数が多く、欠陥１０Ａの実在位置の特定が容易なため、位置推定精度も低下しない。このことからも、天頂角が小さい領域の宇宙線を用いるのがよい。
【００２０】
検出器の構成は図４に限定されない。第１の検出器４１は宇宙から降り注ぐ宇宙線を検出できればよいので、第１の検出器４１を検査対象物１０の上側から離れた位置（すなわち、第２の検出器４２、第１の遮蔽材５１、第３の検出器４３でなる検出器本体４０の上側から離れた位置）に配設することもできる。
【００２１】
また、これまでは、例えば数百ＭｅＶより大きい高エネルギー成分を除去するという思想であったが、例えば百ＭｅＶ以下の低エネルギー成分も場合により、検査性能を低下させる懸念がある。
【００２２】
低エネルギー成分のうち、検査対象物１０の後段の第２の検出器４２で、例えば負ミュオン捕獲反応などに起因する誤検出成分は、欠陥部のコントラストを低下させる可能性がある上、宇宙線の飛来軌跡の推定も困難である。以上より、検出性能を低下させるような低エネルギー成分の信号も除去しておくことが望ましい。
【００２３】
そこで、図７乃至図１１に示す変形例のように、例えば鉛や鉄でなる第２の遮蔽材５２を設けて、高エネルギー側だけでなく、低エネルギー側の宇宙線も除外することもできる。
【００２４】
図７、図８は検査対象物１０に低エネルギー成分が入射しないように高エネルギー側用の第１の遮蔽材５１とは異なる低エネルギー側用の第２の遮蔽材５２を検査対象物１０の上側に設置するものである。
【００２５】
図７は図４と同じ構成で、第１の検出器４１の上側に第２の遮蔽材５２を配設した例、図８は第１の検出器４１と検査対象物１０の間に第２の遮蔽材５２を配設した例である。
【００２６】
図９乃至図１１は検査対象物１０で発生する低エネルギー成分による散乱線を信号として検出しないように、検査対象物１０の下側又は上側に高エネルギー側の第１の遮蔽材５１とは異なる低エネルギー側の第２の遮蔽材５２を設置するものである。
【００２７】
図９は検査対象物１０と第２の検出器４２の間に第２の遮蔽材５２を配設した例、図１０は第１の検出器４１を検査対象物１０から離れた位置に配設すると共に、検査対象物１０の上側に第２の遮蔽材５２を配設した例、図１１は検査対象物１０と第２の検出器４２の間に第２の遮蔽材５２を配設した例である。図１０、図１１のように、第１の検出器４１を離した場合、第４の検出器４４及び第５の検出器４５を設けて、第２の検出器４２と第４の検出器４４、第１の検出器４１と第５の検出器４５、それぞれの組合せで宇宙線の入射方向を特定することができる。また、これは、第２の遮蔽材５２を設けない場合でも同じである。
【００２８】
ここで、高エネルギー側を遮蔽する第１の所定エネルギー、及び、低エネルギー側を遮蔽する第２の所定エネルギーは、検査対象物と検出したい欠陥の大きさによるところが大きいので、一概に決められないが、一例としては、厚さ２００ｍｍのコンクリート中の１００ｍｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍの空洞を検出対象とした場合には、高エネルギー側を遮蔽する第１の所定エネルギーを数百ＭｅＶ、低エネルギー側を遮蔽する第２の所定エネルギーを数十ＭｅＶとすることができる。
【００２９】
本発明は、前記の知見に基づいてなされたもので、検査対象物を透過した、第１の所定エネルギー以下の低エネルギー宇宙線を用いて検査対象物の内部構造を非破壊検査することにより、前記課題を解決するものである。
【００３０】
ここで、前記低エネルギー宇宙線は、天頂角が０°〜２０°の範囲の宇宙線に含まれるものである。
【００３１】
また、検査対象物の下側に第１の遮蔽材を設け、該第１の遮蔽材を透過した宇宙線を検出して、検査対象物と前記第１の遮蔽材の間で検出した宇宙線から除外することにより前記低エネルギー宇宙線を抽出することができる。
【００３２】
また、更に、前記第１の所定エネルギーよりも小さい第２の所定エネルギー以下の低エネルギー宇宙線を除外することができる。
【００３３】
また、前記第１の所定エネルギーよりも小さい前記第２の所定エネルギー以下の低エネルギー宇宙線を除外する第２の遮蔽材を設けることができる。
【００３４】
本発明は、又、宇宙から入射する宇宙線を検出する第１の宇宙線検出器と、検査対象物を透過した宇宙線を検出する第２の宇宙線検出器と、該第２の宇宙線検出器の下側に配設された第１の遮蔽材と、該第１の遮蔽材を透過した宇宙線を検出する第３の宇宙線検出器と、前記第２の宇宙線検出器の出力信号から前記第３の宇宙線検出器の出力信号を除くことにより、検査対象物を透過した、第１の所定エネルギー以下の低エネルギー宇宙線を検出する演算手段と、を備えたことを特徴とするミュオグラフィを用いる構造物の非破壊検査装置を提供することにより、同様に前記課題を解決するものである。
【００３５】
ここで、前記第１の宇宙線検出器を、検査対象範囲の上方に配設することができる。
【００３６】
また、前記第１の宇宙線検出器を、検査対象範囲の上方から離れた位置に配設することができる。
【００３７】
また、宇宙線の入射方向を検出するための第４及び第５の宇宙線検出器を更に配設することができる。
【００３８】
また、更に、前記第１の所定エネルギーよりも小さい第２の所定エネルギー以下の低エネルギー宇宙線を除外する第２の遮蔽材を備えることができる。
【００３９】
また、前記第２の遮蔽材を、前記第１の宇宙線検出器の上側に配設することができる。
【００４０】
また、前記第２の遮蔽材を、前記第１の宇宙線検出器と前記第１の遮蔽材の間に配設することができる。
【００４１】
また、前記第２の遮蔽材を、検査対象物と前記第２の宇宙線検出器の間に配設することができる。
【００４２】
また、前記第２の遮蔽材を、検査対象範囲の上方に配設することができる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、これまでは困難だった橋梁や焼却炉等の小・中インフラ設備の欠陥探査が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】宇宙線の透過による欠陥検査の原理を模式的に示す断面図
【図２】（Ａ）橋梁の合成床版及び（Ｂ）その欠陥状態を示す断面図
【図３】本発明の原理を説明するための、宇宙線エネルギーと宇宙線飛程の関係の例を示す線図
【図４】本発明による高エネルギー宇宙線除去のための検出器の配置例を示す断面図
【図５】同じく作用を示す断面図
【図６】同じく宇宙線の入射角の違いによる検査対象範囲と検出器の位置ずれの関係の例を比較して示す図
【図７】図４の変形例の検出器配置を示す断面図
【図８】同じく他の変形例を示す断面図
【図９】同じく更に他の変形例を示す断面図
【図１０】同じく更に他の変形例を示す断面図
【図１１】同じく更に他の変形例を示す断面図
【図１２】本発明の第１実施形態の構成を示す（Ａ）縦断面図及び（Ｂ）横断面図
【図１３】前記実施形態で用いられる検出器の例を示す斜視図
【図１４】本発明の第２実施形態の構成を示す（Ａ）縦断面図及び（Ｂ）横断面図
【図１５】同じく第３実施形態の構成を示す（Ａ）縦断面図及び（Ｂ）横断面図
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００４６】
なお、本発明は以下の実施形態及び実施例に記載した内容により限定されるものではない。また、以下に記載した実施形態及び実施例における構成要件には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。更に、以下に記載した実施形態及び実施例で開示した構成要素は適宜組み合わせてもよいし、適宜選択して用いてもよい。
【００４７】
本発明の第１実施形態は、図１２に示す如く、橋梁３０の合成床版２０の検査に本発明を適用する際に、橋梁３０の合成床版２０の下側に第２の検出器４２、第１の遮蔽材５１、第３の検出器４３でなる検出器本体４０を積層配置すると共に、合成床版２０の舗装２８上で検出器本体４０の上側に第１の検出器４１を配設したものである。図において、３４は橋脚、３６は支承、３８は伸縮装置、６１、６２、６３はそれぞれ第１、第２、第３の検出器４１、４２、４３の出力を計測する計測器、７０は計測器６１、６２、６３の出力に対して本発明による演算を行う演算器である。
【００４８】
演算器７０で、第２の検出器４２の出力から第３の検出器４３の出力を除外することにより、低エネルギー宇宙線の信号を抽出することができる。
【００４９】
前記検出器４１、４２、４３としては、それぞれ図１３に例示する如く、シンチレーションファイバー８０を複数本直交するように配置し、シンチレーションファイバー８０の片端にマルチピクセルフォトンカウンター（ＭＰＰＣ）８２を配設したものを用いることができる。宇宙線の飛来方向を特定するために、図１３に示すように２層が必要であり、例えば第１の検出器４１と第２の検出器４２で２層とすることができる。なお、検出器はこれ以外に原子核乾板、ドリフトチェンバー等も用いることができる。
【００５０】
本発明の第２実施形態は、図１４に示す如く、第１の検出器４１を検出器本体４０の上方から、ケーブルで接続可能な数メートル離れた合成床版２０の上に配置している。更に、宇宙線の入射方向を特定するために、第２の検出器４２の上側（図１４の例）又は下側と、第１の検出器４１の上側（図１４の例）又は下側に、それぞれ第４、第５の検出器４４、４５を設けている。
【００５１】
図において、６４、６５は、第４、第５の検出器４４、４５の出力を計測する計測器である。
【００５２】
他の点については、第１実施形態と同様であるので説明は省略する。
【００５３】
本発明の第３実施形態は、図１５に示す如く、第１の検出器４１及び第５の検出器４５を橋梁３０の近傍に配置したものである。使用する宇宙線の天頂角範囲に遮蔽物がなければ、この第３実施形態のような配置も可能である。
【００５４】
他の点については、第２実施形態と同様であるので説明は省略する。
【００５５】
なお、前記実施形態においては、いずれも低エネルギー側を遮蔽する第２の遮蔽材５２が配設されていなかったが、第２の遮蔽材５２を追加することによって、検出器本体４０を図７乃至図１１のような構成とすることも可能である。
【００５６】
前記遮蔽材としては、例えば、鉛や鉄といった金属及びそれらの合金、もしくは、金属を配合した混合物（例えば、樹脂に金属粉末を混合したもの）などの高密度物質を用いることができる。
【００５７】
前記実施形態で示したように、Ｘ線を利用する場合に必要なＸ線発生装置や放射線管理区域を床版上に設置する必要がないため、交通を妨げることなく検査が可能となる。
【００５８】
なお、本発明の適用対象はこれに限定されず、合成床版以外の鋼床版、ＰＣ床版、焼却炉、パイプライン、地下トンネルの空洞、ダムの壁等の他の小・中インフラ設備の欠陥検査へも同様に適用できることは明らかである。
【符号の説明】
【００５９】
１０…検査対象物
１０Ａ…欠陥
２０…合成床版
２８…舗装
３０…橋梁
３２…桁
３４…橋脚
３６…支承
３８…伸縮装置
４０…検出器本体
４１、４２、４３、４４、４５…（宇宙線）検出器
５１、５２…（宇宙線）遮蔽材
６１、６２、６３、６４、６５…計測器
７０…演算器
８０…シンチレーションファイバー
８２…マルチピクセルフォトンカウンター（ＭＰＰＣ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2019152497.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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