水分検出方法及び水分検出装置
【課題】水分の存在の判定に用いる情報のデータベースを予め作成する必要がない水分検出方法を提供する。
【解決手段】単一エネルギーを有するパルス状の高速中性子１７が、中性子発生管２から、配管１２を取り囲む保温材１３に照射される。高速中性子１７が保温材１３内の水１５及び配管１２内の液体１６で減速されて熱中性子１８になる。高速中性子１７の照射方向と逆方向に進む熱中性子１８を３Ｈｅ比例計数管３で検出する。スケーラー１０は、熱中性子の検出信号を用いて設定された時間毎の計数値を算出する。データ処理装置１１は、これらの計数値を用いて、各時間幅での熱中性子の強度を求める。この強度がピークになる時間を基に熱中性子の飛行距離を求め、この飛行距離、及び３Ｈｅ比例計数管３と配管１２の外面との距離に基づいて、保温材１３内の水分の有無を判定する。
【解決手段】単一エネルギーを有するパルス状の高速中性子１７が、中性子発生管２から、配管１２を取り囲む保温材１３に照射される。高速中性子１７が保温材１３内の水１５及び配管１２内の液体１６で減速されて熱中性子１８になる。高速中性子１７の照射方向と逆方向に進む熱中性子１８を３Ｈｅ比例計数管３で検出する。スケーラー１０は、熱中性子の検出信号を用いて設定された時間毎の計数値を算出する。データ処理装置１１は、これらの計数値を用いて、各時間幅での熱中性子の強度を求める。この強度がピークになる時間を基に熱中性子の飛行距離を求め、この飛行距離、及び３Ｈｅ比例計数管３と配管１２の外面との距離に基づいて、保温材１３内の水分の有無を判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水分検出方法及び水分検出装置に係り、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及び水分検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、化学プラント等のプラントにおける塔または配管の検査、すなわち、これらを取り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、この水分検出方法では減速された中性子、金属カバー及び保温材を塔または配管から取り除く必要があるため、水分検出に多大な労力及び時間を要する。また、その水分検出時に化学プラントを停止する必要がある。
【０００３】
金属カバー及び保温材を取り除かないで塔または配管を検査する方法としては、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減速された中性子束を測定する方法である（特公平７−５８２５３号公報参照）。
【０００４】
特公平７−５８２５３号公報に記載された水分測定方法は、塔または配管内部の液体によって減速される中性子も測定してしまうので、塔または配管内部に液体が存在している化学プラントの運転時には、塔または配管内部からのバックグラウンドが高く保温材内の水分の測定が精度良く行うことができなかった。特に、化学プラント等の塔または配管内を流れる液体（重油、灯油等）で減速されて発生する中性子と保温材に含まれた水分で減速されて発生する中性子の区別がつかない。このため、塔または配管内に液体が流れている化学プラント等の運転中における保温材内の水分の検出が、特公平７−５８２５３号公報に記載の方法では困難である。
【０００５】
特公平７−５８２５３号公報の問題点を解消する中性子を利用した化学プラント等の運転中の塔または配管を取り囲む保温材内の水分の検出方法が、特開２００８−１８０７００号公報にて提案されている。この水分検出方法は、中性子発生管で発生する単一エネルギーを有するパルス状の高速中性子を金属カバーの外側から配管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減速された中性子（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方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平７−５８２５３号公報
【特許文献２】特開２００８−１８０７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特開２００８−１８０７００号公報に記載された方法では、塔または配管の保温材内に水が存在する場合とそれが存在しない場合の両方の測定を比較して保温材内の水の有無を判定している。このため、保温材内に水が存在しない場合での熱中性子検出率の分布のデータ（例えば、特開２００８−１８０７００号公報の図２（Ｃ）参照）を、測定結果に基づいて、予め、求め、データベース化することが必要である。
【０００８】
特公平７−５８２５３号公報に記載された水分検出方法でも、含水量を種々変更してこれらの含水域分布及び含水量が既知の複数のサンプルに対して、第１標準相関及び第２標準相関の各データを予め求め、データベース化する必要がある。
【０００９】
本発明の目的は、水分の存在の判定に用いる情報のデータベースを予め作成する必要がない水分検出方法及び水分検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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を取り囲んでいる保温材に照射し、照射された高速中性子から生成されて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中性子入射装置によって検出し、熱中性子の検出信号を基に、高速中性子の発生時点を基点にした、検出された熱中性子の強度の時間変化を算出し、得られたその時間変化の情報、及び設置された中性子入射装置と検査対象物の間の距離に基づいて、保温材内に存在する水を検出することにある。
【００１１】
熱中性子の強度の時間変化の情報、及び設置された中性子入射装置と検査対象物の間の距離に基づいて、保温材内における水の存在を検出するので、水分の存在の判定に用いる情報のデータベースを予め作成する必要がなくなる。なお、中性子入射装置と検査対象物の間の距離は、中性子入射装置と検査対象物の外面との間の距離及び中性子入射装置と検査対象物の内面との間の距離のいずれかである。
【００１２】
好ましくは、保温材内の水の検出は、熱中性子の強度の時間変化の情報を基に、熱中性子の強度がピークになる時点の、高速中性子の発生時点から経過した時間を求め、得られたこの時間に基づいて熱中性子の飛行距離を求め、この熱中性子の飛行距離及び中性子入射装置と検査対象物の間の距離に基づいて、保温材内に存在する水を検出することによって行われることが望ましい。
【００１３】
熱中性子の強度の時間変化の情報を基に、熱中性子の強度がピークになる時点の時間を算出できるので、その時間までに中性子入射装置に到達する熱中性子の飛行距離を容易に求めることができる。このため、熱中性子の飛行距離及び中性子入射装置と検査対象物の間の距離に基づいて、保温材内における水の存在を精度良く検出することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、水分の存在の判定に用いる情報のデータベースを予め作成する手間を省くことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の水分検出装置の構成図である。
【図２】計測された熱中性子の検出率の時間変化を示す特性図である。
【図３】図１に示す水分検出装置で計測された熱中性子の検出率の時間変化を示す説明図で、（Ａ）はパルス状の高速中性子の、発生時間での発生率を示す説明図、（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時間変化を示す説明図、(Ｃ)は保温材内に水が存在しない状態での熱中性子の検出率の時間変化を示す説明図である。
【図４】本発明の他の実施例である実施例２の水分検出装置の構成図である。
【図５】本発明の他の実施例である実施例３の水分検出装置の構成図である。
【図６】本発明の他の実施例である実施例４の水分検出装置の構成図である。
【図７】本発明の他の実施例である実施例５の蒸留塔に適用した水分検出方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
発明者らは、水分の存在の判定に用いる情報のデータベースを予め作成する必要がない水分検出方法を実現するために、種々の検討を行った。この検討に際しては、特開２００８−１８０７００号公報に記載された単一エネルギーを有するパルス状の高速中性子の使用を前提にした。水分を検出する保温材を取り付けた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。
【００１７】
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させる中性子発生装置を用いる。この中性子発生装置は、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検査対象物に、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、保温材を覆う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。
【００１８】
照射されたパルス高速中性子は、金属カバー、保温材、保温材中の水分、及び検査対象物内の液体によって散乱され、エネルギーを失って減速された中性子（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となる。このような熱中性子のうち、パルス高速中性子の照射方向に対して逆方向に進行する熱中性子を３Ｈｅ中性子検出器等の中性子入射装置に入射させる。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。この熱中性子が、高速中性子の照射方向と逆の方向において、高速中性子が減速されて熱中性子になった位置から中性子入射装置に入射するまでの間に、照射方向に進む時にその高速中性子が減速された液体によって再び散乱され減速される。
【００１９】
この高速中性子の照射方向と逆方向に進む熱中性子が、高速中性子が減速された液体によって再び散乱され減速される現象が遮蔽効果である。この遮蔽効果により再び減速または散乱される熱中性子の割合は、上記の逆方向に進行する熱中性子が通過する液体の厚さに応じて決まる。測定された熱中性子の強度は、その遮蔽効果により、高速中性子の発生時間を基点とするある経過時間においてピークを有する。この状態を以下に説明する。
【００２０】
図２に、高速中性子の発生時間を基点とした熱中性子検出率の時間変化の一例を示す。高速中性子の発生率が高い場合には、高速中性子のパルス毎に現れる熱中性子検出率の時間変化は、特開２００８−１８０７００号公報の図２（Ｂ）に示されたバックグラウンドの熱中性子の領域ｂを含むようになる。しかしながら、高速中性子の発生率が低い中性子発生装置を用いてこの中性子発生装置により高速中性子を発生した場合には、一つの高速中性子のパルスに対して、高速中性子の照射方向と逆の方向に進行する熱中性子が数個しか検出されないという状況となり、上記したバックグラウンドの熱中性子の領域ｂがほとんど生じなくなる。図２は、多数の高速中性子のパルスに対して検出されたそれらの熱中性子の検出結果に基づいて得られた熱中性子検出率の時間変化を示している。パルス状の高速中性子が発生する時間間隔を伸ばした場合にも、検出される熱中性子の個数が少なくなり、バックグラウンドの熱中性子の領域ｂがほとんど発生しなくなる。
【００２１】
中性子発生装置から照射された高速中性子の速度は、例えば２．５ＭｅＶの中性子において１マイクロ秒で２２ｍ進むように、非常に早いために、高速中性子の発生後、この高速中性子は瞬時に検査対象物内に達する。検査対象物内に達した高速中性子は、検査対象物内に到達するまでの間で、保温材の金属カバー、保温材、保温材内の水分、及び検査対象物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。照射された高速中性子は、金属による散乱ではほとんどエネルギーを失わず、水分等の液体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となる。このような熱中性子のうち、パルス高速中性子の照射方向とは逆の方向に進行する熱中性子が、３Ｈｅ中性子検出器等の中性子入射装置に入射される。
【００２２】
熱中性子は、前述したように、１０マイクロ秒あたり約２．２ｃｍ進む。高速中性子の照射方向とは逆の方向に進行する熱中性子が、上記した遮蔽効果によって、再び減速または散乱される。このため、前述したように、中性子入射装置によって測定される熱中性子の強度は、高速中性子の発生時間を基点とするある経過時間においてピークを有する。熱中性子の速度をｖｔｈ、熱中性子の強度がピークになる時間をＴとすると、時間Ｔでの熱中性子の飛行距離Ｌ２は、（１）式で表すことができる。
【００２３】
Ｌ２＝ｖｔｈ×Ｔ ……（１）
ここで、熱中性子の速度ｖｔｈは既知の値であり、熱中性子の強度がピークになる時間Ｔは測定結果である。厳密には、時間Ｔでの熱中性子の飛行距離Ｌ２は熱中性子が発生した時点からの飛行距離である。しかしながら、高速中性子の速度が熱中性子の速度に比べて非常に早いので、中性子発生装置で発生した高速中性子は、瞬時に、保温材内に存在する水または検査対象物内の液体の位置に到達し、減速されて熱中性子になる。このため、高速中性子の発生時間を基点にした、熱中性子の強度がピークになるまでの経過時間Ｔに基づいて熱中性子の飛行距離Ｌ２を求めても、生じる誤差は無視することができる。
【００２４】
高速中性子照射によって生成される熱中性子が最大となる位置は、高速中性子のエネルギーが決まっていれば、保温材内に存在する水の表面からの水の厚さで決まるので、その熱中性子の量が最大となる位置から、３Ｈｅ中性子検出器等の中性子入射装置に向って飛行してきた熱中性子の飛行時間を測定することによって、保温材内に存在する水の表面までの距離が分かる。本発明は、この原理に基づいて保温材内に存在する水の有無を判定している。
【００２５】
中性子入射装置から検査対象物の外面までの距離をＬ１とすると、（Ｌ２−Ｌ１）が、遮蔽効果を生じる水の厚さＤになる。設置された中性子入射装置から検査対象物の外面までの距離Ｌ１は、検査の前で中性子入射装置を設置した時点で予め求めておく。この距離Ｌ１は、例えば、中性子入射装置から金属カバーの外面までの測定された距離、金属カバーの外面から検査対象物の外面までの設計図面での寸法及び検査対象物の厚みによって求められる。高速中性子の発生時間を基点にして、熱中性子の強度がピークになる時間Ｔを測定する。測定された時間Ｔを（１）式に代入することによって、ピークを形成する時間Ｔでの熱中性子の飛行距離Ｌ２を算出することができ、結果として、（Ｌ２−Ｌ１）の値を求めることができる。
【００２６】
遮蔽効果が生じる水の厚さをＤとすると、（Ｌ２−Ｌ１）が水の厚さＤより小さい値である場合は、保温材内に水が存在していると判定することができる。距離Ｌ１は設置された中性子入射装置から検査対象物の内面までの距離であってもよい。遮蔽効果が生じる水の厚さＤは、実験（または計算）で予め求めておくことができる。したがって、中性子の強度がピークになる時間Ｔを求めることによって、保温材内における水の有無を判定できる。
【００２７】
検査対象物の内部に液体が存在する場合、熱中性子の強度がピークに到達する時間は、減速された熱中性子を検出する中性子入射装置の設置位置と水の表面との距離に関係する。このため、中性子入射装置の、検査対象物の外面（または内面）からの距離を用いることによって、水の表面が保温材内に存在するか否かを判定することができる。
【００２８】
以上に述べた検討結果を反映した、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２９】
本発明の好適な一実施例である実施例１の水分検出装置を、図１に基づいて説明する。本実施例の水分検出装置１は、中性子発生管（中性子発生装置）２、中性子検出器である３Ｈｅ比例計数管（中性子入射装置）３、制御装置５、波高弁別器９、スケーラー１０及びデータ処理装置１１を備えている。中性子検出器としてＢＦ３比例計数管を用いてもよい。電源４がケーブルにて中性子発生管２に接続される。３Ｈｅ比例計数管３は、前置増幅器７及び増幅器８を介して波高弁別器９に接続される。波高弁別器９は、スケーラー１０を介してデータ処理装置１１に接続される。高圧電源６が前置増幅器７に接続される。制御装置５は、電源４及び波高弁別器９に接続される。中性子発生管２及び３Ｈｅ比例計数管３が支持部材（図示せず）に取り付けられている。
【００３０】
保温材１３が検査対象物である配管１２の周囲を取囲んで配管１２に取り付けられている。配管１２は例えば化学プラントの配管である。金属カバー１４が保温材１３の外面を覆っている。配管１２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）１６が流れている。中性子発生管２及び３Ｈｅ比例計数管３は、金属カバー１４の外面に対向し、それぞれの軸心が配管１２の半径方向を向いて配置される。
【００３１】
保温材１３内に水１５が存在する場合には、この水１５は、屋外に設置された配管１２の金属カバー１４の隙間等から金属カバー１４と配管１２の間に浸入した雨水である。この水１５が配管１２の腐食の原因となる。
【００３２】
化学プラントの屋外に配置された配管１２を対象に、水分検出装置１を用いて行う検査を以下に説明する。水分検出装置１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、水分検出装置１の中性子発生管２及び３Ｈｅ比例計数管３を、支持部材に取り付けて、検査箇所の金属カバー１４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１２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１０に接続された入力装置（図示せず）から配管１２の直径、保温材１３及び金属カバー１４の各厚み、配管１２の外面（検査対象物の外面）から中性子発生管２及び３Ｈｅ比例計数管３までのそれぞれの距離、配管１６内を流れる液体１６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１３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１０のメモリ（図示せず）に記憶される。
【００３３】
制御装置５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（高速中性子発生指令）を発生し、この第１制御指令に基づいて電源４を制御する。電源４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１７を、順次、発生する。中性子発生管２は、例えば、１０００Ｈｚで１０秒間運転される。この間に発生したパルス状の高速中性子１７は保温材１３及び配管１２に照射される。
【００３４】
中性子発生管２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２は、約２．５ＭｅＶの単一エネルギーの高速中性子１７を発生する。中性子発生管２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１７が中性子発生管内で発生する。
【００３５】
発生した高速中性子１７は、金属カバー１４、保温材１３、保温材１３内に存在する水１５、配管１２及び配管１２内を流れる液体１６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１８となる。高速中性子１７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１７は、金属カバー１４、保温材１３及び配管１２によってはエネルギーをほとんど失わず、水１５及び液体１６によって主にエネルギーを失って熱中性子１８となる。
【００３６】
生成された熱中性子１８は、高速中性子１７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り、全ての方向に飛行する可能性がある。これらの熱中性子１８のうち、高速中性子１７の照射方向とは逆の方向に飛来する熱中性子１８が、３Ｈｅ比例計数管３で検出される。保温材１３内に水１５が存在する場合には、上記した逆方向に進行する熱中性子１８が、その水１５によってさらに減速される。高圧電源６からの高電圧が前置増幅器７を介して３Ｈｅ比例計数管３に印加されている。３Ｈｅ比例計数管３は、熱中性子１８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１８を検出する。すなわち、３Ｈｅ比例計数管３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３は、入射される高速中性子１７をほとんど検出せずほぼ熱中性子１８のみを検出する。
【００３７】
熱中性子１８を検出した３Ｈｅ比例計数管３から出力されたその電流信号は、前置増幅器７及び増幅器８を通して電圧信号に変換され、波高弁別器９に入力される。波高弁別器９は、設定波高値以上のアナログ信号を、ロジックパルスに変換する。この設定波高値のレベルは、任意に設定できる。３Ｈｅ比例計数管３に中性子が入力されたときの波高値が、３Ｈｅ比例計数管３にγ線が入力されたときの波高値よりも十分高くなっている。このため、波高弁別器９に設定波高値を適切に設定することによって、波高弁別器９はγ線のバックグラウンド信号を熱中性子の信号から分離する。
【００３８】
制御装置５は、入力したクロック信号に基づいて第１制御指令を電源４に出力したとき、波高弁別器９にロジックパルス変換開始指令である第２制御指令を出力する。第２制御指令を入力した波高弁別器９は、設定波高値以上の、入力した熱中性子検出信号のロジックパルスへの変換を開始する。制御装置５は、第２制御指令の出力時点（中性子発生管２での酵素工中性子１７の発生時点）を基点にして、所定の単位時間、例えば、1マイクロ秒毎に波高弁別器９に時間情報を与える。波高弁別器９は、第２制御指令の入力時点以降、1マイクロ秒毎に、設定波高値以上の熱中性子検出信号をロジックパルスに変換する。波高弁別器９は、1マイクロ秒毎の、ロジックパルスに変換された信号をスケーラー（計数値測定器）１０に出力する。スケーラー１０は、1マイクロ秒毎の、ロジックパルスに変換された信号に基づいて、設定された時間（例えば、1マイクロ秒）毎にその信号をカウントし、得られた1マイクロ秒毎の計数値をデータ処理装置１１に出力する。
【００３９】
データ処理装置１１は、設定された時間（例えば、1マイクロ秒）毎の各計数値に基づいて、中性子発生管２における高速中性子１７の発生時間を基点にして、上記の設定された時間幅で、時系列的に、単位時間当たりに３Ｈｅ比例計数管３で検出された熱中性子１８の個数（熱中性子１８の検出率）をそれぞれ算出する。この熱中性子１８の個数は熱中性子１８の強度を示している。データ処理装置１１は、時系列的に1マイクロ秒毎に算出された、単位時間当たりの各熱中性子１８の検出率のうち最も大きな熱中性子の検出率を選択する。選択された最大の熱中性子の検出率が、図２に示す熱中性子検出率のピーク値である。
【００４０】
さらに、データ処理装置１１において以下の処理が行われる。高速中性子１７の発生時間から熱中性子１８の検出率がピークになるまでに要した、上記の設定された時間幅の数をカウントし、このカウント数に基づいて、熱中性子１８の検出率がピークになる時間Ｔを算出する。得られた時間Ｔを（１）式に代入し、ピークを形成する時間Ｔでの熱中性子１８の飛行距離Ｌ２を算出する。Ｈｅ比例計数管３から配管１２の外面までの距離Ｌ１及び熱中性子１８の飛行距離Ｌ２に基づいて、（Ｌ１−Ｌ２）を算出し、（Ｌ１−Ｌ２）と遮蔽効果が生じる水の厚さＤを比較する。遮蔽効果が生じる水の厚さＤは、予め求めてデータ処理装置１０のメモリに記憶されている。
【００４１】
データ処理装置１１は、Ｌ１−Ｌ２＜Ｄのとき、保温材１３内に水分が存在していると判定する。Ｌ１−Ｌ２≧Ｄのときには、保温材１３内に水分が存在していないと判定される。データ処理装置１１は、保温材１３内における水分の有無の判定結果を表示装置（図示せず）に出力する。水分の有無の判定結果が表示装置に表示される。
【００４２】
データ処理装置１１によって、上記の設定された時間毎に算出された、単位時間当たりの各熱中性子の検出率を、時系列的に表示装置に表示すると、図３のようになる。高速中性子１７が、時間Ｔ０で中性子発生管２から保温材１３に向かって照射されたとする（図３（Ａ）参照）。保温材１３内に水１５が存在するとき、３Ｈｅ比例計数管３で検出された熱中性子１８に基づいて得られた熱中性子の検出率（熱中性子の強度）の変化は、図３（Ｂ）のようになる。この熱中性子の検出率は、時間Ｔ０から時間が経過するにつれ増加し、時間Ｔ１でピーク値Ｐ１に達して、その後、減少する。熱中性子の検出率がピーク値Ｐ１になる時間Ｔ１を（１）式のＴに代入して、熱中性子の飛行距離Ｌ２を求める。この場合には、Ｌ１−Ｌ２＜Ｄになるので、データ処理装置１１は保温材１３内に水分が存在していると判定する。本実施例では、配管１２の外面から３Ｈｅ比例計数管３までの距離は、例えば、１５ｃｍである。
【００４３】
保温材１３内に水１５が存在しないとき、３Ｈｅ比例計数管３で検出された熱中性子１８に基づいて得られた熱中性子の検出率の変化は、図３（Ｃ）のようになる。この熱中性子の検出率も、時間Ｔ０から時間が経過するにつれ増加し、時間Ｔ２でピーク値Ｐ２に達して、その後、減少する。熱中性子の検出率がピーク値Ｐ２になる時間Ｔ２を（１）式のＴに代入して、熱中性子の飛行距離Ｌ２を求める。この場合には、Ｌ１−Ｌ２≧Ｄになるので、データ処理装置１１は保温材１３内に水分が存在していないと判定する。
【００４４】
例えば、中性子発生管２を１０００Ｈｚで運転した場合には、熱中性子の強度のピークは、１００００パルス程度の熱中性子を３Ｈｅ比例計数管３によって検出することによって形成できる。このため、中性子発生管２で、１０秒程度、高速中性子を発生すれば、保温材１３内における水１５の存在の有無を判定することができる。
【００４５】
３Ｈｅ比例計数管３から配管１２の外面までの距離が上記の場合よりもΔＬだけ離れたとき、熱中性子の検出率がピーク値になる時間が遅くなる。すなわち、保温材１３内に水１５が存在する場合には、図３（Ｂ）に一点鎖線で示すように、熱中性子の検出率がピーク値Ｐ１’に到達する時間Ｔ３がΔＴ＝ΔＬ／ｖｔｈ だけ時間Ｔ１よりも遅くなる。すなわち、Ｔ３はＴ１＋ΔＴになる。保温材１３内に水が存在しない場合には、図３（Ｃ）に一点鎖線で示すように、熱中性子の検出率がピーク値Ｐ２’に到達する時間Ｔ４がΔＴ＝ΔＬ／ｖｔｈ だけ時間Ｔ２よりも遅くなる。すなわち、Ｔ４はＴ２＋ΔＴになる。したがって、３Ｈｅ比例計数管３から金属カバー１４の外面までの距離を正確に測定し、この測定した距離に設計図面等から読み取った金属カバー１４の外面から配管１２の外面までの寸法を加える必要がある。３Ｈｅ比例計数管３から金属カバー１４の外面までの距離は、レーザー等を用いて測定される。金属カバー１４の外面から配管１２の外面までの寸法を厳密に確認したい場合には、金属カバー１４及び保温材１３を一部取り除いて金属カバー１４の外面から配管１２の外面までの長さを測定するとよい。
【００４６】
中性子発生管２は、時間Ｔ０で高速中性子１７を発生した後、前述の第１の時間間隔で高速中性子１７を順次発生させる。３Ｈｅ比例計数管３は、高速中性子１７の高速中性子１７の照射方向とは逆の方向に飛来する熱中性子１８を、周期的な高速中性子の発生毎に検出する。このため、熱中性子の強度のピーク値（Ｐ１またはＰ２）が周期的に現れる。
【００４７】
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１７を配管１２の検査対象箇所に照射するので、配管１２内で液体１６が流れている状態で、高速中性子１７の発生時間Ｔ０を基点に、照射した高速中性子１７に対応した熱中性子１８の検出率のピーク値（Ｐ１またはＰ２）を得ることができる。このため、配管１２内の液体１６の流れを停止させないで保温材１３内における水１５の存在の有無を精度良く判定することができる。本実施例は、配管１２内に液体１６を流している状態、すなわち、化学プラントを運転している状態で、配管１２を取り囲む保温材１３内での水１５の存在の有無を判定できるので、化学プラントの稼働率を向上させることができる。
【００４８】
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１６及び水１５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３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、或る時間に発生した高速中性子１７に対する熱中性子の検出率分布、特に、熱中性子の検出率のピーク値を得ることができる。したがって、上記したように、配管１２内に液体１６が流れている状態であっても、保温材１３内に水１５が存在しているか否かを精度良く検知することができる。
【００４９】
本実施例は、熱中性子１８の検出率（熱中性子の強度）がこのピーク値に達する時間までに、高速中性子１７の照射方向とは逆の方向において熱中性子１８が飛行する距離、及び３Ｈｅ比例計数管３と配管１２の外面の間の距離に基づいて、配管１２を取り囲む保温材１３内に存在する水１５を検出することができる。それに基づけば、保温材１３内に水１５が存在しない場合も検出することができる。このような本実施例は、保温材１３内に水１５が存在するか否かの判定に、特開２００８−１８０７００号公報の図２（Ｃ）に示されたバックグラウンドの熱中性子の領域ｂに関するデータを用いる必要がない。したがって、本実施例は、バックグラウンドの熱中性子の領域ｂに関するデータを事前に計測する必要がない。
【００５０】
水１５の存在の有無の判定に用いる遮蔽効果が生じる水の厚さＤが演算で求められるので、特開２００８−１８０７００号公報で用いられるバックグラウンドの熱中性子の領域ｂに関するデータ、及び特公平７−５８２５３号公報で用いられる第１標準相関及び第２標準相関の各データのように、水分の存在の判定に用いる情報のデータベースを予め作成する必要がなくなる。
【００５１】
このバックグラウンドの熱中性子の領域ｂに関するデータを事前に計測する場合には、高速中性子を配管に照射して３Ｈｅ比例計数管で熱中性子を検出し、熱中性子の検出率の時間変化を求めると同時に、高速中性子を照射した位置での金属カバー及び保温材の一部を剥がし、保温材内の水の存在の有無を作業員が確認していた。保温材内に水が存在しないことが確認されたときにおける熱中性子の検出率の時間変化の情報を、バックグラウンドの熱中性子の領域ｂに関するデータにしていた。このようなバックグラウンドの熱中性子の領域ｂに関するデータは、保温材１３内での水１５の検出精度をあげるために、保温材１３内の水分の検出を行う毎（中性子発生管２及び３Ｈｅ比例計数管３を検査対象物のそばに設置するたび）に行っていたので、水分検出作業に要する時間が長くなっていた。
【００５２】
本実施例では、水１５の存在の有無の判定に用いる遮蔽効果が生じる水の厚さＤが演算で求められ、バックグラウンドの熱中性子の領域ｂに関するデータを求める場合のように、金属カバー１４及び保温材１３の一部を配管１２から剥がす必要がないので、水分検出作業に要する時間を短縮することができる。
【００５３】
また、本実施例は、中性子発生管２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１７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１７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１７の配管１２への照射方向とすることによって、全体の高速中性子１７の発生率に対する配管１２に照射される高速中性子１７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１７の照射ができる。
【００５４】
３Ｈｅ比例計数管３と配管１２の外面の間の距離Ｌ１を用いる替りに、Ｌ１として、３Ｈｅ比例計数管３と配管１２の内面の間の距離を用いても、保温材１３内における水１５の存在を判定することができる。
【実施例２】
【００５５】
本発明の他の実施例である実施例２の水分検出装置を、図４に基づいて説明する。本実施例の水分検出装置１Ａは、３Ｈｅ比例計数管、前置増幅器７、増幅器８、波高弁別器９及びスケーラー１０をそれぞれ４つずつ備えている以外は実施例１の水分検出装置１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３Ａ及び一対の３Ｈｅ比例計数管３Ｂを含んでいる。前置増幅器７、増幅器８、波高弁別器９及びスケーラー１０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７が、一対の３Ｈｅ比例計数管３Ａ及び一対の３Ｈｅ比例計数管３Ｂにそれぞれ接続される。各スケーラー１０が１つのデータ処理装置１１に接続される。電源４が中性子発生管２に接続される。高圧電源６が４つの前置増幅器７にそれぞれ接続される。図４では、３つの前置増幅器７と高圧電源６の接続の図示を、図面が煩雑になるために省略した。
【００５６】
一対の３Ｈｅ比例計数管３Ａ及び一対の３Ｈｅ比例計数管３Ｂが、それぞれ、中性子発生管２の軸心に対して対称になるように、中性子発生管２の両側に配置される。中性子発生管２、３Ｈｅ比例計数管３Ａ，３Ｂのそれぞれの軸心が配管１２の中心を向いている。一対の３Ｈｅ比例計数管３Ａのそれぞれ、及び一対の３Ｈｅ比例計数管３Ｂのそれぞれは、配管１２の外面から等距離の位置に配置されている。図示されていないが、制御装置５は、第１制御指令を高圧電源４に出力し、第２制御指令を４つの波高弁別器９に出力する。
【００５７】
第１制御指令に基づいて中性子発生管２から金属カバー１４に単一エネルギーの高速中性子１７が照射される。この高速中性子１７は、第１制御指令が出力される時間毎にパルス状に発生する。生成された熱中性子１８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スケーラー１０で得られた各設定された時間毎の計数値は、データ処理装置１１に入力される。データ処理装置１１は、これらの計数値を基に実施例１と同様な処理を行い、保温材１３内に水１５が存在するかまたは水１５が存在しないかを判定する。
【００５８】
特に、一対の３Ｈｅ比例計数管３Ａのそれぞれが、配管１２の外面から等距離に配置されているので、保温材１３内に水１５が存在しない場合は、一対の３Ｈｅ比例計数管３Ａのそれぞれで検出された各熱中性子の各検出信号に基づいて得られた各熱中性子の検出率が、各ピーク値Ｐ１に達する時間は、同じ時間Ｔ１になる。同様に、一対の３Ｈｅ比例計数管３Ｂのそれぞれで検出された各熱中性子の各検出信号に基づいて得られた各熱中性子の検出率が、各ピーク値Ｐ１に達する時間は、同じ時間Ｔ１になる。配管１２の周方向において、水１５が保温材１３内に偏在して存在する場合には、対の３Ｈｅ比例計数管３Ａ（または３Ｂ）でそれぞれ検出された各熱中性子の各検出信号に基づいて得られた、対の３Ｈｅ比例計数管３Ａ（または３Ｂ）のそれぞれに対応する各熱中性子の検出率において、各ピーク値Ｐ１に達する時間が異なるので、本実施例は、偏在した水１５の存在を検出できる。また、保温材１３内に水１５が均一に存在する場合でも、実施例１と同様に、水の存在を検出できる。
【００５９】
本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。
【実施例３】
【００６０】
本発明の他の実施例である実施例３の水分検出装置を、図５に基づいて説明する。本実施例の水分検出装置１Ｂは、実施例２における中性子発生管２及び一対の３Ｈｅ比例計数管３Ａを備えている。水分検出装置１Ｂは、実施例２の水分検出装置１Ａにおいて、一対の３Ｈｅ比例計数管３Ｂ、及びこれらの３Ｈｅ比例計数管３Ｂに接続される前置増幅器７、増幅器８、波高弁別器９及びスケーラー１０を取り除いた構成を有する。さらに、水分検出装置１Ｂにおいて、中性子発生管２及び一対の３Ｈｅ比例計数管３Ａが、配管１２を取り囲む環状の連結具（移動体）２０に取り付けられる。一対の３Ｈｅ比例計数管３Ａが、それぞれ、中性子発生管２の軸心に対して対称になるように、中性子発生管２の両側に配置される。連結具２０は、金属カバー１４を取り囲んで金属カバー１４の外面に設置された環状のガイドレール（ガイド装置）２１に、配管１２の周方向に移動可能に取り付けられる。ガイドレール２１には、金属カバー１４の外面に沿って配管１２の軸方向に伸びる複数の支持部材２２が取り付けられている。
【００６１】
中性子発生管２及び一対の３Ｈｅ比例計数管３Ａを、連結具２０をガイドレール２１に沿って移動させることにより、３Ｈｅ比例計数管３Ａ金属カバー１４の周囲を旋回する。連結具２０は、所定の角度だけ旋回させた後、その角度で保持される。連結具２０に取り付けられた中性子発生管２で発生した高速中性子１７を保温材１３に照射する。保温材１３内に存在する水１５及び配管１２内を流れる液体１６のそれぞれの減速作用によって生成された熱中性子１８が、各３Ｈｅ比例計数管３Ａで計測される。ある角度での熱中性子１８の計測が終了したとき、連結具２０がさらに所定角度だけ回転される。このようにして、中性子発生管２及び３Ｈｅ比例計数管３Ａが、周方向において、金属カバー１４の周囲での移動及び停止を所定角度ずつ繰り返す。この動作によって、保温材１３の周方向全域に亘って、高速中性子１７の照射及び熱中性子１８の計測が順次行われる。
【００６２】
配管１２の周方向において水１５が保温材１３内に偏在する場合には、実施例２と同様に、対になっている３Ｈｅ比例計数管３Ａでそれぞれ検出された各熱中性子の各検出信号に基づいて得られた、対の３Ｈｅ比例計数管３Ａのそれぞれに対応する各熱中性子の検出率において、各ピーク値Ｐ１に達する時間が異なるので、本実施例は、水１５の存在を検出できる。保温材１３内で周方向に水１５が均一に存在する場合でも、実施例１と同様に、水１５の有無を検知できる。
【００６３】
本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。本実施例は、中性子発生管２及び３Ｈｅ比例計数管３Ａが配管１２の周囲を旋回するので、配管１２の周方向において、保温財１３内に存在する水１５を検出することができる。
【実施例４】
【００６４】
本発明の他の実施例である実施例４の水分検出装置を、図６に基づいて説明する。本実施例の水分検出装置１Ｃは、実施例３の水分検出装置１Ｂに、ワイヤ２４の巻き取り及び巻き戻しを行う複数の巻き取り装置２３を設けた構成を有する。３台の巻き取り装置２３は連結具２０に取り付けられる。巻き取り装置２３は、中性子発生管２及び一対の３Ｈｅ比例計数管３Ａ毎に設けられる。中性子発生管２及び一対の３Ｈｅ比例計数管３Ａのそれぞれは、該当する巻き取り装置２３に巻き付けられたワイヤ２４に取り付けられる。
【００６５】
水分検出装置１Ｃは、水分検出装置１Ｂと同様に、保温材１３内に存在する水１５を検出する。さらに、本実施例は、中性子発生管２及び一対の３Ｈｅ比例計数管３Ａのそれぞれがワイヤ２３に取り付けられているので、各巻き取り装置２３を回転させることによって、中性子発生管２及び一対の３Ｈｅ比例計数管３Ａを配管１２の軸方向に移動させることができる。したがって、配管１２の周方向だけでなくその軸方向にも、中性子発生管２及び一対の３Ｈｅ比例計数管３Ａを移動させ、配管１２の軸方向において保温材１３内に存在する水１５を検出することができる。
【００６６】
本実施例の水分検出装置１Ｃは、ワイヤ２４に取り付けられている関係上、上下方向に伸びる配管１２の保温材３内に存在する水１５の検出に用いられる。水平方向に伸びる配管１２における保温材１３内に存在する水１５を検出する場合には、環状のガイドレール２１を、配管１２の軸方向に伸びる直線状の複数のガイドレールに、配管１２の軸方向に移動可能に取り付けるとよい。
【００６７】
本実施例は、実施例３で生じる各効果を得ることができる。
【実施例５】
【００６８】
本発明の他の実施例である実施例５の水分検出方法を、図７に基づいて説明する。本実施例の水分検出方法に用いられる水分検出装置は、実施例１の水分検出装置１である。本実施例における水分検出方法が適用される検査対象物は、化学プラントの蒸留塔２５であり、屋外に設置されている。
【００６９】
保温材１３が蒸留塔２５の周囲を取り囲んで蒸留塔２５に取り付けられている。金属カバー１４がその保温材１３の外面を覆っている。蒸留塔２５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）１６が流れている。中性子発生管２及び３Ｈｅ比例計数管３は、金属カバー１４の外面に対向し、それぞれの軸心が蒸留塔２５の半径方向を向いて配置される。水１５が保温材１３内に存在していることを想定する。
【００７０】
水分検出装置１は、実施例１と同様に機能して蒸留塔２５を取り囲む保温材１３内に存在する水１５を検出する。この水分検出装置１による、蒸留塔２５を取り囲む保温材１３内に存在する水１５の検出の概略を以下に説明する。
【００７１】
中性子発生管２で発生したパルス状の高速中性子１７が、金属カバー１４に向って照射される。この高速中性子１７は、保温材１３内に存在する水１５及び蒸留塔２５内を流れる液体１６によって弾性散乱されてエネルギーを失い、より低いエネルギーの熱中性子１８になる。発生した熱中性子のうち、高速中性子１７の照射方向とは逆の方向に飛来する熱中性子１８が、水１５でさらに減速されて３Ｈｅ比例計数管３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、波高弁別器９に入力される。波高弁別器９においてロジックパルスに変換された信号は、スケーラー１０によって、設定された時間毎に計数値に変換される。設定された時間毎の計数値はデータ処理装置１１に入力される。
【００７２】
設定された時間毎の計数値を入力したデータ処理装置１１は、実施例１と同様に、熱中性子１８の検出率がピーク値Ｐ１になる時間Ｔを算出し、時間Ｔでの熱中性子１８の飛行距離Ｌ２を算出する。さらに、データ処理装置１１は、Ｈｅ比例計数管３から配管１２の外面までの距離Ｌ１を用いて、（Ｌ１−Ｌ２）を算出し、Ｌ１−Ｌ２＜Ｄであるかを判定する。Ｌ１−Ｌ２＜Ｄのとき、保温材１３内に水分が存在していると判定される。
【００７３】
本実施例も、実施例１で生じる効果を得ることができる。
【００７４】
本実施例では、水分検出装置１の替りに、実施例２〜４でそれぞれ用いられる水分検出装置１Ａ，１Ｂ及び１Ｃのいずれかを用いてもよい。また、水分検出装置１，１Ａ，１Ｂ及び１Ｃのいずれかを用いて、蒸留塔２５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、及びタンクを取り囲む保温材内に水が存在するか否かを、蒸留塔２５と同様に、検出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、プラントに設けられた配管または塔を取り囲む保温材内に存在する水分の検出に適用することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…水分検出装置、２…中性子発生管、３，３Ａ，３Ｂ…３Ｈｅ比例計数管（中性子検出器）、５…制御装置、９…波高弁別器、１０…スケーラー、１１…データ処理装置、１２…配管、１３…保温材、１４…金属カバー、１５…水、１６…液体、１７…高速中性子、１８…熱中性子、２０…連結具、２１…ガイドレール、２５…蒸留塔。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水分検出方法及び水分検出装置に係り、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及び水分検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、化学プラント等のプラントにおける塔または配管の検査、すなわち、これらを取り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、この水分検出方法では減速された中性子、金属カバー及び保温材を塔または配管から取り除く必要があるため、水分検出に多大な労力及び時間を要する。また、その水分検出時に化学プラントを停止する必要がある。
【０００３】
金属カバー及び保温材を取り除かないで塔または配管を検査する方法としては、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減速された中性子束を測定する方法である（特公平７−５８２５３号公報参照）。
【０００４】
特公平７−５８２５３号公報に記載された水分測定方法は、塔または配管内部の液体によって減速される中性子も測定してしまうので、塔または配管内部に液体が存在している化学プラントの運転時には、塔または配管内部からのバックグラウンドが高く保温材内の水分の測定が精度良く行うことができなかった。特に、化学プラント等の塔または配管内を流れる液体（重油、灯油等）で減速されて発生する中性子と保温材に含まれた水分で減速されて発生する中性子の区別がつかない。このため、塔または配管内に液体が流れている化学プラント等の運転中における保温材内の水分の検出が、特公平７−５８２５３号公報に記載の方法では困難である。
【０００５】
特公平７−５８２５３号公報の問題点を解消する中性子を利用した化学プラント等の運転中の塔または配管を取り囲む保温材内の水分の検出方法が、特開２００８−１８０７００号公報にて提案されている。この水分検出方法は、中性子発生管で発生する単一エネルギーを有するパルス状の高速中性子を金属カバーの外側から配管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減速された中性子（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方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平７−５８２５３号公報
【特許文献２】特開２００８−１８０７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特開２００８−１８０７００号公報に記載された方法では、塔または配管の保温材内に水が存在する場合とそれが存在しない場合の両方の測定を比較して保温材内の水の有無を判定している。このため、保温材内に水が存在しない場合での熱中性子検出率の分布のデータ（例えば、特開２００８−１８０７００号公報の図２（Ｃ）参照）を、測定結果に基づいて、予め、求め、データベース化することが必要である。
【０００８】
特公平７−５８２５３号公報に記載された水分検出方法でも、含水量を種々変更してこれらの含水域分布及び含水量が既知の複数のサンプルに対して、第１標準相関及び第２標準相関の各データを予め求め、データベース化する必要がある。
【０００９】
本発明の目的は、水分の存在の判定に用いる情報のデータベースを予め作成する必要がない水分検出方法及び水分検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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を取り囲んでいる保温材に照射し、照射された高速中性子から生成されて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中性子入射装置によって検出し、熱中性子の検出信号を基に、高速中性子の発生時点を基点にした、検出された熱中性子の強度の時間変化を算出し、得られたその時間変化の情報、及び設置された中性子入射装置と検査対象物の間の距離に基づいて、保温材内に存在する水を検出することにある。
【００１１】
熱中性子の強度の時間変化の情報、及び設置された中性子入射装置と検査対象物の間の距離に基づいて、保温材内における水の存在を検出するので、水分の存在の判定に用いる情報のデータベースを予め作成する必要がなくなる。なお、中性子入射装置と検査対象物の間の距離は、中性子入射装置と検査対象物の外面との間の距離及び中性子入射装置と検査対象物の内面との間の距離のいずれかである。
【００１２】
好ましくは、保温材内の水の検出は、熱中性子の強度の時間変化の情報を基に、熱中性子の強度がピークになる時点の、高速中性子の発生時点から経過した時間を求め、得られたこの時間に基づいて熱中性子の飛行距離を求め、この熱中性子の飛行距離及び中性子入射装置と検査対象物の間の距離に基づいて、保温材内に存在する水を検出することによって行われることが望ましい。
【００１３】
熱中性子の強度の時間変化の情報を基に、熱中性子の強度がピークになる時点の時間を算出できるので、その時間までに中性子入射装置に到達する熱中性子の飛行距離を容易に求めることができる。このため、熱中性子の飛行距離及び中性子入射装置と検査対象物の間の距離に基づいて、保温材内における水の存在を精度良く検出することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、水分の存在の判定に用いる情報のデータベースを予め作成する手間を省くことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の水分検出装置の構成図である。
【図２】計測された熱中性子の検出率の時間変化を示す特性図である。
【図３】図１に示す水分検出装置で計測された熱中性子の検出率の時間変化を示す説明図で、（Ａ）はパルス状の高速中性子の、発生時間での発生率を示す説明図、（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時間変化を示す説明図、(Ｃ)は保温材内に水が存在しない状態での熱中性子の検出率の時間変化を示す説明図である。
【図４】本発明の他の実施例である実施例２の水分検出装置の構成図である。
【図５】本発明の他の実施例である実施例３の水分検出装置の構成図である。
【図６】本発明の他の実施例である実施例４の水分検出装置の構成図である。
【図７】本発明の他の実施例である実施例５の蒸留塔に適用した水分検出方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
発明者らは、水分の存在の判定に用いる情報のデータベースを予め作成する必要がない水分検出方法を実現するために、種々の検討を行った。この検討に際しては、特開２００８−１８０７００号公報に記載された単一エネルギーを有するパルス状の高速中性子の使用を前提にした。水分を検出する保温材を取り付けた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。
【００１７】
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させる中性子発生装置を用いる。この中性子発生装置は、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検査対象物に、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、保温材を覆う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。
【００１８】
照射されたパルス高速中性子は、金属カバー、保温材、保温材中の水分、及び検査対象物内の液体によって散乱され、エネルギーを失って減速された中性子（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となる。このような熱中性子のうち、パルス高速中性子の照射方向に対して逆方向に進行する熱中性子を３Ｈｅ中性子検出器等の中性子入射装置に入射させる。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。この熱中性子が、高速中性子の照射方向と逆の方向において、高速中性子が減速されて熱中性子になった位置から中性子入射装置に入射するまでの間に、照射方向に進む時にその高速中性子が減速された液体によって再び散乱され減速される。
【００１９】
この高速中性子の照射方向と逆方向に進む熱中性子が、高速中性子が減速された液体によって再び散乱され減速される現象が遮蔽効果である。この遮蔽効果により再び減速または散乱される熱中性子の割合は、上記の逆方向に進行する熱中性子が通過する液体の厚さに応じて決まる。測定された熱中性子の強度は、その遮蔽効果により、高速中性子の発生時間を基点とするある経過時間においてピークを有する。この状態を以下に説明する。
【００２０】
図２に、高速中性子の発生時間を基点とした熱中性子検出率の時間変化の一例を示す。高速中性子の発生率が高い場合には、高速中性子のパルス毎に現れる熱中性子検出率の時間変化は、特開２００８−１８０７００号公報の図２（Ｂ）に示されたバックグラウンドの熱中性子の領域ｂを含むようになる。しかしながら、高速中性子の発生率が低い中性子発生装置を用いてこの中性子発生装置により高速中性子を発生した場合には、一つの高速中性子のパルスに対して、高速中性子の照射方向と逆の方向に進行する熱中性子が数個しか検出されないという状況となり、上記したバックグラウンドの熱中性子の領域ｂがほとんど生じなくなる。図２は、多数の高速中性子のパルスに対して検出されたそれらの熱中性子の検出結果に基づいて得られた熱中性子検出率の時間変化を示している。パルス状の高速中性子が発生する時間間隔を伸ばした場合にも、検出される熱中性子の個数が少なくなり、バックグラウンドの熱中性子の領域ｂがほとんど発生しなくなる。
【００２１】
中性子発生装置から照射された高速中性子の速度は、例えば２．５ＭｅＶの中性子において１マイクロ秒で２２ｍ進むように、非常に早いために、高速中性子の発生後、この高速中性子は瞬時に検査対象物内に達する。検査対象物内に達した高速中性子は、検査対象物内に到達するまでの間で、保温材の金属カバー、保温材、保温材内の水分、及び検査対象物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。照射された高速中性子は、金属による散乱ではほとんどエネルギーを失わず、水分等の液体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となる。このような熱中性子のうち、パルス高速中性子の照射方向とは逆の方向に進行する熱中性子が、３Ｈｅ中性子検出器等の中性子入射装置に入射される。
【００２２】
熱中性子は、前述したように、１０マイクロ秒あたり約２．２ｃｍ進む。高速中性子の照射方向とは逆の方向に進行する熱中性子が、上記した遮蔽効果によって、再び減速または散乱される。このため、前述したように、中性子入射装置によって測定される熱中性子の強度は、高速中性子の発生時間を基点とするある経過時間においてピークを有する。熱中性子の速度をｖｔｈ、熱中性子の強度がピークになる時間をＴとすると、時間Ｔでの熱中性子の飛行距離Ｌ２は、（１）式で表すことができる。
【００２３】
Ｌ２＝ｖｔｈ×Ｔ ……（１）
ここで、熱中性子の速度ｖｔｈは既知の値であり、熱中性子の強度がピークになる時間Ｔは測定結果である。厳密には、時間Ｔでの熱中性子の飛行距離Ｌ２は熱中性子が発生した時点からの飛行距離である。しかしながら、高速中性子の速度が熱中性子の速度に比べて非常に早いので、中性子発生装置で発生した高速中性子は、瞬時に、保温材内に存在する水または検査対象物内の液体の位置に到達し、減速されて熱中性子になる。このため、高速中性子の発生時間を基点にした、熱中性子の強度がピークになるまでの経過時間Ｔに基づいて熱中性子の飛行距離Ｌ２を求めても、生じる誤差は無視することができる。
【００２４】
高速中性子照射によって生成される熱中性子が最大となる位置は、高速中性子のエネルギーが決まっていれば、保温材内に存在する水の表面からの水の厚さで決まるので、その熱中性子の量が最大となる位置から、３Ｈｅ中性子検出器等の中性子入射装置に向って飛行してきた熱中性子の飛行時間を測定することによって、保温材内に存在する水の表面までの距離が分かる。本発明は、この原理に基づいて保温材内に存在する水の有無を判定している。
【００２５】
中性子入射装置から検査対象物の外面までの距離をＬ１とすると、（Ｌ２−Ｌ１）が、遮蔽効果を生じる水の厚さＤになる。設置された中性子入射装置から検査対象物の外面までの距離Ｌ１は、検査の前で中性子入射装置を設置した時点で予め求めておく。この距離Ｌ１は、例えば、中性子入射装置から金属カバーの外面までの測定された距離、金属カバーの外面から検査対象物の外面までの設計図面での寸法及び検査対象物の厚みによって求められる。高速中性子の発生時間を基点にして、熱中性子の強度がピークになる時間Ｔを測定する。測定された時間Ｔを（１）式に代入することによって、ピークを形成する時間Ｔでの熱中性子の飛行距離Ｌ２を算出することができ、結果として、（Ｌ２−Ｌ１）の値を求めることができる。
【００２６】
遮蔽効果が生じる水の厚さをＤとすると、（Ｌ２−Ｌ１）が水の厚さＤより小さい値である場合は、保温材内に水が存在していると判定することができる。距離Ｌ１は設置された中性子入射装置から検査対象物の内面までの距離であってもよい。遮蔽効果が生じる水の厚さＤは、実験（または計算）で予め求めておくことができる。したがって、中性子の強度がピークになる時間Ｔを求めることによって、保温材内における水の有無を判定できる。
【００２７】
検査対象物の内部に液体が存在する場合、熱中性子の強度がピークに到達する時間は、減速された熱中性子を検出する中性子入射装置の設置位置と水の表面との距離に関係する。このため、中性子入射装置の、検査対象物の外面（または内面）からの距離を用いることによって、水の表面が保温材内に存在するか否かを判定することができる。
【００２８】
以上に述べた検討結果を反映した、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２９】
本発明の好適な一実施例である実施例１の水分検出装置を、図１に基づいて説明する。本実施例の水分検出装置１は、中性子発生管（中性子発生装置）２、中性子検出器である３Ｈｅ比例計数管（中性子入射装置）３、制御装置５、波高弁別器９、スケーラー１０及びデータ処理装置１１を備えている。中性子検出器としてＢＦ３比例計数管を用いてもよい。電源４がケーブルにて中性子発生管２に接続される。３Ｈｅ比例計数管３は、前置増幅器７及び増幅器８を介して波高弁別器９に接続される。波高弁別器９は、スケーラー１０を介してデータ処理装置１１に接続される。高圧電源６が前置増幅器７に接続される。制御装置５は、電源４及び波高弁別器９に接続される。中性子発生管２及び３Ｈｅ比例計数管３が支持部材（図示せず）に取り付けられている。
【００３０】
保温材１３が検査対象物である配管１２の周囲を取囲んで配管１２に取り付けられている。配管１２は例えば化学プラントの配管である。金属カバー１４が保温材１３の外面を覆っている。配管１２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）１６が流れている。中性子発生管２及び３Ｈｅ比例計数管３は、金属カバー１４の外面に対向し、それぞれの軸心が配管１２の半径方向を向いて配置される。
【００３１】
保温材１３内に水１５が存在する場合には、この水１５は、屋外に設置された配管１２の金属カバー１４の隙間等から金属カバー１４と配管１２の間に浸入した雨水である。この水１５が配管１２の腐食の原因となる。
【００３２】
化学プラントの屋外に配置された配管１２を対象に、水分検出装置１を用いて行う検査を以下に説明する。水分検出装置１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、水分検出装置１の中性子発生管２及び３Ｈｅ比例計数管３を、支持部材に取り付けて、検査箇所の金属カバー１４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１２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１０に接続された入力装置（図示せず）から配管１２の直径、保温材１３及び金属カバー１４の各厚み、配管１２の外面（検査対象物の外面）から中性子発生管２及び３Ｈｅ比例計数管３までのそれぞれの距離、配管１６内を流れる液体１６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１３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１０のメモリ（図示せず）に記憶される。
【００３３】
制御装置５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（高速中性子発生指令）を発生し、この第１制御指令に基づいて電源４を制御する。電源４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１７を、順次、発生する。中性子発生管２は、例えば、１０００Ｈｚで１０秒間運転される。この間に発生したパルス状の高速中性子１７は保温材１３及び配管１２に照射される。
【００３４】
中性子発生管２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２は、約２．５ＭｅＶの単一エネルギーの高速中性子１７を発生する。中性子発生管２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１７が中性子発生管内で発生する。
【００３５】
発生した高速中性子１７は、金属カバー１４、保温材１３、保温材１３内に存在する水１５、配管１２及び配管１２内を流れる液体１６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１８となる。高速中性子１７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１７は、金属カバー１４、保温材１３及び配管１２によってはエネルギーをほとんど失わず、水１５及び液体１６によって主にエネルギーを失って熱中性子１８となる。
【００３６】
生成された熱中性子１８は、高速中性子１７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り、全ての方向に飛行する可能性がある。これらの熱中性子１８のうち、高速中性子１７の照射方向とは逆の方向に飛来する熱中性子１８が、３Ｈｅ比例計数管３で検出される。保温材１３内に水１５が存在する場合には、上記した逆方向に進行する熱中性子１８が、その水１５によってさらに減速される。高圧電源６からの高電圧が前置増幅器７を介して３Ｈｅ比例計数管３に印加されている。３Ｈｅ比例計数管３は、熱中性子１８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１８を検出する。すなわち、３Ｈｅ比例計数管３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３は、入射される高速中性子１７をほとんど検出せずほぼ熱中性子１８のみを検出する。
【００３７】
熱中性子１８を検出した３Ｈｅ比例計数管３から出力されたその電流信号は、前置増幅器７及び増幅器８を通して電圧信号に変換され、波高弁別器９に入力される。波高弁別器９は、設定波高値以上のアナログ信号を、ロジックパルスに変換する。この設定波高値のレベルは、任意に設定できる。３Ｈｅ比例計数管３に中性子が入力されたときの波高値が、３Ｈｅ比例計数管３にγ線が入力されたときの波高値よりも十分高くなっている。このため、波高弁別器９に設定波高値を適切に設定することによって、波高弁別器９はγ線のバックグラウンド信号を熱中性子の信号から分離する。
【００３８】
制御装置５は、入力したクロック信号に基づいて第１制御指令を電源４に出力したとき、波高弁別器９にロジックパルス変換開始指令である第２制御指令を出力する。第２制御指令を入力した波高弁別器９は、設定波高値以上の、入力した熱中性子検出信号のロジックパルスへの変換を開始する。制御装置５は、第２制御指令の出力時点（中性子発生管２での酵素工中性子１７の発生時点）を基点にして、所定の単位時間、例えば、1マイクロ秒毎に波高弁別器９に時間情報を与える。波高弁別器９は、第２制御指令の入力時点以降、1マイクロ秒毎に、設定波高値以上の熱中性子検出信号をロジックパルスに変換する。波高弁別器９は、1マイクロ秒毎の、ロジックパルスに変換された信号をスケーラー（計数値測定器）１０に出力する。スケーラー１０は、1マイクロ秒毎の、ロジックパルスに変換された信号に基づいて、設定された時間（例えば、1マイクロ秒）毎にその信号をカウントし、得られた1マイクロ秒毎の計数値をデータ処理装置１１に出力する。
【００３９】
データ処理装置１１は、設定された時間（例えば、1マイクロ秒）毎の各計数値に基づいて、中性子発生管２における高速中性子１７の発生時間を基点にして、上記の設定された時間幅で、時系列的に、単位時間当たりに３Ｈｅ比例計数管３で検出された熱中性子１８の個数（熱中性子１８の検出率）をそれぞれ算出する。この熱中性子１８の個数は熱中性子１８の強度を示している。データ処理装置１１は、時系列的に1マイクロ秒毎に算出された、単位時間当たりの各熱中性子１８の検出率のうち最も大きな熱中性子の検出率を選択する。選択された最大の熱中性子の検出率が、図２に示す熱中性子検出率のピーク値である。
【００４０】
さらに、データ処理装置１１において以下の処理が行われる。高速中性子１７の発生時間から熱中性子１８の検出率がピークになるまでに要した、上記の設定された時間幅の数をカウントし、このカウント数に基づいて、熱中性子１８の検出率がピークになる時間Ｔを算出する。得られた時間Ｔを（１）式に代入し、ピークを形成する時間Ｔでの熱中性子１８の飛行距離Ｌ２を算出する。Ｈｅ比例計数管３から配管１２の外面までの距離Ｌ１及び熱中性子１８の飛行距離Ｌ２に基づいて、（Ｌ１−Ｌ２）を算出し、（Ｌ１−Ｌ２）と遮蔽効果が生じる水の厚さＤを比較する。遮蔽効果が生じる水の厚さＤは、予め求めてデータ処理装置１０のメモリに記憶されている。
【００４１】
データ処理装置１１は、Ｌ１−Ｌ２＜Ｄのとき、保温材１３内に水分が存在していると判定する。Ｌ１−Ｌ２≧Ｄのときには、保温材１３内に水分が存在していないと判定される。データ処理装置１１は、保温材１３内における水分の有無の判定結果を表示装置（図示せず）に出力する。水分の有無の判定結果が表示装置に表示される。
【００４２】
データ処理装置１１によって、上記の設定された時間毎に算出された、単位時間当たりの各熱中性子の検出率を、時系列的に表示装置に表示すると、図３のようになる。高速中性子１７が、時間Ｔ０で中性子発生管２から保温材１３に向かって照射されたとする（図３（Ａ）参照）。保温材１３内に水１５が存在するとき、３Ｈｅ比例計数管３で検出された熱中性子１８に基づいて得られた熱中性子の検出率（熱中性子の強度）の変化は、図３（Ｂ）のようになる。この熱中性子の検出率は、時間Ｔ０から時間が経過するにつれ増加し、時間Ｔ１でピーク値Ｐ１に達して、その後、減少する。熱中性子の検出率がピーク値Ｐ１になる時間Ｔ１を（１）式のＴに代入して、熱中性子の飛行距離Ｌ２を求める。この場合には、Ｌ１−Ｌ２＜Ｄになるので、データ処理装置１１は保温材１３内に水分が存在していると判定する。本実施例では、配管１２の外面から３Ｈｅ比例計数管３までの距離は、例えば、１５ｃｍである。
【００４３】
保温材１３内に水１５が存在しないとき、３Ｈｅ比例計数管３で検出された熱中性子１８に基づいて得られた熱中性子の検出率の変化は、図３（Ｃ）のようになる。この熱中性子の検出率も、時間Ｔ０から時間が経過するにつれ増加し、時間Ｔ２でピーク値Ｐ２に達して、その後、減少する。熱中性子の検出率がピーク値Ｐ２になる時間Ｔ２を（１）式のＴに代入して、熱中性子の飛行距離Ｌ２を求める。この場合には、Ｌ１−Ｌ２≧Ｄになるので、データ処理装置１１は保温材１３内に水分が存在していないと判定する。
【００４４】
例えば、中性子発生管２を１０００Ｈｚで運転した場合には、熱中性子の強度のピークは、１００００パルス程度の熱中性子を３Ｈｅ比例計数管３によって検出することによって形成できる。このため、中性子発生管２で、１０秒程度、高速中性子を発生すれば、保温材１３内における水１５の存在の有無を判定することができる。
【００４５】
３Ｈｅ比例計数管３から配管１２の外面までの距離が上記の場合よりもΔＬだけ離れたとき、熱中性子の検出率がピーク値になる時間が遅くなる。すなわち、保温材１３内に水１５が存在する場合には、図３（Ｂ）に一点鎖線で示すように、熱中性子の検出率がピーク値Ｐ１’に到達する時間Ｔ３がΔＴ＝ΔＬ／ｖｔｈ だけ時間Ｔ１よりも遅くなる。すなわち、Ｔ３はＴ１＋ΔＴになる。保温材１３内に水が存在しない場合には、図３（Ｃ）に一点鎖線で示すように、熱中性子の検出率がピーク値Ｐ２’に到達する時間Ｔ４がΔＴ＝ΔＬ／ｖｔｈ だけ時間Ｔ２よりも遅くなる。すなわち、Ｔ４はＴ２＋ΔＴになる。したがって、３Ｈｅ比例計数管３から金属カバー１４の外面までの距離を正確に測定し、この測定した距離に設計図面等から読み取った金属カバー１４の外面から配管１２の外面までの寸法を加える必要がある。３Ｈｅ比例計数管３から金属カバー１４の外面までの距離は、レーザー等を用いて測定される。金属カバー１４の外面から配管１２の外面までの寸法を厳密に確認したい場合には、金属カバー１４及び保温材１３を一部取り除いて金属カバー１４の外面から配管１２の外面までの長さを測定するとよい。
【００４６】
中性子発生管２は、時間Ｔ０で高速中性子１７を発生した後、前述の第１の時間間隔で高速中性子１７を順次発生させる。３Ｈｅ比例計数管３は、高速中性子１７の高速中性子１７の照射方向とは逆の方向に飛来する熱中性子１８を、周期的な高速中性子の発生毎に検出する。このため、熱中性子の強度のピーク値（Ｐ１またはＰ２）が周期的に現れる。
【００４７】
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１７を配管１２の検査対象箇所に照射するので、配管１２内で液体１６が流れている状態で、高速中性子１７の発生時間Ｔ０を基点に、照射した高速中性子１７に対応した熱中性子１８の検出率のピーク値（Ｐ１またはＰ２）を得ることができる。このため、配管１２内の液体１６の流れを停止させないで保温材１３内における水１５の存在の有無を精度良く判定することができる。本実施例は、配管１２内に液体１６を流している状態、すなわち、化学プラントを運転している状態で、配管１２を取り囲む保温材１３内での水１５の存在の有無を判定できるので、化学プラントの稼働率を向上させることができる。
【００４８】
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１６及び水１５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３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、或る時間に発生した高速中性子１７に対する熱中性子の検出率分布、特に、熱中性子の検出率のピーク値を得ることができる。したがって、上記したように、配管１２内に液体１６が流れている状態であっても、保温材１３内に水１５が存在しているか否かを精度良く検知することができる。
【００４９】
本実施例は、熱中性子１８の検出率（熱中性子の強度）がこのピーク値に達する時間までに、高速中性子１７の照射方向とは逆の方向において熱中性子１８が飛行する距離、及び３Ｈｅ比例計数管３と配管１２の外面の間の距離に基づいて、配管１２を取り囲む保温材１３内に存在する水１５を検出することができる。それに基づけば、保温材１３内に水１５が存在しない場合も検出することができる。このような本実施例は、保温材１３内に水１５が存在するか否かの判定に、特開２００８−１８０７００号公報の図２（Ｃ）に示されたバックグラウンドの熱中性子の領域ｂに関するデータを用いる必要がない。したがって、本実施例は、バックグラウンドの熱中性子の領域ｂに関するデータを事前に計測する必要がない。
【００５０】
水１５の存在の有無の判定に用いる遮蔽効果が生じる水の厚さＤが演算で求められるので、特開２００８−１８０７００号公報で用いられるバックグラウンドの熱中性子の領域ｂに関するデータ、及び特公平７−５８２５３号公報で用いられる第１標準相関及び第２標準相関の各データのように、水分の存在の判定に用いる情報のデータベースを予め作成する必要がなくなる。
【００５１】
このバックグラウンドの熱中性子の領域ｂに関するデータを事前に計測する場合には、高速中性子を配管に照射して３Ｈｅ比例計数管で熱中性子を検出し、熱中性子の検出率の時間変化を求めると同時に、高速中性子を照射した位置での金属カバー及び保温材の一部を剥がし、保温材内の水の存在の有無を作業員が確認していた。保温材内に水が存在しないことが確認されたときにおける熱中性子の検出率の時間変化の情報を、バックグラウンドの熱中性子の領域ｂに関するデータにしていた。このようなバックグラウンドの熱中性子の領域ｂに関するデータは、保温材１３内での水１５の検出精度をあげるために、保温材１３内の水分の検出を行う毎（中性子発生管２及び３Ｈｅ比例計数管３を検査対象物のそばに設置するたび）に行っていたので、水分検出作業に要する時間が長くなっていた。
【００５２】
本実施例では、水１５の存在の有無の判定に用いる遮蔽効果が生じる水の厚さＤが演算で求められ、バックグラウンドの熱中性子の領域ｂに関するデータを求める場合のように、金属カバー１４及び保温材１３の一部を配管１２から剥がす必要がないので、水分検出作業に要する時間を短縮することができる。
【００５３】
また、本実施例は、中性子発生管２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１７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１７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１７の配管１２への照射方向とすることによって、全体の高速中性子１７の発生率に対する配管１２に照射される高速中性子１７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１７の照射ができる。
【００５４】
３Ｈｅ比例計数管３と配管１２の外面の間の距離Ｌ１を用いる替りに、Ｌ１として、３Ｈｅ比例計数管３と配管１２の内面の間の距離を用いても、保温材１３内における水１５の存在を判定することができる。
【実施例２】
【００５５】
本発明の他の実施例である実施例２の水分検出装置を、図４に基づいて説明する。本実施例の水分検出装置１Ａは、３Ｈｅ比例計数管、前置増幅器７、増幅器８、波高弁別器９及びスケーラー１０をそれぞれ４つずつ備えている以外は実施例１の水分検出装置１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３Ａ及び一対の３Ｈｅ比例計数管３Ｂを含んでいる。前置増幅器７、増幅器８、波高弁別器９及びスケーラー１０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７が、一対の３Ｈｅ比例計数管３Ａ及び一対の３Ｈｅ比例計数管３Ｂにそれぞれ接続される。各スケーラー１０が１つのデータ処理装置１１に接続される。電源４が中性子発生管２に接続される。高圧電源６が４つの前置増幅器７にそれぞれ接続される。図４では、３つの前置増幅器７と高圧電源６の接続の図示を、図面が煩雑になるために省略した。
【００５６】
一対の３Ｈｅ比例計数管３Ａ及び一対の３Ｈｅ比例計数管３Ｂが、それぞれ、中性子発生管２の軸心に対して対称になるように、中性子発生管２の両側に配置される。中性子発生管２、３Ｈｅ比例計数管３Ａ，３Ｂのそれぞれの軸心が配管１２の中心を向いている。一対の３Ｈｅ比例計数管３Ａのそれぞれ、及び一対の３Ｈｅ比例計数管３Ｂのそれぞれは、配管１２の外面から等距離の位置に配置されている。図示されていないが、制御装置５は、第１制御指令を高圧電源４に出力し、第２制御指令を４つの波高弁別器９に出力する。
【００５７】
第１制御指令に基づいて中性子発生管２から金属カバー１４に単一エネルギーの高速中性子１７が照射される。この高速中性子１７は、第１制御指令が出力される時間毎にパルス状に発生する。生成された熱中性子１８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スケーラー１０で得られた各設定された時間毎の計数値は、データ処理装置１１に入力される。データ処理装置１１は、これらの計数値を基に実施例１と同様な処理を行い、保温材１３内に水１５が存在するかまたは水１５が存在しないかを判定する。
【００５８】
特に、一対の３Ｈｅ比例計数管３Ａのそれぞれが、配管１２の外面から等距離に配置されているので、保温材１３内に水１５が存在しない場合は、一対の３Ｈｅ比例計数管３Ａのそれぞれで検出された各熱中性子の各検出信号に基づいて得られた各熱中性子の検出率が、各ピーク値Ｐ１に達する時間は、同じ時間Ｔ１になる。同様に、一対の３Ｈｅ比例計数管３Ｂのそれぞれで検出された各熱中性子の各検出信号に基づいて得られた各熱中性子の検出率が、各ピーク値Ｐ１に達する時間は、同じ時間Ｔ１になる。配管１２の周方向において、水１５が保温材１３内に偏在して存在する場合には、対の３Ｈｅ比例計数管３Ａ（または３Ｂ）でそれぞれ検出された各熱中性子の各検出信号に基づいて得られた、対の３Ｈｅ比例計数管３Ａ（または３Ｂ）のそれぞれに対応する各熱中性子の検出率において、各ピーク値Ｐ１に達する時間が異なるので、本実施例は、偏在した水１５の存在を検出できる。また、保温材１３内に水１５が均一に存在する場合でも、実施例１と同様に、水の存在を検出できる。
【００５９】
本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。
【実施例３】
【００６０】
本発明の他の実施例である実施例３の水分検出装置を、図５に基づいて説明する。本実施例の水分検出装置１Ｂは、実施例２における中性子発生管２及び一対の３Ｈｅ比例計数管３Ａを備えている。水分検出装置１Ｂは、実施例２の水分検出装置１Ａにおいて、一対の３Ｈｅ比例計数管３Ｂ、及びこれらの３Ｈｅ比例計数管３Ｂに接続される前置増幅器７、増幅器８、波高弁別器９及びスケーラー１０を取り除いた構成を有する。さらに、水分検出装置１Ｂにおいて、中性子発生管２及び一対の３Ｈｅ比例計数管３Ａが、配管１２を取り囲む環状の連結具（移動体）２０に取り付けられる。一対の３Ｈｅ比例計数管３Ａが、それぞれ、中性子発生管２の軸心に対して対称になるように、中性子発生管２の両側に配置される。連結具２０は、金属カバー１４を取り囲んで金属カバー１４の外面に設置された環状のガイドレール（ガイド装置）２１に、配管１２の周方向に移動可能に取り付けられる。ガイドレール２１には、金属カバー１４の外面に沿って配管１２の軸方向に伸びる複数の支持部材２２が取り付けられている。
【００６１】
中性子発生管２及び一対の３Ｈｅ比例計数管３Ａを、連結具２０をガイドレール２１に沿って移動させることにより、３Ｈｅ比例計数管３Ａ金属カバー１４の周囲を旋回する。連結具２０は、所定の角度だけ旋回させた後、その角度で保持される。連結具２０に取り付けられた中性子発生管２で発生した高速中性子１７を保温材１３に照射する。保温材１３内に存在する水１５及び配管１２内を流れる液体１６のそれぞれの減速作用によって生成された熱中性子１８が、各３Ｈｅ比例計数管３Ａで計測される。ある角度での熱中性子１８の計測が終了したとき、連結具２０がさらに所定角度だけ回転される。このようにして、中性子発生管２及び３Ｈｅ比例計数管３Ａが、周方向において、金属カバー１４の周囲での移動及び停止を所定角度ずつ繰り返す。この動作によって、保温材１３の周方向全域に亘って、高速中性子１７の照射及び熱中性子１８の計測が順次行われる。
【００６２】
配管１２の周方向において水１５が保温材１３内に偏在する場合には、実施例２と同様に、対になっている３Ｈｅ比例計数管３Ａでそれぞれ検出された各熱中性子の各検出信号に基づいて得られた、対の３Ｈｅ比例計数管３Ａのそれぞれに対応する各熱中性子の検出率において、各ピーク値Ｐ１に達する時間が異なるので、本実施例は、水１５の存在を検出できる。保温材１３内で周方向に水１５が均一に存在する場合でも、実施例１と同様に、水１５の有無を検知できる。
【００６３】
本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。本実施例は、中性子発生管２及び３Ｈｅ比例計数管３Ａが配管１２の周囲を旋回するので、配管１２の周方向において、保温財１３内に存在する水１５を検出することができる。
【実施例４】
【００６４】
本発明の他の実施例である実施例４の水分検出装置を、図６に基づいて説明する。本実施例の水分検出装置１Ｃは、実施例３の水分検出装置１Ｂに、ワイヤ２４の巻き取り及び巻き戻しを行う複数の巻き取り装置２３を設けた構成を有する。３台の巻き取り装置２３は連結具２０に取り付けられる。巻き取り装置２３は、中性子発生管２及び一対の３Ｈｅ比例計数管３Ａ毎に設けられる。中性子発生管２及び一対の３Ｈｅ比例計数管３Ａのそれぞれは、該当する巻き取り装置２３に巻き付けられたワイヤ２４に取り付けられる。
【００６５】
水分検出装置１Ｃは、水分検出装置１Ｂと同様に、保温材１３内に存在する水１５を検出する。さらに、本実施例は、中性子発生管２及び一対の３Ｈｅ比例計数管３Ａのそれぞれがワイヤ２３に取り付けられているので、各巻き取り装置２３を回転させることによって、中性子発生管２及び一対の３Ｈｅ比例計数管３Ａを配管１２の軸方向に移動させることができる。したがって、配管１２の周方向だけでなくその軸方向にも、中性子発生管２及び一対の３Ｈｅ比例計数管３Ａを移動させ、配管１２の軸方向において保温材１３内に存在する水１５を検出することができる。
【００６６】
本実施例の水分検出装置１Ｃは、ワイヤ２４に取り付けられている関係上、上下方向に伸びる配管１２の保温材３内に存在する水１５の検出に用いられる。水平方向に伸びる配管１２における保温材１３内に存在する水１５を検出する場合には、環状のガイドレール２１を、配管１２の軸方向に伸びる直線状の複数のガイドレールに、配管１２の軸方向に移動可能に取り付けるとよい。
【００６７】
本実施例は、実施例３で生じる各効果を得ることができる。
【実施例５】
【００６８】
本発明の他の実施例である実施例５の水分検出方法を、図７に基づいて説明する。本実施例の水分検出方法に用いられる水分検出装置は、実施例１の水分検出装置１である。本実施例における水分検出方法が適用される検査対象物は、化学プラントの蒸留塔２５であり、屋外に設置されている。
【００６９】
保温材１３が蒸留塔２５の周囲を取り囲んで蒸留塔２５に取り付けられている。金属カバー１４がその保温材１３の外面を覆っている。蒸留塔２５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）１６が流れている。中性子発生管２及び３Ｈｅ比例計数管３は、金属カバー１４の外面に対向し、それぞれの軸心が蒸留塔２５の半径方向を向いて配置される。水１５が保温材１３内に存在していることを想定する。
【００７０】
水分検出装置１は、実施例１と同様に機能して蒸留塔２５を取り囲む保温材１３内に存在する水１５を検出する。この水分検出装置１による、蒸留塔２５を取り囲む保温材１３内に存在する水１５の検出の概略を以下に説明する。
【００７１】
中性子発生管２で発生したパルス状の高速中性子１７が、金属カバー１４に向って照射される。この高速中性子１７は、保温材１３内に存在する水１５及び蒸留塔２５内を流れる液体１６によって弾性散乱されてエネルギーを失い、より低いエネルギーの熱中性子１８になる。発生した熱中性子のうち、高速中性子１７の照射方向とは逆の方向に飛来する熱中性子１８が、水１５でさらに減速されて３Ｈｅ比例計数管３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、波高弁別器９に入力される。波高弁別器９においてロジックパルスに変換された信号は、スケーラー１０によって、設定された時間毎に計数値に変換される。設定された時間毎の計数値はデータ処理装置１１に入力される。
【００７２】
設定された時間毎の計数値を入力したデータ処理装置１１は、実施例１と同様に、熱中性子１８の検出率がピーク値Ｐ１になる時間Ｔを算出し、時間Ｔでの熱中性子１８の飛行距離Ｌ２を算出する。さらに、データ処理装置１１は、Ｈｅ比例計数管３から配管１２の外面までの距離Ｌ１を用いて、（Ｌ１−Ｌ２）を算出し、Ｌ１−Ｌ２＜Ｄであるかを判定する。Ｌ１−Ｌ２＜Ｄのとき、保温材１３内に水分が存在していると判定される。
【００７３】
本実施例も、実施例１で生じる効果を得ることができる。
【００７４】
本実施例では、水分検出装置１の替りに、実施例２〜４でそれぞれ用いられる水分検出装置１Ａ，１Ｂ及び１Ｃのいずれかを用いてもよい。また、水分検出装置１，１Ａ，１Ｂ及び１Ｃのいずれかを用いて、蒸留塔２５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、及びタンクを取り囲む保温材内に水が存在するか否かを、蒸留塔２５と同様に、検出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、プラントに設けられた配管または塔を取り囲む保温材内に存在する水分の検出に適用することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…水分検出装置、２…中性子発生管、３，３Ａ，３Ｂ…３Ｈｅ比例計数管（中性子検出器）、５…制御装置、９…波高弁別器、１０…スケーラー、１１…データ処理装置、１２…配管、１３…保温材、１４…金属カバー、１５…水、１６…液体、１７…高速中性子、１８…熱中性子、２０…連結具、２１…ガイドレール、２５…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を取り囲んでいる保温材に照射し、照射された高速中性子から生成されて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中性子入射装置によって検出し、前記熱中性子の検出信号を基に、前記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、得られた前記熱中性子の強度の時間変化の情報、及び設置された前記中性子入射装置と前記検査対象物の間の距離に基づいて、前記保温材内に存在する水を検出することを特徴とする水分検出方法。
【請求項２】
前記保温材内の前記水の検出は、前記熱中性子の強度の時間変化の情報を基に、前記熱中性子の強度がピークになる時点の、前記高速中性子の発生時点から経過した時間を求め、得られたこの時間に基づいて前記熱中性子の飛行距離を求め、この熱中性子の飛行距離及び前記中性子入射装置と前記検査対象物の間の距離に基づいて、前記保温材内に存在する水を検出することによって行われる請求項１に記載の水分検出方法。
【請求項３】
前記保温材内の前記水の検出は、前記高速中性子を発生する中性子発生装置及び前記熱中性子を検出する中性子入射装置を、前記検査対象物の周囲を旋回させることによって行われる請求項１に記載の水分検出方法。
【請求項４】
前記中性子発生装置及び前記中性子入射装置を、前記高速中性子の照射時に、前記検査対象物の軸方向に移動させる請求項３に記載の水分検出方法。
【請求項５】
前記検査対象物が、配管及び塔のいずれかである請求項１ないし４のいずれか１項に記載の水分検出方法。
【請求項６】
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、前記高速中性子から生成されて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求め、得られた前記熱中性子の強度の時間変化の情報、及び前記中性子入射装置と前記検査対象物の間の距離に基づいて、前記保温材内における水の存在を判定す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７】
前記熱中性子の強度の時間変化の情報を基に、前記熱中性子の強度がピークになる時点の、前記高速中性子の発生時点から経過した時間を求め、得られたこの時間に基づいて前記熱中性子の飛行距離を求め、この熱中性子の飛行距離及び前記中性子入射装置と前記検査対象物の間の距離に基づいて、前記判定を行う前記データ処理装置を備えた請求項６に記載の水分検出装置。
【請求項８】
前記中性子入射装置が前記熱中性子を検出したときに出力する検出信号に基づいて、設定された時間毎に計数値をそれぞれ算出する計数値測定装置と、これらの計数値に基づいて前記熱中性子の強度の前記時間変化の情報を生成する前記データ処理装置とを備えた請求項６に記載の水分検出装置。
【請求項９】
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６ないし８のいずれか１項に記載された水分検出装置。
【請求項１０】
前記中性子発生装置及び前記中性子入射装置を前記検査対象の周囲に旋回させる旋回装置を備えた請求項６ないし９のいずれか１項に記載された水分検出装置。
【請求項１１】
前記中性子発生装置及び前記中性子入射装置を前記検査対象の軸方向に移動させる移動装置を備えた請求項６ないし１０のいずれか１項に記載された水分検出装置。
【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を取り囲んでいる保温材に照射し、照射された高速中性子から生成されて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中性子入射装置によって検出し、前記熱中性子の検出信号を基に、前記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、得られた前記熱中性子の強度の時間変化の情報、及び設置された前記中性子入射装置と前記検査対象物の間の距離に基づいて、前記保温材内に存在する水を検出することを特徴とする水分検出方法。
【請求項２】
前記保温材内の前記水の検出は、前記熱中性子の強度の時間変化の情報を基に、前記熱中性子の強度がピークになる時点の、前記高速中性子の発生時点から経過した時間を求め、得られたこの時間に基づいて前記熱中性子の飛行距離を求め、この熱中性子の飛行距離及び前記中性子入射装置と前記検査対象物の間の距離に基づいて、前記保温材内に存在する水を検出することによって行われる請求項１に記載の水分検出方法。
【請求項３】
前記保温材内の前記水の検出は、前記高速中性子を発生する中性子発生装置及び前記熱中性子を検出する中性子入射装置を、前記検査対象物の周囲を旋回させることによって行われる請求項１に記載の水分検出方法。
【請求項４】
前記中性子発生装置及び前記中性子入射装置を、前記高速中性子の照射時に、前記検査対象物の軸方向に移動させる請求項３に記載の水分検出方法。
【請求項５】
前記検査対象物が、配管及び塔のいずれかである請求項１ないし４のいずれか１項に記載の水分検出方法。
【請求項６】
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、前記高速中性子から生成されて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求め、得られた前記熱中性子の強度の時間変化の情報、及び前記中性子入射装置と前記検査対象物の間の距離に基づいて、前記保温材内における水の存在を判定す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７】
前記熱中性子の強度の時間変化の情報を基に、前記熱中性子の強度がピークになる時点の、前記高速中性子の発生時点から経過した時間を求め、得られたこの時間に基づいて前記熱中性子の飛行距離を求め、この熱中性子の飛行距離及び前記中性子入射装置と前記検査対象物の間の距離に基づいて、前記判定を行う前記データ処理装置を備えた請求項６に記載の水分検出装置。
【請求項８】
前記中性子入射装置が前記熱中性子を検出したときに出力する検出信号に基づいて、設定された時間毎に計数値をそれぞれ算出する計数値測定装置と、これらの計数値に基づいて前記熱中性子の強度の前記時間変化の情報を生成する前記データ処理装置とを備えた請求項６に記載の水分検出装置。
【請求項９】
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６ないし８のいずれか１項に記載された水分検出装置。
【請求項１０】
前記中性子発生装置及び前記中性子入射装置を前記検査対象の周囲に旋回させる旋回装置を備えた請求項６ないし９のいずれか１項に記載された水分検出装置。
【請求項１１】
前記中性子発生装置及び前記中性子入射装置を前記検査対象の軸方向に移動させる移動装置を備えた請求項６ないし１０のいずれか１項に記載された水分検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１７５３６２（Ｐ２０１０−１７５３６２Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７６２７（Ｐ２００９−１７６２７）
【出願日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【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２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【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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