(57)【要約】【課題】本発明の目的は、適切な撮像回数で気泡の変化を追跡可能な放射線透過撮像装置及びその撮像方法を提供することにある。【解決手段】本発明の制御部は、流速計測手段が測定した、二相流の流速値を用いて撮像領域の気泡流速を推定する流速演算部と、推定流速に応じた撮像時間を算出する撮像時間演算部と、撮像時間に基づいて検出器の電荷積分時間を制御する装置制御部を備えることを特徴とする。  【効果】本発明によれば、適切な撮像回数で気泡の変化を追跡可能な放射線透過撮像装置及びその撮像方法を提供できる。【選択図】  図３
2012008060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力容器と、前記圧力容器の外側で前記圧力容器を挟んで対向した放射線源、及び放射線検出量を電荷の時間積分値として出力する検出器と、二相流の流速を測定する流速計測手段と、前記放射線源，前記検出器，前記流速計測手段に接続された制御部を備えた放射線透過撮像装置において、
前記制御部は、前記流速計測手段が測定した、二相流の流速値を用いて撮像領域の気泡流速を推定する流速演算部と、該推定流速に応じた撮像時間を算出する撮像時間演算部と、前記撮像時間に基づいて前記検出器の電荷積分時間を制御する装置制御部を備えることを特徴とする放射線透過撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の放射線透過撮像装置において、
前記流速計測手段は、少なくとも一つの流速計を用いることを特徴とする放射線透過撮像装置。
【請求項３】
請求項１記載の放射線透過撮像装置において、
前記流速測定手段は、差圧を用いて流速を測定する差圧計を備えることを特徴とする放射線透過撮像装置。
【請求項４】
請求項１記載の放射線透過撮像装置において、
前記流速測定手段は、単位時間あたりの流量を用いて流速を測定する流量計を備えることを特徴とする放射線透過撮像装置。
【請求項５】
圧力容器と、前記圧力容器の外側で前記圧力容器を挟んで対向した放射線源、及び放射線検出量を電荷の時間積分値として出力する検出器と、二相流の流速を測定する流速計測手段と、前記放射線源，前記検出器，前記流速計測手段に接続された制御部を備えた放射線透過撮像装置の撮像方法において、
前記流速計測手段が測定した、二相流の流速値を用いて撮像領域の気泡流速を推定し、該推定流速に応じた撮像時間を算出し、前記撮像時間に基づいて前記検出器の電荷積分時間を制御することを特徴とする放射線透過撮像装置の撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線透過撮像装置及びその撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代軽水炉は、効率的な炉心設計のために、二相流の挙動を解明することが必要である。二相流の挙動を解明する場合、二相流体中の気泡が連続して変化する様子を時系列で追跡しなければならない。
【０００３】
原子炉の実温実圧下において、二相流の流路は圧力容器に収められており、二相流の流路を目視することは不可能である。そこで、二相流中の気泡を観察するために、放射線透過装置が用いられる。この放射線透過装置は、Ｘ線やガンマ線，中性子などの放射線を用いて、気泡を撮像する。この撮像方法は、被検体の投影図を非破壊で取得する方法である。
【０００４】
特許文献１は、放射線を用いて流速を計測する手法を開示する。しかし、特許文献１は、気泡を撮像した場合の課題を示していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２６７７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
二相流中の気泡を放射線透過像として取得する場合、一枚の透過像を撮像する間（露光時間中）に気泡が移動する移動量は、二相流の流速によって異なる。このため、二相流中の気泡の挙動が不明確となる場合があった。
【０００７】
具体的には、透過像一枚の撮像時間における気泡の移動距離が、検出器を構成する一つの検出素子によって観測する領域よりも小さい場合、気泡は、連続撮像された透過像上に溜まる。従って、気泡の挙動を解明するためには、過剰な撮像回数が必要となる。
【０００８】
また、透過像一枚の撮像時間における気泡の移動距離が、検出器を構成する一つの検出素子によって観測する領域よりも大きい場合、気泡は、１枚の透過像上で数ピクセル移動し、伸びた像を形成する。従って、気泡の輪郭が特定できず、挙動を解明することが困難となる。上記において、１枚の透過撮像を行う時間は、検出器の電荷積分時間で決定される。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、適切な撮像回数で気泡の変化を追跡可能な放射線透過撮像装置及びその撮像方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の制御部は、流速計測手段が測定した、二相流の流速値を用いて撮像領域の気泡流速を推定する流速演算部と、推定流速に応じた撮像時間を算出する撮像時間演算部と、撮像時間に基づいて検出器の電荷積分時間を制御する装置制御部を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、適切な撮像回数で気泡の変化を追跡可能な放射線透過撮像装置及びその撮像方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１による二相流の放射線透過撮像装置の構成を示す図である。
【図２】複数の検出素子によって構成された検出器を示す図である。
【図３】放射線透過撮像装置の制御部を模式的に表したものである。
【図４】撮像開始までの一連の流れを示す図である。
【図５】比較例の、低流速の気泡に対する透過撮像の概念図である。
【図６】実施例１を適用した場合に、低流速気泡を撮像した場合の概念図である。
【図７】比較例の、高流速気泡に対する透過撮像の様子を示す図である。
【図８】実施例２を適用した場合の、高流速気泡を撮像した場合の透過撮像の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、放射線透過撮像装置及びその撮像方法に関する。特に、本発明は沸騰水型原子炉の実温実圧下における二相流体中の気泡の挙動を、放射線で連続透過して撮像する方法とその撮像装置に関する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、放射線透過撮像装置の装置構成を示す。放射線源１０１はＸ線管である。撮像対象は、圧力容器１０２に囲まれた流路１０３の中を流れる二相流中の気泡１０４である。被検体１１０を挟み、放射線源１０１と対向する位置に、シンチレータや半導体で構成された２次元平面の検出器１０５が設置されている。撮像領域１０６は、放射線源１０１から検出器１０５に向けて引いた線分上全体であり、その形状は四角錘状となる。流路１０３中には気液二相流が流れる。流速計１０７は、流路１０３への流入管１０８、または流路１０３に直接設置されている。流速測定に差圧計１０９（またはボイド率計）を用いる場合は、これらの計器は、撮像領域１０６を挟むように設置される。差圧計は、差圧を用いて流速を測定する。また、流量計は単位時間あたりの流量を用いて流速を測定する。なお、検出器１０５は、図２で示される構造となっており、複数の検出素子２０１が平面状に並べられた構造となっている。
【００１５】
図３は、放射線透過撮像装置の制御部を模式的に表したものである。放射線透過撮像装置の制御部３０１は、放射線源１０１，検出器１０５，流速計１０７または差圧計１０９に接続される。制御部３０１は、流速演算部３０２，位置情報演算部３０３，撮像時間演算部３０４と装置制御部３０５を有する。流速演算部３０２は、流速計１０７または差圧計１０９（またはボイド率計）で取得したデータに基づき、気泡の流速を演算し、撮像時間演算部３０４に流速情報を出力する。位置情報演算部３０３は、放射線源１０１と検出器１０５の設置位置に基づくデータから、撮像位置と流速測定位置の距離、及び検出素子２０１の観測領域（解像度）を演算し、撮像時間演算部３０４に出力する。撮像時間演算部３０４は、流速演算部３０２，位置情報演算部３０３から得られたデータに基づき、撮像時間を演算し、装置制御部３０５に出力する。装置制御部３０５は、撮像時間演算部３０４から得られたデータに応じて検出器１０５の電荷積分時間を決定し、電荷積分時間データを検出器１０５に送る。また、装置制御部３０５は、順次、照射開始信号を放射線源１０１に送信した後、撮像開始信号を検出器１０５に送り、撮像を開始する。
【００１６】
図４は、撮像開始までの一連の流れを示す。放射線透過撮像装置の設置（４０１）により、放射線源１０１と被検体１１０の距離が算出される（４０２）。同時に、検出器１０５と被検体１１０の距離も算出される（４０３）。放射線源と被検体の距離情報Ｉ０２、及び検出器１０５と被検体１１０の距離情報Ｉ０３から、一つの検出素子２０１が被検体１１０中を観測する領域を導出する（４０４）。また、放射線透過撮像装置の設置（４０１）によって、撮像領域１０６も決定される（４０５）。
【００１７】
一方、流速計測手段である流速計１０７または差圧計１０９の設置（４０６）により、撮像領域情報Ｉ０５と合わせて、撮像領域１０６と流速計測手段との距離を算出する（４０７）。また、流速計測手段の設置（４０６）に基づき、任意の位置における流速も測定できる（４０８）。流速情報Ｉ０８と、撮像領域と流速計測手段との距離情報Ｉ０７に基づき、撮像領域１０６の流速が推定される（４０９）。検出素子２０１の観測領域情報Ｉ０４、撮像位置での流速情報Ｉ０９に加え、透過像あたりの移動距離の指定（４１０）により、撮像時間が決定される（４１１）。撮像時間情報Ｉ１１は、検出器の電荷積分時間となる（４１２）。検出器における電荷積分情報Ｉ１２を指定した後、撮像が開始される（４１３）。
【００１８】
次に、本実施例を適用しない場合の比較例を説明する。図５は、比較例における、低流速の気泡に対する透過撮像の概念図である。ここで低流速とは、設定した撮像時間中における気泡の移動距離が、１つの検出素子２０１が観測する領域の長さよりも短いことを意味している。
【００１９】
図５（ａ）は、図１の気泡１０４を拡大した図である。図５（ａ）の左側には、検出器１０５の検出素子２０１を拡大して示す。また、図５（ａ）の右側には、気泡１０４及び検出素子２０１の境界線を拡大して示す。図５（ａ）では、気泡が図下部から図上部へ移動している。図を横切る線は、１つの検出素子２０１が観測する領域の境界である。２本の線に挟まれた範囲は、一つの検出素子２０１が観測する範囲であり、下から観測領域２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃ，２０１ｄとする。また、曲線５００，曲線５０１，曲線５０２，曲線５０３は、気泡１０４の気液界面を示している。
【００２０】
図５（ａ）は、連続撮像における任意の連続した３回の撮像の間に、気液界面が曲線５００から曲線５０３へ変化したことを表現している。１枚目の撮像では気泡が気液界面５００から気液界面５０１へ移動する間に撮像が行われ、２枚目の撮像では気泡が気液界面５０１から気液界面５０２へ移動する間に撮像が行われる。同様に、３回目の撮像では気泡が気液界面５０２から気液界面５０３へ移動する間に撮像される。この３回の撮像中に、気液界面は、図５（ａ）で示した範囲の観測領域２０１ａを通過することは無い。そのため、この連続した３回の透過像は、常に気液界面が同じ画素位置に存在する。図５（ｂ）は、透過撮像した結果の概念図を示す。透過像５０４が１枚目、透過像５０５が２枚目、透過像５０６が３枚目である。この３回の間に、気液界面の画素位置は変化しない。従って、気泡の移動の様子を追跡することが困難となる。また、撮像回数を増やすことで気泡の追跡は可能であるが、膨大な撮像枚数を要するという課題があった。
【００２１】
図６は、本実施例を適用した場合に、低流速気泡を撮像した場合の概念図である。電荷積分時間以外の条件は、図５の場合と同様である。図６（ａ）は、図１の気泡１０４を拡大した図である。図６（ａ）は、気泡の移動量が１画素となるように、流速により電荷積分時間を決定している。そして、図６（ａ）は、連続した３枚の撮像画像における気液界面の移動の様子を示している。気液界面６００から気液界面６０１への移動が１枚目の撮像、気液界面６０１から気液界面６０２への移動が２枚目の撮像、気液界面６０２から気液界面６０３への移動が３枚目の撮像である。図６（ｂ）は、この時の撮像結果の概念図を示す。透過像６０４が１枚目、透過像６０５が２枚目、透過像６０６が３枚目である。図６（ａ）は、気泡の画素位置が透過像ごとに変化しており、図５の場合よりも少ない撮像枚数で気泡の追跡が可能となる。また、計測時間は気泡が１画素分を移動する間となる。そのため、計測時間が図５の場合と比べて長く、透過像の明暗も強くなる。従って、気泡の同定が容易となる。
【００２２】
このように、制御部３０１は、流速計測手段が測定した、二相流の流速値を用いて撮像領域の気泡流速を推定する流速演算部３０２と、該推定流速に応じた撮像時間を算出する撮像時間演算部３０４と、撮像時間に基づいて検出器の電荷積分時間を制御する装置制御部３０５を備えることにより、撮像時間演算部３０４が撮像領域の推定流速に応じた撮像時間を算出し、装置制御部は電荷積分時間を制御する。そのため、適切な撮像回数で気泡の変化を追跡可能な放射線透過撮像装置及びその撮像方法を提供できる。
【００２３】
具体的には、流速１ｍ／ｓ，解像度０.５mm（１つの検出素子が観測する範囲に相当）に対し、本発明を適用しない場合、電荷積分時間は２０μｓとなり、気泡は一つの観測領域を２５回分の撮像時間で通過する。一方、流速１ｍ／ｓ，解像度０.５mmに対し、本実施例を適用し、１枚の透過像あたりの気泡の移動量を１画素とすると、積分時間５００μｓとなり、透過像１枚ごとに気泡の移動が確認できる。
【実施例２】
【００２４】
実施例１は低流速の気泡に適用したが、高流速の気泡に対しても適用可能である。
【００２５】
まず、本実施例を適用しない場合の比較例を説明する。図７は、比較例の、高流速気泡に対する透過撮像の概念図を示す。ここで高流速とは、設定した撮像時間中における気泡の移動距離が、２つ以上の検出素子が観測する領域長さよりも長いことを意味している。
【００２６】
図７（ａ）は、図１の気泡１０４を拡大した図である。図７（ａ）では、気泡が図下部から図上部へ移動している。図を横切る線は、１つの検出素子２０１が観測する領域の境界である。２本の線に挟まれた範囲が、一つの検出素子２０１が観測する範囲である。また、曲線７００，曲線７０１は気泡１０４の気液界面を示している。図７（ａ）は、１回の撮像により、気液界面が曲線７００から曲線７０１へ移動したことを表現している。このように、気液界面は、この１回の撮像中に複数の検出素子の観測領域２０１ｂ，２０１ｃを通過している。図７（ｂ）の透過像７０２は、図７（ａ）の条件下における透過像の概念図である。気泡は、撮像時間中に複数の観測領域を通過しているため、複数の観測領域にわたり像が投影され、気泡サイズの同定が困難となる。
【００２７】
図８は、本実施例を適用した場合に、高流速気泡を撮像した場合の透過撮像の概念図である。電荷積分時間以外の条件は図７の場合と同様である。図８（ａ）は、図１の気泡１０４を拡大した図である。図８（ａ）は、気泡の移動量を１画素に設定し、流速により電荷積分時間を決定した時に、１回の撮像中に気液界面が気液界面８００から気液界面８０１へ移動した様子を示している。図８（ｂ）の透過像８０２は、この時の透過像の概念図を示している。図８（ｂ）では、気泡が伸びておらず、図７の場合に比べて、気泡の範囲が明確である。また、１つの検出素子が気泡を観測する時間は図７の場合も図８の場合も同じである。そのため、図８の電荷積分時間が図７の電荷積分時間よりも短いにも関わらず、透過像の明暗は同程度となる。
【００２８】
流速５０ｍ／ｓ，解像度０.５mmに対し、本発明を適用しない場合、電荷積分時間は２０μｓとなり、気泡は１回の撮像時間中に２画素に相当する観測領域を通過するため、伸びた透過像となる。一方、流速５０ｍ／ｓ，解像度０.５mmに対し、本実施例を適用し、１枚の透過像あたりの気泡の移動量を１画素とすると、積分時間が１０μｓとなり、透過像１枚ごとに気泡形状を維持した透過像となる。
【００２９】
以上説明したように、実施例１及び２によれば、二相流中の気泡の変化を放射線によって撮像することを可能とする。実施場所は原子炉炉心試験の他、自動車のエンジンや化学プラントにも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明のシステムを用いることで、移動体の放射線透過撮像を行う場合に、画素上の任意の移動量において撮像することが可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１０１  放射線源
１０４  気泡
１０５  検出器
１０７  流速計
１０９  差圧計
１１０  被検体
２０１  検出素子
３０１  制御部
【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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