(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体又は造粒物を分析対象物とし、前記分析対象物の熱中性子透過量を測定する装置であって、
外筒と、前記外筒内に同心円状に配置される内筒と、前記外筒の一端と前記内筒の一端との間を塞ぐ底板とを備え、前記分析対象物が収容される試料ホルダと、
速中性子を放射する中性子線源と、
前記速中性子を熱中性子に変換する減速材と、
前記熱中性子を検出する検出器と、
回転機構と
を少なくとも備え、
前記中性子線源及び前記検出器のうちの一方が前記内筒の内周面に対向して配置され、他方が前記外筒の外周面に対向して配置され、
前記中性子線源は前記減速材で包囲され、
前記外筒の外周面に対向して配置されている前記中性子線源もしくは前記検出器が、前記回転機構により前記試料ホルダに対して前記試料ホルダの周方向に相対回転して測定が行われることを特徴とする熱中性子透過量測定装置。
【請求項２】
粉体又は造粒物を分析対象物とし、前記分析対象物の熱中性子透過量を測定する方法であって、
外筒と、前記外筒内に同心円状に配置される内筒と、前記外筒の一端と前記内筒の一端との間を塞ぐ底板とを備え、前記分析対象物が収容された試料ホルダの、前記外筒の外周面及び前記内筒の内周面のうちの一方に熱中性子を入射させ、前記分析対象物を透過して他方から放出される熱中性子を検出する工程を含み、
前記工程は、前記分析対象物を前記試料ホルダの周方向に回転走査するように前記熱中性子の入射位置又は前記熱中性子の検出位置を前記試料ホルダに対して前記試料ホルダの周方向に相対的に変化させながら行うことを特徴とする熱中性子透過量測定方法。
【請求項３】
粉体又は造粒物を分析対象物とし、ホウ素、ガドリニウム又はリチウムを分析対象元素として、前記分析対象物中の前記分析対象元素の濃度を定量分析する装置であって、
請求項１に記載の熱中性子透過量測定装置と、
前記分析対象物と同種の複数の試料について、前記分析対象元素の濃度を従属変数とし、前記熱中性子透過量測定装置により測定した熱中性子透過量を独立変数として、単回帰分析を行うことにより予め求めておいた単回帰関数と、前記分析対象物の熱中性子透過量とに基づいて、前記分析対象物の前記分析対象元素の濃度を算定する手段と、
を少なくとも備えることを特徴とする、粉体又は造粒物中元素の定量分析装置。
【請求項４】
粉体又は造粒物を分析対象物とし、ホウ素、ガドリニウム又はリチウムを分析対象元素として、前記分析対象物中の前記分析対象元素の濃度を定量分析する方法であって、
請求項２に記載の熱中性子透過量測定方法により前記分析対象物の熱中性子透過量を測定する工程と、
前記分析対象物と同種の複数の試料について、前記分析対象元素の濃度を従属変数とし、前記熱中性子透過量測定方法により測定した熱中性子透過量を独立変数として、単回帰分析を行うことにより予め求めておいた単回帰関数と、前記分析対象物の熱中性子透過量とに基づいて、前記分析対象物の前記分析対象元素の濃度を算定する工程と、
を含むことを特徴とする、粉体又は造粒物中元素の定量分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉体又は造粒物の熱中性子透過量測定装置及び方法、並びに粉体又は造粒物中元素の定量分析装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭灰中のホウ素は、土壌汚染対策法における溶出基準値により管理されている。石炭灰からのホウ素の溶出量の定量分析には環境庁告示第４６号に規定される溶出液の調製が必要である（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】環境省：「土壌汚染に係る環境基準について」、環境庁告示第４６号、（１９９１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、環境庁告示第４６号による溶出液の調製には、石炭灰を水に浸漬して６時間もの長時間の振とう処理が必要であり、このことに起因して石炭灰からのホウ素の溶出量の定量分析に長時間を要しているという問題がある。また、このような前処理を行うこと自体が煩雑であるという問題もある。
【０００５】
ところで、石炭灰からのホウ素の溶出量と石炭灰のホウ素濃度との間には相関が認められることが報告されている（J. Jankowski, C.R. Ward, D. French, S. Groves: “Mobility of trace elements from selected Australian fly ashes and its potential impact on aquatic ecosystems”, Fuel, 85, 243-256, (2006).、B. Cetin and A.H. Aydilek: “pH and fly ash type effect on trace metal leaching from embankment soils”, Resources, Conservation and Recycling, 80, 107-117, (2013).）。
【０００６】
したがって、石炭灰のホウ素濃度を簡易且つ迅速に定量分析することができれば、石炭灰からのホウ素の溶出量を、環境庁告示第４６号による溶出液の調製を行うことなく、簡易且つ迅速に予測できるものと考えられる。
【０００７】
しかしながら、石炭灰のホウ素濃度を簡易且つ迅速に定量分析する方法は確立されていないのが現状である。例えば、固体中の微量元素濃度を定量分析する方法として、底質調査法（環境省環境管理局水環境部：「底質調査方法について」、環水大水発第１２０７２５００２号、（２０１２）．）が知られており、この方法により石炭灰のホウ素濃度の定量分析を行うことは可能である。しかし、この方法を採用する場合、石炭灰をアルカリ融解等により全分解して溶液化する前処理が必須となり、むしろ環境庁告示第４６号による溶出液の調製以上の手間や時間を要することになる。また、固体の全分解処理を必要としない微量元素の定量分析方法として、エネルギー分散型Ｘ線分析法（ＥＤＳ）が知られているが、この分析方法では軽元素であるホウ素の定量分析は困難である。
【０００８】
また、石炭灰に限らず、粉体又は造粒物全般について、その構成元素の濃度を簡易且つ迅速に定量分析する手法を確立することは、産業上極めて有意義なものであると考えられる。
【０００９】
そこで、本発明は、石炭灰等の粉体又は造粒物について、ホウ素等の元素の濃度を簡易且つ迅速に定量分析する装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、石炭灰等の粉体又は造粒物について、ホウ素等の元素の濃度を定量分析する際に必要となるデータを簡易且つ迅速に取得することのできる測定装置及び方法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】
【００１１】
かかる目的を解決するため、本発明者は、従来知られている固体中の微量元素濃度の定量分析方法とは全く異なる方法にて、石炭灰のホウ素濃度を簡易且つ迅速に定量分析することについて鋭意検討を重ねた。その結果、石炭灰のホウ素濃度を簡易且つ迅速に定量分析する手法、さらには石炭灰のホウ素濃度を定量分析する際に必要となるデータを簡易且つ迅速に取得することのできる測定装置の構成を確立するに至った。そしてその手法及び測定装置が、石炭灰に限らず粉体又は造粒物全般について、ホウ素のみならず、ガドリニウムやリチウムの濃度を定量分析する際にも適用できる可能性が導かれることを知見するに至った。
【００１２】
また、本発明者は、上記測定装置の構成が、分析対象物の分析対象元素の偏在や粒径ばらつきにより生じる測定誤差を抑える上で有効であること、さらには測定感度を向上させる上でも有効であることを知見するに至り、さらに種々検討を重ねて、本発明を完成するに至った。
【００１３】
即ち、本発明の熱中性子透過量測定装置は、粉体又は造粒物を分析対象物とし、分析対象物の熱中性子透過量を測定する装置であって、外筒と、外筒内に同心円状に配置される内筒と、外筒の一端と内筒の一端との間を塞ぐ底板とを備え、分析対象物が収容される試料ホルダと、速中性子を放射する中性子線源と、速中性子を熱中性子に変換する減速材と、熱中性子を検出する検出器と、回転機構とを少なくとも備え、中性子線源及び検出器のうちの一方が内筒の内周面に対向して配置され、他方が外筒の外周面に対向して配置され、中性子線源は減速材で包囲され、外筒の外周面に対向して配置されている中性子線源もしくは検出器が、回転機構により試料ホルダに対して試料ホルダの周方向に相対回転して測定が行われるものとしている。
【００１４】
本発明の熱中性子透過量測定方法は、外筒と、外筒内に同心円状に配置される内筒と、外筒の一端と内筒の一端との間を塞ぐ底板とを備え、分析対象物が収容された試料ホルダの、外筒の外周面及び内筒の内周面のうちの一方に熱中性子を入射させ、分析対象物を透過して他方から放出される熱中性子を検出する工程を含み、この工程は、分析対象物を試料ホルダの周方向に回転走査するように熱中性子の入射位置又は熱中性子の検出位置を試料ホルダに対して試料ホルダの周方向に相対的に変化させながら行うようにしている。
【００１５】
次に、本発明の定量分析装置は、粉体又は造粒物を分析対象物とし、ホウ素、ガドリニウム又はリチウムを分析対象元素として、分析対象物中の分析対象元素の濃度を定量分析する装置であって、本発明の熱中性子透過量測定装置と、分析対象物と同種の複数の試料について、分析対象元素の濃度を従属変数とし、本発明の熱中性子透過量測定装置により測定した熱中性子透過量を独立変数として、単回帰分析を行うことにより予め求めておいた単回帰関数と、分析対象物の熱中性子透過量とに基づいて、分析対象物の分析対象元素の濃度を算定する手段とを少なくとも備えるものとしている。
【００１６】
また、本発明の定量分析方法は、粉体又は造粒物を分析対象物とし、ホウ素、ガドリニウム又はリチウムを分析対象元素として、分析対象物中の分析対象元素の濃度を定量分析する方法であって、本発明の熱中性子透過量測定方法により分析対象物の熱中性子透過量を測定する工程と、分析対象物と同種の複数の試料について、分析対象元素の濃度を従属変数とし、本発明の熱中性子透過量測定方法により測定した熱中性子透過量を独立変数として、単回帰分析を行うことにより予め求めておいた単回帰関数と、分析対象物の熱中性子透過量とに基づいて、分析対象物の分析対象元素の濃度を算定する工程とを含むようにしている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の熱中性子透過量測定装置及び方法によれば、分析対象物である粉体又は造粒物に対して底質調査法等で定められたアルカリ溶融による湿式分解溶液の調製等のように煩雑且つ長時間を要する調製等を行うことなく、分析対象物の熱中性子透過量を簡易且つ迅速に測定することが可能となる。
【００１８】
また、本発明の熱中性子透過量測定装置及び方法によれば、分析対象物を非破壊測定することが可能である。したがって、測定に供した分析対象物を回収して有効活用することができる。また、底質調査法等で定められたアルカリ溶融による湿式分解溶液の調製等のように、湿式分解後に廃液等が生じないので、これらの後処理を行う必要も無い。
【００１９】
さらに、本発明の熱中性子透過量測定装置及び方法によれば、分析対象物の分析対象元素の偏在や粒径ばらつきにより生じる測定誤差を抑えやすく、測定感度も向上させやすいものとできる。
【００２０】
本発明の粉体又は造粒物中元素の定量分析装置及び定量分析方法によれば、本発明の熱中性子透過量測定装置及び方法により測定される熱中性子透過量を利用して分析対象物である粉体又は造粒物中の分析対象元素の濃度を定量分析するようにしているので、底質調査法等で定められたアルカリ溶融による湿式分解溶液の調製等のように煩雑且つ長時間を要する調製等を行うことなく、分析対象物をそのまま熱中性子透過量の測定に供した測定結果から分析対象物中の元素濃度を定量分析することができる。したがって、分析対象物中の分析対象元素濃度を簡易且つ迅速に定量分析することが可能となる。
【００２１】
また、本発明の粉体又は造粒物中元素の定量分析装置及び定量分析方法によれば、本発明の熱中性子透過量測定装置及び方法により測定される熱中性子透過量を利用して分析対象物である粉体又は造粒物中の分析対象元素の濃度を定量分析するようにしているので、分析対象物を非破壊測定することが可能である。したがって、測定に供した分析対象物を回収して有効活用することができる。また、底質調査法等で定められたアルカリ溶融による湿式分解溶液の調製等のように、湿式分解後に廃液等が生じないので、これらの後処理を行う必要も無い。
【００２２】
さらに、本発明の粉体又は造粒物中元素の定量分析装置及び定量分析方法によれば、本発明の熱中性子透過量測定装置及び方法により測定される熱中性子透過量を利用して分析対象物の分析対象元素の濃度を分析するようにしているので、分析対象物の分析対象元素の偏在や粒径ばらつきにより生じる測定誤差が抑えられたデータ、高測定感度で得られたデータを用いて定量分析を行うことができる。したがって、定量分析を高精度及び高確度で、しかも定量可能な領域をより低濃度域まで広げて定量分析を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の熱中性子透過量測定装置の実施形態の一例を示す正面図であり、試料ホルダと筐体を断面図として示した図である。
【図２】実施例において使用した熱中性子透過量測定装置の外観図である。
【図３】中性子線源の拡大図である。
【図４】本発明の定量分析方法の実施形態の一例を示すフロー図である。
【図５】本発明の定量分析装置の実施形態の一例を示すブロック図である。
【図６】ホウ素濃度を算定する手段の一例を示すブロック図である。
【図７】試料ホルダの外径とホウ素検出下限値との関係を示す図である。
【図８】試料ホルダの回転速度とホウ素検出下限値との関係を示す図である。
【図９】測定時間とホウ素検出下限値との関係を示す図である。
【図１０】実施例において使用した熱中性子透過量測定装置の試料ホルダの回転機構を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための形態の一例について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
１．熱中性子透過量測定装置及び方法
本発明の熱中性子透過量測定装置及び方法は、粉体又は造粒物を分析対象物とし、分析対象物の分析対象元素濃度を定量分析する際に必要となる熱中性子透過量の測定に用いられる。具体的には、例えば石炭灰中のホウ素濃度を定量分析する際に必要となる熱中性子透過量の測定に好適に用いられる。
【００２６】
本発明の熱中性子透過量測定方法は、外筒と、外筒内に同心円状に配置される内筒と、外筒の一端と内筒の一端との間を塞ぐ底板とを備え、分析対象物が収容された試料ホルダの、外筒の外筒の外周面及び内筒の内周面のうちの一方に熱中性子を入射させ、分析対象物を透過して他方から放出される熱中性子を検出する工程を含み、この工程は、分析対象物を試料ホルダの周方向に回転走査するように熱中性子の入射位置又は熱中性子の検出位置を試料ホルダに対して試料ホルダの周方向に相対的に変化させながら行うようにしている。
【００２７】
本発明の熱中性子透過量測定方法は、例えば、本発明の熱中性子透過量測定装置を用いて実施される。本発明の熱中性子透過量測定装置は、粉体又は造粒物を分析対象物とし、分析対象物の熱中性子透過量を測定する装置であって、外筒と、外筒内に同心円状に配置される内筒と、外筒の一端と内筒の一端との間を塞ぐ底板とを備え、分析対象物が収容される試料ホルダと、速中性子を放射する中性子線源と、速中性子を熱中性子に変換する減速材と、熱中性子を検出する検出器と、回転機構とを少なくとも備え、中性子線源及び検出器のうちの一方が内筒の内周面に対向して配置され、他方が外筒の外周面に対向して配置され、中性子線源は減速材で包囲され、外筒の外周面に対向して配置されている中性子線源もしくは検出器が、回転機構により試料ホルダに対して試料ホルダの周方向に相対回転して測定が行われるものとしている。
【００２８】
図１に、本発明の熱中性子透過量測定装置の実施形態の一例を示す。図１に示す熱中性子透過量測定装置２０は、大まかには、分析対象物が収容される試料ホルダ２１と、速中性子を放射する中性子線源２３と、速中性子を熱中性子に変換する減速材２２と、熱中性子を検出する検出器２６と、回転機構２７とを少なくとも備えるものとしている。
【００２９】
尚、本実施形態では、分析対象物が収容された試料ホルダ２１の内筒２１ｂの内周面に熱中性子を入射させ、分析対象物を透過して外筒２１ａの外周面から放出される熱中性子を検出する場合を例に挙げて説明する。したがって、中性子線源２３は試料ホルダ２１の内筒２１ｂの内周面に対向して配置され、検出器２６が外筒２１ａの外周面に対向して配置される。
【００３０】
試料ホルダ２１は、分析対象物である粉体又は造粒物を収容して熱中性子透過量測定に供するための容器であり、外筒２１ａと、外筒２１ａ内に同心円状に配置される内筒２１ｂと、外筒２１ａの一端と内筒２１ｂの一端との間を塞ぐ底板２１ｃとを備えるものとしている。これにより、環状の試料収容空間が形成される。外筒２１ａ、内筒２１ｂ及び底板２１ｃは、熱中性子を実質的に吸収しない材料、換言すれば、熱中性子吸収断面積が極めて小さい材料、例えば樹脂、ステンレス鋼やアルミニウム合金等で構成される。試料ホルダ２１内には、分析対象物である粉体又は造粒物がそのまま収容されて測定に供される。つまり、本発明においては、分析対象物に対して、底質調査法等で定められたアルカリ溶融による湿式分解溶液の調製等のように煩雑且つ長時間を要する調製等を必要としないだけでなく、分析対象物の加圧成形等を必要としないという利点もある。
【００３１】
中性子線源２３は、速中性子を全方向に放射する線源であり、例えば、カリホルニウム２５２（２５２Ｃｆ）中性子標準密封線源を用いることができる。ここで、中性子線源２３は、法令等で定められた規格容量（１０ＭＢｑ）以下のものとしなければならない。これにより、表示付認証機器として設計認証を受けることができ、中性子線源２３の取り扱いを簡便なものとできる。本実施形態では、中性子線源２３を中性子線源用のホルダ２３ａで保持して用いるようにしている（図３を参照）。
【００３２】
減速材２２は、中性子線源２３から放射された速中性子を減速して熱中性子に変換する部材であり、速中性子を減速させるまでの所要時間が短く且つ中性子吸収効果の少ない原子番号の小さな元素、例えば水素元素を含む材料により構成される部材を適宜用いることができる。このような材料としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂及びアクリル系樹脂（例えば、ポリメタクリル酸メチル等）等の樹脂等が挙げられる。樹脂は加工性・成形性に優れているため、所望の形状のものを入手・作製し易いという利点がある。ここで、樹脂の中でも特にポリエチレン樹脂を用いることが好ましい。ポリエチレン分子中には水素元素が多く含まれることから、速中性子を極めて効率よく熱中性子に変換することができる。したがって、速中性子を熱中性子に変換する効率を向上させて、試料ホルダ２１に入射する熱中性子数を増大させることができ、これにより測定感度を向上させることができる。尚、減速材２２は、樹脂により構成されるものには限定されず、例えば、重水や水等といった水素元素を含む液体のように速中性子減速作用を有する液体を容器に満たして減速材とすることもできる。また、速中性子減速作用を有する気体を容器に充填して減速材とすることもできる。尚、樹脂等の固体を減速材とする場合にも、ブロック状のものには限定されず、粉体や粒状物を容器に収容して減速材とすることもできる。
【００３３】
中性子線源２３は試料ホルダ２１の内筒２１ｂの内周面に対向して配置される。また、中性子線源２３は減速材２２で包囲される。したがって、中性子線源２３から全方向に放射される速中性子が減速材２２を伝播する過程で熱中性子に変換され、この熱中性子が三次元的な広がりをもって減速材２２から放出される。本実施形態では、中性子線源２３が内部に埋め込まれた円柱形状の減速材２２が試料ホルダ２１の内筒２１ｂ内に充填されている。この場合、中性子線源２３や減速材２２を内筒２１ａ内に極めてシンプルな構成で固定することができる。また、減速材２２の側面が試料ホルダ２１の内筒２１ｂの内周面と密着しているので、減速材２２の側面から放出される熱中性子が直接内筒２１ｂの内周面に入射される。よって、熱中性子が放出される減速材２２の側面から検出器２６までの距離を縮めることができ、熱中性子の減衰を抑えて、測定感度を向上させやすいものとできる。尚、以降の説明では、減速材２２の内筒２１ｂとの対向面（減速材２２の側面）のことを「減速材２２の測線放出面」と呼ぶこともある。
【００３４】
尚、中性子線源２３と試料ホルダ２１の内筒２１ｂの内周面の間に配置される減速材２２の厚みは、中性子線源２３から放射される速中性子を十分に熱中性子に変換することができ、且つ、熱中性子の移動距離を過度に引き延ばすことのない厚みに設定される。これにより、熱中性子を十分に発生させながらも、熱中性子の減衰を抑えて、測定感度を向上させやすいものとできる。減速材２２をポリエチレン樹脂製のブロックとした場合の厚み（速中性子の入射部から減速材２２の測線放出面までの最短経路の距離）について例示すると、２０ｍｍ〜５５ｍｍ、好適には２０ｍｍ〜５０ｍｍ、より好適には３０ｍｍ〜５０ｍｍ、さらに好適には４０ｍｍ〜５０ｍｍである。尚、試料ホルダ２１の内筒２１ｂの径についても、減速材２２の厚みを、中性子線源２３から放射される速中性子を十分に熱中性子に変換でき、且つ、変換された熱中性子の検出器２６までの移動距離が過度に引き延ばされて熱中性子が減衰することのない厚みとできるように設定される。
【００３５】
ここで、試料ホルダ２１に収容された分析対象物の水平方向の厚みは、試料ホルダ２１の内筒２１ｂと外筒２１ａとによって一定に規定される。したがって、本実施形態のように、熱中性子が試料ホルダ２１の内筒２１ｂの内周面に入射して外筒２１ａの外周面から放出される場合、分析対象物の嵩密度の影響に起因する熱中性子の分析対象物中の移動距離の変動が抑えられる。したがって、熱中性子の分析対象物中の移動距離の変動に起因する分析対象元素の熱中性子捕獲率（熱中性子の減衰率）の変動を抑えることができるので、高精度且つ高確度な熱中性子透過量の測定が可能となる。簡潔にいえば、分析対象物の嵩密度の影響を抑えながら、熱中性子透過量の測定を高精度且つ高確度に行うことが可能となる。
【００３６】
尚、試料ホルダ２１の熱中性子透過方向の厚み（外筒２１ａの内径と内筒２１ｂの外径の差）は、熱中性子の分析対象物中の移動距離を十分に確保しながらも、熱中性子の移動距離を過度に引き延ばすことのない厚みに設定される。これにより、分析対象物中の分析対象元素と熱中性子の衝突確率を上昇させながらも、熱中性子の減衰を抑えて、測定感度を向上させやすいものとできる。尚、試料ホルダ２１の熱中性子透過方向の厚みを薄くしすぎると分析対象物を試料ホルダ２１に導入する際の操作性が低下するので、この点も考慮して試料ホルダ２１の熱中性子透過方向の厚みを設定することが好ましい。試料ホルダ２１の熱中性子透過方向の厚みは、例えば２０ｍｍ〜３０ｍｍとすることが好適である。
【００３７】
検出器２６は、熱中性子を検出する機器であり、例えば比例計数管（例えば３Ｈｅ比例計数管等）を用いることができる。検出器２６は、例えば筐体２５に収納して用いられる。筐体２５は、熱中性子を実質的に吸収しない材料、換言すれば、熱中性子吸収断面積が極めて小さい材料で構成される。このような材料としては例えば樹脂、ステンレス鋼やアルミニウム合金等が挙げられる。筐体２５には、検出器２６の他にも、例えば検出器２６で得られた信号を増幅するプリアンプ（図示省略）等が収納される。増幅された信号は、ケーブル等を通じて制御処理器（図示省略）で波形成形され、データが蓄積される。尚、本実施形態では、筐体２５を有底円筒形の蓋付の容器とし、支持体４０にて支持するようにしているが、筐体２５の形状はこのようなものに限定されるものではなく、例えば直方体等としてもよい。また、筐体２５は支持体４０等により支持することなく、直接ステージ３０に載置するようにしても構わない。
【００３８】
本実施形態において、検出器２６は固定されており、試料ホルダ２１の外筒２１ａの外周面に対向して配置される。尚、検出器２６（筐体２５）は、試料ホルダ２１に衝突することのない範囲でできるだけ近接させて配置することが好ましい。これにより、外筒２１ａから検出器２６までの距離を縮めて、外筒２１ａから検出器２６に向かう熱中性子の減衰を抑えることができ、測定感度を向上させやすいものとできる。
【００３９】
回転機構２７は、外筒の外周面に対向して配置されている検出器２６または試料ホルダ２１を、相対的に試料ホルダ２１の周方向に回転させるための機構である。この機構により、分析対象物を試料ホルダ２１の周方向に回転走査させて分析対象物全体を測定に供することができる。本実施形態において、回転機構２７は、試料ホルダ２１を試料ホルダ２１の中心軸まわりに回転させるモーター２７ａと該モーターの始動及び停止や回転数等を制御するコントローラー２７ｂ等により構成される。尚、試料ホルダ２１の回転方向は、時計回りでも反時計回りでもよい。
【００４０】
回転機構２７により試料ホルダ２１のみを中心軸まわりに回転させ、検出器２６、中性子線源２３及び減速材２２が固定されている場合には、中性子線源２３と検出器２６の間において、中性子線源２３から減速材２２の測線放出面までの距離、中性子線源２３から内筒２１ｂまでの距離、及び、中性子線源２３から外筒２１ｂまでの距離は、試料ホルダ２１の回転に依らず常に一定となる。したがって、試料ホルダ２１を中心軸まわりに回転させても測定条件の変動が起こらず、試料ホルダ２１内に収容した分析対象物全体を同一の測定条件で測定することができる。
【００４１】
ここで、本実施形態では、中性子線源２３を内部に埋め込んだ円柱形状の減速材２２が試料ホルダ２１の内筒２１ｂ内に充填されていることから、試料ホルダ２１の回転と減速材２２及び中性子線源２３の回転とが同時に起こる。このような場合には、中性子線源２３を試料ホルダ２１の中心軸上に配置することが好ましい。中性子線源２３を試料ホルダ２１の中心軸上に配置することによって、中性子線源２３から減速材２２の測線放出面までの距離、中性子線源２３から内筒２１ｂまでの距離、及び、中性子線源２３から外筒２１ｂまでの距離を、試料ホルダ２１の中心軸と垂直な平面上において、試料ホルダ２１の周面のいずれの法線方向においても一定とすることができる。したがって、試料ホルダ２１を中心軸まわりに回転させても測定条件の変動が起こらず、試料ホルダ２１内に収容した分析対象物全体を同一の測定条件で測定することができる。尚、本実施形態のように、中性子線源２３を内部に埋め込んだ円柱形状の減速材２２が試料ホルダ２１の内筒２１ｂ内に充填されている場合には、回転機構２７により減速材２２を回転させることで、試料ホルダ２１を回転させることもできる。
【００４２】
このように、分析対象物を試料ホルダ２１の周方向に回転走査させて分析対象物全体を測定に供すると共に、分析対象物全体を同一の測定条件で測定することによって、分析対象物の分析対象元素の偏在や粒径ばらつきに起因する測定誤差を抑えることができる。また、分析対象物を試料ホルダ２１の周方向に回転走査させて測定を行うことで、回転操作させずに停止した状態で測定した場合と比較して測定感度を向上させることもできる。尚、減速材２２を円柱形状とすることによって、中性子線源２３から放射される速中性子や減速された熱中性子の散乱及び反射を抑制する効果も期待できる。この効果は、試料ホルダ２１を構成する円筒形状によっても奏され得る。したがって、極めて高精度且つ高確度な熱中性子透過量の測定が可能となる。
【００４３】
ここで、回転機構２７による試料ホルダ２１の回転速度は、遅すぎると測定感度が低下する。また、速すぎても測定感度が飽和したり、あるいは測定感度が低下したりすることがある。したがって、十分な測定感度が得られる範囲で、できるだけ回転速度を小さくして回転機構２７にかかる駆動コストを低減できるように、回転速度が設定される。例示すると、好適には２ｒｐｍ〜２５ｒｐｍ、より好適には５〜１５ｒｐｍ、さらに好適には１０ｒｐｍ程度である。
【００４４】
尚、本実施形態では、検出器２６を比例計数管とし、比例計数管の長軸を試料ホルダ２１の中心軸に平行に配置するようにしている。この場合、分析対象物を透過して外筒２１ａから放出される熱中性子が最も多く比例計数管２６に到達する。したがって、測定感度を向上させやすいものとできる。但し、検出器２６（比例計数管）の配置の仕方はこれに限定されるものではなく、所望の測定感度が得られる範囲で、試料ホルダ２１の中心軸に対して適宜傾けても構わない。
【００４５】
加えて、本実施形態では、図１に示すように、比例計数管２６の本数を１本としても十分な測定感度が得られる。この場合、比例計数管２６にかかる費用を抑えて、本発明の熱中性子透過量測定装置にかかる設備費用を大幅に抑えることができる。但し、このことは比例計数管２６を２本又は３本以上（例えば、３本又は４本）使用することを必ずしも否定するものではない。
【００４６】
また、減速材２２の測線放出面における熱中性子放出量は、中性子線源２３から最短距離となる部分において多くなり、端部に向かうほど少なくなる。減速材２２の測線放出面におけるこのような熱中性子放出量の面内分布を考慮した場合、検出器２６（比例計数管）の長軸方向の中心が、減速材２２の測線放出面のうち中性子線源２３からの最短距離となる部分と一致するように配置することが好ましいが、僅かにずれていても構わない。また、減速材２２の中心軸方向の長さ及び試料ホルダ２１の中心軸方向の長さ（試料ホルダ２１に収容された分析対象物の試料ホルダ２１の中心軸方向の長さ）を、検出器２６（比例計数管）の有効測定部の長軸方向の長さよりも長くすることが好ましい。これにより、比例計数管２６の有効測定部全体を利用して測定感度を向上させやすいものとできる。
【００４７】
以上のように構成された熱中性子透過量測定装置による分析対象物の熱中性子透過量の測定原理について以下に説明する。
【００４８】
中性子線源２３から全方向に放射される速中性子は、減速材２２を伝播する過程で熱中性子に変換され、この熱中性子が三次元的な広がりをもって減速材２２から放出される。このうち、減速材２２の測線放出面から放出される熱中性子が内筒２１ｂに入射され、試料ホルダ２１内に収容されている分析対象物中を伝播する。この過程で、熱中性子の一部が分析対象物中の分析対象元素と衝突して吸収される一方で、分析対象元素と衝突しない熱中性子は分析対象物を透過して外筒２１ａを通過し、検出器２６に到達して検出される。これにより、分析対象物中の分析対象元素の濃度に依存した熱中性子透過量が測定される。そして、本発明の熱中性子透過量測定装置では、分析対象物を試料ホルダ２１の周方向に回転走査させることで分析対象物全体が測定に供される。尚、分析対象物中の分析対象元素の濃度が高い程、熱中性子透過量は減少する。逆に、分析対象物中の分析対象元素の濃度が低い程、熱中性子透過量は増加する。
【００４９】
ここで、検出器２６で計測される熱中性子数は、中性子線源２３に使用されている原子の半減期によって減衰し得る。したがって、一定期間毎（例えば２４時間毎）にブランク値を測定し、ブランク値を考慮した校正を行うことが好ましい。尚、ブランク値とは、試料ホルダ２１に試料未導入の状態で熱中性子透過量を測定した値である。さらに好ましくは、中性子線源２３に使用されている原子の半減期を考慮した補正を信号値に対して行う補正機能を備えるものとすることである。これにより、ブランク値の測定頻度を減らすことができる。あるいは、ブランク値の測定を省くことができる。
【００５０】
尚、本発明の熱中性子透過量測定装置による分析対象物の熱中性子透過量の測定時間については、長くするほど測定感度が向上する傾向が見られるものの、一定以上長くすると測定感度は飽和する。したがって、十分な測定感度が得られる範囲で、できるだけ短時間で測定が完了するように、測定時間が設定される。
【００５１】
本発明にかかる熱中性子透過量測定装置によれば、底質調査法等で定められたアルカリ溶融による湿式分解溶液の調製等のように煩雑且つ長時間を要する調製等を必要とすることなく、分析対象物の分析対象元素濃度を定量分析する際に必要となる熱中性子透過量を、分析対象物の嵩密度の影響を抑えながら簡易且つ迅速に測定することが可能となる。また、分析対象物の分析対象元素の偏在や粒径ばらつきにより生じる測定誤差を抑えながら、熱中性子透過量の測定を高感度で実施することが可能である。
【００５２】
２．定量分析装置及び定量分析方法
本発明の熱中性子透過量測定装置を利用した定量分析装置及び定量分析方法について、分析対象物を石炭灰とし、分析対象元素をホウ素とした場合を例に挙げて以下に説明する。
【００５３】
本実施形態にかかる定量分析方法は、例えば図４に示す手順で実施される。即ち、分析対象石炭灰を採取し（Ｓ０１）、本発明の熱中性子透過量測定装置により分析対象石炭灰の熱中性子透過量を測定する（Ｓ０２）。そして、単回帰関数を利用して分析対象石炭灰のホウ素濃度を算定する（Ｓ０３）。詳細には、複数の石炭灰について、ホウ素濃度を従属変数とし、本発明の熱中性子透過量測定装置により測定した熱中性子透過量を独立変数として、単回帰分析を行うことにより予め求めておいた単回帰関数に、Ｓ０２で得られた分析対象石炭灰の熱中性子透過量を代入して、分析対象石炭灰のホウ素濃度を算定する。
【００５４】
本実施形態にかかる定量分析方法は、例えば図５に示す定量分析装置１により実施される。図５に示す定量分析装置１は、本発明の熱中性子透過量測定装置２０と、複数の石炭灰について、ホウ素濃度を従属変数とし、本発明の熱中性子透過量測定装置により測定した熱中性子透過量を独立変数として、単回帰分析を行うことにより予め求めておいた単回帰関数に、分析対象石炭灰の熱中性子透過量を代入して、分析対象石炭灰のホウ素濃度を算定する手段７を少なくとも備えるものとしている。
【００５５】
以降の説明では、「複数の石炭灰について、ホウ素濃度を従属変数とし、本発明の熱中性子透過量測定装置により測定した熱中性子透過量を独立変数として、単回帰分析を行うことにより予め求めておいた単回帰関数に、分析対象石炭灰の熱中性子透過量を代入して、分析対象石炭灰のホウ素濃度を算定する手段７」を、単に「ホウ素濃度算定手段７」と呼ぶこともある。
【００５６】
Ｓ０１において採取された分析対象石炭灰は、熱中性子透過量測定装置２０の試料ホルダ２１に導入され、熱中性子透過量が測定される（Ｓ０２）。
【００５７】
ホウ素濃度算定手段７では、単回帰関数を利用して分析対象石炭灰のホウ素濃度が算定される（Ｓ０３）。
【００５８】
単回帰関数は、以下の手順で求めることができる。
【００５９】
まず、分析対象石炭灰と同種の試料として、複数の石炭灰を準備する。この複数の石炭灰のうちホウ素濃度が未知のものについては、例えば、底質調査法によるホウ素定量方法（環境省環境管理局水環境部：「底質調査方法について」、環水大水発第１２０７２５００２号、（２０１２）．）や、硝酸とフッ化水素酸によるボンブ分解後にＩＣＰ（誘導結合プラズマ）発光分光分析を行うことにより、ホウ素濃度を取得する。
【００６０】
尚、複数の石炭灰については、例えば、石炭灰が排出される事業所毎に準備し、単回帰関数の決定に用いることが好適である。これにより、当該事業所から排出される石炭灰のホウ素濃度の定量分析をより高精度及び高確度に実施し得る。また、事業所において、取引される石炭の炭種が変更された場合には、炭種変更後の石炭灰を複数準備して、単回帰関数の決定に用いることが好適である。
【００６１】
次に、複数の石炭灰について、熱中性子透過量測定装置２０を利用して熱中性子透過量を測定する。
【００６２】
最後に、複数の石炭灰について、ホウ素濃度を従属変数とし、熱中性子透過量を独立変数として単回帰分析を行う。これにより、単回帰関数が得られる。
【００６３】
Ｓ０３では、上記の手順で予め求めておいた単回帰関数に、Ｓ０２で得られた分析対象石炭灰の熱中性子透過量を代入して、分析対象石炭灰のホウ素濃度を算定する。
【００６４】
ホウ素濃度算定手段７は、例えば図６に示すコンピュータ１０であり、このコンピュータ１０により定量分析プログラムが実行される。
このコンピュータ１０により定量分析プログラム１７が実行される。
【００６５】
コンピュータ１０は、制御部１１、記憶部１２、入力部１３、表示部１４及びメモリ１５を備え、相互にバス等の信号回線によって接続されている。また、コンピュータ１０には、記憶装置としてのデータサーバ１６がバス等の信号回線によって接続されており、その信号回線を介してデータや制御指令等の信号の送受信（即ち、出入力）が相互に行われる。
【００６６】
制御部１１は、記憶部１２に記憶されている定量分析プログラム１７によって、コンピュータ１０全体の制御及び演算を行うものであり、例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）である。
【００６７】
記憶部１２は、少なくともデータやプログラムを記憶可能な装置であり、例えばハードディスクである。
【００６８】
メモリ１５は、制御部１１が種々の制御や演算を実行する際の作業領域であるメモリ空間となるものであり、例えばＲＡＭ(Ｒandom Ａccess Ｍemory の略)である。
【００６９】
入力部１３は、少なくとも作業者の命令等を制御部１１に与えるためのインターフェイスであり、例えばキーボードやタッチパネル等である。
【００７０】
表示部１４は、制御部１１の制御によって文字や図形等の描画・表示を行うものであり、例えばディスプレイである。
【００７１】
第一の実施形態では、Ｓ０２で得られた分析対象石炭灰の熱中性子透過量が、データサーバ１６に格納（保存）される。尚、Ｓ０２において取得されたデータは、例えば、適当な記録媒体に保存された後に作業者によってデータサーバ１６に記録されるようにしてもよいし、熱中性子透過量測定装置２０から無線又は有線の通信手段を介して、データサーバ１６に自動的に記録されるようにしてもよい。
【００７２】
また、コンピュータ１０の制御部１１は、データ読込部１１ａと演算部１１ｂとにより構成される。
【００７３】
定量分析プログラム１７が実行されると、まず、制御部１１のデータ読込部１１ａにより、Ｓ０２において取得されたデータを記憶装置としてのデータサーバ１６から読み込む処理が行われる。
【００７４】
具体的には、データ読込部１１ａにより、Ｓ０２において取得されてデータサーバ１６に記憶されている分析対象石炭灰の熱中性子透過量がデータサーバ１６から読み込まれ、読み込まれた分析対象石炭灰の熱中性子透過量のデータがメモリ１５に記憶させられる。
【００７５】
そして、制御部１１の演算部１１ｂにより、読み込まれた分析対象石炭灰の熱中性子透過量のデータと上記単回帰関数とによって、分析対象石炭灰のホウ素濃度が算定される。具体的には、上記単回帰関数に分析対象石炭灰の熱中性子透過量のデータが代入されて、分析対象石炭灰のホウ素濃度が算定される。上記単回帰関数は、定量分析プログラム１７内に予め規定される。
【００７６】
尚、分析対象石炭灰の熱中性子透過量のデータは、制御部１１の演算部１１ｂにより分析対象石炭灰のホウ素濃度が算定される際に入力部１３を介して作業者によって入力されるようにしてもよい。あるいは、分析対象石炭灰の熱中性子透過量のデータが記録されたデータファイルとして記憶部１２に保存されるようにしてもよい。
【００７７】
本実施形態にかかる定量分析装置及び定量分析方法によれば、本発明の熱中性子透過量測定装置により測定される熱中性子透過量を利用して定量分析を行うようにしているので、底質調査法等で定められたアルカリ溶融による湿式分解溶液の調製等のように煩雑且つ長時間を要する調製等を必要とすることなく、石炭灰中のホウ素濃度を簡易且つ迅速に、高精度且つ高確度で定量分析することが可能となる。しかも、本発明の熱中性子透過量測定装置により測定される熱中性子透過量は、分析対象物の嵩密度による影響が抑えられているので、分析対象石炭灰の嵩密度を測定することなく、高精度且つ高確度な分析対象石炭灰のホウ素濃度の定量分析が可能となる。したがって、分析対象石炭灰の嵩密度を算定するために必要となる体積測定や重量測定にかかる手間や時間を省くことができ、極めて簡易且つ迅速な分析が可能となる。
【００７８】
上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【００７９】
例えば、上述の実施形態における熱中性子透過量測定装置では、試料ホルダ２１を回転させて、検出器２６を固定するようにしていたが、試料ホルダ２１を固定し、検出器２６を試料ホルダ２１の周方向に回転させるようにしてもよい。換言すれば、検出器２６を試料ホルダ２１の周方向に公転させるようにしてもよい。この場合にも、試料ホルダ２１を回転させた場合と同様、分析対象物を試料ホルダ２１の周方向に回転走査させて分析対象物全体を測定に供することができる。また、この場合、中性子線源２３を試料ホルダ２１の中心軸上に配置し、円柱形状の減速材２２の中心軸を試料ホルダ２１の中心軸と一致させて試料ホルダ２１の内筒２１ｂ内に減速材２２を収納することが好ましい。勿論、円柱形状の減速材２２を試料ホルダ２１の内筒２１ｂ内に充填するようにしてもよい。このような配置とすることで、中性子線源２３から減速材２２の測線放出面までの距離、中性子線源２３から内筒２１ｂまでの距離、及び、中性子線源２３から外筒２１ｂまでの距離を、試料ホルダ２１の中心軸と垂直な平面上において、試料ホルダ２１の周面のいずれの法線方向においても一定とすることができる。したがって、検出器２６を試料ホルダ２１に対して試料ホルダ２１の周方向に相対回転させても測定条件の変動が起こらず、試料ホルダ２１内に収容した分析対象物全体を同一の測定条件で測定することができる。したがって、この場合にも、分析対象物の分析対象元素の偏在や粒径ばらつきに起因する測定誤差を抑える効果、及び、測定感度を向上させる効果が奏される。
【００８０】
また、上述の実施形態における熱中性子透過量測定装置では、試料ホルダ２１の内筒２１ｂの内周面に中性子線源２３を対向させて配置し、外筒２１ａの外周面に検出器２６を対向させて配置した場合を例に挙げて説明したが、本発明の熱中性子透過量測定装置は、このような形態のものには限定されない。例えば、試料ホルダ２１の内筒２１ｂの内周面に検出器２６を対向させて配置し、外筒２１ａの外周面に中性子線源２３を対向させて配置してもよい。
この場合、回転機構２７により試料ホルダ２１のみを中心軸まわりに回転させ、検出器２６、中性子線源２３及び減速材２２が固定されている場合には、中性子線源２３と検出器２６の間において、中性子線源２３から減速材２２の測線放出面までの距離、中性子線源２３から内筒２１ｂまでの距離、及び、中性子線源２３から外筒２１ｂまでの距離は、試料ホルダ２１の回転に依らず常に一定となる。したがって、試料ホルダ２１を中心軸まわりに回転させても測定条件の変動が起こらず、試料ホルダ２１内に収容した分析対象物全体を同一の測定条件で測定することができる。
また、試料ホルダ２１を回転させることなく固定し、減速材２２で包囲された中性子線源２３を減速材２２ごと試料ホルダ２１に対して試料ホルダ２１の周方向に相対回転させるようにしてもよい。換言すれば、減速材２２で包囲された中性子線源２３を減速材２２ごと試料ホルダ２１の周方向に公転させるようにしてもよい。この場合にも、試料ホルダ２１を回転させた場合と同様、分析対象物を試料ホルダ２１の周方向に回転走査させて分析対象物全体を測定に供することができる。また、この場合、検出器（比例計数管）２６の長軸を試料ホルダ２１の中心軸と一致させて配置することが好ましい。このような配置とすることで、検出器２６から減速材２２の測線放出面までの距離、検出器２６から内筒２１ｂまでの距離、及び、検出器２６から外筒２１ｂまでの距離を、試料ホルダ２１の中心軸と垂直な平面上において、試料ホルダ２１の周面のいずれの法線方向においても一定とすることができる。したがって、中性子線源２３を減速材２２ごと試料ホルダ２１に対して試料ホルダ２１の周方向に相対回転させても測定条件の変動が起こらず、試料ホルダ２１内に収容した分析対象物全体を同一の測定条件で測定することができる。
したがって、これらの場合にも、分析対象物の分析対象元素の偏在や粒径ばらつきに起因する測定誤差を抑える効果、及び、測定感度を向上させる効果が奏される。
【００８１】
また、上述の実施形態における熱中性子透過量測定装置において、試料ホルダ２１を構成する内筒２１ｂは外筒２１ａ内に同心円状に配置されるものとしているが、本発明の効果が奏される範囲で、外筒２１ａの中心軸と内筒２１ａの中心軸のずれは許容される。同様に、中性子線源２３の試料ホルダ２１の中心軸上からのずれや、検出器２６の試料ホルダ２１の中心軸上からのずれも許容される。
【００８２】
また、上述の実施形態における熱中性子透過量測定装置において、試料ホルダ２１の内筒２１ｂの内周面に中性子線源２３を対向させて配置し、外筒２１ａの外周面に検出器を対向させて配置する場合、試料ホルダ２１の内筒２１ｂの内周面を減速材２２で覆い、試料ホルダ２１の中心軸及びその周囲に空間を設けて、当該空間に中性子線源２３を配置するようにしてもよい。また、試料ホルダ２１の内筒２１ｂの内周面に検出器２６を対向させて配置し、外筒２１ａの外周面に中性子線源２３を対向させて配置する場合、試料ホルダ２１の外筒２１ｂの外周面を減速材２２で覆い、中性子線源２３を試料ホルダ２１の周方向に公転させるようにしてもよい。
【００８３】
また、上述の実施形態における熱中性子透過量測定装置において、試料ホルダ２１の内筒２１ｂの内周面に中性子線源２３を対向させて配置し、外筒２１ａの外周面に検出器を対向させて配置する場合、試料ホルダ２１と検出器２６の双方を試料ホルダ２１に対して試料ホルダ２１の周方向に相対回転させるようにしてもよい。また、試料ホルダ２１の内筒２１ｂの内周面に検出器２６を対向させて配置し、外筒２１ａの外周面に中性子線源２３を対向させて配置する場合にも、試料ホルダ２１と中性子線源２３の双方を試料ホルダ２１に対して試料ホルダ２１の周方向に相対回転させるようにしてもよい。
【００８４】
また、上述の実施形態における熱中性子透過量測定装置において、試料ホルダ２１の内筒２１ｂの内周面に中性子線源２３を対向させて配置し、外筒２１ａの外周面に検出器を対向させて配置する場合、検出器２６を試料ホルダ２１に対して試料ホルダ２１の周方向に相対回転させるのと同伴させて、中性子線源２３も試料ホルダ２１に対して試料ホルダ２１の周方向に相対回転させるようにしてもよい。換言すれば、中性子線源２３を試料ホルダ２１の内筒２１ｂの内周方向に公転させるようにしてもよい。この場合にも、中性子線源２３から減速材２２の測線放出面までの距離、中性子線源２３から内筒２１ｂまでの距離、及び、中性子線源２３から外筒２１ｂまでの距離を、試料ホルダ２１の中心軸と垂直な平面上において、試料ホルダ２１の周面のいずれの法線方向においても一定とすることができる。同様に、試料ホルダ２１の内筒２１ｂの内周面に中性子線源２３を対向させて配置し、外筒２１ａの外周面に検出器を対向させて配置する場合、中性子線源２３を試料ホルダ２１に対して試料ホルダ２１の周方向に相対回転させるのと同伴させて、検出器２６も試料ホルダ２１に対して試料ホルダ２１の周方向に相対回転させるようにしてもよい。
【００８５】
また、分析対象石炭灰は、例えば石炭火力発電所等から最終的に排出されたもの以外にも、例えば石炭灰が通過する配管等に分岐を設けて、当該分岐から分析対象石炭灰を採取するようにしてもよい。つまり、石炭火力発電所等におけるプロセス中に分析対象石炭灰を採取する手段を組み込んで、本発明の定量分析に供するようにしてもよい。
【００８６】
さらに、分析対象物は、石炭灰以外の粉体又は造粒物としてもよい。具体例を挙げると、鉱物、もみほぐした土壌試料、各種材料、寒天等の食品、生物及び廃棄物等の粉体又は造粒物、またはこれらの灰等としてもよい。
【００８７】
また、分析対象元素についてもホウ素に限定されるものではなく、熱中性子吸収断面積の大きいガドリニウム又はリチウムを分析対象元素としてもよい。
【００８８】
さらに、分析対象物は、分析対象元素を人為的に吸着あるいは吸収させたものとしてもよい。例えば、水中のホウ素（又はガドリニウム若しくはリチウム）を吸着剤（例えば、吸着性のある高分子ゲル造粒物やセラミック系造粒物等）に吸着させて濃縮した後に、吸着剤を分析対象物として本発明の定量分析に供することにより、水中に低い濃度で含まれ得るホウ素（又はガドリニウム若しくはリチウム）を定量分析することも可能である。
【００８９】
また、熱中性子透過量測定装置２０は、本発明の定量分析装置及び定量分析方法における分析対象物の熱中性子透過量の測定に用いられる測定装置として、独立して設置するようにしてもよい。即ち、図５に示すように、熱中性子透過量測定装置２０を定量分析装置１内に組み込まずに、独立して設置するようにしてもよい。そして、熱中性子透過量測定装置２０により得られたデータを利用して、例えばコンピュータ１０等により分析対象物の分析対象元素の算定を別途行うようにしてもよい。
【００９０】
また、上述の実施形態では、分析対象石炭灰の熱中性子透過量のデータがデータサーバ１６に格納（保存）されるようにしているが、分析対象石炭灰の熱中性子透過量のデータの保存態様はこれに限られるものではなく、記憶部１２に保存されるようにしてもよく、あるいは、コンピュータ１０に接続されたハードディスク等の記憶装置に格納（保存）されるようにしてもよく、さらに言えば、制御部１０がアクセス可能（換言すると、認識可能）であるようにコンピュータ１０のスロット等に着脱自在な種々の記憶媒体に格納（保存）されるようにしてもよい。
【実施例】
【００９１】
以下に本発明の実施例を説明するが、本発明はこれら実施例に限られるものではない。
【００９２】
［実施例１］
本発明の熱中性子透過量測定装置における熱中性子透過量の測定条件について検討した。
【００９３】
（１）試料
ホウ素濃度が既知の単一性状の石炭灰に、ホウ素（株式会社高純度化学研究所製、純度９９．０％以上、粒径４５μｍ以下）を６０〜５００ｍｇ／ｋｇとなるように標準添加した試料を用いた。以下、この試料のことを「標準試料」と呼ぶ。
【００９４】
（２）実験装置
図１に示す熱中性子透過量測定装置と同様の基本構成を有する装置を用いた。図２に実験で使用した装置の外観図を示す。
【００９５】
中性子線源２３は、Ｎ−２５２ＣＥ（Eckert & Ziegler Isotope Products製）とした。この中性子線源は、設計認証を取得した表示付認証機器（認証番号は下記の通りである。）であり、カリホルニウム２５２（２５２Ｃｆ）をセラミック基材に分散させステンレス鋼製のカプセルに梱包した密封線源である。２５２Ｃｆの半減期は２．６５年、平均中性子エネルギーは２．３ＭｅＶであり、この中性子線源の公称放射能は３．７ＭＢｑ、中性子放出数は４．３×１０５ｎ／ｓである。中性子線源２３は中性子線源用のホルダ２３ａに保持した（図３を参照）。
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【００９６】
尚、本実施例で使用した熱中性子透過量測定装置では、２５２Ｃｆの半減期を考慮した補正は行わず、同一条件における検討は２４時間以内に実施した。
【００９７】
減速材２２はポリエチレン樹脂製とし、形状は円柱形状（１３０ｍｍ×φ８０ｍｍ）とした。また、中性子線源２３は減速材２２の中心軸上に配置した。したがって、中性子線源２３から減速材２２の測線放出面までの最短距離は４０ｍｍである。
【００９８】
比例計数管２６は、３Ｈｅ比例計数管（ガス圧：５．０気圧、感度：１５．６ｃｐｓ／ｎｖ）とした。尚、この比例計数管の全長は１６８ｍｍであり、測定有効部の長さは１２７ｍｍである。比例計数管２６で得られた信号は、比例計数管２６と共に筐体２５に収納されているプリアンプ（図示省略）で増幅され、ケーブル（図示省略）を通じて制御処理器（図示省略）で波形成型させて、データを蓄積した。制御処理器の測定範囲は入力パルスとして１０ｋＨｚ以下、測定時間は１〜３６００秒、繰り返し回数は１〜９９９回である。
【００９９】
筐体２５は、比例計数管２６とプリアンプを収納可能な、ステンレス鋼製の有底円筒形状の蓋付きの容器とした。
【０１００】
比例計数管２６は、減速材２２の中心軸と平行に配置した。
【０１０１】
試料ホルダ２１はＳＵＳ３０４製とし、高さと外径の異なる３種類を準備した。以下に、使用した３種類の試料ホルダの規格（外径×内径×高さ）を示す。尚、ここでいう「外径」とは試料ホルダ２１の外筒２１ａの外径のことであり、「内径」とは試料ホルダ２１の内筒２１ｂの内径のことである。
・試料ホルダＡ：φ１４０×φ８２×１００ｍｍ
・試料ホルダＢ：φ１５０×φ８２×１６０ｍｍ
・試料ホルダＣ：φ１６０×φ８２×７０ｍｍ
試料ホルダ２１の熱中性子透過方向の厚み（外筒２１ａの内径と内筒２１ｂの外径の差）は、試料ホルダＡが２５ｍｍであり、試料ホルダＢが３０ｍｍであり、試料ホルダＣが３５ｍｍである。
【０１０２】
円柱形状の減速材２２は、試料ホルダ２１の内筒２１ｂ内に収容して用いた。
【０１０３】
回転機構２７として、スピードコントロールモーターユニット（オリエンタルモーター株式会社製、ＵＳ２−２６ＪＡ−Ａ）を試料ホルダ２１の下部に取り付け、試料ホルダ２１を所定の回転数で回転可能とした。本実施例では、試料ホルダ２１のみを回転させ、減速材２２（さらには中性子線源２３）は試料ホルダ２１と共に回転しないように固定した。図１０に具体的な構成を示す。減速材２２は軸部材４０を介してステージ３０に固定した。試料ホルダ２１の下方には円筒状の下駄部４１を設けた。軸部材４０にはベアリング４３を介してフランジ付き円筒部材４２を取り付けた。フランジ付き円筒部材４２のフランジ部４２ａを下駄部４１に嵌め込み、ギア４４を介してモーターの回転力をフランジ付き円筒部材４２に伝達させることにより、減速材２２（さらには中性子線源２３）を固定した状態で、試料ホルダ２１のみを回転可能とした。
【０１０４】
（３）ホウ素検出下限値の計算方法
熱中性子透過量測定装置では、試料中のホウ素濃度が高いほど熱中性子の捕獲量は多くなる。したがって、試料の熱中性子透過量とホウ素濃度との相関を示す検量線は負の傾きをとる。そこで、ホウ素検出下限値は、ＩＳＯが定める式（ISO/CD 11843-2：“Calibration of detection Part 2: Methodology in the liner calibration",(1994)）を次のように一部改変して求めた。
【０１０５】
検出下限値Ｘｄは、検量線の傾きａと残差（各点のずれ）の標準偏差Ｓｘｙにより算出される。中性子ホウ素計では、検量線の傾きは負の値を示すため、以下の式１に示すように、算出値の絶対値よりホウ素検出下限値を求めた。
Ｘｄ＝｜（３．２９Ｓｘｙ／ａ）｜  ・・・（式１）
【０１０６】
また、標準偏差Ｓｘｙは、以下の式２に示すように、検量線の傾きａ、切片Ｙｂ及び総測定回数ｎより算出される。尚、以下の式２において、ホウ素濃度ｉの場合のｘ値をｘｉ、ｙ値をｙｉとした。
Ｓｘｙ＝［Σ｛ｙｉ−（ａｘｉ＋Ｙｂ）｝２／（ｎ−２）］１／２  ・・・（式２）
【０１０７】
また、ホウ素定量下限値は、以下の式３により求めた。
Ｘｄ＝｜（１０Ｓｘｙ／ａ）｜  ・・・（式３）
【０１０８】
（４）試料ホルダの規格の影響
３種の試料ホルダを用いて標準試料の熱中性子透過量測定を行い、検量線を作成してホウ素の検出下限値を算出した。結果を図７に示す。試料ホルダの外径が大きくなるに伴い、検出下限値が上昇する傾向が見られ、試料ホルダＡ（外径φ１４０ｍｍ）を用いた場合に検出下限値が最も低い値（１４７．５ｍｇ／ｋｇ）となった。
【０１０９】
ここで、本実施例においては、試料ホルダの内筒の内径を一定（φ８２ｍｍ）とし、試料ホルダの外径、即ち外筒の直径が大きくなるに伴い、検出下限値が上昇する傾向が見られたことから、試料ホルダの熱中性子透過方向の厚みを２０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲とすることが好適であり、特に２３ｍｍ〜２７ｍｍ程度とすることが好適であると考えられた。
【０１１０】
（５）試料ホルダの回転速度の影響
石炭灰試料に含まれるホウ素の偏在による測定誤差を抑制するために、試料ホルダＡを用い、回転数を０〜２５ｒｐｍとした場合について、標準試料の熱中性子透過量測定を行い、検量線を作成してホウ素の検出下限値を算出した。結果を図８に示す。０〜１０ｒｐｍの範囲では回転数が増加するにつれ検出下限値が低下する傾向が認められ、回転数１０ｒｐｍにおける検出下限値は１５６．５ｍｇ／ｋｇであった。一方で、回転数が１０ｒｐｍよりも増加すると検出下限値が若干上昇する傾向が認められた。
【０１１１】
（６）測定時間の影響
上記（４）及び（５）の結果に基づき、試料ホルダＡを用い、試料ホルダ回転数を１０ｒｐｍとした場合における、測定時間１〜１０分の範囲の検出下限値を算出した。結果を図９に示す。測定時間が長くなるほど下限値は低下し、５分以上でほぼ一定となる傾向が認められた。測定時間５分の場合の検出下限値は１５６．４ｍｇ／ｋｇであった。
【０１１２】
（７）総括
以上の結果から、石炭灰中のホウ素について、本発明の熱中性子透過量測定装置及び方法を利用することによって、１５６．４ｍｇ／ｋｇの検出下限値で、定量分析を行うことが可能であることが明らかとなった。
【符号の説明】
【０１１３】
１    定量分析装置
７    ホウ素濃度算定手段
１０    コンピュータ
２０    熱中性子透過量測定装置
２１    試料ホルダ
２１ａ  外筒
２１ｂ  内筒
２１ｃ  底板
２２    減速材
２３    中性子線源
２５    筐体
２６    検出器、比例計数管
２７    回転機構
【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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