宇宙線ミュー粒子が入射して停止したことを検出するための検出手段と、特性X線のエネルギーを測定するX線エネルギー測定手段とを備えたことを特徴とする非破壊成分分析装置。前記検出手段は、宇宙線ミュー粒子が入射したことを検出する入射検出手段と、宇宙線ミュー粒子が停止したことを検出する停止検出手段とからなることを特徴とする請求項1記載の非破壊成分分析装置。前記検出手段は、入射した宇宙線ミュー粒子のエネルギーを測定するミュー粒子エネルギー測定手段からなることを特徴とする請求項1記載の非破壊成分分析装置。そこで、本発明は、加速器施設を用いることなく材料内部の非破壊成分分析を行うことを可能とする、非破壊成分分析装置を提供することを目的とする。本発明の請求項1記載の非破壊成分分析装置は、宇宙線ミュー粒子が入射して停止したことを検出するための検出手段と、特性X線のエネルギーを測定するX線エネルギー測定手段とを備えたことを特徴とする。本発明の請求項2記載の非破壊成分分析装置は、請求項1において、前記検出手段は、宇宙線ミュー粒子が入射したことを検出する入射検出手段と、宇宙線ミュー粒子が停止したことを検出する停止検出手段とからなることを特徴とする。本発明の請求項3記載の非破壊成分分析装置は、請求項1において、前記検出手段は、入射した宇宙線ミュー粒子のエネルギーを測定するミュー粒子エネルギー測定手段からなることを特徴とする。本発明の請求項1記載の非破壊成分分析装置によれば、検出手段により宇宙線ミュー粒子が試料の内部に入射して停止したことを検出し、X線エネルギー測定手段により試料の内部から出てくる特性X線のエネルギーを測定することにより、加速器施設を用いることなく、宇宙線ミュー粒子を用いて材料内部の非破壊成分分析を行うことができる。本発明の請求項2記載の非破壊成分分析装置によれば、入射検出手段により宇宙線ミュー粒子が試料の内部に入射したことを検出し、停止検出手段により宇宙線ミュー粒子が試料の内部に停止したことを検出し、X線エネルギー測定手段により試料の内部から出てくる特性X線のエネルギーを測定することにより、加速器施設を用いることなく、宇宙線ミュー粒子を用いて材料内部の非破壊成分分析を行うことができる。本発明の請求項3記載の非破壊成分分析装置によれば、ミュー粒子エネルギー測定手段により試料の内部に入射した宇宙線ミュー粒子のエネルギーを測定して試料の内部に停止する宇宙線ミュー粒子を選別し、X線エネルギー測定手段により試料の内部から出てくる特性X線のエネルギーを測定することにより、加速器施設を用いることなく、宇宙線ミュー粒子を用いて材料内部の非破壊成分分析を行うことができる。地上に到達する宇宙線の中で最も多いのがミュー粒子であり、地上に10cm四方に1Hzくらいの頻度で降り注いでいる。宇宙線ミュー粒子は、0eV付近からTeV領域まで非常に広範囲にわたるエネルギー分布を有しているため、物質に当たって停止する宇宙線ミュー粒子は、物質の表面から数十メートルの深さまで、広く連続的に分布する。宇宙線ミュー粒子には正と負があり、6:4の割合でそれぞれ地上に到達する。負のミュー粒子は物質中で止まるとすぐに原子に捕獲され、直ちに特性X線を出しながら原子の1s状態まで落ちていく。真空中で静止したミュー粒子の寿命が2.2×10-6秒であるのに対し、ミュー粒子が物質中の原子に束縛されてから特性X線を放出していく過程の寿命は10-13秒であるため、原子に束縛されたミュー粒子はほぼ確実にX線を出す。また、通常の原子が出す特性X線のエネルギーはせいぜい数10keV程度であるため、数cmのアルミニウムの板でその大部分が止まってしまうが、ミュー粒子を束縛した原子が出す特性X線は多くの物質で数100keV以上になるため、物質の奥深くからでも出てくる。そして、その特性X線のエネルギーは、ミュー粒子を止めた物質の原子番号が大きくなるほど高くなり、そのエネルギーを測定することによって物質を構成している元素を特定することができる。本発明は、宇宙線ミュー粒子と特性X線の透過性が高いという特徴を利用し、加速器設備を用いずに物質の奥深くの成分分析を行うことを可能とするものである。以下、具体的な実施例に基づいて、本発明について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例によって制限されるものではない。本実施例の非破壊成分分析装置の概要を示す図1において、1は宇宙線ミュー粒子Mが入射したことを検出する入射検出手段、2は宇宙線ミュー粒子Mが停止したことを検出する停止検出手段であり、入射検出手段1と停止検出手段2とで、宇宙線ミュー粒子Mが入射して停止したことを検出するための検出手段が構成されている。入射検出手段1と停止検出手段2との間に配置される試料Sの側方には、特性X線Xのエネルギーを測定するX線エネルギー測定手段3が配置されている。そして、入射検出手段1により宇宙線ミュー粒子Mが検出され、かつ、停止検出手段2により宇宙線ミュー粒子Mが検出されなければ、宇宙線ミュー粒子Mが試料Sで停止したものとみなされ、そのときの特性X線XのエネルギーがX線エネルギー測定手段3により測定されるように構成されている。以上のように、本実施例の非破壊成分分析装置は、宇宙線ミュー粒子Mが入射して停止したことを検出するための検出手段としての入射検出手段1と停止検出手段2と、特性X線Xのエネルギーを測定するX線エネルギー測定手段3とを備えたものであり、入射検出手段1と停止検出手段2により宇宙線ミュー粒子Mが試料Sの内部に入射して停止したことを検出し、X線エネルギー測定手段3により試料Sの内部から出てくる特性X線Xのエネルギーを測定することにより、加速器施設を用いることなく、宇宙線ミュー粒子を用いて材料内部の非破壊成分分析を行うことができる。また、前記検出手段は、宇宙線ミュー粒子Mが入射したことを検出する入射検出手段1と、宇宙線ミュー粒子Mが停止したことを検出する停止検出手段2とからなるものであり、入射検出手段1により宇宙線ミュー粒子Mが試料Sの内部に入射したことを検出し、停止検出手段2により宇宙線ミュー粒子Mが試料Sの内部に停止したことを検出し、X線エネルギー測定手段3により試料Sの内部から出てくる特性X線Xのエネルギーを測定することにより、加速器施設を用いることなく、宇宙線ミュー粒子を用いて材料内部の非破壊成分分析を行うことができる。つぎに、実際に作製した非破壊成分分析装置と、その装置を用いた測定実験の結果について説明する。実験で用いた検出器と試料の具体的な大きさと配置を図2、図3に示し、装置全体の写真を図4に示す。宇宙線ミュー粒子が試料で停止したことを判断する検出手段として3段に重ねたプラスチックシンチレーターを用いた。それらのシンチレーターを図2、図3にS1、S2a、S2b、S3として示した。なお、2段目のシンチレーターは図4の写真にも示されているように、2つのシンチレーターS2a、S2bに分かれている。3段のシンチレーターのうち、試料の上部に2段に連ねて設置したシンチレーターS1、S2a、S2bは、宇宙線ミュー粒子が試料に入射したことを検知するための入射検出手段であり、試料の下部に配置したシンチレーターS3は、宇宙線ミュー粒子が試料に停止したことを検知するための停止検出手段である。そして、1段目のシンチレーターS1と2段目のシンチレーターS2a、S2bの両段のシンチレーターが同時に粒子を検出したときに宇宙線ミュー粒子が試料に入射したものと判断し、それと同時に試料下部の3段目のシンチレーターS3が何も検知しなかったときに宇宙線ミュー粒子が試料で停止したものと判断する。なお、シンチレーターに取り付けられている高電子増倍管は全てシンチレーターの片側のみで、暗電流やガンマ線によるノイズなど圧倒的に数の多い小さな信号は、波高弁別器Discriminatorで排除した。また、試料からの特性X線のエネルギーを測定するX線エネルギー測定手段としては、ゲルマニウム検出器Geを用いた。実験用の試料として、アルミニウムの板と鉄の板をそれぞれ重ねて作った2種類のブロックを用意した。試料の大きさは比較のために、アルミニウムと鉄とで同じにした。試料は大きくなればなるほど、多くの宇宙線ミュー粒子を止められるが、試料の奥から出てくるX線は逆に減衰する。そのため、測定可能な試料の厚さには制限がある。アルミニウムと鉄のX線の透過率の半値厚X線の数が半分になる厚さを表1にまとめたParticleDataGroupJPhysG37075021httpphysicsnistgovPhysRefData。なお、X線のエネルギーは、後述するミュー粒子原子から放出される1s-2p特性X線のエネルギーに近い値を仮定した。これらの半値厚を考慮し、ゲルマニウム検出器Ge側から見た試料の厚さを8cmとした。上から見た試料の形と設置したゲルマニウム検出器Geの位置を図5に示す。効率よく特性X線を測定するために、試料の形をT字型にし、試料からのX線がなるべく多く入るような位置にゲルマニウム検出器Geを設置した図2、図3、図4を参照。特性X線の測定に用いたゲルマニウム検出器Geの検出効率は1.33MeV60Coγ線のNaITl検出器相対効率値で73であった。また、全データを足し合わせた時のエネルギー分解能は511keVのピークに対して4.1keVFWHM0.8であった。ゲルマニウム検出器Geのエネルギーの較正には自然放射能の40K、214Bi、208Tlと標準線源の60Co、133Ba、137Csのγ線を利用した。シンチレーターS1、S2a、S2b、S3とゲルマニウム検出器Geに接続した電気回路を図6に示す。なお、3台のゲルマニウム検出器Geの回路うちの1つを点線で囲って示してある。シンチレーターS1図中Sc1とシンチレーターS2a図中Sc2aのANDと、シンチレーターS1図中Sc1とシンチレーターS2b図中Sc2bのANDをとり、シンチレーターS3図中Sc3でVETOがかかるようにしてある。この条件を満たすとき宇宙線ミュー粒子が試料に止まったと見なし、さらに同時にX線がゲルマニウム検出器Geに入ってきたときだけX線のエネルギーを測定する。シンチレーターの信号は約10ナノ秒という速さを持っているため、ナノ秒の精度で同期させることは何の問題も無いが、ゲルマニウム検出器の信号は約10マイクロ秒と非常に長い。シンチレーターS1とシンチレーターS2aのANDの信号又は、シンチレーターS1とシンチレーターS2bのANDの信号が出力されたときに、常に何十マイクロ秒間もの間ゲルマニウム検出器Geの信号を取ってしまうと、その間に異なるタイミングでゲルマニウム検出器Geに来た放射線の信号も取ってしまい、大きなバックグランドとなる。そのため、ゲルマニウム検出器Geのタイミング信号も作って、シンチレーターS1、S2a、S2bの信号と同期した場合のみゲルマニウム検出器のエネルギー信号を取ることが重要である。測定事象数は宇宙線ミュー粒子がどれだけ試料に止まるかに依存するが、試料の原子番号が大きく密度が高いほど広いエネルギー領域のミュー粒子を止めることができる。したがって、鉄に比べて原子番号が小さく密度も低いアルミニウムは測定時間を長くしないと十分な統計が得られない。今回の測定ではアルミニウムの試料に対しては32日間測定を行い、鉄に対しては16日間行った。アルミニウムと鉄の元素がミュー粒子を捕獲したときに放出するX線のエネルギーミュー粒子原子特性X線のエネルギーは既に知られておりDFMeasdayPhysRep354243、その値を表2に示す。試料の原子番号が大きくなるほどミュー粒子に対するクーロン力が強くなり、束縛状態の軌道の間隔が広がる。そのため、特性X線のエネルギーは、原子番号が大きくなるほど高くなり、同じ軌道の遷移でもアルミニウムより鉄の方が高い。2p-1sの遷移は、実際には、さらに微細構造の2p3/2-1s1/2と2p1/2-1s1/2の遷移に分かれていて、強さはおよそ2:1、また、3D-2pの遷移は、3d5/2-2p3/2、3d3/2-2p3/2と3d3/2-2p1/2に分かれていて、強さはおよそ9:1:5である。表2には、アルミニウムについては分離が小さいため重心のエネルギーが示されていて、鉄に対しては2p3/2-1s1/2と2p1/2-1s1/2の遷移と3d5/2-2p3/2と3d3/2-2p1/2の遷移のエネルギーがそれぞれ上段と下段に示されている。ミュー粒子原子が放出するX線のうち最も強いのは2p-1sのX線で、ミュー粒子が原子に捕獲されてから基底状態の1s軌道に崩壊するまでの間に約70-80がこの遷移を経由する。そのため、通常は2p-1sのX線が最も強く良い目印になる。測定に使用した3台のゲルマニウム検出器のうち、1台のゲルマニウム検出器により得られたX線のエネルギースペクトルを、図7に示す。アルミニウムと鉄の試料において、それぞれ期待されるエネルギーに、明らかなミュー粒子原子の特性X線のピークが見られた。それぞれのピークについて、測定日数と測定できた特性X線のエネルギーとカウント数を表3にまとめた。アルミニウムの方が2倍の測定時間だったにも関わらず、ピークの大きさは鉄とほぼ等しい。これは、原子番号と密度の大きい鉄の試料の方が、アルミニウムの試料よりミュー粒子を止めやすいことを示している。鉄では2つのピークが見えていて、1253-1258keVのピークの方がわずかに266-269keVのピークよりも小さい。これはゲルマニウム検出器の検出効率がX線のエネルギーが上がるほど下がるためで、検出効率を補正すれば1253-1258keVのピークの方が強いと言える。つまり、試料の原子番号が大きくなるほどミュー粒子は試料に止まりやすくなるが、1s-2pのX線のエネルギーは高くなってゲルマニウム検出器の検出効率が下がるため、収量検出できるカウント数は両方のバランスで決まる。また、試料の大きさも収量に影響する。試料が大きくなればその分多くのミュー粒子を止められるが、試料の奥から出てくるX線は減衰する。なお、511keVのピークが非常に強く見えているが、これは主にミュー粒子が崩壊して出る電子の制動放射によるX線やその他の高エネルギーX線による電子対生成に起因するものや、宇宙線に含まれる陽電子、宇宙線の正ミュー粒子が崩壊して出てきた陽電子によるものと推測されている。また、連続的なバックグランドは、ゲルマニウム検出器内でのX線のコンプトン散乱に加え、高エネルギー電子による制動放射が含まれると考えられる。この連続的なバックグランドを減らすことができれば小さなピークを見えやすくなり、より広範囲の元素の特定や短時間の測定が可能になる。考えられる一つの方法は、試料に入射する粒子の種類を特定してミュー粒子を選び出すことである。連続的なバックグランドを作る他の要因には、試料に停止したミュー粒子とたまたまほぼ同時刻に入射した他の宇宙線や自然放射線がゲルマニウム検出器に入ることによるパイルアップの影響もあると思われる。以上のとおり、本実施例の非破壊成分分析装置によれば、10cm程度の大きさの試料の内部の大まかな元素分析を行うことが可能であることが確認された。本実施例の非破壊成分分析装置の概要を示す図8において、11は入射した宇宙線ミュー粒子のエネルギーを測定するミュー粒子エネルギー測定手段であり、このミュー粒子エネルギー測定手段11により、宇宙線ミュー粒子Mが入射して停止したことを検出するための検出手段が構成されている。ミュー粒子エネルギー測定手段11の下方に配置される試料Sの側方には、特性X線Xのエネルギーを測定するX線エネルギー測定手段3が配置されている。そして、ミュー粒子エネルギー測定手段11により、入射した宇宙線ミュー粒子Mの飛行時間やエネルギー損失などから宇宙線ミュー粒子M入射エネルギーが測定され、宇宙線ミュー粒子Mが試料Sのどの深さで停止したかが特定される。すなわち、入射した宇宙線ミュー粒子Mのエネルギーに基づいて、試料Sの内部で停止する宇宙線ミュー粒子Mが選別される。そして、宇宙線ミュー粒子Mが試料Sの内部で止まったときの特性X線XのエネルギーがX線エネルギー測定手段3により測定されるように構成されている。このため、本実施例の構成では、実施例1の実験例で示したシンチレーターS3に相当するVETO検出器は不要になる。したがって、本実施例の構成によれば、地面など試料Sの上部にしか検出器が置けないような場合にも測定が可能になる。以上のように、本実施例の非破壊成分分析装置は、宇宙線ミュー粒子Mが入射して停止したことを検出するための検出手段としてのミュー粒子エネルギー測定手段11と、特性X線Xのエネルギーを測定するX線エネルギー測定手段3とを備えたものであり、ミュー粒子エネルギー測定手段11により宇宙線ミュー粒子Mが試料Sの内部に入射して停止したことを検出し、X線エネルギー測定手段3により試料Sの内部から出てくる特性X線Xのエネルギーを測定することにより、加速器施設を用いることなく、宇宙線ミュー粒子を用いて材料内部の非破壊成分分析を行うことができる。また、前記検出手段は、入射した宇宙線ミュー粒子Mのエネルギーを測定するミュー粒子エネルギー測定手段11からなるものであり、ミュー粒子エネルギー測定手段11により試料Sの内部に入射した宇宙線ミュー粒子Mのエネルギーを測定して試料Sの内部に停止する宇宙線ミュー粒子Mを選別し、X線エネルギー測定手段3により試料Sの内部から出てくる特性X線Xのエネルギーを測定することにより、加速器施設を用いることなく、宇宙線ミュー粒子を用いて材料内部の非破壊成分分析を行うことができる。