JP6598205B2

JP6598205B2 - 非破壊検査方法および装置

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Publication number: JP6598205B2
Application number: JP2015233865A
Authority: JP
Inventors: 祐嗣大石
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2019-10-30
Anticipated expiration: 2035-11-30
Also published as: JP2017101967A

Description

本発明は非破壊検査方法および装置に関し、特にコンプトン散乱を利用した非破壊検査に適用して有用なものである。

原子力設備の配管の検査等にはＸ線またはγ線（以下、本明細書において両者をまとめてγ線という）を利用した非破壊検査が汎用されている。これは検査対象物である配管等にγ線を照射し、これによる検査対象物の透過画像を解析して減肉の程度等を検出するものである（例えば特許文献１参照）。

しかしながら、検査対象物の透過画像を得ることにより減肉の程度等を検査する場合においては、γ線を検出する検出器を、γ線を照射する線源に対し検査対象物を挟んで反対側に配置する必要がある。

このため、線源に対する検査対象物の反対側が狭隘部であったり、他の配管等の障害物の存在により検出器を配設するための十分なスペースが確保できない場合も多い。

一方、コンプトン後方散乱に基づく散乱γ線を利用すれば線源と検出器を検査対象物に対して同じ側に配設することもできる。コンプトン後方散乱とは、図１０（ａ）に示すように、所定のγ線をターゲットＴに照射したとき、γ線に対して角度Φの方向に飛び出す反跳電子Ｅ_ｅとともに、エネルギーが変化した散乱γ線として元のγ線が散乱される現象をいう。ここで、散乱γ線の散乱角θはターゲットＴに照射されるγ線のエネルギーＥ_０と散乱される散乱γ線のエネルギーＥ_１とで一意に定まる。散乱角θ＞９０°の領域に散乱する場合を、特に後方散乱という。

したがって、図１０（ｂ）に示すように、γ線源０１と検出器０２とを散乱角θ＞９０°に合致するように配設すれば、γ線源０１と検出器０２とを検査対象物である配管０３に対して同じ側に配設することができ、検出器０２の配設条件を緩和することができる。ここで、検出器０２では、図１０（ｃ）に示すように、散乱角θ（γ線源０１の配設位置と検出器０２の配設位置とがなす角度）で一意に特定される散乱γ線のエネルギーＥ_１で信号強度がピークとなる散乱γ線エネルギー分布が得られる。なお、図１０（ｃ）の横軸には、散乱γ線のエネルギーを採り、縦軸には検出器０２で検出される散乱γ線信号の信号強度を採ってある。散乱γ線信号は、散乱γ線の強度を表す信号である。また、γ線源０１および検出器０２の前には、図示はしないが、通常コリメーターが配設される。

一方、図１１（ａ）に示すように、検査対象物である配管０３が内周に減肉を生起することなく正常な状態を維持している場合の後方散乱γ線のエネルギーＥ_１の信号強度は、図１１（ｂ）に示すように、検査対象物である配管０３の内周に減肉部０３Ａが形成されている場合よりも大きくなる。

検査対象物である配管０３の肉厚部分は鉄等の高密度物質であるのに対し、減肉部０３Ａは低密度の空気であるので、かかる空気部分でγ線の散乱強度が大きく低下するからである。例えば、γ線源０１である放射性同位体イリジウム線源から照射されるγ線のエネルギーＥ_０が３２０ｋｅＶとすると、散乱角θ＝９０°の場合の散乱γ線のエネルギーＥ_１は１９７ｋｅＶと、一意に決まる。したがって、検査対象物である配管０３に減肉部０３Ａが発生している場合には散乱γ線のエネルギーＥ_１の信号強度が小さくなる。

そこで、図１０（ｃ）に示す散乱γ線エネルギー分布において散乱γ線のエネルギーＥ_１の信号強度を検出することにより減肉の発生を検出し得る（例えば、非特許文献１参照）。

特開２００６―１７７８４１号公報

（社）日本原子力学会「１９９５秋の大会」（１９９５年１０月１７日〜２０日、原研）コンプトン散乱を用いた保温材表面からの点検技術、（株）東芝、宇高彰、濱島隆之、後藤哲夫

ところが、上述の如く図１０図（ｃ）に示す散乱γ線エネルギー分布特性における散乱γ線のエネルギーＥ_１の信号強度に基づき減肉を検出する場合には、１点で情報をもって判断しなければならないので、減肉の検出誤差が生じ易く、また、減肉の範囲を検出するためには、スキャンする必要があり、また、深さ方向の情報は検出が困難であるという問題がある。

本発明は、上述の従来技術に鑑み、コンプトン散乱γ線を利用する場合において、検査対象物の状態を幅広く検出でき、さらに検出器の配設位置の制限という問題を生起することなく検出し得る非破壊検査方法およびその装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明は次の知見を基礎とするものである。図１（ａ）に示すように、コンプトン散乱は、前述の如く、エネルギーＥ_０のγ線がターゲットＴ１に照射されることにより、γ線に対して角度Φの方向に飛び出す反跳電子Ｅ_ｅとともに、エネルギーが変化した散乱γ線として元のγ線が散乱される現象をいうが、かかる散乱は、所定の確率で複数回生起されることもある。図１（ａ）では、２回散乱の態様を示している。この場合、エネルギーＥ_０のγ線がターゲットＴ１に照射されてエネルギーＥ_２１の１回散乱γ線となり、さらに１回散乱γ線が同じターゲットＴ１で２回目の散乱を起こすことにより、エネルギーＥ_２２の２回散乱γ線となっている。このときの各γ線のエネルギーＥ_０，Ｅ_２１，Ｅ_２２および１回散乱角θ_１、２回散乱角θ_２との関係は、次式（１）、（２）で示される。

ちなみに、エネルギーＥ_０のγ線がターゲットＴ１内で１回のみ散乱される場合の散乱角θ（＝θ_１＋θ_２）と散乱エネルギーＥ_１の関係は次式（３）で示される。

一般に、散乱回数が多くなるにつれ、信号強度が小さくなるので、散乱回数が増える程、図１０（ｃ）に示す散乱γ線エネルギー分布特性上では散乱γ線信号が検出されにくくなる。しかも、多重散乱に基づく散乱γ線信号は、通常、図１０（ｃ）に示す散乱γ線エネルギー分布特性上では１回散乱の場合の散乱γ線エネルギーよりも低エネルギー側に出現する。

ところが、図１（ｂ）に示すように、γ線源１から検査対象物である配管３に照射するγ線のエネルギーＥ_０および散乱角θを適切に選び、かつ測定精度を上げることにより、検出器２ではエネルギーＥ_１の１回散乱の高エネルギー側に、エネルギーＥ_２２の２回散乱のピークを観測できる。すなわち、例えば、Ｅ_０＝３２０ｋｅＶで散乱角θ＝９０°とすると、上式（３）よりＥ_１＝１９７ｋｅＶ、上式（１）、（２）よりＥ_２２＝２３４ｋｅＶとなる。

ここで、２回の散乱により後方９０°（＝θ＝θ_１＋θ_２）に散乱されるための散乱角度として、１回目の散乱角θ_１＝４５°、２回目の散乱角θ_２＝４５°とした。図１（ｃ）は、１回散乱とともに２回散乱のピークが出現した散乱γ線エネルギー分布特性を示す特性図である。同図に示す特性図においては、エネルギーＥ_１の信号強度Ｐ１よりも小さいが、エネルギーＥ_１の１回散乱ピークよりも高エネルギー側でエネルギーＥ_２２の２回散乱ピークを与える信号強度Ｐ２が観測されている。

本発明では、コンプトン後方散乱の中で、２回散乱に起因するエネルギーＥ_２２を観察することにより、対象物の減肉を検出しようとするものである。
図１をさらに模式化したものを図２に示す。
図２で（ａ）は１回散乱であるが、図２（ｂ）は本発明で用いる２回散乱である。すなわち、図２（ａ）の１回散乱では、エネルギーＥ_０を有する入射γ線γ_０は、対象物３Ａで散乱し、エネルギーＥ_１の１回散乱γ線γ_１が検出される。図２（ｂ）では、エネルギーＥ_０の入射γ線γ_０は、対象物３Ａで１回散乱が生じ、エネルギーＥ_２１の１回散乱γ線γ_２１となり、次いで、対象物３Ｂで２回目の散乱が生じ、エネルギーＥ_２２の２回散乱γ線γ_２２が生じ、これが検出される。

図３（ａ）では、２回散乱の場合において、エネルギーＥ_２２の２回散乱γ線γ_２２だけが検出される。一方、図３（ｂ）では、エネルギーＥ_２２の２回散乱γ線γ_２２の他に、対象物３Ａを透過し、対象物３Ｃで１回だけ散乱したエネルギーＥ_１の１回散乱γ線γ_１も検出される。

本発明では、図３（ａ）の場合も、図３（ｂ）の場合も想定されるが、図３（ｂ）の場合には、Ｅ_２２の２回散乱γ線γ_２２と、エネルギーＥ_１の１回散乱γ線γ_１とは、エネルギーの大きさが異なると共に、検出される時間が異なるので、両者を区別することは容易である。そして、エネルギーＥ_１の１回散乱γ線γ_１については、対象物３Ｃの減肉の有無の検出に使用することもできるし、必要ないものとして排除することもできる。

かかる２回散乱による減肉の検出の原理は、次のように考えられる。
図４（ａ）に示す２回散乱の場合において、γ線源１を点線源でペンシルビームを放出するものとし、さらに散乱γ線の観測点となる検出器２も理想的な鉛コリメーターを設置して１点のみとすると、検出器２おける２回散乱ピークの信号強度は、γ線照射軸と検査対象物との交点Ｉ_２、散乱γ線検出軸と検査対象物との交点Ｉ_３およびγ線照射軸と散乱γ線検出軸との交点Ｉ_１とを含む面Ｐ_１と検査対象物３１とが交わる領域Ｒ_１内の散乱情報を得ていることになる。このため、２回散乱ピークは、１回散乱γ線γ_２１が鉄材料サンプル内の領域Ｒ_１を通り、２散乱γ線γ_２２として検出される。一方、図４（ｂ）に示す２回散乱の場合においては、１回散乱γ線γ_２１の一部は、減肉により、一部は空気中を通って、２散乱γ線γ_２２として検出される。ここで、空気よりも鉄の方が１回散乱γ線_２１の減衰割合が大きいので、従来の１回散乱を利用して減肉を検出する場合とは異なり、減肉が有る場合には、健全な場合と比較して、２回散乱γ線γ_２２の信号強度は大きくなり、その増加割合は減肉の大きさに依存する。

このように、本発明においては、検査対象物にγ線が入射して１回目のコンプトン散乱を生じてから２回目のコンプトン散乱を生じるまでの経路を減肉の有無を検出する対象箇所とするものであり、１回散乱γ線γ_２１が検査対象物の構成物質そのものを通過するか、減肉により形成された空間を通過するかの違いにより、減肉の有無を検出するものである。

かかる知見を基礎とする本発明の第１の態様は、Ｘ線またはγ線（以下、両者をまとめてγ線という）を検査対象物に照射して前記検査対象物におけるコンプトン散乱に基づく１回散乱γ線のエネルギーよりも高エネルギー側に出現する２回散乱γ線のエネルギーに対する信号強度を表す散乱γ線エネルギー分布特性を検出する第１の工程と、前記散乱γ線エネルギー分布特性に基づき前記検査対象物における減肉の有無を検出する第２の工程とを有し、前記検査対象物の前記減肉の有無を検出している部位とは異なる部位におけるコンプトン散乱に基づく１回散乱γ線のエネルギーに対する信号強度を表す散乱γ線エネルギー分布特性を検出し、前記異なる部位の減肉の有無を検出することを特徴とする非破壊検査方法にある。

本態様によれば、配管の減肉等、検査対象物の状態によってコンプトン散乱の２回散乱ピークに基づき、検出対象物における減肉の有無を検出しているので、かかる検出を含む所定の非破壊検査を簡便なものとすることができる。また、本態様によれば、１回散乱γ線のエネルギーを検出することにより、２回散乱γ線のエネルギーの検出に基づく箇所とは異なる領域の減肉を一回の検出で検出することができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載する非破壊検査方法において、前記検査対象物に対して、前記γ線を照射する側と、前記２回散乱γ線を検出する側は、同じ側であることを特徴とする非破壊検査方法にある。

本態様によれば、コンプトン後方散乱に起因して散乱された散乱γ線を検出して検査対象物の減肉等の状態を検出しているので、検査対象物に対して散乱γ線の検出をγ線の照射側と同じ側で行うことができる。この結果、検出器等の機器配置の自由度が大きく効率的な非破壊検査を実現し得る。

本発明の第３の態様は、第２の態様に記載する非破壊検査方法において、前記検査対象物に前記γ線が入射して１回目のコンプトン散乱を生じてから２回目のコンプトン散乱を生じるまでの経路が前記減肉の有無を検出する対象箇所であることを特徴とする非破壊検査方法にある。

本態様によれば、経路中に減肉が有るか無いかにより、２回コンプトン散乱の信号強度が大きく変化するので、減肉の有無を有効に検出することができる。

本発明の第４の態様は、第２又は３の態様に記載する非破壊検査方法において、前記γ線を照射する方向に伸びる仮想の第１直線と、前記２回散乱γ線を検出する方向に伸びる仮想の第２直線とは、前記検査対象物の前記γ線の照射側及び前記２回散乱γ線の検出側とは反対側で交差するようにし、この状態で、前記検査対象物からの散乱γ線に基づく２回散乱γ線のピークに基づき、前記検査対象物の減肉の有無を検出することを特徴とする非破壊検査方法にある。

本態様によれば、検査対象物の手前側にスペースを確保でき、γ線の照射源と検出器を比較的容易に配置できる。

本発明の第５の態様は、第２又は３の態様に記載する非破壊検査方法において、前記γ線を照射する方向に伸びる仮想の第１直線と、前記２回散乱γ線を検出する方向に伸びる仮想の第２直線とは、前記検査対象物の前記γ線の照射側及び前記２回散乱γ線の検出側と同じ側で交差するようにし、この状態で、前記検査対象物からの散乱γ線に基づく２回散乱γ線のピークに基づき、前記検査対象物の減肉の有無を検出することを特徴とする非破壊検査方法にある。

本態様によれば、検査対象物の手前側に、γ線の照射源と検出器を比較的コンパクトに配置できる。

本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様に記載する非破壊検査方法において、前記検査対象物が前記γ線の照射方向に伸びる直線に前記γ線の照射側で交差する第１の壁部材および当該第１の壁部材の前記γ線の照射側とは反対側で前記直線に交差する第２の壁部材を有する場合であって、前記第１の壁部材および前記第２の壁部材の何れか一方の減肉の有無を前記２回散乱γ線のエネルギーに対する信号強度を表す散乱γ線エネルギー分布特性で検出し、他方の減肉の有無を前記コンプトン散乱に基づく１回散乱γ線のエネルギーに対する信号強度を表す散乱γ線エネルギー分布特性で検出することを特徴とする非破壊検査方法にある。

かかる態様では、第１の壁部材の減肉状態と、第２の壁部材の減肉状態とを検出することができる。

本発明の第７の態様は、第６の態様に記載する非破壊検査方法において、散乱γ線信号を検出する際に、前記γ線が照射された時点を基準として前記散乱γ線信号の時間軸に沿う成分を考慮し、前記第２の壁部材の減肉の有無を検出する際には前記第１の壁部材からの散乱γ線に基づく部分が除去されるとともに、前記第２の壁部材からの散乱γ線に基づく部分が選択されるように前記散乱γ線信号の時間軸に沿う成分の一部を除去し、前記第１の壁部材の減肉の有無を検出する際には前記第２の壁部材からの散乱γ線に基づく部分が除去されるとともに、前記第１の壁部材からの散乱γ線に基づく部分が選択されるように前記散乱γ線信号の時間軸に沿う成分の一部を除去し、減肉の有無を検出することを特徴とする非破壊検査方法にある。

かかる態様では、１回散乱γ線のエネルギーと２回散乱γ線のエネルギーとを容易に区別することができ、第１の壁部材の減肉状態と、第２の壁部材の減肉状態とを比較的容易に検出することができる。

本発明の第８の態様は、検査対象物に向けてγ線を照射するγ線源と、前記照射により検査対象物においてコンプトン散乱に起因して散乱された散乱γ線を検出する検出器とを有する非破壊検査装置において、前記散乱γ線エネルギーに対する前記散乱γ線信号の信号強度を表し、かつ１回散乱γ線のエネルギー線よりも高エネルギー側に出現する２回散乱γ線のエネルギーの散乱γ線エネルギー分布特性に基づき、前記２回散乱γ線の前記信号強度のピークである２回散乱γ線のピークにより前記検査対象物における減肉の有無を検出するように前記検出器を構成し、前記検査対象物の前記減肉の有無を検出している部位とは異なる部位におけるコンプトン散乱に基づく１回散乱γ線のエネルギーに対する信号強度を表す散乱γ線エネルギー分布特性を検出し、前記異なる部位の減肉の有無を検出するように前記検出器を構成したことを特徴とする非破壊検査装置にある。

本発明の第９の態様は、第８の態様に記載する非破壊検査装置において、前記γ線源と、前記検出器とは、前記検査対象物に対して同じ側に配置されていることを特徴とする非破壊検査装置にある。

本発明の第１０の態様は、第９の態様に記載する非破壊検査装置において、前記検査対象物に前記γ線が入射して１回目のコンプトン散乱を生じてから２回目のコンプトン散乱を生じるまでの経路を前記減肉の有無を検出する対象箇所とすることを特徴とする非破壊検査装置にある。

本発明の第１１の態様は、第９又は１０の態様に記載する非破壊検査装置において、前記γ線源から前記γ線を照射する方向に伸びる仮想の第１直線と、前記検出器へ前記２回散乱γ線を検出する方向に伸びる仮想の第２直線とは、前記検査対象物の前記γ線の照射側及び前記２回散乱γ線の検出側とは反対側で交差するようにし、この状態で、前記検査対象物からの散乱γ線に基づく２回散乱γ線のピークに基づき、前記検査対象物の減肉の有無を検出することを特徴とする非破壊検査装置にある。

本態様によれば、検査対象物の手前側にスペースが確保でき、γ線の照射源と検出器を比較的容易に配置できる。

本発明の第１２の態様は、第９又は１０の態様に記載する非破壊検査装置において、前記γ線源から前記γ線を照射する方向に伸びる仮想の第１直線と、前記検出器へ前記２回散乱γ線を検出する方向に伸びる仮想の第２直線とは、前記検査対象物の前記γ線の照射側及び前記２回散乱γ線の検出側と同じ側で交差するようにし、この状態で、前記検査対象物からの散乱γ線に基づく２回散乱γ線のピークに基づき、前記検査対象物の減肉の有無を検出することを特徴とする非破壊検査装置にある。

本発明の第１３の態様は、第８〜１２の何れかの態様に記載する非破壊検査装置において、前記検査対象物が前記γ線の照射方向に伸びる直線に前記γ線の照射側で交差する第１の壁部材および当該第１の壁部材の前記γ線の照射側とは反対側で前記直線に交差する第２の壁部材を有する場合において、前記第１の壁部材および前記第２の壁部材の何れか一方の減肉の有無を前記２回散乱γ線のエネルギーに対する信号強度を表す散乱γ線エネルギー分布特性で検出し、他方の減肉の有無を前記コンプトン散乱に基づく１回散乱γ線のエネルギーに対する信号強度を表す散乱γ線エネルギー分布特性で検出するように前記検出器を構成したことを特徴とする非破壊検査装置にある。

本発明の第１４の態様は、第１３の態様に記載する非破壊検査装置において、散乱γ線信号を検出する際に、前記γ線が照射された時点を基準として前記散乱γ線信号の時間軸に沿う成分を考慮し、前記第２の壁部材の減肉の有無を検出する際には前記第１の壁部材からの散乱γ線に基づく部分が除去されるとともに、前記第２の壁部材からの散乱γ線に基づく部分が選択されるように前記散乱γ線信号の時間軸に沿う成分の一部を除去し、前記第１の壁部材の減肉の有無を検出する際には前記第２の壁部材からの散乱γ線に基づく部分が除去されるとともに、前記第１の壁部材からの散乱γ線に基づく部分が選択されるように前記散乱γ線信号の時間軸に沿う成分の一部を除去し、減肉の有無を検出するように前記検出器を構成したことを特徴とする非破壊検査装置にある。

本発明によれば、配管の減肉等、検査対象物の状態によってコンプトン散乱の２回散乱ピークに基づき、検出対象物における減肉の有無を検出しているので、かかる検出を含む所定の非破壊検査を簡便なものとすることができる。また、検査対象物に衝突して散乱する後方散乱γ線による２回散乱ピークが観察できる散乱γ線の散乱γ線エネルギー分布特性により、検査対象物の減肉等、検査対象物の状態を検出するようにしたので、γ線源と検出器とを検査対象物に対して同じ側に配設することができ、γ線源と検出器との配設条件の緩和を図ることができるばかりでなく、簡便に所望の非破壊検査を行うことができる。

コンプトン後方散乱の２回散乱を利用する本発明の原理を模式的に示す図で、（ａ）は２回散乱を概念的に示す説明図、（ｂ）はこの場合の機器配置を示す説明図、（ｃ）は２回散乱ピークが観察される散乱γ線エネルギー分布特性を示す特性図である。本発明の原理を模式的に示す図で、（ａ）が１回散乱の場合、（ｂ）が２回散乱の場合である。本発明の原理を模式的に示す図で、（ａ）が交点に対象物が無い場合、（ｂ）が有る場合である。コンプトン後方散乱における２回散乱の場合において、鉄サンプルに照射されたγ線の経路を示す説明図であり、（ａ）はサンプルが健全である場合、（ｂ）はサンプルに減肉が有る場合である。本発明の第１の実施の形態に係る非破壊検査装置を示すブロック図である。本発明の非破壊検査装置のバリエーションを説明する図である。第２の実施の形態非破壊検査装置を示すブロック図である。本発明の第２の実施の形態に係る非破壊検査装置を説明する図である。実施例の結果を示すグラフである。従来周知のコンプトン後方散乱（１回散乱）の原理を模式的に示す説明図である。コンプトン後方散乱を利用して配管の減肉を非破壊検査する従来技術の原理を模式的に示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。なお、各図において、同一部分には、同一番号を付し、重複する説明は省略する。

＜第１の実施の形態＞
図５は本発明の第１の実施の形態に係る非破壊検査装置を示すブロック図である。同図に示すように、本形態に係る非破壊検査装置は、本形態における検査対象物である検査対象物３１にγ線を照射するγ線源１と、検査対象物３１に照射されたγ線に基づき生成される２回コンプトン後方散乱γ線を入射して所定の処理を行う検出器２とを有する。γ線源１と、２回コンプトン後方散乱γ線を入射する検出器２とは、検査対象物３１に対し同じ側（図では左側）に配設されている。

ここで、γ線源１は、図示していないが、鉛コリメーター等を設置することで指向性を高め、照射γ線の進行軸が定まるようにされた状態で、検査対象物３１に照射される。γ線の照射により、検査対象物３１においてはコンプトン後方散乱による散乱γ線が生成される。検出器２は、散乱γ線を検出するように、検査対象物３１に対しγ線源１と同じ側に配設してある。

検出器２にも鉛コリメーター等を設置することにより、検出する散乱γ線の軸が定まるようにされている。本形態においては、図５に示すように照射γ線の進行軸と散乱γ線の検出軸は、検査対象物３１に対してγ線源１および検出器２とは反対側の交点Ｉ_１で交差している。

また、本形態においては、γ線源１から検査対象物３１に向かう直線が検査対象物３１の表面に入射する入射角α１と、コンプトン後方散乱γ線の散乱角α２とが同一となるように、γ線源１に対する検出器２の相対位置が選定されている。ここで、入射角α１と散乱角α２との基準となる線上には鉛ブロック１１が配設してある。鉛ブロック１１はγ線源１側と検出器２側とを分離するためのものである。このように分離することでγ線源１側で検査対象物３１の表面等で反射されたγ線を遮蔽して検出器２に入射されるのを防止している。なお、このように鉛ブロック１１を配設することは必須ではない。また、γ線源１と検出器２とが上述の如き位置関係（α１＝α２）とすることも必須ではない。さらに、理想的には、γ線源１はペンシルビームと呼ばれる極めて細いγ線を照射し、検出器２は入射面が可及的に点に近い面を有するものとする。

本形態におけるγ線源１は、例えば放射性同位体イリジウム線源を好適に適用し得る。検出器２は、コンプトン後方散乱γ線を入射する入射部２Ａ、コンプトン後方散乱γ線を表すコンプトン後方散乱γ線信号を生成する信号処理部２Ｂ、コンプトン後方散乱γ線信号を処理して検査対象物３１の減肉の状態を検出する演算処理部２Ｃ、減肉の状態を検出するための検査対象物３１の基準データを記憶している記憶部２Ｄおよび演算処理部２Ｃで検出した検出結果を表示する表示部２Ｅを有している。さらに詳言すると、信号処理部２Ｂでは、コンプトン後方散乱γ線を処理して散乱γ線エネルギーに対するコンプトン後方散乱γ線信号の信号強度を表す散乱γ線エネルギー分布特性を生成する。記憶部２Ｄには、健全な（減肉を生起していない）検査対象物３１の散乱γ線エネルギー分布特性（以下、基準散乱γ線エネルギー分布特性という）が予め記憶してある。

演算処理部２Ｃでは、入射部２Ａを介してリアルタイムで入射されたγ線の実測データに基づき信号処理部２Ｂで得られた散乱γ線エネルギー分布特性と記憶部２Ｄに記憶している基準散乱γ線エネルギー分布特性とを比較して検査対象物３１における減肉の有無および場合によってはその程度（減肉量）を検出する。ここで、検査対象物３１に減肉部（図４（ｂ）参照）を生起している場合、健全な場合と比較して、２回散乱γ線γ_２２の信号強度は大きくなり、その増加割合は減肉の大きさに依存する。そこで、基準散乱γ線エネルギー分布特性と実測データから得られた散乱γ線エネルギー分布特性とを比較すれば、検査対象物３１における減肉の有無および場合によってはその程度（減肉量）を検出することができる。

演算処理部２Ｃにおける所定のデータ処理の結果の減肉の有無およびその程度等の情報は表示部２Ｅに表示される。

なお、上述した実施形態では、図６（ａ）に示すように、γ線の照射方向とγ線の検出方向との交点が検出対象物の後方に位置するようにγ線源１と検出器２とを配置したが、図６（ｂ）に示すように、γ線の照射方向とγ線の検出方向との交点が検出対象物の手前側に位置するようにγ線源１と検出器２とを配置するようにすることができる。これによれば、装置全体をコンパクトに配置できるというメリットがある。

＜第２の実施の形態＞
検査対象物３１の一例である配管３２（図７参照）には、これを横断する一つの直線上に２箇所の肉厚部（壁部）が存在する。すなわち、同一直線上におけるγ線源１側（以下、これを「手前側」と称する。）の肉厚部とその反対側（以下、これを「奥側」と称する。）の肉厚部である。上記第１の実施の形態は、検査対象物である配管３２の手前側の肉厚部における減肉の有無等を検出するものである。これに対し、減肉は配管３２の奥側の肉厚部にも発生する場合がある。本実施形態では、２回散乱γ線のγ線エネルギー分布特性により手前側の壁部の減肉を測定し、１回散乱γ線のγ線エネルギー分布特性により奥側の壁部の減肉を測定する例を説明する。
なお、γ線の照射方向とγ線の検出方向との交点Ｉ_１は、領域IIの奥側の肉厚部の手前側の表面に位置するようにする。

図７は本発明の第２の実施の形態に係る非破壊検査装置を示すブロック図である。同図に示すように、本形態に係る非破壊検査装置の検出器１２は、信号処理部２Ｂと演算処理部２Ｃとの間に領域選択部２Ｆを介在させてある。領域選択部２Ｆは、信号処理部２Ｂ、入射部２Ａを介して入射されたコンプトン後方散乱γ線を表す理論的なデータであるコンプトン後方散乱γ線信号から領域Iまたは領域IIの情報のみを選択する。すなわち、図８（ａ）に示すように、γ線源１から検出器２に至る光路長の違いに起因して時間軸上の位置が特定されるコンプトン後方散乱γ線信号Ｓγを、領域Ｉに相当する２回散乱γ線に基づくものと、領域IIに相当する１回散乱γ線に基づくものとに分離して検出する。

かかる本形態によれば、図８（ｂ）に示すように、γ線源１から配管３２の領域Ｉで２回散乱されて検出器２に入射されたコンプトン後方散乱γ線に基づく信号成分は領域選択部２Ｆで分離され、また、領域IIで１回散乱されて検出器２に入射された信号成分が分離され、それぞれが分離されて演算処理部２Ｃに供給される。

このように、本実施形態によれば、γ線源１から照射されたγ線が、配管３２の手前側の肉厚部のみを通り、検出器２に入射されるまでの時間と、配管３２の奥側の肉厚部も通り、検出器２に入射されるまでの時間とを比較した場合、前者の時間がより短いことを利用して両者を分離している。すなわち、図８（ａ）に示すように理論的なデータに基づき、信号処理部２Ｂで得られる後方散乱γ線信号の信号強度の時間特性において、手前側の肉厚部に相当する領域である領域Ｉと、奥側の肉厚部に相当する領域である領域IIとのそれぞれに起因する散乱γ線のエネルギー分布を分離することができる。これにより、領域IIの１回散乱に基づく後方散乱γ線信号の散乱γ線エネルギー分布特性の変化により奥側の減肉部を検出することができ、また、手前側の２回散乱の情報により、手前側の減肉部を検出することができる。すなわち、領域IIの減肉の有無は、減肉が生じたことにより、領域IIからの１回散乱に基づく後方散乱γ線信号が減少することにより検出することができる。また、領域Iの減肉の観察は実施形態１と同様である。

＜その他の実施の形態＞
上述した第２の実施形態では、領域IIの減肉の観察を１回コンプトン散乱γ線のエネルギー分布の変化に求めるものとしたが、領域IIの減肉の観察も２回散乱ピークを用いて行うこともできる。すなわち、領域IIの奥側の肉厚部の奥側表面又は肉厚部を突き抜けたさらに奥側に、γ線の照射方向とγ線の検出方向との交点が位置するようにし、奥側の肉厚部において、１回目のコンプトン散乱を生じてから２回目のコンプトン散乱を生じるまでの経路が奥側の肉厚部を通過するようにすれば、１回目のコンプトン散乱を生じてから２回目のコンプトン散乱を生じるまでの経路中に減肉が存在するか否かにより、１回散乱γ線γ_２１が検査対象物の構成物質そのものを通過するか、減肉により形成された空間を通過するかの違いが生じ、領域Ｉと同様に減肉の有無を検出することができる。なお、この場合においても、領域Ｉのピークと、領域IIのピークとは時間特性を考慮して分離することができる。

図９には、第１の実施形態の構成において、模擬的に減肉を形成したサンプルについて２回コンプトン散乱γ線のエネルギー分布を測定したシミュレーション結果を示す。なお、ここでは検査対象物として厚さ１０ｍｍの鉄サンプルを用い、サンプルの奥１０ｍｍ先にγ線の照射方向とγ線の検出方向との交点が位置するようにし、γ線の照射方向とγ線の検出方向との成す角は１２０°（入射角が６０°）とした。

図９（ａ）は、減肉が生じていないサンプルであり、図９（ｂ）は、奥側に５ｍｍの深さで長さ２０ｍｍの減肉が生じた場合、図９（ｃ）は、奥側に５ｍｍの深さで長さ３５ｍｍの減肉が生じた場合を示す。

このように、減肉の大きさに応じて２回コンプトン散乱γ線のエネルギー分布が変化し、これを定量化することにより、減肉の大きさ等を検出することができることがわかった。

本発明は配管等の検査対象物が錯綜して配設されている発電所等の保守、点検等に伴う非破壊検査を実施する産業分野で有効に利用することができる。

Ｉ、II 領域
１ γ線源
２検出器
３、３１、３２配管（検査対象物）

Claims

Ｘ線またはγ線（以下、両者をまとめてγ線という）を検査対象物に照射して前記検査対象物におけるコンプトン散乱に基づく１回散乱γ線のエネルギーよりも高エネルギー側に出現する２回散乱γ線のエネルギーに対する信号強度を表す散乱γ線エネルギー分布特性を検出する第１の工程と、
前記散乱γ線エネルギー分布特性に基づき前記検査対象物における減肉の有無を検出する第２の工程とを有し、
前記検査対象物の前記減肉の有無を検出している部位とは異なる部位におけるコンプトン散乱に基づく１回散乱γ線のエネルギーに対する信号強度を表す散乱γ線エネルギー分布特性を検出し、前記異なる部位の減肉の有無を検出することを特徴とする非破壊検査方法。
請求項１に記載する非破壊検査方法において、
前記検査対象物に対して、前記γ線を照射する側と、前記２回散乱γ線を検出する側は、同じ側であることを特徴とする非破壊検査方法。
請求項２に記載する非破壊検査方法において、
前記検査対象物に前記γ線が入射して１回目のコンプトン散乱を生じてから２回目のコンプトン散乱を生じるまでの経路が前記減肉の有無を検出する対象箇所であることを特徴とする非破壊検査方法。
請求項２又は３に記載する非破壊検査方法において、
前記γ線を照射する方向に伸びる仮想の第１直線と、前記２回散乱γ線を検出する方向に伸びる仮想の第２直線とは、前記検査対象物の前記γ線の照射側及び前記２回散乱γ線の検出側とは反対側で交差するようにし、この状態で、前記検査対象物からの散乱γ線に基づく２回散乱γ線のピークに基づき、前記検査対象物の減肉の有無を検出することを特徴とする非破壊検査方法。
請求項２又は３に記載する非破壊検査方法において、
前記γ線を照射する方向に伸びる仮想の第１直線と、前記２回散乱γ線を検出する方向に伸びる仮想の第２直線とは、前記検査対象物の前記γ線の照射側及び前記２回散乱γ線の検出側と同じ側で交差するようにし、この状態で、前記検査対象物からの散乱γ線に基づく２回散乱γ線のピークに基づき、前記検査対象物の減肉の有無を検出することを特徴とする非破壊検査方法。
請求項１〜５の何れか一項に記載する非破壊検査方法において、
前記検査対象物が前記γ線の照射方向に伸びる直線に前記γ線の照射側で交差する第１の壁部材および当該第１の壁部材の前記γ線の照射側とは反対側で前記直線に交差する第２の壁部材を有する場合であって、
前記第１の壁部材および前記第２の壁部材の何れか一方の減肉の有無を前記２回散乱γ線のエネルギーに対する信号強度を表す散乱γ線エネルギー分布特性で検出し、他方の減肉の有無を前記コンプトン散乱に基づく１回散乱γ線のエネルギーに対する信号強度を表す散乱γ線エネルギー分布特性で検出することを特徴とする非破壊検査方法。
請求項６に記載する非破壊検査方法において、
散乱γ線信号を検出する際に、前記γ線が照射された時点を基準として前記散乱γ線信号の時間軸に沿う成分を考慮し、前記第２の壁部材の減肉の有無を検出する際には前記第１の壁部材からの散乱γ線に基づく部分が除去されるとともに、前記第２の壁部材からの散乱γ線に基づく部分が選択されるように前記散乱γ線信号の時間軸に沿う成分の一部を除去し、前記第１の壁部材の減肉の有無を検出する際には前記第２の壁部材からの散乱γ線に基づく部分が除去されるとともに、前記第１の壁部材からの散乱γ線に基づく部分が選択されるように前記散乱γ線信号の時間軸に沿う成分の一部を除去し、減肉の有無を検出することを特徴とする非破壊検査方法。
検査対象物に向けてγ線を照射するγ線源と、前記照射により検査対象物においてコンプトン散乱に起因して散乱された散乱γ線を検出する検出器とを有する非破壊検査装置において、
前記散乱γ線エネルギーに対する前記散乱γ線信号の信号強度を表し、かつ１回散乱γ線のエネルギー線よりも高エネルギー側に出現する２回散乱γ線のエネルギーの散乱γ線エネルギー分布特性に基づき、前記２回散乱γ線の前記信号強度のピークである２回散乱γ線のピークにより前記検査対象物における減肉の有無を検出するように前記検出器を構成し、
前記検査対象物の前記減肉の有無を検出している部位とは異なる部位におけるコンプトン散乱に基づく１回散乱γ線のエネルギーに対する信号強度を表す散乱γ線エネルギー分布特性を検出し、前記異なる部位の減肉の有無を検出するように前記検出器を構成したことを特徴とする非破壊検査装置。
請求項８に記載する非破壊検査装置において、
前記γ線源と、前記検出器とは、前記検査対象物に対して同じ側に配置されていることを特徴とする非破壊検査装置。
請求項９に記載する非破壊検査装置において、
前記検査対象物に前記γ線が入射して１回目のコンプトン散乱を生じてから２回目のコンプトン散乱を生じるまでの経路を前記減肉の有無を検出する対象箇所とすることを特徴とする非破壊検査装置。
請求項９又は１０に記載する非破壊検査装置において、
前記γ線源から前記γ線を照射する方向に伸びる仮想の第１直線と、
前記検出器へ前記２回散乱γ線を検出する方向に伸びる仮想の第２直線とは、前記検査対象物の前記γ線の照射側及び前記２回散乱γ線の検出側とは反対側で交差するようにし、この状態で、前記検査対象物からの散乱γ線に基づく２回散乱γ線のピークに基づき、前記検査対象物の減肉の有無を検出することを特徴とする非破壊検査装置。
請求項９又は１０に記載する非破壊検査装置において、
前記γ線源から前記γ線を照射する方向に伸びる仮想の第１直線と、
前記検出器へ前記２回散乱γ線を検出する方向に伸びる仮想の第２直線とは、前記検査対象物の前記γ線の照射側及び前記２回散乱γ線の検出側と同じ側で交差するようにし、この状態で、前記検査対象物からの散乱γ線に基づく２回散乱γ線のピークに基づき、前記検査対象物の減肉の有無を検出することを特徴とする非破壊検査装置。
請求項８〜１２の何れか一項に記載する非破壊検査装置において、
前記検査対象物が前記γ線の照射方向に伸びる直線に前記γ線の照射側で交差する第１の壁部材および当該第１の壁部材の前記γ線の照射側とは反対側で前記直線に交差する第２の壁部材を有する場合において、
前記第１の壁部材および前記第２の壁部材の何れか一方の減肉の有無を前記２回散乱γ線のエネルギーに対する信号強度を表す散乱γ線エネルギー分布特性で検出し、他方の減肉の有無を前記コンプトン散乱に基づく１回散乱γ線のエネルギーに対する信号強度を表す散乱γ線エネルギー分布特性で検出するように前記検出器を構成したことを特徴とする非破壊検査装置。
請求項１３に記載する非破壊検査装置において、
散乱γ線信号を検出する際に、前記γ線が照射された時点を基準として前記散乱γ線信号の時間軸に沿う成分を考慮し、前記第２の壁部材の減肉の有無を検出する際には前記第１の壁部材からの散乱γ線に基づく部分が除去されるとともに、前記第２の壁部材からの散乱γ線に基づく部分が選択されるように前記散乱γ線信号の時間軸に沿う成分の一部を除去し、前記第１の壁部材の減肉の有無を検出する際には前記第２の壁部材からの散乱γ線に基づく部分が除去されるとともに、前記第１の壁部材からの散乱γ線に基づく部分が選択されるように前記散乱γ線信号の時間軸に沿う成分の一部を除去し、減肉の有無を検出するように前記検出器を構成したことを特徴とする非破壊検査装置。