中性子による検出物の検出方法並びにこれに用いる検出装置及び試験体

トップ :: G 物理学 :: G01 測定;試験

【発明の名称】	中性子による検出物の検出方法並びにこれに用いる検出装置及び試験体
【発明者】	【氏名】宮本宏【氏名】今中拓一
【要約】	【課題】取扱が容易で検出物の位置又は量を検出することの可能な中性子による検出物の検出方法及びこれに用いる検出装置を提供すること。【解決手段】標識元素を含む鉄筋Ｔ１をコンクリートＣに介在させた鉄筋コンクリート構造物Ｓ１に中性子Ｎを照射する。スリット２２を通過するガンマ線γをガンマ線スペクトロメーター２３で検出するガンマ線検出器２０を構造物Ｓ１前に配置し、標識元素に特有である特定エネルギーガンマ線の強度により鉄筋Ｔ１の位置又は量を検出する。鉄筋の代わりに標識元素としてボロン等を含むグラウト等の充填状況を検査することも可能である。また、構造物Ｓ１に発生した亀裂等に標識元素を含む充填材を充填することで、亀裂等の位置や大きさを調べることができる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】標識元素を含む検出物（Ｔ１～４）を基材中（Ｃ）に介在させた試験体（Ｓ１，Ｓ２）に中性子（Ｎ）を照射し、スリット（２２）を通過するガンマ線（γ）をガンマ線スペクトロメーター（２３）で検出するガンマ線検出器（２０）を前記試験体（Ｓ１，Ｓ２）前に配置し、前記標識元素に特有である特定エネルギーガンマ線の強度により前記検出物（Ｔ１～４）の位置又は量を検出する中性子による検出物の検出方法。
【請求項２】前記試験体がＰＣコンクリート構造物（Ｓ２）であり、前記検出物が標識元素を分散させたグラウト（Ｔ３）である請求項１に記載の中性子による検出物の検出方法。
【請求項３】前記試験体（Ｓ１）が亀裂等の損傷（Ｄ）を有し、前記検出物が流動性の充填材（Ｔ４）であり、この充填材（Ｔ４）を前記損傷（Ｄ）部分に充填すると共に前記ガンマ線検出器（２０）で前記試験体（Ｓ１）を走査して前記充填材（Ｔ４）の充填位置又は量を検出することにより前記損傷（Ｄ）の配置を検出する請求項１に記載の中性子による検出物の検出方法。
【請求項４】前記標識元素がボロン又はガドリウムである請求項１～３のいずれかに記載の中性子による検出物の検出方法。
【請求項５】前記標識元素及び前記検出物が鉄筋（Ｔ１）又はＰＣ鋼線（Ｔ２）等の鋼材であり、前記基材がコンクリート（Ｃ）である請求項１に記載の中性子による検出物の検出方法。
【請求項６】前記中性子の線源（１３）と前記ガンマ線検出器（２０）とを前記試験体（Ｓ１，Ｓ２）の同じ側に配置してある請求項１～５のいずれかに記載の中性子による検出物の検出方法。
【請求項７】請求項１～５のいずれかに記載の中性子による検出物の検出方法に用いる検出装置であって、試験体（Ｓ１，Ｓ２）に中性子（Ｎ）を照射する中性子線源（１３）と、スリット（２２）を通過するガンマ線（γ）をガンマ線スペクトロメーター（２３）で検出するガンマ線検出器（２０）と、前記試験体（Ｓ１）に対して前記ガンマ線検出器（２０）を相対移動させる移動機構（３０）とを備え、前記中性子線源（１３）と前記ガンマ線検出器（２０）とを前記試験体（Ｓ１，Ｓ２）の同じ側に配置可能に構成してある中性子による検出物の検出装置。
【請求項８】請求項１～６のいずれかに記載の中性子による検出物の検出方法に用いる試験体であって、当該試験体はコンクリート構造物又は岩石等の構造物であり、中性子（Ｎ）の吸収により特定エネルギーガンマ線を放出する標識元素をグラウト等の硬化性充填材に混入して検出物（Ｔ３，Ｔ４）を作成し、当該構造物中に存在する孔、隙間、損傷等の空洞に前記検出物を充填してある試験体。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、検出物を基材中に介在させた試験体に中性子を照射し、検出物の位置又はその有無を検出する中性子による検出物の検出方法並びにこれに用いる検出装置及び試験体に関する。さらに詳しくは、例えばＰＣコンクリート構造物のグラウト充填状況やコンクリート構造物の鉄筋検査に用いることの可能な中性子による検出物の検出方法並びにこれに用いる検出装置及び試験体に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＰＣコンクリート構造物のグラウト充填状況を検査するにあたっては、例えば、特開平１０－５４１４０号公報に記載の如く、ＰＣ鋼線の一端側を打撃し、その他端側から音響信号を受信する方法が知られている。同方法では、ＰＣ鋼線の周囲にグラウトが充填されているか否かで、音響信号の成分が異なり、これによってグラウトの充填状況を把握している。
【０００３】しかし、同音響信号を利用した方法では、ＰＣ鋼線の全長にわたってグラウトの充填状況を把握できるにすぎず、部分的な充填状況を把握することはできない。
【０００４】一方、鉄筋コンクリート構造物における鉄筋の位置を検出するにあたっては、例えば、特開平１１－１６０２５４号公報に記載の如く、構造物に照射器から放射線を照射し、照射器と一定の角度をもって配置した検出器によりコンプトン散乱線を検出している。
【０００５】しかし、同放射線を利用した方法では、大きな線源と検出器の角度を厳密に固定する必要があって取扱が不便である。また、コンクリートによる放射線の減衰も大きく、鮮明な映像を得難い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】かかる従来の実情に鑑みて、本発明の目的は、取扱が容易で検出物の位置又は量を検出することの可能な中性子による検出物の検出方法並びにこれに用いる検出装置及び試験体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明に係る中性子による検出物の検出方法の特徴は、標識元素を含む検出物を基材中に介在させた試験体に中性子を照射し、スリットを通過するガンマ線をガンマ線スペクトロメーターで検出するガンマ線検出器を前記試験体前に配置し、前記標識元素に特有である特定エネルギーガンマ線の強度により前記検出物の位置又は量又は位置及び量を検出することにある。
【０００８】同本発明の特徴方法によれば、エックス線線源ではなく中性子線源を用いているので、その取扱が容易である。また、本発明によれば、中性子を照射することにより全方向に散乱されるガンマ線を検出器により捉えれば足りるので、中性子線源とガンマ線検出器との配置の自由度が高く、コンプトン散乱の場合に比べて取扱が容易である。しかも、同方法によれば検出物の画像情報は基材によっても減衰し難く、エックス線線源を用いた場合に比較して鮮明な画像が得られる。
【０００９】本発明は、例えば前記試験体がＰＣコンクリート構造物であり、前記検出物が標識元素を分散させたグラウトである場合に用いられる。
【００１０】また、本発明は、例えば前記試験体が亀裂等の損傷を有し、前記検出物が流動性の充填材であり、この充填材を前記損傷部分に充填すると共に前記ガンマ線検出器で前記試験体を走査して前記充填材の充填位置を検出することにより前記損傷の配置を検出する場合にも用いられる。
【００１１】前記標識元素としては、例えばボロン又はガドリウムを好適に用いることができる。
【００１２】また、本発明は、例えば前記標識元素及び前記検出物が鉄筋又はＰＣ鋼線等の鋼材であり、前記基材がコンクリートである場合にも用いられる。
【００１３】前記中性子の線源と前記ガンマ線検出器とは、これら双方の位置合わせ等の取扱便宜上、前記試験体の同じ側に配置することが望ましい。
【００１４】一方、上記特徴に記載の中性子による検出物の検出方法に用いる検出装置の特徴構成は、試験体に中性子を照射する中性子線源と、スリットを通過するガンマ線をガンマ線スペクトロメーターで検出するガンマ線検出器と、前記試験体に対して前記ガンマ線検出器を相対移動させる移動機構とを備え、前記中性子線源と前記ガンマ線検出器とを前記試験体の同じ側に配置可能に構成したことにある。
【００１５】また、上記特徴に記載の中性子による検出物の検出方法に用いる試験体の特徴構成は、当該試験体がコンクリート構造物又は岩石等の構造物であり、中性子の吸収により特定エネルギーガンマ線を放出する標識元素をグラウト等の硬化性充填材に混入して検出物を作成し、当該構造物中に存在する孔、隙間、損傷等の空洞に前記検出物を充填したことにある。例えば、人造構造物であるＰＣコンクリートの場合、空洞の一例である孔としてはシース管内の孔が該当し、天然構造物である岩石の場合、空洞の一例である損傷としては亀裂等が該当する。
【００１６】
【発明の効果】このように、上記本発明に係る中性子による検出物の検出方法、検出装置及び試験体の特徴によれば、中性子線源及びガンマ線検出器の取扱が容易で検出物の位置又はその有無を精度よく検出することが可能となった。
【００１７】
【発明の実施の形態】まず、添付図面の図１～４を参照しながら、本発明の第一実施形態をさらに詳しく説明する。
【００１８】図１は、鉄筋コンクリート構造物Ｓ１のコンクリートＣ中に介在する複数の鉄筋Ｔ１の位置を検出するためのガンマ線検出装置２の横断面図である。このガンマ線検出装置２は、大略、鉄筋コンクリート構造物Ｓ１に中性子Ｎを照射する線源容器１０と、中性子Ｎが鉄筋Ｔ１に吸収されて鉄筋Ｔ１から発生するガンマ線γを検出しカウントするガンマ線検出器２０と、これら線源容器１０及びガンマ線検出器２０を上下左右に移動させる移動機構３０とを備えている。すなわち、線源容器１０とガンマ線検出器２０とは、検査の便宜上鉄筋コンクリート構造物Ｓ１の同じ側に位置させてある。
【００１９】線源容器１０はポリエチレン製の中性子吸収材１１内の凹部に遮蔽材１２を設け、その内部に中性子線源１３を収納し、さらに中性子Ｎの照射側に同じくポリエチレン製の減速材１４を設けて成る。中性子線源１３としては、例えば、放射性同位元素のカリフォルニウム２５２を用いることができる。
【００２０】ガンマ線検出器２０は、大略、鉛ブロック２１で構成されたコリメーターのスリット２２によりガンマ線γの視野角を絞り、この絞られたガンマ線γをガンマ線スペクトロメーター２３によりカウントしている。ガンマ線スペクトロメーター２３は、ゲルマニウム検出器２４，プリアンプ２５及びこれらを冷却する液体窒素を収納する液体窒素容器２６を有している。図１，４に示す如く、鉄筋Ｔ１の長手方向にスリット２２が沿い検出感度が向上するように、鉛ブロック２１をなす２つの前ブロック２１ａ，２１ａを横に並べてスリット２２を形成してある。すなわち、コリメーターのスリット２２は走査方向に対して直交させ、且つ、検査体が長尺物である場合は、スリット２２を長尺物の長手方向に沿わせることが検出精度上望ましい。ゲルマニウム検出器２４に対する側方からのガンマ線γは２つの横ブロック２１ｂ，２１ｂにより遮蔽し、さらに前ブロック２１ａ，横ブロック２１ｂ上に上ブロック２１ｃを載置して上方からのノイズも遮断してある。
【００２１】移動機構３０の基礎部分は、基台３１に移動機構３０を左右へ走行させる４つの車輪３２を設け、さらに連動して駆動する４本の昇降ねじ３３を上方に突出させ、昇降台３４の４角でボールねじよりなる雌ねじ部３５を昇降ねじ３３に螺合させて成る。昇降台３４の上面には傾斜台３６を載置してあり、この傾斜台３６はその左右のヒンジ３７，３７のうち一方を選択的に用いることで、昇降台３４に対し傾斜台３６を傾斜させることが可能である。なお、傾斜角度は図示しない治具により定められる。傾斜台３６上には線源容器１０を載置してあり、さらにスライド台３８及び回転台３９を介してガンマ線検出器２０をも載置してある。
【００２２】スライド台３８とヒンジ３７との間にはスライド台３８を線源容器１０に対して鉄筋コンクリート構造物Ｓ１の表面に沿う水平方向に図示しないねじ送り機構で移動可能である。また、ガンマ線検出器２０を載置する回転台３９はスライド台３８に対して垂直軸周りで図示しないねじ送り機構により回転可能である。
【００２３】図３は本発明に係るガンマ線検出システム１のブロック図を示し、このガンマ線検出システム１は、ガンマ線検出装置２と制御装置３とを備えている。ガンマ線検出装置２には先のガンマ線スペクトロメーター２３の他、車輪３２，昇降ねじ３３及び上記図示しないねじ送り機構を駆動させる複数のモーター６と、各モーター６の駆動量を検出するロータリーエンコーダー７とを備えている。ガンマ線検出装置２及び制御装置３間の入出力はケーブルで接続されており、制御装置３には制御用のパーソナルコンピュータ９が設けられている。
【００２４】ガンマ線スペクトロメーター２３のゲルマニウム検出器２４により受信されたガンマ線の信号はプリアンプ２５により増幅され、Ａ／Ｄコンバーター４を介してパーソナルコンピュータ９に入力される。一方、パーソナルコンピュータ９内のプログラムはモータードライバー５を介してモーター６を駆動し、その駆動量がロータリーエンコーダー７及びＡ／Ｄコンバーター８を介してパーソナルコンピュータ９にフィードバックされる。そして、移動機構３０の位置情報と連動させて各位置におけるガンマ線の信号をパーソナルコンピュータ９により処理し、モニター９ａに表示する。
【００２５】鉄筋コンクリート構造物Ｓ１の表面に対するガンマ線検出器２０の水平方向に対する数センチ～数十センチメートルの相対移動は、傾斜台３６及びスライド台３８間のねじ送り機構による水平移動、又は、スライド台３８及び回転台３９間のねじ送り機構による回転移動により行うと良い。それ以上の移動は先の３２により行う。鉄筋Ｔ１の材料である鉄は中性子Ｎの照射により３５２ｋｅＶのガンマ線γを放出する。したがって、縦又は横軸の一方に鉄筋コンクリート構造物Ｓ１及びガンマ線検出器２０間の相対位置を、他方に特定エネルギー値３５２ｋｅＶのガンマ線γの強度を割り付け、各相対位置での当該特定エネルギー値における強度をプロットすることにより、当該特定エネルギー値が最も大きい位置をもって鉄筋の中心位置と推定することが可能である。
【００２６】次に、図５，６，８及び９を参照しながら、本発明の第二実施形態について説明する。なお、第一実施形態と同様の部材については同様の符号を付してある。
【００２７】本実施形態では、試験体としてＰＣ鋼線Ｔ２によりコンクリートＣにあらかじめ圧縮応力を加えるＰＣコンクリート構造物Ｓ２を用いている。このＰＣ鋼線Ｔ２はコンクリートＣの成型時にあらかじめ水平又は傾斜姿勢で設置されるシース管Ｔｂ内に挿入され、コンクリートＣの成形後にテンションを付与される。また、シース管Ｔｂ内にはグラウトＴ３の腐食を防ぐためにグラウトＴ３を注入し硬化させている。しかし、実際の現場ではグラウトＴ３の注入が不完全なこともあり、本実施形態ではグラウトＴ３にあらかじめ標識元素を混入してからシース管Ｔｂ内に注入し、その後にグラウトＴ３の注入状況を上記ガンマ線検出システム１及びガンマ線検出装置２を用いて検査することを目的としている。
【００２８】標識元素としては、特定エネルギー値４７８ｋｅＶにピークを有するボロン（Ｂ）や、特定エネルギー値１１８６ｋｅＶにピークを有するガドリニウム（Ｇｄ）を用いることができる。ボロンの場合は水溶液に可溶のホウ酸（Ｂ₂Ｏ₃）又は炭化ボロン（Ｂ₄Ｃ）を、また、ガドリニウムの場合は水溶液に不溶の酸化ガドリニウム（Ｇｄ₂Ｏ₃）を用いると良い。酸化ガドリニウムの場合はゲル等に分散させてからグラウトに混入すると標識元素の偏りを防ぐことができる。
【００２９】図８はボロン０．０１９％の場合のガンマ線スペクトルを示すグラフであり、図９はボロン０．２９８％の場合のガンマ線スペクトルを示すグラフである。ボロン濃度の差により、特定エネルギー値４７８ｋｅＶのピーク高さは異なる。したがって、あらかじめボロン濃度と特定エネルギー値４７８ｋｅＶのスペクトル強度との検量線を作成しておくことにより、グラウトの充填状況をより詳細に知ることができる。また、ボロンを特定濃度で分散させたグラウトの量を変化させた場合における特定エネルギー値４７８ｋｅＶのスペクトル強度の検量線を作成しておけば、検出物であるグラウトの充填量を検出することができるＰＣコンクリート構造物Ｓ２におけるシース管Ｔｂ、ＰＣ鋼線Ｔ２、グラウトＴ３は上下に間隔をあけてほぼ水平に配置されている。そこで、先の第一実施形態と異なり、図５に示すように、鉛ブロック２１によるコリメーターのスリット２２を水平に向けて形成してある。具体的には、二つの前ブロック２１ｄ，２１ｄを小ブロック２１ｅ，２１ｅにより間隔を隔てて積み重ねることにより、スリット２２を形成してある。
【００３０】検査に際しては、まず、移動機構３０を車輪３２による走行で適当な水平位置に移動させる。次いで、昇降ねじ３３を雌ねじ部３５に対し回転させて昇降台３４を線源容器１０及びガンマ線検出器２０と共に上下移動させ、ガンマ線検出器２０によりＰＣコンクリート構造物Ｓ２を走査する。そして、この上下移動に伴ってガンマ線検出器２０による特定エネルギー値４７８ｋｅＶのピーク高さを各位置毎にマーキングし、その強度分布によりグラウトＴ３の充填状況を推定する。
【００３１】ところで、グラウトＴ３を充填するシース管Ｔｂの位置はあらかじめ図面等により判明している。したがって、図面とマーキング位置とが一部対応しないときは、前記ピーク値の低い箇所のグラウトＴ３は未充填である可能性がある。
【００３２】一方、図面等によらずにグラウトＴ３の充填予定箇所を知るには、上述の走査を鉄であるＰＣ鋼線Ｔ２を目標に行うと良い。例えば、図６の矢印Ｗに沿って走査を行うと共に鉄に特有の特定エネルギー値３５２ｋｅＶのピーク値をプロットし、極大値の箇所に符号Ｐの如く印を付ける。次いで、同じく矢印Ｗに沿って走査を行うと共に特定エネルギー値４７８ｋｅＶのスペクトル強度を前記マーキング位置で求め、あらかじめ求めた検量線と比較すればよい。
【００３３】なお、図６のシース管Ｔｂはその左右で傾斜している。この傾斜部分での上記走査を行うに先だって、上記二つのヒンジ３７，３７のうちの一方を取り外し、昇降台３４がシース管Ｔｂの傾斜に沿うように傾けるとよい。
【００３４】次に、図７を参照しながら、本発明の第三実施形態について説明する。本実施形態では、鉄筋コンクリート構造物Ｓ１に発生した亀裂等の損傷Ｄに標識元素入りの充填材Ｔ４を詰め込み、この損傷Ｄの形状を求めようとするものである。充填材Ｔ４には第二実施形態で使用したグラウトＴ３やその他のコーキング材等を用いることができる。ガンマ線検出器２０のゲルマニウム検出器２４をスリット２２と共に鉄筋コンクリート構造物Ｓ１の表面に沿って符号２４’の如く移動させ、標識元素のエネルギー値を走査位置と共にプロットし、そのエネルギー値が特定のしきい値を越える範囲を損傷Ｄの発生範囲とする。同図の場合、符号Ｌ１，Ｌ２で示す一点鎖線の範囲に損傷Ｄの存在することが伺える。なお、スリット２２の中心軸と鉄筋コンクリート構造物Ｓ１の表面との交差角を変更してゲルマニウム検出器２４による走査を複数回行うことで、損傷Ｄの形状がさらに詳細に推定できる。
【００３５】最後に、本発明のさらに他の実施形態の可能性について列挙する。上記実施形態では試験体としてコンクリート構造物を用いたが、例えば、試験体は天然岩石や木材等、種々の材料が含まれる。
【００３６】上記実施形態では、検出物として鉄筋や標識元素入りのグラウトを用いた。しかし、この検出物は、スラリーや液体状のものであってもよく、標識元素としての金属粉を混入したプラスチック等であってもよい。
【００３７】なお、特許請求の範囲の項に記入した符号は、あくまでも図面との対照を便利にするためのものにすぎず、この記入により本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。

【出願人】	【識別番号】０００２３５５３２【氏名又は名称】非破壊検査株式会社
【出願日】	平成１２年１月１１日（２０００．１．１１）
【代理人】	【識別番号】１００１０２０４８【弁理士】【氏名又は名称】北村光司
【公開番号】	特開２００１－１９４３２４（Ｐ２００１－１９４３２４Ａ）
【公開日】	平成１３年７月１９日（２００１．７．１９）
【出願番号】	特願２０００－６１９６（Ｐ２０００－６１９６）