(57)【要約】      （修正有）【課題】コンプトン散乱γ線を利用する場合において、検査対象物の状態を、γ線源の揺らぎの影響を受けることなく、さらに検出器の配設位置の制限という問題を生起することなく、簡便に検出し得る非破壊検査装置を提供する。【解決手段】検査対象物３に向けてγ線を照射するγ線源１と、前記照射の結果得られるコンプトン散乱に基づく散乱γ線をコリメートするコリメーターと、コリメーターを介して入射された散乱γ線を表す散乱γ線信号の散乱γ線エネルギーに対する信号強度を表す散乱γ線エネルギー分布特性を生成する検出器２とを有する非破壊検査装置において、検出器２は、検査対象物３の厚さが薄くなるに従い、コンプトン散乱に基づく散乱γ線の信号強度のピークが、散乱γ線エネルギー分布特性において散乱γ線エネルギーの高エネルギー側または低エネルギー側へシフトする際のシフト量に基づき検査対象物３の状態を検出する。【選択図】図４
2015215262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線またはγ線（以下、両者をまとめてγ線という）を検査対象物に照射するとともに、前記照射の結果得られるコンプトン散乱に基づく散乱γ線をコリメーターでコリメートして検出し、検出した前記散乱γ線を表す散乱γ線信号の散乱γ線エネルギーに対する信号強度を表す散乱γ線エネルギー分布特性を求めるとともに、
前記検査対象物の厚さが薄くなるに従い、前記信号強度のピークが、前記コリメーターの径に応じ、前記散乱γ線エネルギー分布特性において前記散乱γ線エネルギーの高エネルギー側または低エネルギー側にシフトすることを利用して前記検査対象物の状態を検出することを特徴とする非破壊検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載する非破壊検査方法において、
前記状態の検出は、標準の検査対象物における前記ピークの位置を基準ピーク位置とし、該基準ピーク位置と、実測した検査対象物の前記ピークの位置である実測ピーク位置との差であるシフト量に基づき行うことを特徴とする非破壊検査方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載する非破壊検査方法において、
前記コンプトン散乱は、コンプトン後方散乱であることを特徴とする非破壊検査方法。
【請求項４】
検査対象物に向けてγ線を照射するγ線源と、前記照射の結果得られるコンプトン散乱に基づく散乱γ線をコリメートするコリメーターと、該コリメーターを介して入射された前記散乱γ線を表す散乱γ線信号の散乱γ線エネルギーに対する信号強度を表す散乱γ線エネルギー分布特性を生成する検出器とを有する非破壊検査装置において、
前記検出器は、前記検査対象物の厚さが薄くなるに従い、前記コンプトン散乱に基づく散乱γ線の信号強度のピークが、前記コリメーターの径に応じ、前記散乱γ線エネルギー分布特性において前記散乱γ線エネルギーの高エネルギー側または低エネルギー側へシフトする際のシフト量に基づき前記検査対象物の状態を検出するものであることを特徴とする非破壊検査装置。
【請求項５】
請求項４に記載する非破壊検査装置において、
前記検出器は、前記シフト量が所定の閾値を超えた場合に前記検査対象物が不良であると判定することを特徴とする非破壊検査装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５の何れか一つに記載する非破壊検査装置において、
前記コンプトン散乱は、コンプトン後方散乱であり、前記検出器は、前記検査対象物に対して同じ側に配設されていることを特徴とする非破壊検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は非破壊検査方法およびその装置に関し、特にコンプトン散乱を利用した非破壊検査に適用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
原子力設備の配管の検査等にはＸ線またはγ線（以下、本明細書において両者をまとめてγ線という）を利用した非破壊検査が汎用されている。これは検査対象物である配管等にγ線を照射し、これによる検査対象物の透過画像を解析して減肉の程度等を検出するものである（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、検査対象物の透過画像を得ることにより減肉の程度等を検査する場合においては、γ線を検出する検出器を、γ線を照射する線源に対し検査対象物を挟んで反対側に配置する必要がある。
【０００４】
このため、線源に対する検査対象物の反対側が狭隘部であったり、他の配管等の障害物の存在により検出器を配設するための十分なスペースが確保できない場合も多い。
【０００５】
一方、コンプトン後方散乱に基づく散乱γ線を利用すれば線源と検出器を検査対象物に対して同じ側に配設することもできる。コンプトン後方散乱とは、図５（ａ）に示すように、所定のγ線をターゲットＴに照射したとき、γ線に対して角度Φの方向に飛び出す反跳電子Ｅｅとともに、エネルギーが変化した散乱γ線として元のγ線が散乱される現象をいう。ここで、散乱γ線の散乱角θはターゲットＴに照射されるγ線のエネルギーＥ０と散乱される散乱γ線の散乱γ線エネルギーＥ１とで一意に定まる。散乱角θ＞９０°の領域に散乱する場合を、特に後方散乱という。
【０００６】
したがって、図５（ｂ）に示すように、γ線源０１と検出器０２とを散乱角θ＞９０°に合致するように配設すれば、γ線源０１と検出器０２とを検査対象物である配管０３に対して同じ側に配設することができ、検出器０２の配設条件を緩和することができる。ここで、検出器０２では、図５（ｃ）に示すように、散乱角θ（γ線源０１の配設位置と検出器０２の配設位置とがなす角度）で一意に特定される散乱γ線の散乱γ線エネルギーＥ１で信号強度がピークとなる散乱γ線エネルギー分布が得られる。なお、図５（ｃ）の横軸には、散乱γ線のエネルギーを採り、縦軸には検出器０２で検出される散乱γ線信号の信号強度を採ってある。散乱γ線信号は、散乱γ線の強度を表す信号である。また、γ線源０１および検出器０２の前には、図示はしないが、通常コリメーターが配設される。
【０００７】
一方、図６（ａ）に示すように、検査対象物である配管０３が内周に減肉を生起することなく正常な状態を維持している場合の後方散乱γ線の散乱γ線エネルギーＥ１は、図６（ｂ）に示すように、検査対象物である配管０３の内周に減肉部０３Ａが形成されている場合よりも大きくなる。検査対象物である配管０３の肉厚部分は鉄等の高密度物質であるのに対し、減肉部０３Ａは低密度の空気であるので、かかる空気部分でγ線の散乱強度が大きく低下するからである。例えば、γ線源０１である放射性同位体イリジウム線源から照射されるγ線のエネルギーＥ０が３２０ｋｅＶとすると、散乱角θ＝９０°の場合の散乱γ線の散乱γ線エネルギーＥ１は１９７ｋｅＶと、一意に決まる。したがって、検査対象物である配管０３に減肉部０３Ａが発生している場合には散乱γ線の散乱γ線エネルギーＥ１の信号強度が小さくなる。
【０００８】
そこで、図５（ｃ）に示す散乱γ線エネルギー分布において散乱γ線の散乱γ線エネルギーＥ１を検出することにより減肉の発生を検出し得る（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６―１７７８４１号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】（社）日本原子力学会「１９９５秋の大会」（１９９５年１０月１７日〜２０日、原研）  コンプトン散乱を用いた保温材表面からの点検技術、（株）東芝、宇高彰、濱島隆之、後藤哲夫
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところが、上述の如く図５（ｃ）に示す散乱γ線エネルギー分布特性における散乱γ線の散乱γ線エネルギーＥ１の信号強度に基づき減肉を検出する場合には、γ線源０１の揺らぎが問題となる。γ線源として、例えば放射性同位体線源を用いた場合、γ線源０１から照射されるγ線の強度が時間の経過とともに揺らぐことがあり、これに伴い基準の信号強度が変化してしまい、高精度の測定の阻害要因となってしまうからである。
【００１２】
なお、上述の如く、基準の信号強度が変化してしまうという問題は、図６に示す場合のように、コンプトン後方散乱を利用する場合のみならず、コンプトン散乱を利用する場合には、同様に発生する。すなわち、かかる基準の信号強度の揺れという問題は、散乱γ線エネルギーＥ１の信号強度の大きさのみを利用する限り、後方散乱に限ることなく、一般に発生する。
【００１３】
本発明は、上述の従来技術に鑑み、コンプトン散乱γ線を利用する場合において、検査対象物の状態を、γ線源の揺らぎの影響を受けることなく、さらに検出器の配設位置の制限という問題を生起することなく、簡便かつ高精度に検出し得る非破壊検査方法およびその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成する本発明は次の知見を基礎とするものである。図１に示すように、γ線源１から検査対象物３である鉄板（厚さ１０ｍｍ）に向けてγ線を照射し、この場合の後方散乱γ線をコリメーター（例えば、内径φ＝１０ｍｍ）４を介して検出器２で検出する場合を考える。前述の如く、この場合には、図５（ｃ）に示すような散乱γ線エネルギー分布特性が得られる。同図に示す場合は、散乱γ線エネルギーＥ１で信号強度のピークＰが観測されている。
【００１５】
また、この場合の散乱γ線エネルギーは次式（１）で与えられる。
【００１６】
【数１】
2015215262.tif 000003
【００１７】
図２には、検査対象物３である鉄板の厚さを１０ｍｍ、７ｍｍ、６ｍｍ、５ｍｍと変化させて同様にγ線を照射し、検査対象物３で散乱され、コリメーター４を介して検出された散乱γ線に基づく散乱γ線エネルギー分布特性を示す。当該、散乱γ線エネルギー分布特性は、各板厚毎にシミュレーション演算を行なった結果である。同図を参照すれば、明かな通り、板厚が１０ｍｍ（図２（ａ））から５ｍｍ（図２（ｄ））へと減少するに従い信号強度のピークＰの位置が理論値に対し、高エネルギー側にシフトしているのが分かる。図では、Ｅ０＝４６８ｋｅＶのγ線がθ＝９０°方向に散乱された散乱γ線おいて、図２（ａ）に示す１０ｍｍの場合と、図２（ｄ）に示す５ｍｍの場合とではシフト量ΔＥ１のシフトが生起されている。このように、ピークＰの位置が高エネルギー側にシフトする現象を利用し、シフト量ΔＥ１と検査対象物３の厚さとの相関関係を利用すれば、検査対象物３の減肉等、その状態を検出することができると考えられる。
【００１８】
なお、ピークＰの位置が高エネルギー側にシフトする理由は、次のように考えられる。図５（ｃ）に示すように、一般にコンプトン散乱γ線は、散乱γ線エネルギー分布特性上で信号強度のピークＰを中心にある程度のエネルギー広がりを持つ。その理由の１つとして、鉛のコリメーター４の内径φが１０ｍｍであり、観測領域がピンポイントでないことが挙げられる。すなわち、コリメーター４の横断面は有限の広がりを持っている。上記シミュレーションにおいては、散乱角度θ＝９０°で散乱されるγ線に着目しているが、図１に示すようにコリメーター４の回転対称軸とγ線進行軸の交差点は検査対象物３から１０ｍｍ奥まった位置に存在し、コリメーター４の内径φの半径が５ｍｍであるため、検査対象物３の表面から１０−（５√２）＝６．５ｍｍよりも奥まった場所からの散乱γ線（散乱角度θ＝９０°）は観測される。一方、図１に示すように、６．５ｍｍよりも浅い領域からは幾何学的制限により、散乱γ線（散乱角度θ＝９０°）は観測されず、散乱角度θ＜９０°の散乱γ線のみが観測される。散乱角度θ＜９０°の散乱γ線エネルギーは上記式（１）よりθ＝９０°に比べ、高エネルギーであり、このことが検査対象物３が薄くなるにつれて、散乱γ線のピークエネルギー位置が高エネルギー側にシフトする理由と考えられる。
【００１９】
図３は図２に示す検出結果に基づき検出した検査対象物であるＦｅの厚さと、ピークシフトとの関係を示す特性図である。同図を参照すれば、コリメーター４の幾何学的制限により散乱γ線（散乱角度θ＝９０°）が観測されない、６．５ｍｍよりも浅い領域でシフト量ΔＥ１が急激に増加していることが分かる。
【００２０】
かかる知見を基礎とする本発明の第１の態様は、Ｘ線またはγ線（以下、両者をまとめてγ線という）を検査対象物に照射するとともに、前記照射の結果得られるコンプトン散乱に基づく散乱γ線をコリメーターでコリメートして検出し、検出した前記散乱γ線を表す散乱γ線信号の散乱γ線エネルギーに対する信号強度を表す散乱γ線エネルギー分布特性を求めるとともに、前記検査対象物の厚さが薄くなるに従い、前記信号強度のピークが、前記コリメーターの径に応じ、前記散乱γ線エネルギー分布特性において前記散乱γ線エネルギーの高エネルギー側または低エネルギー側にシフトすることを利用して前記検査対象物の状態を検出することを特徴とする非破壊検査方法にある。
【００２１】
本態様によれば、散乱γ線エネルギー分布特性における信号強度のピークのシフト態様をとらえることにより、検査対象物の減肉等、その状態を容易かつ適確に検出することができる。
【００２２】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載する非破壊検査方法において、前記状態の検出は、標準の検査対象物における前記ピークの位置を基準ピーク位置とし、該基準ピーク位置と、実測した検査対象物の前記ピークの位置である実測ピーク位置との差であるシフト量に基づき行うことを特徴とする非破壊検査方法にある。
【００２３】
本態様によれば、定量的な基準となるシフト量を利用して減肉等の所定の状態を客観的に把握し得る。
【００２４】
本発明の第３の態様は、第１または第２の態様に記載する非破壊検査方法において、前記コンプトン散乱は、コンプトン後方散乱であることを特徴とする非破壊検査方法にある。
【００２５】
本態様によれば、配管等が錯綜して配設された狭隘部の検出対象であっても検出位置の条件が緩和され良好な作業性を担保した上で、容易に所定の状態検出を行なうことができる。
【００２６】
本発明の第４の態様は、検査対象物に向けてγ線を照射するγ線源と、前記照射の結果得られるコンプトン散乱に基づく散乱γ線をコリメートするコリメーターと、該コリメーターを介して入射された前記散乱γ線を表す散乱γ線信号の散乱γ線エネルギーに対する信号強度を表す散乱γ線エネルギー分布特性を生成する検出器とを有する非破壊検査装置において、前記検出器は、前記検査対象物の厚さが薄くなるに従い、前記コンプトン散乱に基づく散乱γ線の信号強度のピークが、前記コリメーターの径に応じ、前記散乱γ線エネルギー分布特性において前記散乱γ線エネルギーの高エネルギー側または低エネルギー側へシフトする際のシフト量に基づき前記検査対象物の状態を検出するものであることを特徴とする非破壊検査装置にある。
【００２７】
本態様によれば、散乱γ線エネルギー分布特性における信号強度のピークのシフト態様をとらえることにより、検査対象物の減肉等、その状態を容易かつ適確に検出することができる。
【００２８】
本発明の第５の態様は、第４の態様に記載する非破壊検査装置において、前記検出器は、前記シフト量が所定の閾値を超えた場合に前記検査対象物が不良であると判定することを特徴とする非破壊検査装置にある。
【００２９】
本態様によれば、閾値を超えるか否かを目安として検査対象物の良否を適確に判定し得る。
【００３０】
本発明の第６の態様によれば、第４または第５の態様に記載する非破壊検査装置において、前記コンプトン散乱は、コンプトン後方散乱であり、前記検出器は、前記検査対象物に対して同じ側に配設されていることを特徴とする非破壊検査装置にある。
【００３１】
本態様によれば、配管等が錯綜して配設された狭隘部の検出対象であっても検出器の配設位置の条件が緩和される。この結果、良好な作業性を担保した上で、容易に所定の状態検出を行なうことができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、検査対象物の厚さが薄くなるに従い、前記検査対象物に照射されて散乱された散乱γ線を表す散乱γ線信号の信号強度のピークが、散乱γ線エネルギー分布特性において散乱γ線エネルギーの高エネルギー側または低エネルギー側にシフトすることを利用して前記検査対象物の状態、例えば厚さ等を適確に検出することができる。ここで、本発明は、散乱γ線に基づく信号強度と他の対象物とを比較するものではなく、ピークのシフトのみを基準として所定の判断をするものであるので、γ線源の揺らぎ等の影響を受けることもない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】検査対象物にγ線を照射し、これに伴う散乱γ線をコリメーターによりコリメートして検出する場合の態様を概念的に示す説明図である。
【図２】検査対象物の厚さを変えて行う図１に示す散乱γ線を利用した検出の際のそれぞれの厚みに対応する散乱γ線エネルギー分布特性を示す特性図である。
【図３】図２に示す検出結果に基づき検出した検査対象物であるＦｅの厚さと、ピークシフトとの関係を示す特性図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る非破壊検査装置を示すブロック図である。
【図５】従来周知のコンプトン後方散乱の原理を模式的に示す説明図である。
【図６】コンプトン後方散乱を利用して配管の減肉を非破壊検査する従来技術の原理を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００３５】
図４は本発明の実施の形態に係る非破壊検査装置を示すブロック図である。同図に示すように、本形態に係る非破壊検査装置は、例えば配管である検査対象物３に向けてγ線を照射するγ線源１と、前記照射の結果得られるコンプトン散乱に基づく散乱γ線を検出する検出器２とを有している。ここで、検出器２と検査対象物３との間には、内径φが、例えば１０ｍｍの鉛の円筒状部材で形成したコリメーター４（図１参照）が配設してある。この結果、散乱γ線は、コリメーター４でコリメートされて検出器２に入射される。
【００３６】
ここで、γ線源１は、例えば放射性同位体イリジウム線源を好適に適用し得る。また、検出器２は、コリメーター４を介して入射された前記散乱γ線を表す散乱γ線信号の散乱γ線エネルギーに対する信号強度を表す散乱γ線エネルギー分布特性（図２参照）を生成する。
【００３７】
前記検出器は、前記検査対象物の厚さが薄くなるに従い、前記コンプトン散乱に基づく散乱γ線の信号強度のピークが、前記コリメーターの径に応じ、前記散乱γ線エネルギー分布特性において前記散乱γ線エネルギーの高エネルギー側または低エネルギー側へシフトする際のシフト量に基づき前記検査対象物の状態を検出する。
【００３８】
さらに詳言すると、検出器２は、コンプトン後方散乱γ線を入射する入射部２Ａ、コンプトン後方散乱γ線を表すコンプトン後方散乱γ線信号を生成する信号処理部２Ｂ、コンプトン後方散乱γ線信号を処理して検査対象物３の減肉の状態を検出する演算処理部２Ｃ、減肉の状態を検出するための基準データを記憶している記憶部２Ｄおよび演算処理部２Ｃで検出した検出結果を表示する表示部２Ｅを有している。信号処理部２Ｂでは、コンプトン後方散乱γ線を処理して散乱γ線エネルギーに対するコンプトン後方散乱γ線信号の信号強度を表す、図２に示すようなγ線エネルギー分布特性を生成する。記憶部２Ｄには、健全な（減肉を生起していない）検査対象物３の散乱γ線エネルギー分布特性（以下、基準散乱γ線エネルギー分布特性という）が予め記憶してある。ここで、基準散乱γ線エネルギー分布特性には、散乱γ線エネルギーＥ１の信号強度のピークＰが存在する。演算処理部２Ｃでは、実測データから生成した散乱γ線エネルギー分布における散乱γ線エネルギーの信号強度のピークＰの位置を検出し、この位置が所定の閾値を越えて高エネルギー側または低エネルギー側にシフトしている場合にこのことを表す警告またはデータを表示部に２Ｅに表示する。
【００３９】
このように、本形態における検出器２では、検査対象物３の厚さが薄くなるに従い、コンプトン散乱に基づく散乱γ線の信号強度のピークＰが、散乱γ線エネルギー分布特性において散乱γ線エネルギーの高エネルギー側または低エネルギー側へシフトする際のシフト量を検出し、このシフト量に基づき検査対象物３の減肉量等、検査対象物３の状態を検出する。ここで、本形態では、信号強度と他の対象物とを比較するものではなく、ピークのシフトのみを基準として所定の判断をするものであるので、γ線源１の揺らぎ等の影響を受けることもない。
【００４０】
なお、上記実施の形態では、コンプトン後方散乱γ線を利用する場合に関して説明したが、後方散乱に限るものではない。ただ、後方散乱を利用する場合にはγ線源１と検出器２とを検査対象物３である配管に対して同じ側に配設することができるので、機器配置の自由度が向上する。また、検査対象物３も配管である必要はなく、必ずしも減肉を検出するものである必要もない。広く検査対象物の各部の寸法を検出する非破壊検査装置として有用なものである。さらに、標準データを提供する標準試料との比較においてシフト量を検出する必要も、必ずしもなく、要するに検査対象物３の厚さが薄くなるに従い、信号強度のピークＰが、散乱γ線エネルギー分布特性において散乱γ線エネルギーの高エネルギー側または低エネルギー側にシフトすることを利用して検査対象物３の状態を検出する場合は、すべて本発明の技術思想に含まれる。
【００４１】
また、図２（ａ）〜（ｄ）に示す検査対象物３の厚さごとの散乱γ線エネルギー分布特性のデータを記憶部２Ｄに逐一記憶しておき、各データを読み出すことにより演算処理部２Ｃで所定の演算を行わせることで、例えば図３に示すピークシフト特性図を作成し、表示部２Ｅに表示するように構成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は配管等の検査対象物が錯綜して配設されている発電所等の保守、点検等に伴う非破壊検査を実施する産業分野で有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１                      γ線源
２                      検出器
３                      検査対象物
４                      コリメーター
【図１】
2015215262.tif 000004
【図２】
2015215262.tif 000005
【図３】
2015215262.tif 000006
【図４】
2015215262.tif 000007
【図５】
2015215262.tif 000008
【図６】
2015215262.tif 000009