水分検出方法、水分検出装置及び配管検査装置
【課題】検査対象物内の液体の流れを停止させないで保温材内の水の存在位置を精度良く測定できる水分検出装置を提供する。
【解決手段】配管検査装置１５の中性子発生管１及び中性子検出器を有する。中性子発生管２は単一エネルギーを有するパルス状の高速中性子２０を発生し、保温材１２に照射する。高速中性子２０は保温材１２内に存在する水１４及び配管１１内を流れる液体１０によって減速されて熱中性子２１となる。高速中性子２０の照射方向とは逆方向に進行する熱中性子２１は３Ｈｅ比例計数管２で検出される。この計数管２からの出力信号は多チャンネル波高分析器８を経てデータ処理装置９に達する。データ処理装置９は高速中性子の発生時刻を基準とする熱中性子検出率の分布情報を算出し、さらに、この分布情報を用いて、保温材１２内に水１４が存在する場合の水１４の位置及び水１４の量を求める。
【解決手段】配管検査装置１５の中性子発生管１及び中性子検出器を有する。中性子発生管２は単一エネルギーを有するパルス状の高速中性子２０を発生し、保温材１２に照射する。高速中性子２０は保温材１２内に存在する水１４及び配管１１内を流れる液体１０によって減速されて熱中性子２１となる。高速中性子２０の照射方向とは逆方向に進行する熱中性子２１は３Ｈｅ比例計数管２で検出される。この計数管２からの出力信号は多チャンネル波高分析器８を経てデータ処理装置９に達する。データ処理装置９は高速中性子の発生時刻を基準とする熱中性子検出率の分布情報を算出し、さらに、この分布情報を用いて、保温材１２内に水１４が存在する場合の水１４の位置及び水１４の量を求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水分検出方法、水分検出装置及び配管検査装置に係り、特に、化学プラントの蒸留塔等の塔及び槽、及び配管の周囲に設けられた保温材内の水分の検出に適用するのに好適な水分検出方法、水分検出装置及び配管検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、化学プラント等のプラントにおける配管検査、すなわち、配管を取囲む保温材内の水分の検出は、目視、超音波または渦電流を用いて実施されていた。しかし、この配管検査方法では、金属カバー及び保温材を取り除く必要があるため、配管検査に多大な労力及び時間を要していた。また、その配管検査時に化学プラントを停止する必要があった。
【０００３】
金属カバー及び保温材を取り除かないで配管検査を行う方法としては、配管の腐食の原因となる保温材中の水分を計測する方法がある。この方法は、カリフォルニウム等の中性子線源から発生する中性子を金属カバーの外側から照射し、保温材中の水分によって中性子が減速され、その後、中性子の照射方向と逆方向に散乱されてくる熱中性子束を測定する方法である（特公平７−５８２５３号公報）。測定された熱中性子に基づいて保温材に含まれた水分の量を同定する。
【０００４】
【特許文献１】特公平７−５８２５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特公平７−５８２５３号公報に記載された方法は、中性子線源から発生する熱中性子のバックグラウンド及び検査対象以外からの熱中性子のバックグラウンドの影響を受けるため、保温材に含まれた水分の量を精度良く測定することができない。特に、化学プラントの配管内を流れる液体（重油、灯油等）で減速されて発生する熱中性子と保温材に含まれた水分で減速されて発生する熱中性子の区別がつかないため、配管内に液体が流れている化学プラントの運転中での、特許文献１記載の方法による配管検査が困難である。
【０００６】
本発明の目的は、検査対象物内の液体の流れを停止させないで保温材内の水の位置を精度良く測定できる水分検出方法、水分検出装置及び配管検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、単一エネルギーを有するパルス状の高速中性子を内部に液体が存在する検査対象物の周囲に取り付けられている保温材に照射し、その高速中性子によって生成されて高速中性子の照射方向とは逆方向に進む熱中性子の強度の時間変化を、パルス状の高速中性子の発生時点を基点に算出し、得られたその時間変化の情報に基づいて保温材内における水の位置を求めることにある。
【０００８】
本発明は、単一エネルギーを有するパルス状の高速中性子を検査対象箇所の保温材に照射するので、検査対象物（例えば配管）内に液体が流れている状態での、高速中性子の照射方向とは逆方向に進む熱中性子の強度の時間変化を、高速中性子の発生時点を基点に算出することができる。
このため、得られたその時間変化の情報に基づいて熱中性子が生成された時間を求めることができるので、検査対象物（例えば配管）内に液体が流れている状態でも、保温材内における水の位置を求めることができる。したがって、検査対象物（例えば配管）内の液体の流れを停止させないで保温材内の水の位置を精度良く測定できる。
【０００９】
「高速中性子の照射方向とは逆方向に進む熱中性子」は、その照射方向と１８０°反対の方向だけではなく、照射方向と１８０°反対の方向に向かって進む速度成分を有する熱中性子も含んでいる。
【００１０】
検査対象物としては、蒸留塔、反応塔、反応槽、吸着塔及び混合槽等の塔及び槽、タンク（プラントで用いる化学薬品を充填したタンク及び石油タンク等）及び配管がある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、配管内の液体の流れを停止させないで保温材内の水の位置を精度良く測定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、発明者らが検査対象物（配管及び蒸留塔）内を流れる液体で減速されて発生する熱中性子と保温材内に存在する水分で減速されて発生する熱中性子を見分ける方法を種々検討して得た新たな知見に基づいて成されたものである。この知見は、単一エネルギーを有するパルス状の中性子を保温材に照射することによって、それらの熱中性子を見分けることができる、というものである。検査対象物としては、配管及び蒸留塔以外に、反応塔、反応槽、吸着塔及び混合槽等の塔及び槽、さらにはタンクがある。上記の新たな知見の内容を以下に具体的に説明する。以下の説明は、検査対象物である配管を対象にして説明するが、塔、槽及びタンクでも同様なことが言える。
【００１３】
単一エネルギーを有するパルス状の高速中性子を発生する中性子発生装置として、例えば、重水素と重水素の核融合反応を利用してその中性子を発生する装置を用いた。加速した重水素イオンをチタン等の水素吸蔵合金に吸蔵した重水素にパルス的に衝突させることによって、約２．５ＭｅＶのエネルギーの中性子がパルス的に発生する。金属カバーで覆われている保温材を取り付けた配管に、発生したパルス状の高速中性子（以下、パルス高速中性子という）を金属カバーの外側から照射する。約２．５ＭｅＶのエネルギーの高速中性子は、速度が約２．２×１０７ｍ／秒であるため、１マイクロ秒当たり約２２ｍ進む。照射されたパルス状の高速中性子は、金属カバー、保温材、保温材中の水分、配管及び配管内の液体によって散乱され、エネルギーを失って熱中性子になる。その高速中性子は、金属による散乱ではほとんどエネルギーを失わず、水分等に含まれる軽元素による散乱によって大部分のエネルギーを失い、数マイクロ秒で熱中性子化される。このような熱中性子のうち、パルス状の高速中性子の照射方向に対して逆方向に進んでくる熱中性子を３Ｈｅ中性子検出器等の中性子入射装置に入射させた。熱中性子の平均エネルギーは０．０２５ｅＶであり、速度が約２２００ｍ／秒であることから、１０マイクロ秒あたり約２．２ｃｍ進むことになる。この熱中性子は、熱中性子化した位置から中性子入射装置に入射するまでに要した時間が経過した時刻に、中性子入射装置で検出される。単一エネルギーを有するパルス状の高速中性子が発生した時刻を基準にした熱中性子の検出時刻から、熱中性子化した位置を同定することができる。その時刻に計測される熱中性子束から水分量を同定できる。したがって、中性子発生装置で発生した、単一エネルギーを有するパルス状の高速中性子を用いること、この高速中性子の発生時刻を基点にした、熱中性子の計数率の時間変化を計測することによって、熱中性子化した位置を同定することができるため、配管内に液体が流れる状態で保温材内に存在する水の位置をより精度良く求めることができる。化学プラント等のプラントの運転を停止せずに、保温材に高速中性子を照射し、この照射により生成された熱中性子を計測してその水の位置を求めることができる。プラントの運転が停止されないので、プラントの稼働率を向上させることができる。
【００１４】
以下、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１５】
本発明の好適な一実施例である実施例1の配管検査装置を、図１に基づいて説明する。
この配管検査装置は、検査対象物である配管における腐食している箇所及び腐食の可能性のある箇所を検出する水分検出装置の一種であり、後述の実施例２〜５の各配管検査装置も水分検出装置に含まれる。本実施例の配管検査装置１５は、中性子発生管（中性子発生装置）１、中性子検出器である３Ｈｅ比例計数管（中性子入射装置）２、制御装置４、多チャンネル波高分析器８及びデータ処理装置９を備えている。中性子検出器としてＢＦ３比例計数管２を用いてもよい。電源３がケーブルにて中性子発生管１に接続される。３Ｈｅ比例計数管２は前置増幅器６及び増幅器7を介して多チャンネル波高分析器８に接続される。高圧電源５が前置増幅器６に接続される。データ処理装置９が多チャンネル波高分析器８及び表示装置１６に接続される。制御装置４は、電源３及び多チャンネル波高分析器８に接続される。中性子発生管1及び３Ｈｅ比例計数管２は支持部材（図示せず）に取り付けられている。
【００１６】
保温材１２が検査対象物である配管１１の周囲を取囲んで配管１１に取り付けられている。配管１１は例えば化学プラントの配管である。金属カバー１３が保温材１２の外面を覆っている。配管１１内には、液体（例えば、重油、軽油、灯油及び化学物質等のいずれか）１０が流れている。中性子発生管１及び３Ｈｅ比例計数管２は、金属カバー１３の表面に対向し、それぞれの軸心が配管１１の半径方向を向いて配置される。
【００１７】
保温材１２内に存在する水１４は、屋外に設置された配管１１の金属カバー１３の隙間等から金属カバー１３と配管１１の間に浸入した雨水である。この水１４が配管１１の腐食の原因となる。化学プラントの屋外に配置された配管１１を対象に、配管検査装置１５を用いて行う検査を以下に説明する。配管検査装置１５は、検査員が手に持って移動可能な重量及び大きさになっている。検査員は、配管検査装置１５の中性子発生管１及び中性子検出器である３Ｈｅ比例計数管２を、支持部材に取り付けて、検査箇所の金属カバー１３の外面から所定の距離だけ離して配置する。この支持部材は、配管１１が設置されている地面またはコンクリート表面の上に倒れないようにして置かれる。検査員は、データ処理装置９に接続された入力装置（図示せず）から配管１１の直径、保温材１２及び金属カバー１３の各厚み、金属カバー１３から中性子発生管1及び３Ｈｅ比例計数管２までの距離、配管１１内を流れる液体１０の種類名（例えば、灯油、重油及び化学物質等の名称）及び保温材の材質等の情報を入力する。これらの情報はデータ処理装置９のメモリ（図示せず）に記憶される。
【００１８】
制御装置４は、クロック発生器（図示せず）からのクロック信号に基づいて所定の第１の時間間隔でパルス状の第１制御指令を発生し、この第１制御指令に基づいて電源３を制御する。電源３は、第１の時間間隔でＯＮ，ＯＦＦされ、ＯＮの状態において中性子発生管２に高電圧を印加する。これにより、中性子発生管２は、第１の時間間隔でパルス状の高速中性子２０を発生する。具体的には、図２(Ａ)に示すように、中性子発生管１は、第１の時間間隔になっている時刻Ｔ１，Ｔ３，Ｔ５，Ｔ７……で、時間幅ｔの高速中性子２０をパルス状に発生する。中性子発生管１として、重水素と重水素の核融合反応により高速中性子を発生させる中性子発生管を用いる。この中性子発生管１は、約２．５ＭｅＶの単一エネルギーの高速中性子２０を発生する。中性子発生管１として、トリチウムと重水素の核融合反応により高速中性子を発生させる中性子発生管を用いることも可能である。
この場合には、約１４ＭｅＶの単一エネルギーの高速中性子２０が中性子発生管内で発生する。
【００１９】
発生した高速中性子２０は、金属カバー１３、保温材１２、保温材１２内に存在する水１４、配管１１及び配管１１内を流れる液体１０のそれぞれの構成元素と弾性散乱することによって、エネルギーを失い、より低いエネルギーの熱中性子２１となる。高速中性子２０は、主に原子番号の小さい元素（例えば水素元素）との弾性散乱によって多くのエネルギーを失い、原子番号の大きい元素との弾性散乱によってはほとんどエネルギーを失わない。このため、高速中性子２０は、金属カバー１３、保温材１２及び配管１１によってはエネルギーをほとんど失わず、水１４及び液体１０によって主にエネルギーを失って熱中性子２１となる。
【００２０】
熱中性子２１は、高速中性子２０が弾性散乱されることによってエネルギーを失ったものであるので、全方向に飛行する可能性がある。これらの熱中性子２１のうち、高速中性子２０の照射方向とは逆の方向に飛来する熱中性子２１が、３Ｈｅ比例計数管２で検出される。高圧電源５からの高電圧が前置増幅器６を介して３Ｈｅ比例計数管２に印加されている。３Ｈｅ比例計数管２は、熱中性子２１と３Ｈｅの核反応によって発生する荷電粒子である陽子を検出することによって熱中性子２１を検出する。すなわち、３Ｈｅ比例計数管２は、発生した陽子のエネルギーが内部で失われるとき、失われたエネルギーに対応した電流信号を発生する。３Ｈｅは熱中性子以外との反応が非常に小さいので、３Ｈｅ比例計数管２は、入射される高速中性子２０をほとんど検出せずほぼ熱中性子２１のみを検出する。３Ｈｅ比例計数管２から出力されたその電流信号は、前置増幅器６及び増幅器７を通して電圧信号に変換され、多チャンネル波高分析器８に入力される。多チャンネル波高分析器８は、その電圧信号の高さを分析し、上記の核反応によって生じた陽子のエネルギースペクトルを求める。このエネルギースペクトルの情報は、多チャンネル波高分析器８からデータ処理装置９に入力される。多チャンネル波高分析器８は、制御装置４から上記のクロック信号により定まる所定の第２の時間間隔で出力されるパルス状の第２の制御指令（サンプリング指令）に基づいて第２の時間間隔でサンプリングした電圧信号毎に陽子のエネルギースペクトル情報を求める。第２の時間間隔は第１の時間間隔よりもはるかに短くなっている。このため、例えば、時刻Ｔと時刻Ｔ３の間で、上記の電圧信号のサンプリングは多数回行われ、多チャンネル波高分析器８で求められる陽子のエネルギースペクトルの数も同じ数になる。上記の電圧信号のサンプリング、すなわち、熱中性子の計測は、中性子発生管１で発生する高速中性子２０の発生時刻（例えば、時刻Ｔ１，Ｔ３，Ｔ５，Ｔ７……）を基点にし、第２の制御指令に基づいて行われる。
【００２１】
データ処理装置９は、入力したそれぞれの陽子のエネルギースペクトル情報に対して以下の処理を実行する。すなわち、陽子のエネルギースペクトル情報から熱中性子のエネルギースペクトルの情報を取り出す。換言すれば、陽子のエネルギースペクトル情報からγ線のエネルギースペクトル情報等のノイズ情報を分離することによって、熱中性子のエネルギースペクトルの情報を得ることができる。得られた熱中性子のエネルギースペクトルの情報を積分して単位時間当たりに３Ｈｅ比例計数管２で検出された熱中性子の個数（熱中性子の検出率）（熱中性子の強度）を算出する。この検出率は、入力した陽子のエネルギースペクトル情報毎に算出される。データ処理装置９は、中性子発生管２で上記の所定の時間間隔で発生したそれぞれの高速中性子２０の発生率の情報を入力する。この発生率の情報は、後述の高速中性子計測装置２４によって得ることができる。
【００２２】
高速中性子計測装置２４を、図３を用いて詳細に説明する。中性子発生管１として、前述したように重水素と重水素の核融合反応を利用して高速中性子を発生する中性子発生管を用いる場合には、高速中性子計測装置２４が用いられる。高速中性子計測装置２４は、荷電粒子検出器１９、前置増幅器６Ａ、増幅器７Ａ、多チャンネル波高分析器８Ａ及びデータ処理装置９Ａを含んでいる。荷電粒子検出器１９、前置増幅器６Ａ、増幅器７Ａ、多チャンネル波高分析器８Ａ及びデータ処理装置９Ａは、この順に相互に接続される。荷電粒子検出器１９は、中性子発生管１の陽子取り出し部２７に設置されている。
【００２３】
中性子発生管１は、上記の核融合反応によって発生する重水素イオン２５を、重水素を吸蔵させたターゲット２３に衝突させて高速中性子及び陽子２６を発生させる。この高速中性子は、保温材１２に照射される。陽子の発生率は高速中性子の発生率と等しい。発生した陽子２６は荷電粒子検出器１９で検出される。荷電粒子検出器１９で検出された陽子の検出信号は、前置増幅器６Ａ及び増幅器７Ａで増幅され、多チャンネル波高分析器８Ａに入力される。多チャンネル波高分析器８Ａは、多チャンネル波高分析器８と同様な処理を行って陽子のエネルギースペクトルを求める。データ処理装置９Ａは、陽子のエネルギースペクトル情報を用いて陽子の検出率を求める。データ処理装置９Ａは、ターゲット２３と荷電粒子検出器１９の相対的な位置関係の情報及び荷電粒子検出器１９の大きさの情報を用いて、陽子全体の発生率に変換する。この陽子全体の発生率が高速中性子の発生率である。
【００２４】
重水素と重水素の核融合反応による高速中性子発生率の角度分布を図４に示す。重水素イオンのエネルギーが約１００ｋｅＶでは、重水素イオン２５の飛行方向と同じ方向に照射される高速中性子の発生率は、その飛行方向と逆方向でのその発生率よりも大きくなる。したがって、重水素と重水素の核融合反応を発生する中性子発生管１を用いることによって、検査対象の配管１１に多くの高速中性子を照射することができる。中性子発生管１は、ターゲット２３への重水素イオン２５の照射を停止することによって、高速中性子が発生しなくなるので、安全性の高い装置である。
【００２５】
図１に示されるデータ処理装置９は、入力したそれぞれの高速中性子発生率情報及び算出されたそれぞれの熱中性子検出率情報（熱中性子強度情報）に基づいて、図２に示すそれぞれの画像情報を作成し、この画像情報を表示装置１６に出力する。これらの画像情報は、中性子発生管１から放射されるパルス状の高速中性子２０の、各発生時刻での発生率を示す画像情報（図２(Ａ)参照）、及び３Ｈｅ比例計数管２の出力信号を基に得られた陽子のエネルギースペクトル情報を用いて求めた熱中性子の検出率の画像情報（図２(Ｂ)参照）である。図２（Ｂ）に示す画像情報は、保温材１２内に水１４が存在する状態での熱中性子検出率の分布の情報（以下、第１検出率情報という）を示している。この画像情報は、その水１４に基づいて発生した熱中性子の領域ａ（以下、水領域ａという）、及びバックグラウンドの熱中性子の領域ｂ（以下、バックグランウンド領域ｂという）を含んでいる。図２(Ｃ)に示す画像情報は、保温材１２内に水１４が存在しない状態での熱中性子検出率の分布の情報（以下、第２検出率情報という）を示しており、バックグラウンド領域ｂのみが存在する。図２(Ｃ)に示す第２検出率情報は、保温材１２内に水１４が存在しない状態において、前述のようにして高速中性子２０の照射方向とは逆の方向に散乱された熱中性子を計測することによって予め求められ、データ処理装置９のメモリ（図示せず）に記憶されている。保温材１２内に水１４が存在する状態での熱中性子検出率の分布を示す画像情報（図２(Ｂ)）は、データ処理装置９において、第１及び第２検出率情報を用い、これらの情報を重ねるようにして作成される。データ処理装置９で作成された上記の画像情報は表示装置１６に出力される。表示装置１６は、保温材１２内に水１４が存在する場合には図２(Ａ)及び図２(Ｂ)に示された各画像情報を、保温材１２内に水１４が存在しない場合には図２(Ａ)及び図２(Ｃ)に示された各画像情報を、それぞれ表示する。なお、図２(Ｃ)に示す第２検出率情報における熱中性子検出率の分布は、高速中性子２０の照射の回数を重ねるごとに検出率が大きくなっている。これは、熱中性子の寿命が約２０分と高速中性子２０を照射する第１の時間間隔よりも長いので、３Ｈｅ比例計数管２で計測される熱中性子が増えるからである。
【００２６】
データ処理装置９は、配管検査時に入力した陽子のエネルギースペクトル情報毎に算出した熱中性子検出率の分布情報から第２検出率情報を差し引く。この演算によって、保温材１２内に水が存在する場合には、高速中性子２０の発生時刻を基点にしたある期間に零より大きな熱中性子検出率の分布情報（熱中性子の強度の時間変化の情報）が求まる。この分布情報は、例えば、図２(Ｂ)に熱中性子検出率の分布情報から図２（Ｃ）に示すその分布情報を引いたものであり、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２、及び時刻Ｔ３から時刻Ｔ４等における水領域ａに対する熱中性子検出率の分布情報となる。バックグラウンド領域ｂに対する熱中性子検出率の分布情報は含まれていない。保温材１２内に水が存在しない場合には、熱中性子検出率は零となる。データ処理装置９は、さらに、上記の演算で得られた水領域ａに対する熱中性子検出率の分布情報を基に水１４の量を求め、その分布情報が発生している時刻（例えば、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２）を基に水１４が存在する位置を求める。高速中性子２０は１マイクロ秒当たり約２２ｍ進むので、中性子発生管１から照射された高速中性子２０が液体１０及び水１４の位置に到達する時刻は実質的に同じである。水１４が存在している位置は、高速中性子２０が水１４で減速されて発生した熱中性子２１の速度、金属カバー１３と３Ｈｅ比例計数管２の間の距離、金属カバー１３の肉厚、及び水領域ａに対する熱中性子検出率の分布情報が発生している時刻に基づいて求められる。得られた、水１４の量及び水１４の存在位置の各情報は、表示装置１６に出力されて表示される。
【００２７】
高速中性子２０の照射方向と逆方向に進行する熱中性子２１を計測することによって、保温材１２内に存在する水１４の位置及び水１４の量を検出できる原理を以下に説明する。検出される熱中性子２１は、高速中性子２０が水１４及び配管１１内の液体１０のそれぞれの中でエネルギーを失うことによって生成されるので、熱中性子２１の検出率と水１４の量、及び熱中性子２１の検出率と液体１０の量は、それぞれ相関関係がある。計測したい量は水１４の量であるが、液体１０による熱中性子２１の生成量の割合が大きい場合は、水１４の計測が困難になる。そこで、３Ｈｅ比例計数管２で計測された熱中性子２１のうち、液体１０によって生成された熱中性子２１に対する水１４によって生成された熱中性子２１の割合を大きくするために、熱中性子２１の速度が１０マイクロ秒あたり約２．２ｃｍであることを利用する。水１４と３Ｈｅ比例計数管２の間の距離は液体１０と３Ｈｅ比例計数管２の間の距離よりも短いので、水１４からの熱中性子２１は、液体１０からの熱中性子２１よりも早く３Ｈｅ比例計数管２で検出される。原理的には、１０マイクロ秒程度の時間分解能で検出率を測定できる。このため、２．２ｃｍ程度の位置の分解能が得られる。高速中性子２０から熱中性子２１が生成されるまでの時間等の時間の広がり（熱中性子２１の速度分布に応じた検出時刻の広がり）、水１４から３Ｈｅ比例計数管２までの最短距離と最長距離の違い（３Ｈｅ比例計数管２が棒状であるため、計数管２の先端部とその後端部では検出時刻に差が生じる）、及び液体１０から３Ｈｅ比例計数管２までの最短距離と最長距離の違いのそれぞれの影響を、検出時刻が受けるために、水１４からの熱中性子２１と液体１０からの熱中性子を完全に分離することはできない。しかしながら、３Ｈｅ比例計数管２で検出される熱中性子２１の検出率を、中性子発生管１で発生する高速中性子２０の発生時刻を基準にして計測することによって、水１４により生成された熱中性子の検出率を得ることができる。すなわち、その発生時刻を基点にして、第２の制御指令が出力されるサンプリング時間（計測時間）毎に、３Ｈｅ比例計数管２からの出力信号に基づいて得られた熱中性子２１の検出率から、バックグラウンドの熱中性子検出率（例えば、液体１０からの熱中性子の検出率等）を差し引くことによって、その計測時間毎における、水１４により生成された熱中性子の検出率が得られる。バックグラウンドの熱中性子検出率は、前述したように、保温材１２内に水１４がない状態で、高速中性子２０を保温材１２に向かって照射し、３Ｈｅ比例計数管２で熱中性子２１を計測することによって得ることができる。水領域ａに対する熱中性子検出率の分布情報が発生している時刻、及び水１４で発生した熱中性子の速度に基づいて水１４が存在する位置を求めることができる。また、保温材１２内の水１４の量は、以下のようにして求められる。予め水１４の量に応じた熱中性子２１の検出率を計測しておき、水１４の量と対応する熱中性子検出率をデータ処理装置９のメモリに記憶しておく。３Ｈｅ比例計数管２からの出力信号に基づいて求められた熱中性子検出率に対応する水１４の量をメモリから読み出すことにより、水１４の量を計測することができる。
【００２８】
配管１１の保温材１２内の水分検査の結果の一例を図２に示す。中性子発生管１は、時刻Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５に、時間幅ｔの高速中性子２０をパルス状に発生する。発生した高速中性子２０は水１４により熱中性子２１となり、この熱中性子２１は、パルス状の高速中性子２０の発生時刻に対応して、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２の間、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４の間、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６の間でそれぞれ検出される。また、発生した高速中性子２０は配管１１内の液体１０により熱中性子２１となり、この熱中性子２１は、やはりパルス状の高速中性子２０の発生時刻に対応して、主に時刻Ｔ１から時刻Ｔ３の間、時刻Ｔ３から時刻Ｔ５の間、時刻Ｔ５から時刻Ｔ７の間でそれぞれ検出される。したがって、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２まで間、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４の間、及び時刻Ｔ７から時刻Ｔ８までの間のそれぞれの熱中性子検出率といった時刻に対応した熱中性子検出率を測定することによって、液体１０による熱中性子２１の検出率に対する水１４による熱中性子２１の検出率の割合を高くすることが可能となり、水１４を高い精度で検出することが可能となる。
【００２９】
本実施例は、単一エネルギーを有するパルス状の高速中性子を検査対象箇所に照射するので、配管１１内で液体１０が流れている状態で、高速中性子２０の発生時刻を基点に、照射した高速中性子２０に対応した熱中性子の検出率分布を得ることができる。このため、配管１１内の液体１０の流れを停止させないで保温材１２内で水１４が存在している位置を精度良く測定することができる。保温材１２内に存在する水１４の量もより精度よく計測することができる。
【００３０】
複数のエネルギーを有する高速中性子を検査対象箇所に照射した場合には、液体２０及び水１４によってエネルギーの異なる複数の熱中性子が生成される。これらの熱中性子が３Ｈｅ比例計数管２で検出されたとき、それぞれのエネルギーの熱中性子の検出率のそれぞれの分布が重なってしまい、Ｓ／Ｎ比が悪化する。本実施例は、単一エネルギーの高速中性子を照射しているので、検出される検出率のＳ／Ｎ比は向上する。パルス状の高速中性子を照射しているため、高速中性子２０の発生時刻を基点にした熱中性子の検出率分布を得ることができる。したがって、上記したように、配管１１内に液体１０が流れている状態であっても、保温材１２内で水１４が存在している位置（配管１１が腐食している位置または配管１１が腐食しやすい位置）を精度良く測定することができる。
【００３１】
本実施例は、化学プラントの運転を停止せずに、すなわち、配管１１内に液体１０を流している状態で、保温材１２内に水１４が存在するか否かを知ることができ、水１４が存在する場合には水１４の存在する位置をより精度良く求めることができる。化学プラントの運転が停止されないので、化学プラントの稼働率を向上させることができる。
【００３２】
また、本実施例は、中性子発生管１として重水素と重水素の核融合反応を利用して高速中性子を発生する装置を用いるため、重水素の加速方向における高速中性子の発生率が高くなる。したがって、重水素の加速方向を高速中性子の配管への照射方向とすることによって、全体の高速中性子の発生率に対する配管１１に照射される高速中性子の発生率の割合を高めることができ、効率の良い高速中性子の照射ができる。さらに、バックグラウンドを低くすることができることので、保温材１２内で水１４が存在している位置をより高精度で検出することができる。
【００３３】
本実施例は、３Ｈｅ比例計数管２において、発生した陽子のエネルギーが内部で失われるとき、失われたエネルギーに対応した電流信号を検出している。しかしながら、中性子検出器は発生した陽子の個数を計測してもよい。この陽子以下に述べる理由により計測が可能になる。中性子検出器としてシンチレータを用いた場合は、陽子一個が入射するたびに一回光る。その光を光電子増倍管等を用いて電気信号に変換することで、個数を計測できる。半導体検出器を用いた場合も、一個の陽子が入射したときに、プリアンプ及びアンプを通すことで、一個のパルス状の電圧が計測できる。その電圧パルスの個数を計測することで陽子の個数を計測できる。計測された陽子の個数に基づいて熱中性子の検出率を求める。この場合も、この熱中性子検出率に基づいて、前述と同様に、水１４が存在する位置及び水１４の量を求めることができる。陽子の個数の計測は、電流信号を計測する場合に比べて、熱中性子検出率を精度良く計測することができ、保温材１２内の水１４の位置および水１４の量をより精度良く求めることができる。陽子の個数を計測する場合には、多チャンネル波高分析器８は不要で、増幅器７の出力を、直接、データ処理装置９に入力すればよい。このため、配管検査装置の構成が図１の構成よりも単純化できる。
【実施例２】
【００３４】
本発明の他の実施例である実施例２の配管検査装置を、図５に基づいて説明する。本実施例の配管検査装置１５Ａは、３Ｈｅ比例計数管、前置増幅器６、増幅器７及び多チャンネル波高分析器８をそれぞれ４つ備えている以外は実施例１の配管検査装置１５の構成と同じである。これらの３Ｈｅ比例計数管は、一対の３Ｈｅ比例計数管２Ａ及び一対の３Ｈｅ比例計数管２Ｂを含んでいる。前置増幅器６、増幅器７及び多チャンネル波高分析器８は、実施例１のように互いに接続されている。各前置増幅器６が、一対の３Ｈｅ比例計数管２Ａ及び一対の３Ｈｅ比例計数管２Ｂにそれぞれ接続される。各多チャンネル波高分析器８が１つのデータ処理装置９に接続される。電源３が中性子発生管１に接続される。高圧電源５が４つの前置増幅器６にそれぞれ接続される。図５では、３つの前置増幅器６と高圧電源５の接続の図示を図面が煩雑になるために省略した。制御装置４は、第１制御指令を高圧電源３に出力し、第２制御指令を４つの多チャンネル波高分析器８に出力する。
一対の３Ｈｅ比例計数管２Ａ及び一対の３Ｈｅ比例計数管２Ｂが、それぞれ、中性子発生管１の軸心に対して対称になるように、中性子発生管１の両側に配置される。中性子発生管１、３Ｈｅ比例計数管２Ａ，２Ｂのそれぞれの軸心は配管１１の中心を向いている。一対の３Ｈｅ比例計数管２Ａのそれぞれ、及び一対の３Ｈｅ比例計数管２Ｂのそれぞれは、配管１１内の液体１０から等距離の位置に位置している。
【００３５】
第１制御指令に基づいて各中性子発生管２から金属カバー１３に単一エネルギーの高速中性子２０が照射される。この高速中性子は、第１制御指令が出力される時刻毎にパルス状に発生する。生成された熱中性子は該当する３Ｈｅ比例計数管に入射される。それぞれの３Ｈｅ比例計数管に接続される各多チャンネル波高分析器８で得られた各陽子のエネルギースペクトル情報は、データ処理装置９に入力される。データ処理装置９は、これらの陽子のエネルギースペクトル情報を基に実施例１と同様な処理を行い、それぞれの３Ｈｅ比例計数管に対応した、熱中性子検出率の分布情報の算出及び図２(Ａ)及び図２(Ｂ)の画像情報を作成する。水１４が存在しない場合には、図２(Ａ)及び図２(Ｃ)の画像情報を作成する。
【００３６】
本実施例は、水１４が保温材１２内で偏在する場合に、水１４から３Ｈｅ比例計数管２Ａ及び３Ｈｅ比例計数管２Ｂまでの距離が異なるので、水１４により近い位置にある３Ｈｅ比例計数管がより高い熱中性子検出率を示す。データ処理装置９は、この検出率の違いを用いて、保温材１２内における水１４の有り無しを判定することができる。水１４が保温材１２内に均一に存在する場合は、水１４の量に対応した熱中性子２１の検出率を前もって計測しておく必要があるが、偏在する場合は本実施例による簡易計測が可能となる。
本実施例は、実施例１で生じる効果も得ることができる。
【実施例３】
【００３７】
本発明の他の実施例である実施例３の配管検査装置を、図６に基づいて説明する。本実施例の配管検査装置１５Ｂは、実施例２における中性子発生管１及び一対の３Ｈｅ比例計数管２の組を三組備えている。これらの三組の中性子発生管１及び一対の３Ｈｅ比例計数管２は、検査対象の配管１１の周囲に１２０°間隔に配置され、配管１１を取り囲む環状の連結具（移動体）１７に取り付けられる。一対の３Ｈｅ比例計数管２が、それぞれ、中性子発生管１の軸心に対して対称になるように、中性子発生管１の両側に配置される。連結具１７は、金属カバー１３の表面に設置され、金属カバー１３を取り囲むガイドレール（ガイド装置）２８に移動可能に取り付けられる。三組の中性子発生管１及び一対の３Ｈｅ比例計数管２は、連結具１７をガイドレール２８に沿って移動させることにより、金属カバー１３の周囲を回転する。
【００３８】
配管検査装置１５Ｂは、実施例２の配管検査装置１５Ａと同様に、３Ｈｅ比例計数管２毎に前置増幅器６、増幅器７及び多チャンネル波高分析器８を備えている。６つの多チャンネル波高分析器８が１つのデータ処理装置９に接続されている。制御装置４からの第２制御指令が各多チャンネル波高分析器８に入力される。各中性子発生管１及び各３Ｈｅ比例計数管２のそれぞれの軸心は配管１１の中心を向いている。
【００３９】
連結具１７を、所定の角度だけ回転させた後、その角度で保持し、３つの中性子発生管１のそれぞれから高速中性子を保温材１２に照射する。保温材１２内に存在する水１４、及び配管１１内の液体１０で生成された熱中性子が各３Ｈｅ比例計数管２で計測される。
ある角度での熱中性子の計測が終了したとき、連結具１７が所定角度だけ回転される。このようにして、中性子発生管１及び３Ｈｅ比例計数管２の金属カバー１３の周囲での移動及び保持を所定角度ずつ繰り返しながら、保温材１２の周方向全域に亘って、熱中性子の計測が行われる。配管１１の周方向において水１４が保温材１２に偏在する場合には、水１４から、１つの中性子発生管１の両側に位置する２つの３Ｈｅ比例計数管２までの距離が異なる。このため、これらの３Ｈｅ比例計数管２のうち、水１４に近い位置にある３Ｈｅ比例計数管２の出力信号で得られた熱中性子の検出率が大きな値となる。したがって、実施例２のように１つの中性子発生管１に複数対の３Ｈｅ比例計数管を設ける必要がなく、１つの中性子発生管１に対して設けた一対の３Ｈｅ比例計数管２を配管１１の周囲で回転させることだけで、配管検査装置１５Ｂは保温材１２の周方向の全域に亘って水１４の有り無しを判定することができる。
【００４０】
本実施例は、実施例２で生じる効果を得ることができ、さらに、中性子発生管１一つ当たりの３Ｈｅ比例計数管２の個数を低減することができる。なお、１つの中性子発生管１及び一対の３Ｈｅ比例計数管２の組を三組でなく一組だけ設けても、検査時間は掛かるが、保温材１２の周方向全域での検査が可能である。
【実施例４】
【００４１】
本発明の他の実施例である実施例４の配管検査装置を、図７に基づいて説明する。図７は、本実施例の配管検査装置１５Ｃの中性子発生管１及び一対の３Ｈｅ比例計数管２の部分のみを示しており、配管検査装置１５Ｃのこれら以外の部分の構成を省略している。この省略された部分の構成は、図５における中性子発生管１及び一対の３Ｈｅ比例計数管２に関連する構成である。本実施例において、中性子発生管１の軸心は配管１１の中心に向かって配置され、その軸心は水平方向に伸びている。この中性子発生管２の両側に位置する一対の３Ｈｅ比例計数管２のそれぞれの軸心は、３Ｈｅ比例計数管２から配管１１を見たときに、配管１１の軸心と直交するように配置されている。換言すれば、その一対の３Ｈｅ比例計数管２のそれぞれの軸心は、中性子発生管１の軸心と交差する（直交する）一つの面に沿って実質的に並行に配置されている。このように３Ｈｅ比例計数管２を配置している本実施例は、保温材１２に向き合う３Ｈｅ比例計数管２の面積が大きくなるので、３Ｈｅ比例計数管２に入射される熱中性子の飛行距離の幅が広くなる。したがって、本実施例は、水１４で生成された熱中性子の検出率の検出効率が向上する。これは、保温材１２内に存在する水１４の計測に要する時間をより短縮することができる。本実施例は、実施例１で生じる効果も得ることができる。ちなみに、実施例１，２及び３は、３Ｈｅ比例計数管２を、その軸心が配管１１の半径方向を向くように配置している。
【実施例５】
【００４２】
本発明の他の実施例である実施例５の配管検査装置を、図８に基づいて説明する。図８は、本実施例の配管検査装置１５Ｄの中性子発生管１及び一対の３Ｈｅ比例計数管２の部分のみを示しており、配管検査装置１５Ｄのこれら以外の部分の構成を省略している。この省略された部分の構成は、実施例４の配管検査装置１５Ｃと同じである。配管検査装置１５Ｄは、配管検査装置１５Ｃの一対の３Ｈｅ比例計数管２の、配管１１（具体的には金属カバー１３）と面しない部分に、熱中性子遮へい材１８を取り付け、その部分を熱中性子遮へい材１８で覆った構成となっている。熱中性子遮へい材１８は、熱中性子吸収率が高いガドリニウム、カドミウム及びハウニウム等の熱中性子吸収材で構成される。
【００４３】
水１４の量に対応した熱中性子の検出率を予め計測し、この予め計測している熱中性子検出率と実際の配管１１の検査で計測した熱中性子検出率を比較するためには、中性子発生管１での高速中性子の発生率を正確に計測する必要がある。中性子発生管１での高速中性子の発生率を計測するために、配管検査装置１５Ｄは、図９に示すように、高速中性子計測装置２４Ａを、中性子発生管１に近接して設置している。高速中性子計測装置２４Ａは、熱中性子を計測する中性子検出器である３Ｈｅ比例計数管２Ｃの外面を中性子減速材１７で囲い、さらにその中性子減速材１７の外側を熱中性子吸収材１６で取り囲んで構成されている。高速中性子計測装置２４Ａによる高速中性子の計測について説明する。中性子発生管１内に設けられたターゲット２３Ａによって発生する高速中性子２１は、保温材１２に照射されると共に、一部が高速中性子計測装置２４に入射される。この高速中性子は中性子減速材１７で減速されて熱中性子２１Ａとなり、この熱中性子２１Ａが３Ｈｅ比例計数管２Ｃで検出される。中性子減速材１７による減速によって生成された熱中性子２１Ａ以外の熱中性子は、中性子吸収材１６で吸収されるので、３Ｈｅ比例計数管２Ｃによって検出されない。３Ｈｅ比例計数管２Ｃによって検出された熱中性子２１Ａの検出率は、中性子発生管１に対する３Ｈｅ比例計数管２Ｃの設置位置を固定することによって、中性子発生管１で発生した高速中性子２０の発生率に比例する。３Ｈｅ比例計数管２Ｃで熱中性子２１Ａの検出率を計測することによって、高速中性子の発生率の相対値を計測することができる。
【００４４】
このような本実施例は、配管１１側以外から飛来する熱中性子を遮蔽することができ、熱中性子のバックグランドをさらに低減することができる。本実施例は、実施例４で生じる効果を得ることができる。
【実施例６】
【００４５】
本発明の他の実施例である実施例６の水分検出装置及びこれを用いた水分検出方法を、図１０に基づいて説明する。本実施例の水分検出装置３０は、実施例１の配管検査装置１５と同じ構成を有する。本実施例における検査対象物は、化学プラントの蒸留塔３１であり、屋外に設置されている。
【００４６】
保温材１２が蒸留塔３１の周囲を取囲んで蒸留塔３１に取り付けられている。金属カバー１３が保温材１２の外面を覆っている。蒸留塔３１内には、液体（例えば、重油、軽油、灯油及び化学物質等のいずれか）１０が流れている。中性子発生管１及び３Ｈｅ比例計数管２は、金属カバー１３の表面に対向し、それぞれの軸心が蒸留塔３１の半径方向を向いて配置される。水１４が保温材１２内に存在していることを想定する。
【００４７】
水分検出装置３０は、配管検査装置１５と同様に機能して蒸留塔３１を取囲む保温材１２内の水１４を検出する。この水分検出装置３０による水１４の検出の概略を以下に説明する。
【００４８】
中性子発生管１は、時間幅ｔの高速中性子２０をパルス状に発生する。中性子発生管１から放出された高速中性子２０は、金属カバー１３、保温材１２、保温材１２内に存在する水１４、蒸留塔３１及び蒸留塔３１内を流れる液体１０のそれぞれの構成元素と弾性散乱することによって、エネルギーを失い、より低いエネルギーの熱中性子となる。高速中性子２０は、金属カバー１３、保温材１２及び蒸留塔３１によってはエネルギーをほとんど失わず、水１４及び液体１０によって主にエネルギーを失って熱中性子となる。
【００４９】
発生した熱中性子のうち、高速中性子２０の照射方向とは逆の方向に飛来する熱中性子が、３Ｈｅ比例計数管２で検出される。熱中性子の検出によって３Ｈｅ比例計数管２から出力された電流信号は、前置増幅器６及び増幅器７を通過する際に電圧信号に変換され、多チャンネル波高分析器８に入力される。多チャンネル波高分析器８は、その電圧信号の高さを分析し、前述したように、核反応によって生じた陽子のエネルギースペクトルを求める。このエネルギースペクトルの情報は、多チャンネル波高分析器８からデータ処理装置９に入力される。
【００５０】
データ処理装置９は、入力したそれぞれの高速中性子発生率情報及び算出されたそれぞれの熱中性子検出率情報（熱中性子強度情報）に基づいて、実施例１と同様に、図２に示すそれぞれの画像情報を作成し、この画像情報を表示装置１６に出力する。さらに、データ処理装置９は、実施例１と同様にして、保温材１２内の水１４の量、及び水１４が存在する位置を求める。得られた、水１４の量及び水１４の存在位置の各情報は、表示装置１６に出力されて表示される。
【００５１】
本実施例は、実施例１で生じる効果を、蒸留塔３１を対象にして得ることができる。水１４が存在している位置を知ることによって、蒸留塔３１の腐食している位置または腐食の可能性のある位置を知ることができる。
【００５２】
水分検出装置３０の替りに、実施例２〜５でそれぞれ用いられる配管検査装置１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ及び１５Ｄのいずれかを、水分検出装置として用いてもよい。また、配管検査装置１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ及び１５Ｄのいずれかを水分検出装置として用いて、蒸留塔３１以外の検査対象物である蒸留塔、反応塔、反応槽、吸着塔及び混合槽等の塔及び槽、及びタンクの検査、すなわち、これらの検査対象物を取囲む保温材内の水の検出を、蒸留塔３１と同様に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の配管検査装置の構成図である。
【図２】実施例１で計測された熱中性子の検出率の分布を示し、（Ａ）はパルス状の高速中性子の、各発生時刻での発生率を示す画像情報を示す説明図、（Ｂ）は保温材内に水が存在する状態での熱中性子の検出率の画像情報の説明図、(Ｃ)は温材内に水が存在しない状態での熱中性子の検出率の画像情報の説明図である。
【図３】実施例１で用いられる高速中性子計測装置の構成図である。
【図４】角度に対応した、重水素と重水素の核融合反応による高速中性子発生率を示した特性図である。
【図５】本発明の他の一実施例である実施例２の配管検査装置の構成図である。
【図６】本発明の他の一実施例である実施例３の配管検査装置の構成図である。
【図７】本発明の他の一実施例である実施例４の配管検査装置の構成図であり、（Ａ）は３Ｈｅ比例計数管から配管を見たときの、中性子発生管及び３Ｈｅ比例計数管の配置を示す説明図、及び（Ｂ）は（Ａ）のＶ−Ｖ断面図である。
【図８】本発明の他の一実施例である実施例５の配管検査装置の構成図であり、（Ａ）は３Ｈｅ比例計数管から配管を見たときの、中性子発生管及び３Ｈｅ比例計数管の配置を示す説明図、及び（Ｂ）は（Ａ）のＶＩ−ＶＩ断面図である。
【図９】実施例５の配管検査装置で用いられる高速中性子計測装置の構成図である。
【図１０】本発明の他の一実施例である実施例６の水分検出装置の構成図である。
【符号の説明】
【００５４】
１…中性子発生管、２…３Ｈｅ比例計数管（中性子検出器）、４…制御装置、８…多チャンネル波高分析器、９…データ処理装置、１０…液体、１１…配管、１２…保温材、１３…金属カバー、１４…水、１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ…配管検査装置、１６…表示装置、１７…連結具、１８…中性子減速材、１９…荷電粒子検出器、２０…高速中性子、２１，２１Ａ…熱中性子、２３，２３Ａ…ターゲット、２４，２４Ａ…高速中性子計測装置、２６…陽子、３０…水分検出装置、３１…蒸留塔。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水分検出方法、水分検出装置及び配管検査装置に係り、特に、化学プラントの蒸留塔等の塔及び槽、及び配管の周囲に設けられた保温材内の水分の検出に適用するのに好適な水分検出方法、水分検出装置及び配管検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、化学プラント等のプラントにおける配管検査、すなわち、配管を取囲む保温材内の水分の検出は、目視、超音波または渦電流を用いて実施されていた。しかし、この配管検査方法では、金属カバー及び保温材を取り除く必要があるため、配管検査に多大な労力及び時間を要していた。また、その配管検査時に化学プラントを停止する必要があった。
【０００３】
金属カバー及び保温材を取り除かないで配管検査を行う方法としては、配管の腐食の原因となる保温材中の水分を計測する方法がある。この方法は、カリフォルニウム等の中性子線源から発生する中性子を金属カバーの外側から照射し、保温材中の水分によって中性子が減速され、その後、中性子の照射方向と逆方向に散乱されてくる熱中性子束を測定する方法である（特公平７−５８２５３号公報）。測定された熱中性子に基づいて保温材に含まれた水分の量を同定する。
【０００４】
【特許文献１】特公平７−５８２５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特公平７−５８２５３号公報に記載された方法は、中性子線源から発生する熱中性子のバックグラウンド及び検査対象以外からの熱中性子のバックグラウンドの影響を受けるため、保温材に含まれた水分の量を精度良く測定することができない。特に、化学プラントの配管内を流れる液体（重油、灯油等）で減速されて発生する熱中性子と保温材に含まれた水分で減速されて発生する熱中性子の区別がつかないため、配管内に液体が流れている化学プラントの運転中での、特許文献１記載の方法による配管検査が困難である。
【０００６】
本発明の目的は、検査対象物内の液体の流れを停止させないで保温材内の水の位置を精度良く測定できる水分検出方法、水分検出装置及び配管検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、単一エネルギーを有するパルス状の高速中性子を内部に液体が存在する検査対象物の周囲に取り付けられている保温材に照射し、その高速中性子によって生成されて高速中性子の照射方向とは逆方向に進む熱中性子の強度の時間変化を、パルス状の高速中性子の発生時点を基点に算出し、得られたその時間変化の情報に基づいて保温材内における水の位置を求めることにある。
【０００８】
本発明は、単一エネルギーを有するパルス状の高速中性子を検査対象箇所の保温材に照射するので、検査対象物（例えば配管）内に液体が流れている状態での、高速中性子の照射方向とは逆方向に進む熱中性子の強度の時間変化を、高速中性子の発生時点を基点に算出することができる。
このため、得られたその時間変化の情報に基づいて熱中性子が生成された時間を求めることができるので、検査対象物（例えば配管）内に液体が流れている状態でも、保温材内における水の位置を求めることができる。したがって、検査対象物（例えば配管）内の液体の流れを停止させないで保温材内の水の位置を精度良く測定できる。
【０００９】
「高速中性子の照射方向とは逆方向に進む熱中性子」は、その照射方向と１８０°反対の方向だけではなく、照射方向と１８０°反対の方向に向かって進む速度成分を有する熱中性子も含んでいる。
【００１０】
検査対象物としては、蒸留塔、反応塔、反応槽、吸着塔及び混合槽等の塔及び槽、タンク（プラントで用いる化学薬品を充填したタンク及び石油タンク等）及び配管がある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、配管内の液体の流れを停止させないで保温材内の水の位置を精度良く測定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、発明者らが検査対象物（配管及び蒸留塔）内を流れる液体で減速されて発生する熱中性子と保温材内に存在する水分で減速されて発生する熱中性子を見分ける方法を種々検討して得た新たな知見に基づいて成されたものである。この知見は、単一エネルギーを有するパルス状の中性子を保温材に照射することによって、それらの熱中性子を見分けることができる、というものである。検査対象物としては、配管及び蒸留塔以外に、反応塔、反応槽、吸着塔及び混合槽等の塔及び槽、さらにはタンクがある。上記の新たな知見の内容を以下に具体的に説明する。以下の説明は、検査対象物である配管を対象にして説明するが、塔、槽及びタンクでも同様なことが言える。
【００１３】
単一エネルギーを有するパルス状の高速中性子を発生する中性子発生装置として、例えば、重水素と重水素の核融合反応を利用してその中性子を発生する装置を用いた。加速した重水素イオンをチタン等の水素吸蔵合金に吸蔵した重水素にパルス的に衝突させることによって、約２．５ＭｅＶのエネルギーの中性子がパルス的に発生する。金属カバーで覆われている保温材を取り付けた配管に、発生したパルス状の高速中性子（以下、パルス高速中性子という）を金属カバーの外側から照射する。約２．５ＭｅＶのエネルギーの高速中性子は、速度が約２．２×１０７ｍ／秒であるため、１マイクロ秒当たり約２２ｍ進む。照射されたパルス状の高速中性子は、金属カバー、保温材、保温材中の水分、配管及び配管内の液体によって散乱され、エネルギーを失って熱中性子になる。その高速中性子は、金属による散乱ではほとんどエネルギーを失わず、水分等に含まれる軽元素による散乱によって大部分のエネルギーを失い、数マイクロ秒で熱中性子化される。このような熱中性子のうち、パルス状の高速中性子の照射方向に対して逆方向に進んでくる熱中性子を３Ｈｅ中性子検出器等の中性子入射装置に入射させた。熱中性子の平均エネルギーは０．０２５ｅＶであり、速度が約２２００ｍ／秒であることから、１０マイクロ秒あたり約２．２ｃｍ進むことになる。この熱中性子は、熱中性子化した位置から中性子入射装置に入射するまでに要した時間が経過した時刻に、中性子入射装置で検出される。単一エネルギーを有するパルス状の高速中性子が発生した時刻を基準にした熱中性子の検出時刻から、熱中性子化した位置を同定することができる。その時刻に計測される熱中性子束から水分量を同定できる。したがって、中性子発生装置で発生した、単一エネルギーを有するパルス状の高速中性子を用いること、この高速中性子の発生時刻を基点にした、熱中性子の計数率の時間変化を計測することによって、熱中性子化した位置を同定することができるため、配管内に液体が流れる状態で保温材内に存在する水の位置をより精度良く求めることができる。化学プラント等のプラントの運転を停止せずに、保温材に高速中性子を照射し、この照射により生成された熱中性子を計測してその水の位置を求めることができる。プラントの運転が停止されないので、プラントの稼働率を向上させることができる。
【００１４】
以下、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１５】
本発明の好適な一実施例である実施例1の配管検査装置を、図１に基づいて説明する。
この配管検査装置は、検査対象物である配管における腐食している箇所及び腐食の可能性のある箇所を検出する水分検出装置の一種であり、後述の実施例２〜５の各配管検査装置も水分検出装置に含まれる。本実施例の配管検査装置１５は、中性子発生管（中性子発生装置）１、中性子検出器である３Ｈｅ比例計数管（中性子入射装置）２、制御装置４、多チャンネル波高分析器８及びデータ処理装置９を備えている。中性子検出器としてＢＦ３比例計数管２を用いてもよい。電源３がケーブルにて中性子発生管１に接続される。３Ｈｅ比例計数管２は前置増幅器６及び増幅器7を介して多チャンネル波高分析器８に接続される。高圧電源５が前置増幅器６に接続される。データ処理装置９が多チャンネル波高分析器８及び表示装置１６に接続される。制御装置４は、電源３及び多チャンネル波高分析器８に接続される。中性子発生管1及び３Ｈｅ比例計数管２は支持部材（図示せず）に取り付けられている。
【００１６】
保温材１２が検査対象物である配管１１の周囲を取囲んで配管１１に取り付けられている。配管１１は例えば化学プラントの配管である。金属カバー１３が保温材１２の外面を覆っている。配管１１内には、液体（例えば、重油、軽油、灯油及び化学物質等のいずれか）１０が流れている。中性子発生管１及び３Ｈｅ比例計数管２は、金属カバー１３の表面に対向し、それぞれの軸心が配管１１の半径方向を向いて配置される。
【００１７】
保温材１２内に存在する水１４は、屋外に設置された配管１１の金属カバー１３の隙間等から金属カバー１３と配管１１の間に浸入した雨水である。この水１４が配管１１の腐食の原因となる。化学プラントの屋外に配置された配管１１を対象に、配管検査装置１５を用いて行う検査を以下に説明する。配管検査装置１５は、検査員が手に持って移動可能な重量及び大きさになっている。検査員は、配管検査装置１５の中性子発生管１及び中性子検出器である３Ｈｅ比例計数管２を、支持部材に取り付けて、検査箇所の金属カバー１３の外面から所定の距離だけ離して配置する。この支持部材は、配管１１が設置されている地面またはコンクリート表面の上に倒れないようにして置かれる。検査員は、データ処理装置９に接続された入力装置（図示せず）から配管１１の直径、保温材１２及び金属カバー１３の各厚み、金属カバー１３から中性子発生管1及び３Ｈｅ比例計数管２までの距離、配管１１内を流れる液体１０の種類名（例えば、灯油、重油及び化学物質等の名称）及び保温材の材質等の情報を入力する。これらの情報はデータ処理装置９のメモリ（図示せず）に記憶される。
【００１８】
制御装置４は、クロック発生器（図示せず）からのクロック信号に基づいて所定の第１の時間間隔でパルス状の第１制御指令を発生し、この第１制御指令に基づいて電源３を制御する。電源３は、第１の時間間隔でＯＮ，ＯＦＦされ、ＯＮの状態において中性子発生管２に高電圧を印加する。これにより、中性子発生管２は、第１の時間間隔でパルス状の高速中性子２０を発生する。具体的には、図２(Ａ)に示すように、中性子発生管１は、第１の時間間隔になっている時刻Ｔ１，Ｔ３，Ｔ５，Ｔ７……で、時間幅ｔの高速中性子２０をパルス状に発生する。中性子発生管１として、重水素と重水素の核融合反応により高速中性子を発生させる中性子発生管を用いる。この中性子発生管１は、約２．５ＭｅＶの単一エネルギーの高速中性子２０を発生する。中性子発生管１として、トリチウムと重水素の核融合反応により高速中性子を発生させる中性子発生管を用いることも可能である。
この場合には、約１４ＭｅＶの単一エネルギーの高速中性子２０が中性子発生管内で発生する。
【００１９】
発生した高速中性子２０は、金属カバー１３、保温材１２、保温材１２内に存在する水１４、配管１１及び配管１１内を流れる液体１０のそれぞれの構成元素と弾性散乱することによって、エネルギーを失い、より低いエネルギーの熱中性子２１となる。高速中性子２０は、主に原子番号の小さい元素（例えば水素元素）との弾性散乱によって多くのエネルギーを失い、原子番号の大きい元素との弾性散乱によってはほとんどエネルギーを失わない。このため、高速中性子２０は、金属カバー１３、保温材１２及び配管１１によってはエネルギーをほとんど失わず、水１４及び液体１０によって主にエネルギーを失って熱中性子２１となる。
【００２０】
熱中性子２１は、高速中性子２０が弾性散乱されることによってエネルギーを失ったものであるので、全方向に飛行する可能性がある。これらの熱中性子２１のうち、高速中性子２０の照射方向とは逆の方向に飛来する熱中性子２１が、３Ｈｅ比例計数管２で検出される。高圧電源５からの高電圧が前置増幅器６を介して３Ｈｅ比例計数管２に印加されている。３Ｈｅ比例計数管２は、熱中性子２１と３Ｈｅの核反応によって発生する荷電粒子である陽子を検出することによって熱中性子２１を検出する。すなわち、３Ｈｅ比例計数管２は、発生した陽子のエネルギーが内部で失われるとき、失われたエネルギーに対応した電流信号を発生する。３Ｈｅは熱中性子以外との反応が非常に小さいので、３Ｈｅ比例計数管２は、入射される高速中性子２０をほとんど検出せずほぼ熱中性子２１のみを検出する。３Ｈｅ比例計数管２から出力されたその電流信号は、前置増幅器６及び増幅器７を通して電圧信号に変換され、多チャンネル波高分析器８に入力される。多チャンネル波高分析器８は、その電圧信号の高さを分析し、上記の核反応によって生じた陽子のエネルギースペクトルを求める。このエネルギースペクトルの情報は、多チャンネル波高分析器８からデータ処理装置９に入力される。多チャンネル波高分析器８は、制御装置４から上記のクロック信号により定まる所定の第２の時間間隔で出力されるパルス状の第２の制御指令（サンプリング指令）に基づいて第２の時間間隔でサンプリングした電圧信号毎に陽子のエネルギースペクトル情報を求める。第２の時間間隔は第１の時間間隔よりもはるかに短くなっている。このため、例えば、時刻Ｔと時刻Ｔ３の間で、上記の電圧信号のサンプリングは多数回行われ、多チャンネル波高分析器８で求められる陽子のエネルギースペクトルの数も同じ数になる。上記の電圧信号のサンプリング、すなわち、熱中性子の計測は、中性子発生管１で発生する高速中性子２０の発生時刻（例えば、時刻Ｔ１，Ｔ３，Ｔ５，Ｔ７……）を基点にし、第２の制御指令に基づいて行われる。
【００２１】
データ処理装置９は、入力したそれぞれの陽子のエネルギースペクトル情報に対して以下の処理を実行する。すなわち、陽子のエネルギースペクトル情報から熱中性子のエネルギースペクトルの情報を取り出す。換言すれば、陽子のエネルギースペクトル情報からγ線のエネルギースペクトル情報等のノイズ情報を分離することによって、熱中性子のエネルギースペクトルの情報を得ることができる。得られた熱中性子のエネルギースペクトルの情報を積分して単位時間当たりに３Ｈｅ比例計数管２で検出された熱中性子の個数（熱中性子の検出率）（熱中性子の強度）を算出する。この検出率は、入力した陽子のエネルギースペクトル情報毎に算出される。データ処理装置９は、中性子発生管２で上記の所定の時間間隔で発生したそれぞれの高速中性子２０の発生率の情報を入力する。この発生率の情報は、後述の高速中性子計測装置２４によって得ることができる。
【００２２】
高速中性子計測装置２４を、図３を用いて詳細に説明する。中性子発生管１として、前述したように重水素と重水素の核融合反応を利用して高速中性子を発生する中性子発生管を用いる場合には、高速中性子計測装置２４が用いられる。高速中性子計測装置２４は、荷電粒子検出器１９、前置増幅器６Ａ、増幅器７Ａ、多チャンネル波高分析器８Ａ及びデータ処理装置９Ａを含んでいる。荷電粒子検出器１９、前置増幅器６Ａ、増幅器７Ａ、多チャンネル波高分析器８Ａ及びデータ処理装置９Ａは、この順に相互に接続される。荷電粒子検出器１９は、中性子発生管１の陽子取り出し部２７に設置されている。
【００２３】
中性子発生管１は、上記の核融合反応によって発生する重水素イオン２５を、重水素を吸蔵させたターゲット２３に衝突させて高速中性子及び陽子２６を発生させる。この高速中性子は、保温材１２に照射される。陽子の発生率は高速中性子の発生率と等しい。発生した陽子２６は荷電粒子検出器１９で検出される。荷電粒子検出器１９で検出された陽子の検出信号は、前置増幅器６Ａ及び増幅器７Ａで増幅され、多チャンネル波高分析器８Ａに入力される。多チャンネル波高分析器８Ａは、多チャンネル波高分析器８と同様な処理を行って陽子のエネルギースペクトルを求める。データ処理装置９Ａは、陽子のエネルギースペクトル情報を用いて陽子の検出率を求める。データ処理装置９Ａは、ターゲット２３と荷電粒子検出器１９の相対的な位置関係の情報及び荷電粒子検出器１９の大きさの情報を用いて、陽子全体の発生率に変換する。この陽子全体の発生率が高速中性子の発生率である。
【００２４】
重水素と重水素の核融合反応による高速中性子発生率の角度分布を図４に示す。重水素イオンのエネルギーが約１００ｋｅＶでは、重水素イオン２５の飛行方向と同じ方向に照射される高速中性子の発生率は、その飛行方向と逆方向でのその発生率よりも大きくなる。したがって、重水素と重水素の核融合反応を発生する中性子発生管１を用いることによって、検査対象の配管１１に多くの高速中性子を照射することができる。中性子発生管１は、ターゲット２３への重水素イオン２５の照射を停止することによって、高速中性子が発生しなくなるので、安全性の高い装置である。
【００２５】
図１に示されるデータ処理装置９は、入力したそれぞれの高速中性子発生率情報及び算出されたそれぞれの熱中性子検出率情報（熱中性子強度情報）に基づいて、図２に示すそれぞれの画像情報を作成し、この画像情報を表示装置１６に出力する。これらの画像情報は、中性子発生管１から放射されるパルス状の高速中性子２０の、各発生時刻での発生率を示す画像情報（図２(Ａ)参照）、及び３Ｈｅ比例計数管２の出力信号を基に得られた陽子のエネルギースペクトル情報を用いて求めた熱中性子の検出率の画像情報（図２(Ｂ)参照）である。図２（Ｂ）に示す画像情報は、保温材１２内に水１４が存在する状態での熱中性子検出率の分布の情報（以下、第１検出率情報という）を示している。この画像情報は、その水１４に基づいて発生した熱中性子の領域ａ（以下、水領域ａという）、及びバックグラウンドの熱中性子の領域ｂ（以下、バックグランウンド領域ｂという）を含んでいる。図２(Ｃ)に示す画像情報は、保温材１２内に水１４が存在しない状態での熱中性子検出率の分布の情報（以下、第２検出率情報という）を示しており、バックグラウンド領域ｂのみが存在する。図２(Ｃ)に示す第２検出率情報は、保温材１２内に水１４が存在しない状態において、前述のようにして高速中性子２０の照射方向とは逆の方向に散乱された熱中性子を計測することによって予め求められ、データ処理装置９のメモリ（図示せず）に記憶されている。保温材１２内に水１４が存在する状態での熱中性子検出率の分布を示す画像情報（図２(Ｂ)）は、データ処理装置９において、第１及び第２検出率情報を用い、これらの情報を重ねるようにして作成される。データ処理装置９で作成された上記の画像情報は表示装置１６に出力される。表示装置１６は、保温材１２内に水１４が存在する場合には図２(Ａ)及び図２(Ｂ)に示された各画像情報を、保温材１２内に水１４が存在しない場合には図２(Ａ)及び図２(Ｃ)に示された各画像情報を、それぞれ表示する。なお、図２(Ｃ)に示す第２検出率情報における熱中性子検出率の分布は、高速中性子２０の照射の回数を重ねるごとに検出率が大きくなっている。これは、熱中性子の寿命が約２０分と高速中性子２０を照射する第１の時間間隔よりも長いので、３Ｈｅ比例計数管２で計測される熱中性子が増えるからである。
【００２６】
データ処理装置９は、配管検査時に入力した陽子のエネルギースペクトル情報毎に算出した熱中性子検出率の分布情報から第２検出率情報を差し引く。この演算によって、保温材１２内に水が存在する場合には、高速中性子２０の発生時刻を基点にしたある期間に零より大きな熱中性子検出率の分布情報（熱中性子の強度の時間変化の情報）が求まる。この分布情報は、例えば、図２(Ｂ)に熱中性子検出率の分布情報から図２（Ｃ）に示すその分布情報を引いたものであり、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２、及び時刻Ｔ３から時刻Ｔ４等における水領域ａに対する熱中性子検出率の分布情報となる。バックグラウンド領域ｂに対する熱中性子検出率の分布情報は含まれていない。保温材１２内に水が存在しない場合には、熱中性子検出率は零となる。データ処理装置９は、さらに、上記の演算で得られた水領域ａに対する熱中性子検出率の分布情報を基に水１４の量を求め、その分布情報が発生している時刻（例えば、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２）を基に水１４が存在する位置を求める。高速中性子２０は１マイクロ秒当たり約２２ｍ進むので、中性子発生管１から照射された高速中性子２０が液体１０及び水１４の位置に到達する時刻は実質的に同じである。水１４が存在している位置は、高速中性子２０が水１４で減速されて発生した熱中性子２１の速度、金属カバー１３と３Ｈｅ比例計数管２の間の距離、金属カバー１３の肉厚、及び水領域ａに対する熱中性子検出率の分布情報が発生している時刻に基づいて求められる。得られた、水１４の量及び水１４の存在位置の各情報は、表示装置１６に出力されて表示される。
【００２７】
高速中性子２０の照射方向と逆方向に進行する熱中性子２１を計測することによって、保温材１２内に存在する水１４の位置及び水１４の量を検出できる原理を以下に説明する。検出される熱中性子２１は、高速中性子２０が水１４及び配管１１内の液体１０のそれぞれの中でエネルギーを失うことによって生成されるので、熱中性子２１の検出率と水１４の量、及び熱中性子２１の検出率と液体１０の量は、それぞれ相関関係がある。計測したい量は水１４の量であるが、液体１０による熱中性子２１の生成量の割合が大きい場合は、水１４の計測が困難になる。そこで、３Ｈｅ比例計数管２で計測された熱中性子２１のうち、液体１０によって生成された熱中性子２１に対する水１４によって生成された熱中性子２１の割合を大きくするために、熱中性子２１の速度が１０マイクロ秒あたり約２．２ｃｍであることを利用する。水１４と３Ｈｅ比例計数管２の間の距離は液体１０と３Ｈｅ比例計数管２の間の距離よりも短いので、水１４からの熱中性子２１は、液体１０からの熱中性子２１よりも早く３Ｈｅ比例計数管２で検出される。原理的には、１０マイクロ秒程度の時間分解能で検出率を測定できる。このため、２．２ｃｍ程度の位置の分解能が得られる。高速中性子２０から熱中性子２１が生成されるまでの時間等の時間の広がり（熱中性子２１の速度分布に応じた検出時刻の広がり）、水１４から３Ｈｅ比例計数管２までの最短距離と最長距離の違い（３Ｈｅ比例計数管２が棒状であるため、計数管２の先端部とその後端部では検出時刻に差が生じる）、及び液体１０から３Ｈｅ比例計数管２までの最短距離と最長距離の違いのそれぞれの影響を、検出時刻が受けるために、水１４からの熱中性子２１と液体１０からの熱中性子を完全に分離することはできない。しかしながら、３Ｈｅ比例計数管２で検出される熱中性子２１の検出率を、中性子発生管１で発生する高速中性子２０の発生時刻を基準にして計測することによって、水１４により生成された熱中性子の検出率を得ることができる。すなわち、その発生時刻を基点にして、第２の制御指令が出力されるサンプリング時間（計測時間）毎に、３Ｈｅ比例計数管２からの出力信号に基づいて得られた熱中性子２１の検出率から、バックグラウンドの熱中性子検出率（例えば、液体１０からの熱中性子の検出率等）を差し引くことによって、その計測時間毎における、水１４により生成された熱中性子の検出率が得られる。バックグラウンドの熱中性子検出率は、前述したように、保温材１２内に水１４がない状態で、高速中性子２０を保温材１２に向かって照射し、３Ｈｅ比例計数管２で熱中性子２１を計測することによって得ることができる。水領域ａに対する熱中性子検出率の分布情報が発生している時刻、及び水１４で発生した熱中性子の速度に基づいて水１４が存在する位置を求めることができる。また、保温材１２内の水１４の量は、以下のようにして求められる。予め水１４の量に応じた熱中性子２１の検出率を計測しておき、水１４の量と対応する熱中性子検出率をデータ処理装置９のメモリに記憶しておく。３Ｈｅ比例計数管２からの出力信号に基づいて求められた熱中性子検出率に対応する水１４の量をメモリから読み出すことにより、水１４の量を計測することができる。
【００２８】
配管１１の保温材１２内の水分検査の結果の一例を図２に示す。中性子発生管１は、時刻Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５に、時間幅ｔの高速中性子２０をパルス状に発生する。発生した高速中性子２０は水１４により熱中性子２１となり、この熱中性子２１は、パルス状の高速中性子２０の発生時刻に対応して、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２の間、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４の間、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６の間でそれぞれ検出される。また、発生した高速中性子２０は配管１１内の液体１０により熱中性子２１となり、この熱中性子２１は、やはりパルス状の高速中性子２０の発生時刻に対応して、主に時刻Ｔ１から時刻Ｔ３の間、時刻Ｔ３から時刻Ｔ５の間、時刻Ｔ５から時刻Ｔ７の間でそれぞれ検出される。したがって、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２まで間、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４の間、及び時刻Ｔ７から時刻Ｔ８までの間のそれぞれの熱中性子検出率といった時刻に対応した熱中性子検出率を測定することによって、液体１０による熱中性子２１の検出率に対する水１４による熱中性子２１の検出率の割合を高くすることが可能となり、水１４を高い精度で検出することが可能となる。
【００２９】
本実施例は、単一エネルギーを有するパルス状の高速中性子を検査対象箇所に照射するので、配管１１内で液体１０が流れている状態で、高速中性子２０の発生時刻を基点に、照射した高速中性子２０に対応した熱中性子の検出率分布を得ることができる。このため、配管１１内の液体１０の流れを停止させないで保温材１２内で水１４が存在している位置を精度良く測定することができる。保温材１２内に存在する水１４の量もより精度よく計測することができる。
【００３０】
複数のエネルギーを有する高速中性子を検査対象箇所に照射した場合には、液体２０及び水１４によってエネルギーの異なる複数の熱中性子が生成される。これらの熱中性子が３Ｈｅ比例計数管２で検出されたとき、それぞれのエネルギーの熱中性子の検出率のそれぞれの分布が重なってしまい、Ｓ／Ｎ比が悪化する。本実施例は、単一エネルギーの高速中性子を照射しているので、検出される検出率のＳ／Ｎ比は向上する。パルス状の高速中性子を照射しているため、高速中性子２０の発生時刻を基点にした熱中性子の検出率分布を得ることができる。したがって、上記したように、配管１１内に液体１０が流れている状態であっても、保温材１２内で水１４が存在している位置（配管１１が腐食している位置または配管１１が腐食しやすい位置）を精度良く測定することができる。
【００３１】
本実施例は、化学プラントの運転を停止せずに、すなわち、配管１１内に液体１０を流している状態で、保温材１２内に水１４が存在するか否かを知ることができ、水１４が存在する場合には水１４の存在する位置をより精度良く求めることができる。化学プラントの運転が停止されないので、化学プラントの稼働率を向上させることができる。
【００３２】
また、本実施例は、中性子発生管１として重水素と重水素の核融合反応を利用して高速中性子を発生する装置を用いるため、重水素の加速方向における高速中性子の発生率が高くなる。したがって、重水素の加速方向を高速中性子の配管への照射方向とすることによって、全体の高速中性子の発生率に対する配管１１に照射される高速中性子の発生率の割合を高めることができ、効率の良い高速中性子の照射ができる。さらに、バックグラウンドを低くすることができることので、保温材１２内で水１４が存在している位置をより高精度で検出することができる。
【００３３】
本実施例は、３Ｈｅ比例計数管２において、発生した陽子のエネルギーが内部で失われるとき、失われたエネルギーに対応した電流信号を検出している。しかしながら、中性子検出器は発生した陽子の個数を計測してもよい。この陽子以下に述べる理由により計測が可能になる。中性子検出器としてシンチレータを用いた場合は、陽子一個が入射するたびに一回光る。その光を光電子増倍管等を用いて電気信号に変換することで、個数を計測できる。半導体検出器を用いた場合も、一個の陽子が入射したときに、プリアンプ及びアンプを通すことで、一個のパルス状の電圧が計測できる。その電圧パルスの個数を計測することで陽子の個数を計測できる。計測された陽子の個数に基づいて熱中性子の検出率を求める。この場合も、この熱中性子検出率に基づいて、前述と同様に、水１４が存在する位置及び水１４の量を求めることができる。陽子の個数の計測は、電流信号を計測する場合に比べて、熱中性子検出率を精度良く計測することができ、保温材１２内の水１４の位置および水１４の量をより精度良く求めることができる。陽子の個数を計測する場合には、多チャンネル波高分析器８は不要で、増幅器７の出力を、直接、データ処理装置９に入力すればよい。このため、配管検査装置の構成が図１の構成よりも単純化できる。
【実施例２】
【００３４】
本発明の他の実施例である実施例２の配管検査装置を、図５に基づいて説明する。本実施例の配管検査装置１５Ａは、３Ｈｅ比例計数管、前置増幅器６、増幅器７及び多チャンネル波高分析器８をそれぞれ４つ備えている以外は実施例１の配管検査装置１５の構成と同じである。これらの３Ｈｅ比例計数管は、一対の３Ｈｅ比例計数管２Ａ及び一対の３Ｈｅ比例計数管２Ｂを含んでいる。前置増幅器６、増幅器７及び多チャンネル波高分析器８は、実施例１のように互いに接続されている。各前置増幅器６が、一対の３Ｈｅ比例計数管２Ａ及び一対の３Ｈｅ比例計数管２Ｂにそれぞれ接続される。各多チャンネル波高分析器８が１つのデータ処理装置９に接続される。電源３が中性子発生管１に接続される。高圧電源５が４つの前置増幅器６にそれぞれ接続される。図５では、３つの前置増幅器６と高圧電源５の接続の図示を図面が煩雑になるために省略した。制御装置４は、第１制御指令を高圧電源３に出力し、第２制御指令を４つの多チャンネル波高分析器８に出力する。
一対の３Ｈｅ比例計数管２Ａ及び一対の３Ｈｅ比例計数管２Ｂが、それぞれ、中性子発生管１の軸心に対して対称になるように、中性子発生管１の両側に配置される。中性子発生管１、３Ｈｅ比例計数管２Ａ，２Ｂのそれぞれの軸心は配管１１の中心を向いている。一対の３Ｈｅ比例計数管２Ａのそれぞれ、及び一対の３Ｈｅ比例計数管２Ｂのそれぞれは、配管１１内の液体１０から等距離の位置に位置している。
【００３５】
第１制御指令に基づいて各中性子発生管２から金属カバー１３に単一エネルギーの高速中性子２０が照射される。この高速中性子は、第１制御指令が出力される時刻毎にパルス状に発生する。生成された熱中性子は該当する３Ｈｅ比例計数管に入射される。それぞれの３Ｈｅ比例計数管に接続される各多チャンネル波高分析器８で得られた各陽子のエネルギースペクトル情報は、データ処理装置９に入力される。データ処理装置９は、これらの陽子のエネルギースペクトル情報を基に実施例１と同様な処理を行い、それぞれの３Ｈｅ比例計数管に対応した、熱中性子検出率の分布情報の算出及び図２(Ａ)及び図２(Ｂ)の画像情報を作成する。水１４が存在しない場合には、図２(Ａ)及び図２(Ｃ)の画像情報を作成する。
【００３６】
本実施例は、水１４が保温材１２内で偏在する場合に、水１４から３Ｈｅ比例計数管２Ａ及び３Ｈｅ比例計数管２Ｂまでの距離が異なるので、水１４により近い位置にある３Ｈｅ比例計数管がより高い熱中性子検出率を示す。データ処理装置９は、この検出率の違いを用いて、保温材１２内における水１４の有り無しを判定することができる。水１４が保温材１２内に均一に存在する場合は、水１４の量に対応した熱中性子２１の検出率を前もって計測しておく必要があるが、偏在する場合は本実施例による簡易計測が可能となる。
本実施例は、実施例１で生じる効果も得ることができる。
【実施例３】
【００３７】
本発明の他の実施例である実施例３の配管検査装置を、図６に基づいて説明する。本実施例の配管検査装置１５Ｂは、実施例２における中性子発生管１及び一対の３Ｈｅ比例計数管２の組を三組備えている。これらの三組の中性子発生管１及び一対の３Ｈｅ比例計数管２は、検査対象の配管１１の周囲に１２０°間隔に配置され、配管１１を取り囲む環状の連結具（移動体）１７に取り付けられる。一対の３Ｈｅ比例計数管２が、それぞれ、中性子発生管１の軸心に対して対称になるように、中性子発生管１の両側に配置される。連結具１７は、金属カバー１３の表面に設置され、金属カバー１３を取り囲むガイドレール（ガイド装置）２８に移動可能に取り付けられる。三組の中性子発生管１及び一対の３Ｈｅ比例計数管２は、連結具１７をガイドレール２８に沿って移動させることにより、金属カバー１３の周囲を回転する。
【００３８】
配管検査装置１５Ｂは、実施例２の配管検査装置１５Ａと同様に、３Ｈｅ比例計数管２毎に前置増幅器６、増幅器７及び多チャンネル波高分析器８を備えている。６つの多チャンネル波高分析器８が１つのデータ処理装置９に接続されている。制御装置４からの第２制御指令が各多チャンネル波高分析器８に入力される。各中性子発生管１及び各３Ｈｅ比例計数管２のそれぞれの軸心は配管１１の中心を向いている。
【００３９】
連結具１７を、所定の角度だけ回転させた後、その角度で保持し、３つの中性子発生管１のそれぞれから高速中性子を保温材１２に照射する。保温材１２内に存在する水１４、及び配管１１内の液体１０で生成された熱中性子が各３Ｈｅ比例計数管２で計測される。
ある角度での熱中性子の計測が終了したとき、連結具１７が所定角度だけ回転される。このようにして、中性子発生管１及び３Ｈｅ比例計数管２の金属カバー１３の周囲での移動及び保持を所定角度ずつ繰り返しながら、保温材１２の周方向全域に亘って、熱中性子の計測が行われる。配管１１の周方向において水１４が保温材１２に偏在する場合には、水１４から、１つの中性子発生管１の両側に位置する２つの３Ｈｅ比例計数管２までの距離が異なる。このため、これらの３Ｈｅ比例計数管２のうち、水１４に近い位置にある３Ｈｅ比例計数管２の出力信号で得られた熱中性子の検出率が大きな値となる。したがって、実施例２のように１つの中性子発生管１に複数対の３Ｈｅ比例計数管を設ける必要がなく、１つの中性子発生管１に対して設けた一対の３Ｈｅ比例計数管２を配管１１の周囲で回転させることだけで、配管検査装置１５Ｂは保温材１２の周方向の全域に亘って水１４の有り無しを判定することができる。
【００４０】
本実施例は、実施例２で生じる効果を得ることができ、さらに、中性子発生管１一つ当たりの３Ｈｅ比例計数管２の個数を低減することができる。なお、１つの中性子発生管１及び一対の３Ｈｅ比例計数管２の組を三組でなく一組だけ設けても、検査時間は掛かるが、保温材１２の周方向全域での検査が可能である。
【実施例４】
【００４１】
本発明の他の実施例である実施例４の配管検査装置を、図７に基づいて説明する。図７は、本実施例の配管検査装置１５Ｃの中性子発生管１及び一対の３Ｈｅ比例計数管２の部分のみを示しており、配管検査装置１５Ｃのこれら以外の部分の構成を省略している。この省略された部分の構成は、図５における中性子発生管１及び一対の３Ｈｅ比例計数管２に関連する構成である。本実施例において、中性子発生管１の軸心は配管１１の中心に向かって配置され、その軸心は水平方向に伸びている。この中性子発生管２の両側に位置する一対の３Ｈｅ比例計数管２のそれぞれの軸心は、３Ｈｅ比例計数管２から配管１１を見たときに、配管１１の軸心と直交するように配置されている。換言すれば、その一対の３Ｈｅ比例計数管２のそれぞれの軸心は、中性子発生管１の軸心と交差する（直交する）一つの面に沿って実質的に並行に配置されている。このように３Ｈｅ比例計数管２を配置している本実施例は、保温材１２に向き合う３Ｈｅ比例計数管２の面積が大きくなるので、３Ｈｅ比例計数管２に入射される熱中性子の飛行距離の幅が広くなる。したがって、本実施例は、水１４で生成された熱中性子の検出率の検出効率が向上する。これは、保温材１２内に存在する水１４の計測に要する時間をより短縮することができる。本実施例は、実施例１で生じる効果も得ることができる。ちなみに、実施例１，２及び３は、３Ｈｅ比例計数管２を、その軸心が配管１１の半径方向を向くように配置している。
【実施例５】
【００４２】
本発明の他の実施例である実施例５の配管検査装置を、図８に基づいて説明する。図８は、本実施例の配管検査装置１５Ｄの中性子発生管１及び一対の３Ｈｅ比例計数管２の部分のみを示しており、配管検査装置１５Ｄのこれら以外の部分の構成を省略している。この省略された部分の構成は、実施例４の配管検査装置１５Ｃと同じである。配管検査装置１５Ｄは、配管検査装置１５Ｃの一対の３Ｈｅ比例計数管２の、配管１１（具体的には金属カバー１３）と面しない部分に、熱中性子遮へい材１８を取り付け、その部分を熱中性子遮へい材１８で覆った構成となっている。熱中性子遮へい材１８は、熱中性子吸収率が高いガドリニウム、カドミウム及びハウニウム等の熱中性子吸収材で構成される。
【００４３】
水１４の量に対応した熱中性子の検出率を予め計測し、この予め計測している熱中性子検出率と実際の配管１１の検査で計測した熱中性子検出率を比較するためには、中性子発生管１での高速中性子の発生率を正確に計測する必要がある。中性子発生管１での高速中性子の発生率を計測するために、配管検査装置１５Ｄは、図９に示すように、高速中性子計測装置２４Ａを、中性子発生管１に近接して設置している。高速中性子計測装置２４Ａは、熱中性子を計測する中性子検出器である３Ｈｅ比例計数管２Ｃの外面を中性子減速材１７で囲い、さらにその中性子減速材１７の外側を熱中性子吸収材１６で取り囲んで構成されている。高速中性子計測装置２４Ａによる高速中性子の計測について説明する。中性子発生管１内に設けられたターゲット２３Ａによって発生する高速中性子２１は、保温材１２に照射されると共に、一部が高速中性子計測装置２４に入射される。この高速中性子は中性子減速材１７で減速されて熱中性子２１Ａとなり、この熱中性子２１Ａが３Ｈｅ比例計数管２Ｃで検出される。中性子減速材１７による減速によって生成された熱中性子２１Ａ以外の熱中性子は、中性子吸収材１６で吸収されるので、３Ｈｅ比例計数管２Ｃによって検出されない。３Ｈｅ比例計数管２Ｃによって検出された熱中性子２１Ａの検出率は、中性子発生管１に対する３Ｈｅ比例計数管２Ｃの設置位置を固定することによって、中性子発生管１で発生した高速中性子２０の発生率に比例する。３Ｈｅ比例計数管２Ｃで熱中性子２１Ａの検出率を計測することによって、高速中性子の発生率の相対値を計測することができる。
【００４４】
このような本実施例は、配管１１側以外から飛来する熱中性子を遮蔽することができ、熱中性子のバックグランドをさらに低減することができる。本実施例は、実施例４で生じる効果を得ることができる。
【実施例６】
【００４５】
本発明の他の実施例である実施例６の水分検出装置及びこれを用いた水分検出方法を、図１０に基づいて説明する。本実施例の水分検出装置３０は、実施例１の配管検査装置１５と同じ構成を有する。本実施例における検査対象物は、化学プラントの蒸留塔３１であり、屋外に設置されている。
【００４６】
保温材１２が蒸留塔３１の周囲を取囲んで蒸留塔３１に取り付けられている。金属カバー１３が保温材１２の外面を覆っている。蒸留塔３１内には、液体（例えば、重油、軽油、灯油及び化学物質等のいずれか）１０が流れている。中性子発生管１及び３Ｈｅ比例計数管２は、金属カバー１３の表面に対向し、それぞれの軸心が蒸留塔３１の半径方向を向いて配置される。水１４が保温材１２内に存在していることを想定する。
【００４７】
水分検出装置３０は、配管検査装置１５と同様に機能して蒸留塔３１を取囲む保温材１２内の水１４を検出する。この水分検出装置３０による水１４の検出の概略を以下に説明する。
【００４８】
中性子発生管１は、時間幅ｔの高速中性子２０をパルス状に発生する。中性子発生管１から放出された高速中性子２０は、金属カバー１３、保温材１２、保温材１２内に存在する水１４、蒸留塔３１及び蒸留塔３１内を流れる液体１０のそれぞれの構成元素と弾性散乱することによって、エネルギーを失い、より低いエネルギーの熱中性子となる。高速中性子２０は、金属カバー１３、保温材１２及び蒸留塔３１によってはエネルギーをほとんど失わず、水１４及び液体１０によって主にエネルギーを失って熱中性子となる。
【００４９】
発生した熱中性子のうち、高速中性子２０の照射方向とは逆の方向に飛来する熱中性子が、３Ｈｅ比例計数管２で検出される。熱中性子の検出によって３Ｈｅ比例計数管２から出力された電流信号は、前置増幅器６及び増幅器７を通過する際に電圧信号に変換され、多チャンネル波高分析器８に入力される。多チャンネル波高分析器８は、その電圧信号の高さを分析し、前述したように、核反応によって生じた陽子のエネルギースペクトルを求める。このエネルギースペクトルの情報は、多チャンネル波高分析器８からデータ処理装置９に入力される。
【００５０】
データ処理装置９は、入力したそれぞれの高速中性子発生率情報及び算出されたそれぞれの熱中性子検出率情報（熱中性子強度情報）に基づいて、実施例１と同様に、図２に示すそれぞれの画像情報を作成し、この画像情報を表示装置１６に出力する。さらに、データ処理装置９は、実施例１と同様にして、保温材１２内の水１４の量、及び水１４が存在する位置を求める。得られた、水１４の量及び水１４の存在位置の各情報は、表示装置１６に出力されて表示される。
【００５１】
本実施例は、実施例１で生じる効果を、蒸留塔３１を対象にして得ることができる。水１４が存在している位置を知ることによって、蒸留塔３１の腐食している位置または腐食の可能性のある位置を知ることができる。
【００５２】
水分検出装置３０の替りに、実施例２〜５でそれぞれ用いられる配管検査装置１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ及び１５Ｄのいずれかを、水分検出装置として用いてもよい。また、配管検査装置１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ及び１５Ｄのいずれかを水分検出装置として用いて、蒸留塔３１以外の検査対象物である蒸留塔、反応塔、反応槽、吸着塔及び混合槽等の塔及び槽、及びタンクの検査、すなわち、これらの検査対象物を取囲む保温材内の水の検出を、蒸留塔３１と同様に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の配管検査装置の構成図である。
【図２】実施例１で計測された熱中性子の検出率の分布を示し、（Ａ）はパルス状の高速中性子の、各発生時刻での発生率を示す画像情報を示す説明図、（Ｂ）は保温材内に水が存在する状態での熱中性子の検出率の画像情報の説明図、(Ｃ)は温材内に水が存在しない状態での熱中性子の検出率の画像情報の説明図である。
【図３】実施例１で用いられる高速中性子計測装置の構成図である。
【図４】角度に対応した、重水素と重水素の核融合反応による高速中性子発生率を示した特性図である。
【図５】本発明の他の一実施例である実施例２の配管検査装置の構成図である。
【図６】本発明の他の一実施例である実施例３の配管検査装置の構成図である。
【図７】本発明の他の一実施例である実施例４の配管検査装置の構成図であり、（Ａ）は３Ｈｅ比例計数管から配管を見たときの、中性子発生管及び３Ｈｅ比例計数管の配置を示す説明図、及び（Ｂ）は（Ａ）のＶ−Ｖ断面図である。
【図８】本発明の他の一実施例である実施例５の配管検査装置の構成図であり、（Ａ）は３Ｈｅ比例計数管から配管を見たときの、中性子発生管及び３Ｈｅ比例計数管の配置を示す説明図、及び（Ｂ）は（Ａ）のＶＩ−ＶＩ断面図である。
【図９】実施例５の配管検査装置で用いられる高速中性子計測装置の構成図である。
【図１０】本発明の他の一実施例である実施例６の水分検出装置の構成図である。
【符号の説明】
【００５４】
１…中性子発生管、２…３Ｈｅ比例計数管（中性子検出器）、４…制御装置、８…多チャンネル波高分析器、９…データ処理装置、１０…液体、１１…配管、１２…保温材、１３…金属カバー、１４…水、１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ…配管検査装置、１６…表示装置、１７…連結具、１８…中性子減速材、１９…荷電粒子検出器、２０…高速中性子、２１，２１Ａ…熱中性子、２３，２３Ａ…ターゲット、２４，２４Ａ…高速中性子計測装置、２６…陽子、３０…水分検出装置、３１…蒸留塔。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一エネルギーを有するパルス状の高速中性子を内部に液体が存在する検査対象物の周囲に設けられた保温材に照射し、この高速中性子の照射により生成され、前記高速中性子の照射方向とは逆方向に進行する熱中性子を検出し、熱中性子の検出信号を基に、前記パルス状の高速中性子の発生時点を基点にした、前記検出された熱中性子の強度の時間変化を算出し、得られた前記時間変化の情報に基づいて前記保温材内における水の位置を求めることを特徴とする水分検出方法。
【請求項２】
前記検査対象物が、内部に液体が存在する塔、槽、タンク及び配管のいずれかである請求項１に記載の水分検出方法。
【請求項３】
単一エネルギーを有するパルス状の高速中性子を発生し、この高速中性子を内部に液体が存在する検査対象物の周囲に設けられた保温材に照射する中性子発生装置と、前記高速中性子により生成され、前記高速中性子の照射方向とは逆方向に進行する熱中性子を入射する中性子入射装置と、前記中性子入射装置の出力を基に、前記パルス状の高速中性子の発生時点を基点にした、前記検出された熱中性子の強度の時間変化を算出し、得られた前記時間変化の情報に基づいて前記保温材内における水の位置を求めるデータ処理装置とを備えたことを特徴とする水分検出装置。
【請求項４】
前記データ処理装置が前記時間変化の情報に基づいて前記保温材内の水の量を求める請求項３に記載の水分検出装置。
【請求項５】
対となる前記中性子入射装置が前記中性子発生装置の軸心に対して対象になるように配置された請求項３または請求項４に記載の水分検出装置。
【請求項６】
前記検査対象物の周囲に配置されるガイド装置と、前記中性子発生装置及び前記中性子入射装置が取り付けられ、前記ガイド装置に沿って移動する移動体とを備えた請求項５に記載の水分検出装置。
【請求項７】
前記中性子発生装置の両側に位置する一対の前記中性子入射装置のそれぞれの軸心が前記中性子発生装置と交差する面に沿って実質的に並行に配置されている請求項３ないし請求項６のいずれか１項に記載の水分検出装置。
【請求項８】
前記面が前記中性子発生装置の軸心と直交している請求項７に記載の水分検出装置。
【請求項９】
前記中性子発生装置の両側に位置する一対の前記中性子入射装置のそれぞれの軸心が前記配管の半径方向に沿って配置されている請求項３ないし請求項６のいずれか１項に記載の水分検出装置。
【請求項１０】
前記中性子入射装置の、前記検査対象物に向き合う表面以外の部分の表面を、熱中性子遮蔽材で覆った請求項３ないし請求項６のいずれか１項に記載の水分検出装置。
【請求項１１】
重水素及びトリチウムのいずれかと重水素の核融合反応により前記高速中性子を発生する前記中性子発生装置を備えた請求項３ないし請求項１０のいずれか１項に記載の水分検出装置。
【請求項１２】
高速中性子計測装置を備えた請求項３ないし請求項６のいずれか１項に記載の水分検出装置。
【請求項１３】
前記高速中性子計測装置は、熱中性子検出装置、前記熱中性子検出装置の周囲を覆った中性子減速部材、及び前記中性子減速部材の周囲を覆った熱中性子吸収材を有する請求項１２に記載の水分検出装置。
【請求項１４】
重水素及びトリチウムのいずれかと重水素の核融合反応により前記高速中性子を発生する前記中性子発生装置を備え、前記高速中性子計測装置が、前記中性子発生装置内で高速中性子が発生するときに発生する荷電粒子を検出する荷電粒子検出器、及び前記荷電粒子検出器により検出する前記荷電粒子の計数率に基づいて、前記高速中性子の発生率を算出する他のデータ処理装置を含んでいる請求項１２に記載の水分検出装置。
【請求項１５】
単一エネルギーを有するパルス状の高速中性子を発生し、この高速中性子を配管の周囲に設けられた保温材に照射する中性子発生装置と、前記高速中性子により生成され、前記高速中性子の照射方向とは逆方向に進行する熱中性子を入射する中性子入射装置と、前記中性子入射装置の出力を基に、前記パルス状の高速中性子の発生時点を基点にした、前記検出された熱中性子の強度の時間変化を算出し、得られた前記時間変化の情報に基づいて前記保温材内における水の位置を求めるデータ処理装置とを備えたことを特徴とする配管検査装置。
【請求項１６】
前記データ処理装置が前記時間変化の情報に基づいて前記保温材内の水の量を求める請求項１５に記載の配管検査装置。
【請求項１７】
対となる前記中性子入射装置が前記中性子発生装置の軸心に対して対象になるように配置された請求項１５または請求項１６に記載の配管検査装置。
【請求項１８】
前記配管の周囲に配置されるガイド装置と、前記中性子発生装置及び前記中性子入射装置が取り付けられ、前記ガイド装置に沿って移動する移動体とを備えた請求項１７に記載の配管検査装置。
【請求項１９】
前記中性子発生装置の両側に位置する一対の前記中性子入射装置のそれぞれの軸心が前記中性子発生装置と交差する面に沿って実質的に並行に配置されている請求項１３ないし請求項１８のいずれか１項に記載の配管検査装置。
【請求項２０】
前記面が前記中性子発生装置の軸心と直交している請求項１９に記載の配管検査装置。
【請求項２１】
前記中性子発生装置の両側に位置する一対の前記中性子入射装置のそれぞれの軸心が前記配管の半径方向に沿って配置されている請求項１４ないし請求項１８のいずれか１項に記載の配管検査装置。
【請求項２２】
前記中性子入射装置の、前記配管に向き合う表面以外の部分の表面を、熱中性子遮蔽材で覆った請求項１５ないし請求項１８のいずれか１項に記載の配管検査装置。
【請求項２３】
重水素及びトリチウムのいずれかと重水素の核融合反応により前記高速中性子を発生する前記中性子発生装置を備えた請求項１５ないし請求項２２のいずれか１項に記載の配管検査装置。
【請求項２４】
高速中性子計測装置を備えた請求項１５ないし請求項１８のいずれか１項に記載の配管検査装置。
【請求項２５】
前記高速中性子計測装置は、熱中性子検出装置、前記熱中性子検出装置の周囲を覆った中性子減速部材、及び前記中性子減速部材の周囲を覆った熱中性子吸収材を有する請求項２４に記載の配管検査装置。
【請求項２６】
重水素及びトリチウムのいずれかと重水素の核融合反応により前記高速中性子を発生する前記中性子発生装置を備え、前記高速中性子計測装置が、前記中性子発生装置内で高速中性子が発生するときに発生する荷電粒子を検出する荷電粒子検出器、及び前記荷電粒子検出器により検出する前記荷電粒子の計数率に基づいて、前記高速中性子の発生率を算出する他のデータ処理装置を含んでいる請求項２４に記載の配管検査装置。
【請求項１】
単一エネルギーを有するパルス状の高速中性子を内部に液体が存在する検査対象物の周囲に設けられた保温材に照射し、この高速中性子の照射により生成され、前記高速中性子の照射方向とは逆方向に進行する熱中性子を検出し、熱中性子の検出信号を基に、前記パルス状の高速中性子の発生時点を基点にした、前記検出された熱中性子の強度の時間変化を算出し、得られた前記時間変化の情報に基づいて前記保温材内における水の位置を求めることを特徴とする水分検出方法。
【請求項２】
前記検査対象物が、内部に液体が存在する塔、槽、タンク及び配管のいずれかである請求項１に記載の水分検出方法。
【請求項３】
単一エネルギーを有するパルス状の高速中性子を発生し、この高速中性子を内部に液体が存在する検査対象物の周囲に設けられた保温材に照射する中性子発生装置と、前記高速中性子により生成され、前記高速中性子の照射方向とは逆方向に進行する熱中性子を入射する中性子入射装置と、前記中性子入射装置の出力を基に、前記パルス状の高速中性子の発生時点を基点にした、前記検出された熱中性子の強度の時間変化を算出し、得られた前記時間変化の情報に基づいて前記保温材内における水の位置を求めるデータ処理装置とを備えたことを特徴とする水分検出装置。
【請求項４】
前記データ処理装置が前記時間変化の情報に基づいて前記保温材内の水の量を求める請求項３に記載の水分検出装置。
【請求項５】
対となる前記中性子入射装置が前記中性子発生装置の軸心に対して対象になるように配置された請求項３または請求項４に記載の水分検出装置。
【請求項６】
前記検査対象物の周囲に配置されるガイド装置と、前記中性子発生装置及び前記中性子入射装置が取り付けられ、前記ガイド装置に沿って移動する移動体とを備えた請求項５に記載の水分検出装置。
【請求項７】
前記中性子発生装置の両側に位置する一対の前記中性子入射装置のそれぞれの軸心が前記中性子発生装置と交差する面に沿って実質的に並行に配置されている請求項３ないし請求項６のいずれか１項に記載の水分検出装置。
【請求項８】
前記面が前記中性子発生装置の軸心と直交している請求項７に記載の水分検出装置。
【請求項９】
前記中性子発生装置の両側に位置する一対の前記中性子入射装置のそれぞれの軸心が前記配管の半径方向に沿って配置されている請求項３ないし請求項６のいずれか１項に記載の水分検出装置。
【請求項１０】
前記中性子入射装置の、前記検査対象物に向き合う表面以外の部分の表面を、熱中性子遮蔽材で覆った請求項３ないし請求項６のいずれか１項に記載の水分検出装置。
【請求項１１】
重水素及びトリチウムのいずれかと重水素の核融合反応により前記高速中性子を発生する前記中性子発生装置を備えた請求項３ないし請求項１０のいずれか１項に記載の水分検出装置。
【請求項１２】
高速中性子計測装置を備えた請求項３ないし請求項６のいずれか１項に記載の水分検出装置。
【請求項１３】
前記高速中性子計測装置は、熱中性子検出装置、前記熱中性子検出装置の周囲を覆った中性子減速部材、及び前記中性子減速部材の周囲を覆った熱中性子吸収材を有する請求項１２に記載の水分検出装置。
【請求項１４】
重水素及びトリチウムのいずれかと重水素の核融合反応により前記高速中性子を発生する前記中性子発生装置を備え、前記高速中性子計測装置が、前記中性子発生装置内で高速中性子が発生するときに発生する荷電粒子を検出する荷電粒子検出器、及び前記荷電粒子検出器により検出する前記荷電粒子の計数率に基づいて、前記高速中性子の発生率を算出する他のデータ処理装置を含んでいる請求項１２に記載の水分検出装置。
【請求項１５】
単一エネルギーを有するパルス状の高速中性子を発生し、この高速中性子を配管の周囲に設けられた保温材に照射する中性子発生装置と、前記高速中性子により生成され、前記高速中性子の照射方向とは逆方向に進行する熱中性子を入射する中性子入射装置と、前記中性子入射装置の出力を基に、前記パルス状の高速中性子の発生時点を基点にした、前記検出された熱中性子の強度の時間変化を算出し、得られた前記時間変化の情報に基づいて前記保温材内における水の位置を求めるデータ処理装置とを備えたことを特徴とする配管検査装置。
【請求項１６】
前記データ処理装置が前記時間変化の情報に基づいて前記保温材内の水の量を求める請求項１５に記載の配管検査装置。
【請求項１７】
対となる前記中性子入射装置が前記中性子発生装置の軸心に対して対象になるように配置された請求項１５または請求項１６に記載の配管検査装置。
【請求項１８】
前記配管の周囲に配置されるガイド装置と、前記中性子発生装置及び前記中性子入射装置が取り付けられ、前記ガイド装置に沿って移動する移動体とを備えた請求項１７に記載の配管検査装置。
【請求項１９】
前記中性子発生装置の両側に位置する一対の前記中性子入射装置のそれぞれの軸心が前記中性子発生装置と交差する面に沿って実質的に並行に配置されている請求項１３ないし請求項１８のいずれか１項に記載の配管検査装置。
【請求項２０】
前記面が前記中性子発生装置の軸心と直交している請求項１９に記載の配管検査装置。
【請求項２１】
前記中性子発生装置の両側に位置する一対の前記中性子入射装置のそれぞれの軸心が前記配管の半径方向に沿って配置されている請求項１４ないし請求項１８のいずれか１項に記載の配管検査装置。
【請求項２２】
前記中性子入射装置の、前記配管に向き合う表面以外の部分の表面を、熱中性子遮蔽材で覆った請求項１５ないし請求項１８のいずれか１項に記載の配管検査装置。
【請求項２３】
重水素及びトリチウムのいずれかと重水素の核融合反応により前記高速中性子を発生する前記中性子発生装置を備えた請求項１５ないし請求項２２のいずれか１項に記載の配管検査装置。
【請求項２４】
高速中性子計測装置を備えた請求項１５ないし請求項１８のいずれか１項に記載の配管検査装置。
【請求項２５】
前記高速中性子計測装置は、熱中性子検出装置、前記熱中性子検出装置の周囲を覆った中性子減速部材、及び前記中性子減速部材の周囲を覆った熱中性子吸収材を有する請求項２４に記載の配管検査装置。
【請求項２６】
重水素及びトリチウムのいずれかと重水素の核融合反応により前記高速中性子を発生する前記中性子発生装置を備え、前記高速中性子計測装置が、前記中性子発生装置内で高速中性子が発生するときに発生する荷電粒子を検出する荷電粒子検出器、及び前記荷電粒子検出器により検出する前記荷電粒子の計数率に基づいて、前記高速中性子の発生率を算出する他のデータ処理装置を含んでいる請求項２４に記載の配管検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−１８０７００（Ｐ２００８−１８０７００Ａ）
【公開日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２４７４９（Ｐ２００７−３２４７４９）
【出願日】平成１９年１２月１７日（２００７．１２．１７）
【出願人】（０００２３３０４４）株式会社日立エンジニアリング・アンド・サービス (276)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１７日（２００７．１２．１７）
【出願人】（０００２３３０４４）株式会社日立エンジニアリング・アンド・サービス (276)
【Ｆターム（参考）】
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