(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリートの元素密度組成及び結合水の含有量を条件として、中性子の線源の位置と計測点の位置との関係に基づいて前記線源から放射された中性子が前記コンクリートにより構成された調査対象であるコンクリート構造物を介して前記計測点において計測されるときの応答をモデル化してモンテカルロ法及びＳＮ法を含む放射線輸送計算コードにより解析する第１のステップと、
前記線源から放射された中性子が前記調査対象であるコンクリート構造物を介して前記計測点において計測されるときの応答を実測する第２のステップと、
前記実測された応答と前記解析された応答とを用いて前記調査対象であるコンクリート構造物内の水分の存在を推定する第３のステップと
を備えることを特徴とする中性子を用いたコンクリート構造物の水分推定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の中性子を用いたコンクリート構造物の水分推定方法であって、
前記第３のステップは、前記第１のステップにおいて複数の前記元素密度組成及び前記結合水の含有率の組み合わせであるコンクリートの種別毎に解析した前記解析された応答を記憶させたデータベースを参照して、前記実測された応答と前記調査対象であるコンクリート構造物を構成するコンクリートの種別に対して前記解析された応答とを用いて前記調査対象であるコンクリート構造物内の水分の存在を推定することを特徴とする中性子を用いたコンクリート構造物の水分推定方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の中性子を用いたコンクリート構造物の水分推定方法であって、
前記第１のステップは、
前記調査対象であるコンクリート構造物にそれぞれ検査対象領域及び周辺領域を設定してモデル化し、
前記検査対象領域をｍ個の分割対象領域ｋ（ｍは２以上の整数、ｋ＝１，…，ｍ）にメッシュ分割して、複数の前記線源の位置ｉ（ｉは２以上の整数）及び複数の前記計測点の位置ｊ（ｊは２以上の整数）の組み合わせの各々についての前記分割対象領域ｋの各々からの寄与ｒｉ，ｊ，ｋを求め、
前記線源の位置ｉから放射された中性子が前記調査対象であるコンクリート構造物を介して前記計測点の位置ｊにおいて計測されるときの前記解析された応答Ｒｉ，ｊを
【数１】
0006518939.tif 000014
（ただし、Ａｒｉ，ｊは、前記線源の位置ｉから放射された中性子が前記調査対象であるコンクリート構造物を介して前記計測点の位置ｊにおいて計測されるときの前記周辺領域からの応答の寄与）
により求めることを特徴とするコンクリート構造物の水分推定方法。
【請求項４】
請求項３に記載のコンクリート構造物の水分推定方法であって、
前記第１のステップは、
前記線源の位置ｉ及び前記計測点の位置ｊの組み合わせの各々について、前記分割対象領域ｋに前記コンクリートが体積率１００％で存在するときの寄与ｒｃｉ，ｊ，ｋ及び、前記分割対象領域ｋに前記水が体積率１００％で存在するときの寄与ｒｗｉ，ｊ，ｋを求め、
前記第２のステップは、
前記線源の位置ｉ及び前記計測点の位置ｊの組み合わせの各々について、前記線源から放射された中性子が前記調査対象であるコンクリート構造物を介して前記計測点において計測されるときの応答Ｄｉ，ｊを実測し、
前記第３のステップは、
【数２】
0006518939.tif 000015
（ただし、Ｓは、前記線源の強度）
の関係を用いて前記分割対象領域ｋにおける水分の体積率ωｋを推定することを特徴とするコンクリート構造物の水分推定方法。
【請求項５】
請求項４に記載のコンクリート構造物の水分推定方法であって、
前記数式（２）の誤差が最小となる前記分割対象領域ｋにおける水分の体積率ωｋを推定することを特徴とするコンクリート構造物の水分推定方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のコンクリート構造物の水分推定方法であって、
前記第３のステップにおいて推定された前記調査対象であるコンクリート構造物内の水分の存在を可視化する第４のステップを備えることを特徴とするコンクリート構造物の水分推定方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のコンクリート構造物の水分推定方法であって、
前記第２のステップにおいて使用される前記線源は、前記調査対象であるコンクリート構造物に対面する領域以外を中性子遮蔽手段で覆った構造を有することを特徴とするコンクリート構造物の水分推定方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のコンクリート構造物の水分推定方法であって、
前記第２のステップは、前記調査対象であるコンクリート構造物の表面上を前記線源及び前記計測点を順次移動させて前記実測された応答を実測することを特徴とするコンクリート構造物の水分推定方法。
【請求項９】
コンクリートの元素密度組成及び結合水の含有量を条件として、中性子の線源の位置と計測点の位置との関係に基づいて前記線源から放射された中性子が前記コンクリートにより構成された調査対象であるコンクリート構造物を介して前記計測点において計測されるときの応答をモデル化して解析した結果をデータベースとして記憶する記憶手段と、
前記線源から放射された中性子が調査対象であるコンクリート構造物を介して前記計測点において計測されるときの応答を実測する実応答計測手段と、
前記実測された応答と前記解析された応答とを用いて前記調査対象であるコンクリート構造物内の水分の存在を推定する水分推定手段と
を備えることを特徴とする中性子を用いたコンクリート構造物の水分推定システム。
【請求項１０】
請求項９に記載のコンクリート構造物の水分推定システムであって、
前記水分推定手段において推定された前記調査対象であるコンクリート構造物内の水分の存在を可視化して表示する表示手段をさらに備えることを特徴とするコンクリート構造物の水分推定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート構造物の水分推定方法及びコンクリート構造物の水分推定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート構造物にはジャンカやひび割れ等の欠損が生ずる可能性があり、そこに水が溜まってコンクリート構造物を構成する鉄筋や構造材を腐食したり脆弱化するおそれがある。したがって、コンクリート構造物内の水分の分布を推定できる技術の実現が望まれている。
【０００３】
例えば、コンクリート構造物を挟むように中性子線源とパネル型高感度中性子検出器を配置し、コンクリート構造物を透過させて中性子線源から放射された中性子を検出器によって検出することによりコンクリート構造物の欠損を検出する技術が開示されている（特許文献１）。
【０００４】
また、セメントを硬化材としてホウ素化合物等のトレーサを添加した注入剤をセメントの裏側に注入し、セメント表面側から中性子を照射してトレーサに救出された熱中性子の数を測定してセメントの注入度合を検出する技術が開示されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−８２０７３号公報
【特許文献２】特開平８−９４５５２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、照射する中性子を発生させる中性子線源は、原子炉を使用する方式と加速器を使用する方式がある。透過型の中性子線検出では中性子線源とセンサとで測定対象物を挟み込む配置が必要であり、主として屋外に存在するコンクリート構造物を測定対象物とする場合には中性子線源やセンサの移動が不可能又は困難であったり、測定対象物の形状や厚みによっては背面側への配置が不可能であったりする。また、中性子線源と検出器との配置の関係において原理的にシステムが大型化してしまう。最近では屋外でも使用できる移動可能な加速器を開発している研究機関もあるが開発途上である。
【０００７】
また、ホウ素化合物等をトレーサとする技術は、トレーサが添加されていない既存のコンクリート構造物には適用することが原理的に不可能である。
【０００８】
本発明は、コンクリート構造物内のジャンカやひび割れ等に溜まった水分を検知するコンクリート構造物の水分推定方法及びコンクリート構造物の水分推定システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に係る中性子を用いたコンクリート構造物の水分推定方法は、コンクリートの元素密度組成及び結合水の含有量を条件として、中性子の線源の位置と計測点の位置との関係に基づいて前記線源から放射された中性子が前記コンクリートにより構成された調査対象であるコンクリート構造物を介して前記計測点において計測されるときの応答をモデル化してモンテカルロ法及びＳＮ法を含む放射線輸送計算コードにより解析する第１のステップと、前記線源から放射された中性子が前記調査対象であるコンクリート構造物を介して前記計測点において計測されるときの応答を実測する第２のステップと、前記実測された応答と前記解析された応答とを用いて前記調査対象であるコンクリート構造物内の水分の存在を推定する第３のステップとを備えることを特徴とする。
【００１０】
ここで、前記第３のステップは、前記第１のステップにおいて複数の前記元素密度組成及び前記結合水の含有率の組み合わせであるコンクリートの種別毎に解析した前記解析された応答を記憶させたデータベースを参照して、前記実測された応答と前記調査対象であるコンクリート構造物を構成するコンクリートの種別に対して前記解析された応答とを用いて前記調査対象であるコンクリート構造物内の水分の存在を推定することが好適である。
【００１１】
また、前記第１のステップは、前記調査対象であるコンクリート構造物にそれぞれ検査対象領域及び周辺領域を設定してモデル化し、前記検査対象領域をｍ個の分割対象領域ｋ（ｍは２以上の整数、ｋ＝１，…，ｍ）にメッシュ分割して、複数の前記線源の位置ｉ（ｉは２以上の整数）及び複数の前記計測点の位置ｊ（ｊは２以上の整数）の組み合わせの各々についての前記分割対象領域ｋの各々からの寄与ｒｉ，ｊ，ｋを求め、前記線源の位置ｉから放射された中性子が前記調査対象であるコンクリート構造物を介して前記計測点の位置ｊにおいて計測されるときの前記解析された応答Ｒｉ，ｊを
【数１】
0006518939.tif 000002
（ただし、Ａｒｉ，ｊは、前記線源の位置ｉから放射された中性子が前記調査対象であるコンクリート構造物を介して前記計測点の位置ｊにおいて計測されるときの前記周辺領域からの応答の寄与）により求めることが好適である。
【００１２】
また、前記第１のステップは、前記線源の位置ｉ及び前記計測点の位置ｊの組み合わせの各々について、前記分割対象領域ｋに前記コンクリートが体積率１００％で存在するときの寄与ｒｃｉ，ｊ，ｋ、及び、前記分割対象領域ｋに前記水が体積率１００％で存在するときの寄与ｒｗｉ，ｊ，ｋを求め、前記第２のステップは、前記線源の位置ｉ及び前記計測点の位置ｊの組み合わせの各々について、前記線源から放射された中性子が前記調査対象であるコンクリート構造物を介して前記計測点において計測されるときの応答Ｄｉ，ｊを実測し、前記第３のステップは、
【数２】
0006518939.tif 000003
（ただし、Ｓは、前記線源の強度）
の関係を用いて前記分割対象領域ｋにおける水分の体積率ωｋを推定することが好適である。
【００１３】
また、前記数式（２）の誤差が最小となる前記分割対象領域ｋにおける水分の体積率
ωｋを推定することが好適である。
【００１４】
また、前記第３のステップにおいて推定された前記調査対象であるコンクリート構造物内の水分の存在を可視化する第４のステップを備えることが好適である。
【００１５】
また、前記第２のステップにおいて使用される前記線源は、前記調査対象であるコンクリート構造物に対面する領域以外を中性子遮蔽手段で覆った構造を有することが好適である。
【００１６】
また、前記第２のステップは、前記調査対象であるコンクリート構造物の表面上を前記線源及び前記計測点を順次移動させて前記実測された応答を実測することが好適である。
【００１７】
本発明の請求項９に係る中性子を用いたコンクリート構造物の水分推定システムは、コンクリートの元素密度組成及び結合水の含有量を条件として、中性子の線源の位置と計測点の位置との関係に基づいて前記線源から放射された中性子が前記コンクリートにより構成された調査対象であるコンクリート構造物を介して前記計測点において計測されるときの応答をモデル化して解析した結果をデータベースとして記憶する記憶手段と、前記線源から放射された中性子が調査対象であるコンクリート構造物を介して前記計測点において計測されるときの応答を実測する実応答計測手段と、前記実測された応答と前記解析された応答とを用いて前記調査対象であるコンクリート構造物内の水分の存在を推定する水分推定手段とを備えることを特徴とする。
【００１８】
ここで、前記水分推定手段において推定された前記調査対象であるコンクリート構造物内の水分の存在を可視化して表示する表示手段をさらに備えることが好適である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の請求項１に係る中性子を用いたコンクリート構造物の水分推定方法によれば、コンクリートの元素密度組成及び結合水の含有量を条件として、中性子の線源の位置と計測点の位置との関係に基づいて前記線源から放射された中性子が前記コンクリートにより構成された調査対象であるコンクリート構造物を介して前記計測点において計測されるときの応答をモデル化してモンテカルロ法及びＳＮ法を含む放射線輸送計算コードにより解析する第１のステップと、前記線源から放射された中性子が前記調査対象であるコンクリート構造物を介して前記計測点において計測されるときの応答を実測する第２のステップと、前記実測された応答と前記解析された応答とを用いて前記調査対象であるコンクリート構造物内の水分の存在を推定する第３のステップとを備えることによって、前記評価対象であるコンクリート構造物内の水分の分布を精度よく推定することができる。また、コンクリート構造物の一方向からの水分の存在の推定が可能となり、トレーサが不要で既存のコンクリート構造物への適用も可能となる。
【００２０】
また、前記第３のステップは、前記第１のステップにおいて複数の前記元素密度組成及び前記結合水の含有率の組み合わせであるコンクリートの種別毎に解析した前記解析された応答を記憶させたデータベースを参照して、前記実測された応答と前記調査対象であるコンクリート構造物を構成するコンクリートの種別に対して前記解析された応答とを用いて前記調査対象であるコンクリート構造物内の水分の存在を推定することによって、予め前記データベースとして登録された前記解析された応答に基づいて前記実測された応答に対応する前記コンクリート構造物内の水分の存在を推定することができる。
【００２１】
また、前記第１のステップは、前記調査対象であるコンクリート構造物にそれぞれ検査対象領域及び周辺領域を設定してモデル化し、前記検査対象領域をｍ個の分割対象領域ｋ（ｍは２以上の整数、ｋ＝１，…，ｍ）にメッシュ分割して、複数の前記線源の位置ｉ（ｉは２以上の整数）及び複数の前記計測点の位置ｊ（ｊは２以上の整数）の組み合わせの各々についての前記分割対象領域ｋの各々からの寄与ｒｉ，ｊ，ｋを求め、前記線源の位置ｉから放射された中性子が前記調査対象であるコンクリート構造物を介して前記計測点の位置ｊにおいて計測されるときの前記解析された応答Ｒｉ，ｊを前記数式（１）により求めることにより、前記コンクリート構造物を分割した分割対象領域ｋにおける水分の体積比を求めることができる。
【００２２】
また、前記第１のステップは、前記線源の位置ｉ及び前記計測点の位置ｊの組み合わせの各々について、前記分割対象領域ｋに前記コンクリートが体積率１００％で存在するときの寄与ｒｃｉ，ｊ，ｋ及び、前記分割対象領域ｋに前記水が体積率１００％で存在するときの寄与ｒｗｉ，ｊ，ｋを求め、前記第２のステップは、前記線源の位置ｉ及び前記計測点の位置ｊの組み合わせの各々について、前記線源から放射された中性子が前記調査対象であるコンクリート構造物を介して前記計測点において計測されるときの応答Ｄｉ，ｊを実測し、前記第３のステップは、上記数式（２）の関係を用いて前記分割対象領域ｋにおける水分の体積率ωｋを推定することによって、前記寄与ｒｃｉ，ｊ，ｋ及び前記寄与ｒｗｉ，ｊ，ｋに基づいて前記分割対象領域ｋにおける水分の体積率ωｋを推定することができる。
【００２３】
また、前記数式（２）の誤差が最小となる前記分割対象領域ｋにおける水分の体積率ωｋを推定することによって、前記数式（２）から導かれる連立方程式の完全解を解くことなく、前記寄与ｒｃｉ，ｊ，ｋ及び前記寄与ｒｗｉ，ｊ，ｋに基づいて前記分割対象領域ｋにおける水分の体積率ωｋを推定することができる。
【００２４】
また、前記第３のステップにおいて推定された前記調査対象であるコンクリート構造物内の水分の存在を可視化する第４のステップを備えることによって、推定された水分の分布をユーザの視覚によって把握し易い態様で表示させることができる。
【００２５】
また、前記第２のステップにおいて使用される前記線源は、前記調査対象であるコンクリート構造物に対面する領域以外を中性子遮蔽手段で覆った構造を有することによって、中性子線源から前記コンクリート構造物内に入射・散乱せずに中性子検出器１０６に直接到達する中性子を低減することができる。
【００２６】
また、前記第２のステップは、前記調査対象であるコンクリート構造物の表面上を前記線源及び前記計測点を順次移動させて前記実測された応答を実測することが好適である。
【００２７】
本発明の請求項９に係る中性子を用いたコンクリート構造物の水分推定システムは、コンクリートの元素密度組成及び結合水の含有量を条件として、中性子の線源の位置と計測点の位置との関係に基づいて前記線源から放射された中性子が前記コンクリートにより構成された調査対象であるコンクリート構造物を介して前記計測点において計測されるときの応答をモデル化して解析した結果をデータベースとして記憶する記憶手段と、前記線源から放射された中性子が調査対象であるコンクリート構造物を介して前記計測点において計測されるときの応答を実測する実応答計測手段と、前記実測された応答と前記解析された応答とを用いて前記調査対象であるコンクリート構造物内の水分の存在を推定する水分推定手段とを備えることによって、前記評価対象であるコンクリート構造物内の水分の分布を精度よく推定することができる。また、コンクリート構造物の一方向からの水分の存在の推定が可能となり、トレーサが不要で既存のコンクリート構造物への適用も可能となる。
【００２８】
ここで、前記水分推定手段において推定された前記調査対象であるコンクリート構造物内の水分の存在を可視化して表示する表示手段をさらに備えることによって、推定された水分の分布をユーザの視覚によって把握し易い態様で表示させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態における水分推定システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における水分推定装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における中性子線源の構成を示す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態における中性子の散乱モデルを示す図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるコンクリート構造物の分割対象領域の設定例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態における中性子の応答を解析するときの散乱モデルを示す図である。
【図７】本発明の実施の形態における水分推定方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の実施の形態における中性子を用いたコンクリート構造物の水分推定システム１００は、図１に示すように、水分推定装置１０２、中性子線源１０４及び中性子検出器１０６を含んで構成される。中性子線源１０４及び中性子検出器１０６は、調査対象であるコンクリート構造物２００の同一表面側に配置されている。
【００３１】
水分推定装置１０２は、図２に示すように、一般的なコンピュータの基本構成である処理部１０、記憶部１２、入力部１４、出力部１６及びインターフェース部１８を含んで構成される。
【００３２】
処理部１０は、ＣＰＵ等の演算手段を含み、記憶部１２に記憶された水分推定プログラムを実行することによって水分推定装置１０２において行われるコンクリート構造物２００内の水分の推定処理を実現する。記憶部１２は、処理部１０からアクセス可能に接続された半導体メモリやハードディスク等の記憶装置を含んで構成される。記憶部１２は、水分推定プログラム、各種パラメータ、測定データ等を記憶する。入力部１４は、キーボードやマウス等の入力装置を含んで構成される。入力部１４は、水分推定装置１０２によって使用される各種パラメータ等の入力に用いられる。出力部１６は、ディスプレイやプリンタ等の出力装置を含んで構成される。出力部１６は、水分推定装置１０２において得られた処理結果を可視化して表示する表示手段として機能する。出力部１６は、水分推定装置１０２における処理に関する情報をユーザに提示する。インターフェース部１８は、アナログ／デジタル変換器等を含んで構成される。インターフェース部１８は、中性子検出器１０６で検出された中性子線の線量を示すデータを水分推定装置１０２に取り込むために用いられる。
【００３３】
中性子線源１０４は、中性子発生管や２５２Ｃｆ等のＲＩ線源等の中性子発生源を含んで構成される。中性子線源１０４は、図３の断面図に示すように、中性子発生源２０の周りを遮蔽することが好適である。遮蔽は、調査対象物であるコンクリート構造物２００に向く方向以外、すなわちコンクリート構造物２００に対面する領域以外を覆うように設けられる。中性子発生源２０を遮蔽することによって、中性子線源１０４を調査対象であるコンクリート構造物２００の表面に設置した場合に中性子やγ線がコンクリート構造物２００内に入射及び散乱せず、中性子検出器１０６に中性子やγ線が直接到達することを抑制することができる。
【００３４】
例えば、複数種の遮蔽壁２２，２４，２６を設けることが好適である。遮蔽壁２２は、高速中性子を熱化させるために設けられる。遮蔽壁２２は、例えばパラフィンを含む材料で構成される。遮蔽壁２４は、熱化された中性子を吸収するために設けられる。遮蔽壁２４は、カドミウムを含む材料で構成される。遮蔽壁２６は、γ線を吸収するために設けられる。遮蔽壁２６は、例えば鉛を含む材料で構成される。遮蔽壁２２〜２６は、例えば、それぞれ２５ｃｍ、１ｍｍ、５ｃｍの厚さとすればよい。
【００３５】
中性子検出器１０６は、中性子線源１０４から放出され、コンクリート構造物２００によって反射又は散乱された中性子を検出する。中性子検出器１０６は、Ｈｅ−３計数管、ＢＦ３検出器等とすることができる。中性子検出器１０６は、中性子を検出すると、インターフェース部１８を介して水分推定装置１０２へ出力する。水分推定装置１０２の処理部１０は、中性子検出器１０６の検出信号を受けると単位時間当たりの中性子の検出数をカウントする。これにより、中性子線の線量率（計数率）が測定される。
【００３６】
本実施の形態における水分推定システム１００では、図４に示すように、中性子線源１０４から放射される中性子をコンクリート構造物２００の１つの表面側から入射させ、コンクリート構造物２００から反射された中性子を同一の表面側に設けた中性子検出器１０６で検出することによってコンクリート構造物２００内の水分の分布を評価する。このため、コンクリート構造物２００の同一表面側、すなわち一方向からの水分の分布の評価が可能となる。中性子線源１０４から発生した高速中性子は、コンクリート構造物２００やジャンカＸ等で反射又は散乱されて中性子検出器１０６に到達する。このとき、ジャンカＸ等に水が溜まった「水溜まり」が存在すると、中性子は水内の水素によって減速され、「水溜まり」が存在しない場合に比べて熱中性子化され易くなる。この核反応の違いに着目することによってコンクリート構造物２００内の水分の分布を評価する。水分推定システム１００によれば、コンクリート構造物２００の表面から中性子の数平均自由行程程度の深さまでの水分の分布を推定することができる。
【００３７】
水分推定システム１００では、図５に示すように、評価対象であるコンクリート構造物２００を検査対象領域２０２とその周辺領域２０４に分けて、検査対象領域２０２内の水分の分布を評価する。このとき、検査対象領域２０２を複数（ｍ個：ｍは２以上の整数）の分割対象領域ｋ（ｋは領域番号：ｋ＝１，…，ｍ）に分割して、それぞれの分割対象領域ｋ内の水分を推定することによってコンクリート構造物２００内の水分の分布を評価する。
【００３８】
図５の例では、コンクリート構造物２００の一つの表面（Ｘ−Ｙ平面）を測定面として、測定面の検査対象領域２０２を６つの領域にメッシュ分割し、さらに深さ方向（Ｚ方向）に２層に分割している。すなわち、検査対象領域２０２の測定面から遠い層は分割対象領域ｋ（１≦ｋ≦６）に分割され、測定面から近い層は分割対象領域ｋ（７≦ｋ≦１２）に分割されている。もちろん、検査対象領域２０２の分割数は、これに限定されるものではなく、表面内の分割数は６以外でもよく、深さ方向の層数も２以外でもよい。
【００３９】
水分推定システム１００では、コンクリート構造物２００の測定面側の分割対象領域ｋに中性子線源１０４と中性子検出器１０６を配置して応答を測定し、実測された応答に対応する水分の分布を水分推定装置１０２により解析する。すなわち、中性子線源１０４を配置した分割対象領域ｋの位置ｉと中性子検出器１０６を配置した分割対象領域ｋの位置ｊとの組み合わせ毎に実際の応答Ｄｉ，ｊと解析された応答Ｒｉ，ｊとが合致する水分の分布を求める。
【００４０】
例えば、図５の検査対象領域２０２において、領域番号７の分割対象領域に中性子線源１０４を配置すると共に、領域番号１０，１１，１２の分割対象領域にそれぞれに中性子検出器１０６を順に配置した場合の実際の応答Ｄ７，１０，Ｄ７，１１，Ｄ７，１２を測定する。また、領域番号８の分割対象領域に中性子線源１０４を配置すると共に、領域番号１０，１１，１２の分割対象領域にそれぞれに中性子検出器１０６を順に配置した場合の実際の応答Ｄ８，１０，Ｄ８，１１，Ｄ８，１２を測定する。また、領域番号９の分割対象領域に中性子線源１０４を配置すると共に、領域番号１０，１１，１２の分割対象領域にそれぞれに中性子検出器１０６を順に配置した場合の実際の応答Ｄ９，１０，Ｄ９，１１，Ｄ９，１２を測定する。さらに、中性子線源１０４の位置と中性子検出器１０６の位置を入れ替えて実際の応答を測定する。すなわち、領域番号１０の分割対象領域に中性子線源１０４を配置すると共に、領域番号７，８，９の分割対象領域にそれぞれに中性子検出器１０６を順に配置した場合の実際の応答Ｄ１０，７，Ｄ１０，８，Ｄ１０，９を測定する。また、領域番号１１の分割対象領域に中性子線源１０４を配置すると共に、領域番号７，８，９の分割対象領域にそれぞれに中性子検出器１０６を順に配置した場合の実際の応答Ｄ１１，７，Ｄ１１，８，Ｄ１１，９を測定する。また、領域番号１２の分割対象領域に中性子線源１０４を配置すると共に、領域番号７，８，９の分割対象領域にそれぞれに中性子検出器１０６を順に配置した場合の実際の応答Ｄ１２，７，Ｄ１２，８，Ｄ１２，９を測定する。
【００４１】
なお、測定時には、測定データの統計誤差が十分に小さくなるような測定時間で測定を行うことが好適である。
【００４２】
一方、水分推定装置１０２では、放射線輸送計算コードに基づく解析を行う。水分推定装置１０２は、コンクリート構造物２００の分割対象領域ｋについて３次元形状を扱える放射線輸送計算コード、例えば汎用コードであるモンテカルロ法に基づくＭＣＮＰやＳＮ法に基づくＴＯＲＴ等を使用して解析する。
【００４３】
例えば、中性子線源１０４の位置ｉから毎秒１個の中性子が発生するものとし、中性子検出器１０６の位置ｊで得られる応答（計数率や線量率）は、分割対象領域ｋの各領域からの寄与を領域毎に評価する必要がある。また、周辺領域２０４からの影響も考慮する必要がある。
【００４４】
すなわち、中性子線源１０４の位置ｉ及び中性子検出器１０６の位置ｊとした場合の応答Ｒｉ，ｊは、数式（３）により表わされる。
【数３】
0006518939.tif 000004
ここで、ｒｉ，ｊ，ｋは中性子線源１０４の位置ｉ及び中性子検出器１０６の位置ｊとした場合の分割対象領域ｋからの寄与、Ａｒｉ，ｊは周辺領域２０４からの寄与を示す。
【００４５】
コンクリート構造物２００に入射した中性子の挙動は、図６に示すように、中性子線源１０４から反射点Ａに至るまでの高速中性子の減衰と、反射点Ａにおける散乱を非衝突の透過と衝突による散乱とによって表現される。
【００４６】
反射点Ａにおける中性子線の非衝突線束ΦＡ（Ｅ）は、数式（４）によって表現できる。ここで、Ｅは中性子の初期エネルギー、Ｓは中性子の初期強度、Ｐ１は中性子線源１０４から反射点Ａまでの距離、σＴ（Ｅ）はエネルギーＥの中性子の全断面積である。
【数４】
0006518939.tif 000005
【００４７】
反射点Ａにおける初回散乱線源ＦＳ（Ｅ’）は、数式（５）によって表現できる。ここで、σＳ（Ｅ，Ｅ’，θ１，θ２）は入射エネルギーＥから反射エネルギーＥ’にエネルギー変化し、入射角θ１から反射角θ２に角度変化するときの微分散乱断面積である。
【数５】
0006518939.tif 000006
【００４８】
中性子検出器１０６における線束ΦＢ（Ｅ’）は、数式（６）によって表現できる。ここで、Ｂ（Ｅ’）はエネルギーＥ’を有する中性子が反射点Ａから中性子検出器１０６に至る経路における散乱成分の寄与を示すビルドアップ係数、Ｐ２は反射点Ａから中性子検出器１０６までの距離、σＴ（Ｅ’）はエネルギーＥ’の中性子の全断面積である。
【数６】
0006518939.tif 000007
【００４９】
中性子線源１０４の位置ｉからエネルギーＥの中性子が放射され、各分割対象領域ｋを反射点Ａとして散乱されて中性子検出器１０６の位置ｊにてエネルギーＥ’の中性子として検出される中性子の寄与ｒｉ，ｊ，ｋは、数式（６）の線束ΦＢ（Ｅ’）において中性子の初期強度Ｓを１にして算出することができる。すなわち、コンクリート構造物２００の形状及び寸法と中性子線源１０４の位置ｉ及び中性子検出器１０６の位置ｊとの関係から中性子線源１０４から反射点Ａ（各分割対象領域ｋ）までの距離Ｐ１、反射点Ａから中性子検出器１０６までの距離Ｐ２、反射点Ａに対する入射角θ１及び反射角θ２は幾何学的に定められるので、これらの値を数式（６）に代入することにより線束ΦＢ（Ｅ’）を中性子の寄与ｒｉ，ｊ，ｋとして求めることができる。
【００５０】
ここで、数式（４）及び数式（６）における全断面積σＴ（Ｅ），σＴ（Ｅ’）はコンクリート構造物２００を構成するコンクリートの元素密度組成に基づいて定められる。また、反射点Ａにおける微分散乱断面積σＳ（Ｅ，Ｅ’，θ１，θ２）は、コンクリート構造物２００の元素密度組成に加えてジャンカ等に溜まった水分の原子数密度に基づいて定められる。近似的には、コンクリート構造物２００を構成するコンクリートの微分散乱断面積と水の微分散乱断面積をそれぞれの反射点Ａにおける体積比（体積率）から定めることができる。すなわち、コンクリート構造物２００を構成するコンクリート以外に相当量の水分が含まれている対象領域の微分散乱断面積は、コンクリート構造物２００を構成するコンクリートの微分散乱断面積と水の微分散乱断面積にそれぞれの体積比を掛けて加算すればよい。
【００５１】
そこで、反射点Ａがコンクリート構造物２００を構成するコンクリートである（コンクリートの体積比１００％）として、コンクリート構造物２００の元素密度組成に基づいて定められた反射点Ａにおける微分散乱断面積σＳＣ（Ｅ，Ｅ’，θ１，θ２）を適用したときの寄与ｒｉ，ｊ，ｋを寄与ｒｃｉ，ｊ，ｋとして求める。また、反射点Ａが水である（水の体積比１００％）として、水の反射点Ａにおける微分散乱断面積σＳＷ（Ｅ，Ｅ’，θ１，θ２）を適用したときの寄与ｒｉ，ｊ，ｋを寄与ｒｗｉ，ｊ，ｋとして求める。そして、分割対象領域ｋに含まれる水の体積比ωｋを水分量とすると、中性子検出器１０６で計測される応答は、数式（７）で表わされる。
【数７】
0006518939.tif 000008
【００５２】
数式（７）を展開すると数式（８）が得られる。
【数８】
0006518939.tif 000009
【００５３】
評価対象であるコンクリート構造物２００に中性子線源１０４及び中性子検出器１０６をそれぞれ位置ｉ及び位置ｊに順次移動させて実測した応答Ｄｉ，ｊを数式（８）に代入することにより、未知数を水の体積比ωｋとする連立方程式が得られる。したがって、この連立方程式を解くことにより分割対象領域ｋにおける水の体積比ωｋ、すなわちコンクリート構造物２００の検査対象領域２０２を分割した分割対象領域ｋの各々における水分の分布を求めることができる。
【００５４】
しかしながら、寄与ｒｃｉ，ｊ，ｋ、寄与ｒｗｉ，ｊ，ｋ及び周辺領域２０４からの寄与Ａｒｉ，ｊを算出するミュレーションには計算誤差などが含まれ、実測された応答Ｄｉ，ｊにも統計誤差等の不確かさが含まれる。したがって、数式（８）は厳密には成立しない。そこで、数式（８）の誤差が最小になるような水の体積比ωｋを求めれば、コンクリート構造物２００の分割対象領域ｋの水分量を推定することができる。
【００５５】
例えば、最小二乗法を適用してコンクリート構造物２００内の水分の分布を推定することができる。数式（８）について左辺の定数項Ｃｉ，ｊと右辺の計算値の残差Ｒを最小二乗法に基づく目的関数として数式（９）のように定義する。
【数９】
0006518939.tif 000010
【００５６】
この目的関数を最小にするために最急降下法を適用する。制約条件として水の体積比ωｋが０以上であるという条件を設定する。一般に数式（９）で与えられる問題を閉じた形の演算で解くことは不可能であり、何らかの繰り返し計算を行う必要がある。そこで、数式（１０）となり、且つこの数列が目的関数の最小値に収束するようなベクトル列ωｋ（０），  ωｋ（１），・・・，ωｋ（ｎ）を求めるアルゴリズムを用いる。
【数１０】
0006518939.tif 000011
【００５７】
このアルゴリズムは一般に次の三つのステップで構成される。
（１）適当な水の体積比ωｋの初期点ωｋ（０）を与え、繰り返し回数を表すパラメータｎを０とする。
（２）現在のパラメータｎに対して得られた水の体積比ωｋ（ｎ）が数式（９）の解であるか否かの判定を行う。水の体積比ωｋ（ｎ）が判定の条件を満たせば、計算を終了して水の体積比ωｋ（ｎ）を解とする。条件を満たさなければ次のステップに進む。
（３）パラメータｎに対する計算結果を基にして、目的関数ｆ（ω）を減少させる新しい水の体積比ωｋ（ｎ＋１）を求める。パラメータｎを１増加させてステップ（２）に戻る。
【００５８】
ｎ回目の繰り返し計算で次の水の体積比ωｋ（ｎ）を定めるには、現在の水の体積比ωｋ（ｎ−１）からの探索方向とその方向に沿った歩み幅を決める必要がある。その結果、ｎ＋１回目の水の体積比ωｋ（ｎ＋１）は数式（１１）により得られる。
【数１１】
0006518939.tif 000012
【００５９】
ここで、ｐｋ（ｎ）は方向を表す単位ベクトル、αｋ（ｎ）は歩み幅を表す正のスカラー値である。探索方向ｐｋ（ｎ）は、数式（１２）を用いた最急降下法によって求められる。
【数１２】
0006518939.tif 000013
【００６０】
このように、最小二乗法を適用して数式（８）の連立方程式の左辺と右辺との差（誤差）を最小とする水の体積比ωｋを求める。これによって、コンクリート構造物２００を分割した分割対象領域ｋの各々における水の体積比ωｋを推定することができる。
【００６１】
水分推定装置１０２は、上記の方法により求められた水の体積比ωｋを出力部１６に出力する。このとき、調査対象であるコンクリート構造物２００の検査対象領域２０２を分割対象領域ｋに分割して表示し、分割対象領域ｋの各々の水の体積比ωｋを可視化して表示することが好適である。例えば、水の体積比ωｋを０％〜１００％の範囲で色を変化させて表示させる等、ユーザが視覚から水の体積比ωｋを容易に把握できるような態様で表示させることが好適である。
【００６２】
具体的には、水分推定装置１０２は、図７に示すフローチャートに沿ってコンクリート構造物の水分推定を行う。ステップＳ１０では、コンクリート構造物２００に検査対象領域２０２及び周辺領域２０４を設定すると共に、検査対象領域２０２を分割して分割対象領域ｋを設定する。ステップＳ１２では、各分割対象領域ｋを反射点Ａとして、分割対象領域ｋのコンクリートの体積比が１００％である場合のパラメータを用いて中性子線源１０４の位置ｉと中性子検出器１０６の位置ｊの組み合わせ毎に寄与ｒｃｉ，ｊ，ｋを算出する。このとき、計算に用いられるパラメータは評価対象であるコンクリート構造物２００を構成するコンクリートの元素密度組成に基づいて定める。ステップＳ１４では、各分割対象領域ｋを反射点Ａとして、分割対象領域ｋの水の体積比が１００％である場合のパラメータを用いて中性子線源１０４の位置ｉと中性子検出器１０６の位置ｊの組み合わせ毎に寄与ｒｗｉ，ｊ，ｋを算出する。ステップＳ１６では、中性子線源１０４の位置ｉと中性子検出器１０６の位置ｊの組み合わせ毎に応答Ｄｉ，ｊを実測する。ステップＳ１８では、ステップＳ１２及びＳ１４で解析された寄与ｒｃｉ，ｊ，ｋ及び寄与ｒｗｉ，ｊ，ｋ並びにステップＳ１６において実測された応答Ｄｉ，ｊにより表わされる数式（８）の連立方程式に基づいて最小二乗法により分割対象領域ｋの各々における水の体積比ωｋを推定する。ステップＳ２０では、ステップＳ１８において得られた水の体積比ωｋを可視化して表示する。
【００６３】
なお、コンクリート構造物２００のコンクリートの種別（コンクリートの元素密度組成）、形状及び大きさ、さらに予めコンクリート構造物２００の検査対象領域２０２を分割した分割対象領域ｋの水の体積比ωｋを設定したときの応答Ｄｉ，ｊを解析してデータベース化しておくことも好適である。データベースは、水分推定装置１０２の記憶部１２に記憶させておけばよい。これにより、実際に中性子線源１０４及び中性子検出器１０６を設置して実測された応答Ｄｉ，ｊとデータベースに登録されている解析された応答Ｄｉ，ｊを比較することにより、コンクリート構造物２００内の水分の分布を推定することができる。
【００６４】
データベースの構築に当たっては、検査対象のコンクリート構造物２００の元素密度組成や結合水の含有量を予め調査してデータベース化すること、複数のコンクリート構造物の元素密度組成や結合水の含有量を予め調査してデータベース化すること、またコンクリート構造物の設計書から元素密度組成や結合水の含有量を予測してデータベース化すること等が可能である。
【００６５】
また、上記の記載から明らかなように本実施の形態における水分推定方法においては、特にトレーサを用いずにコンクリート構造物２００内の水分の分布を推定することができる。このためトレーサが添加されていない既存のコンクリート構造物に適用することが可能である。また、本実施の形態においては、中性子線源１０４及び中性子検出器１０６は、調査対象であるコンクリート構造物２００の同一表面側に配置されている例を示したが、コンクリート構造物の一方向からの水分の存在の推定が可能な範囲において、同一表面側でなくてもよい。なお、コンクリート構造物２００の一方向とは、コンクリート構造物２００の周囲の空間を２つ以上に分けた場合の１つの側からをいう。
【符号の説明】
【００６６】
１０  処理部、１２  記憶部、１４  入力部、１６  出力部、１８  インターフェース部、２０  中性子発生源、２２，２４，２６  遮蔽壁、１００  水分推定システム、１０２  水分推定装置、１０４  中性子線源、１０６  中性子検出器、２００  コンクリート構造物、２０２  検査対象領域、２０４  周辺領域。
【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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