水分測定装置及び水分測定方法
【課題】保温材で取り囲まれる配管及び容器のいずれかの外面とその保温材を取り囲む保温カバーの外面との間に形成される領域内に存在する水分の検出精度を向上できる水分測定装置を提供する。
【解決手段】水分測定装置１は測定装置本体部５を有し、測定装置本体部５のケーシング２５内に、中性子源装置３及び中性子検出装置６が設けられる。中性子源装置３は高速中性子を放出する中性子源２を有し、中性子検出装置６は中性子検出器７をコリメータ８で取り囲んでいる。コリメータ８に設けられたコリメータ開口部９には、複数の仕切り部材１０が配置され、これらの仕切り部材１０によって複数のスリット１１が形成されている。中性子源２から放出された高速中性子は、減速材２４で減速された後、保温領域内に存在する水分３４でさらに減速されて熱中性子になる。この熱中性子はスリット１１を通って中性子検出器７で検出される。
【解決手段】水分測定装置１は測定装置本体部５を有し、測定装置本体部５のケーシング２５内に、中性子源装置３及び中性子検出装置６が設けられる。中性子源装置３は高速中性子を放出する中性子源２を有し、中性子検出装置６は中性子検出器７をコリメータ８で取り囲んでいる。コリメータ８に設けられたコリメータ開口部９には、複数の仕切り部材１０が配置され、これらの仕切り部材１０によって複数のスリット１１が形成されている。中性子源２から放出された高速中性子は、減速材２４で減速された後、保温領域内に存在する水分３４でさらに減速されて熱中性子になる。この熱中性子はスリット１１を通って中性子検出器７で検出される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水分測定装置及び水分測定方法に係り、特に、保温材で取り囲まれる配管及び容器（タンク、塔及び槽等）等のいずれかの外面とその保温材を取り囲む保温カバーの外面との間に形成される領域（以下、便宜的に保温領域という）に存在する水分を測定するのに好適な水分測定装置及び水分測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学プラント、原子力プラント及び火力プラント等の各種プラント設備は、配管及び容器を有している。これらの配管及び容器は、保温、保冷及び結露防止等を目的として表面が保温材で覆われている。保温材は、さらに、金属製の保温カバーで覆われている。保温カバーの経年劣化等に起因して、保温カバーの隙間から雨水等の水分が保温カバー内に浸入する。この水分が例えば炭素鋼製の配管の表面を腐食させる要因になっている。
【０００３】
配管及び容器の点検は、仮設足場を配管及び容器の周囲に設置し、作業員が保温カバー及び保温材を外して目視により配管及び容器の表面での腐食発生状況を確認することによって行われる。作業員による点検は、配管等の表面から保温カバー及び保温材を取り外す必要があり、多大な時間を必要とする。
【０００４】
このような問題を解消するために、保温カバー及び保温材を取り外さないで配管等の腐食を点検する非破壊検査技術が開発されている。この非破壊検査技術の一例が特開２００８−２１５８１５号公報に説明されている。この技術は、中性子源（例えば、カリホルニウム２５２）及び中性子検出器を有する水分測定装置を用いて、保温領域内に存在する水分を検出するものである。すなわち、中性子源から放出された高速中性子が配管等に取り付けられている保温材に到達する。保温領域に水分が存在する場合には、その高速中性子は保温領域内に存在する水分によって熱中性子化される。中性子検出器はこの熱中性子を検出する。熱中性子が検出された場合には、保温領域内に水分が存在しており、配管等の表面が腐食される環境にあると判断される。
【０００５】
特開２００８−２１５８１５号公報に記載された水分測定装置では、中性子検出器７を取り囲んでいるコリメータに形成されたコリメータ開口部（中性子入射口）は、コリメータ開口部を基点とした、配管の外面に対する接線がこの外面と接する接点とこの接点を基点とした保温材の厚み方向での保温カバーの外面の位置との間を向いて配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２１５８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特開２００８−２１５８１５号公報に記載された水分測定装置は、中性子検出器をコリメータで覆っており、コリメータに形成されたコリメータ開口部から入射する限られた中性子を中性子検出器で計測する。このため、コリメータ開口部から中性子検出器に到達する中性子入射量が少なくなり、保温領域に存在する水分の検出精度が低下する。この水分の検出精度を向上させるためには、コリメータ開口部からの入射中性子量を増加させることが必要となる。
【０００８】
本発明の目的は、保温材で取り囲まれる配管及び容器のいずれかの外面とその保温材を取り囲む保温カバーの外面との間に形成される領域内に存在する水分の検出精度を向上できる水分測定装置及び水分測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、熱中性子を検出する中性子検出器を取り囲むコリメータの中性子入射開口部内に放射線遮へい材で構成された少なくとも１つの仕切り部材を設置し、この仕切り部材によって仕切られた、中性子検出器に入射される熱中性子が通過する複数のスリットを、中性子入射開口部内に形成することにある。
【００１０】
放射線遮へい材で構成された少なくとも１つの仕切り部材で仕切られた複数のスリットを、コリメータの中性子入射開口部内に形成しているので、熱中性子の入射範囲を狭くすることができ、中性子入射開口部の、中性子検出器からスリットの先端に向かう方向と直交する方向で且つ仕切り部材の表面に垂直な方向での幅を広くすることができる。このため、各スリットを通して中性子検出器に入射する熱中性子の量を増加することができるので、水分の検出精度を向上することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、保温材で取り囲まれる配管及び容器のいずれかの外面とその保温材を取り囲む保温カバーの外面との間に形成される領域内に存在する水分の検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の水分測定装置の斜視図である。
【図２】図１に示す測定装置本体部の詳細な内部構成を示す斜視図である。
【図３】実施例１の水分測定装置で、配管の周囲に存在する本材内の水分を測定している状態を示す説明図である。
【図４】図１に示す水分測定装置の遮へい蓋移動装置の詳細な構成図である。
【図５】図１に示す遮へい蓋の前面から見た、遮へい蓋が開いている状態を示す説明図である。
【図６】図１に示す遮へい蓋が開いている状態での中性子検出装置の縦断面図である。
【図７】図１に示す遮へい蓋の前面から見た、遮へい蓋が閉じている状態を示す説明図である。
【図８】図１に示す遮へい蓋が閉じている状態での中性子検出装置の縦断面図である。
【図９】図１に示す中性子検出装置における熱中性子の入射範囲を示す説明図である。
【図１０】従来の水分測定装置の中性子検出装置における熱中性子の入射範囲を示す説明図である。
【図１１】本発明の他の実施例である実施例２の水分測定装置における中性子検出装置の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施例を以下に説明する。
【実施例１】
【００１４】
まず、プラントに設けられた、検査対象物である配管（または容器）３０を、図１及び図３により説明する。配管３０は周囲を保温材（断熱材）３１で取り囲まれている。金属製の保温カバー３２が、保温材３１の周囲を取り囲んで設置されている。配管３０内には、該当するプラントで扱っている液体３３が、プラントの運転中に流れている。
【００１５】
本発明の好適な一実施例である水分測定装置を、図１から図４を用いて説明する。水分測定装置１は、測定装置本体部５及びデータ処理装置２２を備えている。測定装置本体部５は、中性子源装置３、ケーシング２５、中性子検出装置６、遮へい蓋１２、遮へい蓋移動装置１３、及び減速材２４を有する。
【００１６】
中性子源装置３は、容器４を有し、容器４内に中性子源（例えばカリホルニウム２５２）２を配置している。容器４は放射線遮へい材にて構成し、容器４には中性子放出口（図示せず）が形成されている。減速材２４が中性子源２と容器４の間、特に中性子放出口と中性子源２との間に配置される。
【００１７】
中性子検出装置６は、細長い中性子検出器７を放射線遮へい材で構成されたコリメータ８で取り囲んで構成される。コリメータ８は、中性子検出器７の軸方向に伸びる、中性子入射口であるコリメータ開口部（中性子入射開口部）９を有する。コリメータ開口部９には、板状の複数枚の仕切り部材１０で区切られた複数のスリット１１が形成される。仕切り部材１０は放射線遮へい材で作られている。本実施例では、３枚の仕切り部材１０で４つスリット１１が形成される。これらのスリット１１が、実質的に中性子入射経路になる。各スリット１１は、中性子検出器７の軸方向に細長く伸びている（図５参照）。
【００１８】
図３には中性子検出装置６が１つしか示されていないが、水分測定装置１には２つの中性子検出装置６が設けられている（図２参照）。中性子源装置３及びこれらの中性子検出装置６が、ケーシング２５内に配置されて測定装置本体部５に取り付けられている。中性子源装置３は、２つの中性子検出装置６の間に配置される。各中性子検出装置６のそれぞれのコリメータ開口部９は、向き合うように、ケーシング２５の底面に対して同じ角度で傾斜している。各コリメータ開口部９は、中性子の入射可能な領域を配管３０の外面と保温カバー３２の内面の間の領域になるように、傾斜角、及び各スリット１１の幅を設定している。このスリット１１の幅とは、中性子検出器７からスリット１１の先端に向う方向と直交する方向で且つ仕切り部材１０の表面に垂直な方向（以下、単に、仕切り部材１０の表面に垂直な方向という）でのスリット１１の幅である。各中性子検出装置６に含まれる各中性子検出器７はケーブル２３によってデータ処理装置２２に接続される。４個の車輪２１、及びハンドル２６がケーシング２５に設けられる。
【００１９】
遮へい蓋移動装置１３の詳細な構成を、図４及び図５を用いて説明する。遮へい蓋移動装置１３は、モータ１４、円板状の回転部材１５、ドグ１７及びリミットスイッチ１８Ａ，１８Ｂを有する。モータ１４がコリメータ８の上面に設置された支持部材１９に取り付けられ、回転部材１５がモータ１４の回転軸に取り付けられる。ピン部材１６が、回転部材１５の前面に取り付けられ、遮へい蓋１２に形成された細長い溝２０内に挿入されている。ピン部材１６は、回転部材１５の回転に伴って溝２０内を溝２０に沿って移動する。遮へい蓋１２は、放射線遮へい材で作られており、ピン部材１６から外れないようになっている。突起部であるドグ１７が回転部材１５の裏面に設けられている。リミットスイッチ１８Ａ，１８Ｂは、支持部材１９に取り付けられ、水平方向において互いに離れた位置に配置される。
【００２０】
水分測定装置１を用いた、プラントの配管３０を対象とした水分測定方法の一例を、以下に説明する。配管３０を対象とした水分測定時には、保温材３１及び保温カバー３２を取り外さないで、検査対象の配管３０を取り囲んでいる保温カバー３２の外面に沿って、測定装置本体部５を移動させる。この移動は、作業員が、ケーシング２５に設けられたハンドル２６を持ち、測定装置本体部５を移動させることによって行われる。４個の車輪２１が保温カバー３２の外面に接触しているので、測定装置本体部５を容易に移動することができる。
【００２１】
測定装置本体部５を保温カバー３２の外面に沿って移動させることによって行われる保温領域内に存在する水分３４の測定について、詳細に説明する。保温領域は、前述したように、配管３０の外面と保温カバー３２の外面との間に形成される領域である。
【００２２】
中性子源装置３の中性子源２から放出された高速中性子は、中性子源２の前面に位置している減速材２４によって減速されてエネルギーの低い中性子（以下、減速中性子という）になる。この減速中性子が保温材３１に照射するとき、遮へい蓋１２は、図４、図５及び図６に示すように開いており、各スリット１１の先端を覆っていない。遮へい蓋１２が開いて各スリット１１が開放されているとき、ピン部材１６が最も高い位置に位置している。配管３０の周囲に存在する保温領域内に水分３４が存在する場合には、照射された減速中性子はその水分３４によってさらに減速され、減速中性子よりもエネルギーが低い熱中性子（以下、第１熱中性子という）になる。減速中性子は、配管３０内の液体３３によっても減速され、エネルギーの低い熱中性子（以下、第２熱中性子という）になる。第１及び第２熱中性子は、等方的に飛散する。
【００２３】
しかしながら、中性子検出装置６のコリメータ開口部９が、中性子の入射可能な領域を配管３０の外面と保温カバー３２の内面の間の領域にするように、傾斜しているので、配管３０内の液体３３によって発生した第２熱中性子は、コリメータ８によって遮られて各スリット１１を通して中性子検出器７に入射されない。これに対して、水分３４によって発生した第１熱中性子３５は各スリット１１を通過して中性子検出器７に入射される（図６参照）。中性子検出器７は、第１熱中性子３５の入射によって中性子検出信号を出力する。この中性子検出信号は、ケーブル２３によってデータ処理装置２２に入力される。データ処理装置２２は、入力した中性子検出信号を計数し、単位時間当たりの熱中性子計数率の情報を求める。
【００２４】
保温材３１に照射された減速中性子は、保温材３１及び保温カバー３２並びに保温カバー３２の外面に付着した水分、その他の熱中性子発生源によっても減速され減速中性子よりのエネルギーが低い熱中性子（以下、第３熱中性子という）になる。この第３熱中性子も、各スリット１１を通過して中性子検出器７によって検出される。中性子検出器７は入射した第３熱中性子に起因した中性子検出信号も出力する。この中性子検出信号もデータ処理装置２２に入力され、データ処理装置２２で得られる熱中性子計数率情報は、第３熱中性子に基づいた熱中性子計数情報も含んでいる。第３熱中性子に基づいて得られた熱中性子計数情報は、第１熱中性子３５に基づいて得られた熱中性子計数率情報に対するノイズとなる。
【００２５】
保温領域内に水分３４が存在しない正常な状態において、中性子検出器７から出力された中性子検出信号に基づいて得られた正常状態での熱中性子計数率情報がデータ処理装置２２の記憶装置（図示せず）に記憶されている。この正常状態での熱中性子計数率情報は、水分３４を測定する際におけるバックグラウンド（ノイズ）となる。
【００２６】
各スリット１１以外の部分でもコリメータ８を透過する熱中性子３６が存在する（図６参照）。この熱中性子３６は、主に、第２熱中性子であり、中性子検出器７によって検出される。中性子検出器７は、第１熱中性子３５、熱中性子３６、及び第３熱中性子を検出し、これらの熱中性子による中性子検出信号を出力する。このとき、データ処理装置２２で求められる熱中性子計数率は、熱中性子３６及び第３熱中性子の影響を受けている。
【００２７】
遮へい蓋１２を開いて第１熱中性子３５の検出を行った後、遮へい蓋１２を閉じて各スリット１１の先端を遮へい蓋１２で覆う。遮へい蓋１２を閉じる動作は、遮へい蓋移動装置１３によって行われる。モータ１４の回転によって回転部材１５が回転する。回転部材１５は、図５において、時計方向に回転するものとする。この回転部材１５の回転によってピン部材１６が、下降しながら、図５において、溝２０内を右側に移動する。このため、遮へい蓋１２は、ピン部材１６の動きによって、下方に押し下げられる。ピン部材１６が最も低い位置に到達したとき、遮へい蓋１２が閉じられ、各スリット１１の先端が遮へい蓋１２で覆われる（図７及び図８参照）。このとき、ドグ１７がリミットスイッチ１８Ｂに接触してリミットスイッチ１８Ｂを作動させる。リミットスイッチ１８Ｂの作動によってモータ停止信号が出力され、このモータ停止信号によってモータ１４の駆動が停止される。これにより、各スリット１１の先端が遮へい蓋１２で覆われた状態に保持される。
【００２８】
遮へい蓋１２が各スリット１１の先端を覆っているとき、この遮へい蓋１２を透過する熱中性子３５Ａ、及び遮へい蓋１２を開いているときと同様に、各スリット１１以外の部分でもコリメータ８を透過する熱中性子３６が中性子検出器７によって検出される（図８参照）。しかしながら、遮へい蓋１２を透過する熱中性子３５Ａは微少である。このため、遮へい蓋１２が閉じられているとき、中性子検出器７は、熱中性子として熱中性子３６、熱中性子３５Ａを検出する。（遮へい蓋１２は中性子検出器７側にあり、中性子源２側には無い。）
データ処理装置２２は、遮へい蓋１２が開いているときに中性子検出器７から出力された中性子検出信号の計数値を、遮へい蓋１２が閉じているときに中性子検出器７から出力された中性子検出信号の計数値にて補正する。この計数値の補正を具体的に説明する。
【００２９】
遮へい蓋１２が開いているときに、各スリット１１を通過した熱中性子３５及び第３熱中性子に基づいて中性子検出器７から出力された中性子検出信号の計数値をｎ１、及びこのとき、熱中性子３６に基づいて中性子検出器７から出力された中性子検出信号の計数値をｎ０とする（図６参照）。さらに、遮へい蓋１２が閉じているとき、熱中性子３５Ａに基づいて中性子検出器７から出力された中性子検出信号の計数値をｎ１’、及びこのとき、熱中性子３６に基づいて中性子検出器７から出力された中性子検出信号の計数値をｎ０’とする（図８参照）。遮へい蓋１２が開いているときにおける中性子検出信号の計数値をＤ０、遮へい蓋１２が閉じているときにおける中性子検出信号の計数値をＤ１とすると、計数値Ｄ０及びＤ１は以下のように表される。
【００３０】
Ｄ０＝ｎ１＋ｎ０、Ｄ１＝ｎ１’＋ｎ０’（ｎ１≫ｎ１’）
データ処理装置２２は、計数値Ｄ０を、計数値Ｄ１を用いて補正するために、
Ｄ０−Ｄ１＝ｎ１−ｎ１’＋ｎ０−ｎ０’ （１）
の演算を行う。ｎ０≒ｎ０’かつｎ１≫ｎ１’であるので、（１）式はＤ０−Ｄ１≒ｎ１となる。
【００３１】
データ処理装置２２は、（１）式による補正によって得られた計数値（Ｄ０−Ｄ１）に基づいて単位時間当たりの熱中性子計数率の情報を求める。
【００３２】
保温領域の水分計測時に計数値（Ｄ０−Ｄ１）に基づいて得られた熱中性子計数率情報が上記した正常状態での熱中性子計数率情報よりも大きい場合に、保温領域に水分３４が存在すると判定する。この判定結果の情報及び熱中性子計数率情報がデータ処理装置２２から出力されて表示装置（図示せず）に表示される。オペレータは、表示された判定結果情報及び熱中性子計数率情報を見ることによって、保温領域に水分が存在するか否かを知ることができる。
【００３３】
閉じている遮へい蓋１２を開くときには、図７の状態でモータ１４を駆動する。モータ１４は、遮へい蓋１２を閉じるときと同じ方向に回転する。このため、ピン部材１６が、上昇しながら、図７において、溝２０内を左側に移動する。遮へい蓋１２は、ピン部材１６の動きによって、上方に押し上げられる。ピン部材１６が最も高い位置に到達したとき、遮へい蓋１２が開き、全てのスリット１１の先端が開放される（図４、図５及び図６参照）。このとき、ドグ１７がリミットスイッチ１８Ａに接触してリミットスイッチ１８Ａを作動させる。リミットスイッチ１８Ａの作動によってモータ停止信号が出力され、このモータ停止信号によってモータ１４の駆動が停止される。これにより、各スリット１１の先端が遮へい蓋１２で覆われずに開放された状態に保持される。
【００３４】
本実施例は、コリメータ８のコリメータ開口部９内に仕切り部材１０を配置して複数のスリット１１を形成しているので、保温領域以外から各スリット１１を通して中性子検出器７に入射される熱中性子の量を著しく低減するができ、保温領域から各スリット１１を通して中性子検出器７に入射される熱中性子の量を増大することができる。本実施例において、保温領域以外から中性子検出器７への熱中性子の入射量を著しく低減でき、保温領域から中性子検出器７への熱中性子の入射量を増大できる理由を、図９及び図１０を用いて具体的に説明する。
【００３５】
図９は、本実施例に用いられる中性子検出装置６おける、コリメータ開口部９を通してコリメータ８内に入射される熱中性子の入射範囲を示している。中性子検出装置６では、直線３７と直線３７Ａの間の領域の熱中性子が、各スリット１１を通してコリメータ８内に入射される。図１０は、特開２００８−２１５８１５号公報に記載された水分測定装置に用いられる中性子検出装置３８における、仕切り部材１０を配置していないコリメータ開口部９Ｂを通してコリメータ８内に入射される熱中性子の入射範囲を示している。中性子検出装置３８では、直線３９と直線３９Ａの間の領域の熱中性子が、各スリット１１を通してコリメータ８内に入射される。直線３７と直線３７Ａの間の領域、及び直線３９と直線３９Ａの間の領域を、熱中性子の入射範囲という。
【００３６】
中性子検出装置６でのコリメータ開口部９の、仕切り部材１０の表面に垂直な方向での幅Ｗは、熱中性子の入射範囲が配管３０の外面と保温カバー３２の内面の間の領域になるように設定されている。この中性子検出装置６では、配管３０内の液体３３によって発生した第２熱中性子を検出しない。中性子検出装置３８でのコリメータ開口部９Ｂの、仕切り部材１０の表面に垂直な方向での幅も、中性子検出装置６での幅Ｗになっている。
【００３７】
図９及び図１０から明らかであるように、熱中性子の入射範囲は、中性子検出装置３８の方が中性子検出装置６よりも広くなっている。このため、中性子検出装置３８では第２熱中性子が検出されるので、コリメータ開口部９Ｂの、仕切り部材１０の表面に垂直な方向での幅をＷよりも狭くする必要がある。コリメータ開口部９Ｂのその幅を狭くすることは、保温領域内に存在する水分３４による減速中性子の減速によって発生した第１熱中性子３５の、中性子検出器７への入射量を減少させることになる。これでは、保温領域に存在するわずかな水分を検出する性能が劣ることになる。
【００３８】
中性子検出装置６では、コリメータ開口部９内に仕切り部材１０を配置して複数のスリット１１を形成しているので、熱中性子の入射範囲を、仕切り部材１０を配置していないコリメータ開口部９Ｂを有する中性子検出装置３８よりも狭くすることができる。この結果、コリメータ開口部９の、仕切り部材１０の表面に垂直な方向での幅Ｗを、コリメータ開口部９Ｂのその幅よりも広くすることができ、中性子検出装置６において、中性子検出器７への熱中性子の入射量を増大させることができる。中性子検出装置６では、保温領域に存在するわずかな水分も検出することができる。本実施例の水分測定装置１は、保温領域に存在する水分の検出精度を向上させることができる。
【００３９】
本実施例では、遮へい蓋１２を開いているとき及び遮へい蓋１２を閉じているときにおいて、中性子検出器７で熱中性子を検出し、遮へい蓋１２を開いているときにおける熱中性子の計数値Ｄ０と遮へい蓋１２を閉じているときにおける熱中性子の計数値Ｄ１の差（Ｄ０−Ｄ１）を求めているので、各スリット１１以外の部分でコリメータ８を透過する熱中性子３６の影響を除外することができる。このため、保温領域内の水分３４の検出精度が、さらに向上する。
【００４０】
各スリット１１以外の部分でコリメータ８を透過する熱中性子３６が存在するのは、その部分でのコリメータ８、すなわち、放射線遮へい体の厚みが薄いからである。コリメータ８の厚みを厚くすることによって、熱中性子３６の中性子検出器７への入射を防止することができる。しかしながら、コリメータ８が重くなり、作業員がハンドル２６を持って測定装置本体部５を搬送することが困難になる。本実施例は、各スリット１１以外の部分で熱中性子３６がコリメータ８を透過するので、コリメータ８を軽量化することができ、作業員が測定装置本体部５を容易に搬送することができる。各スリット１１以外の部分で熱中性子３６がコリメータ８を透過しても、本実施例は、その熱中性子３６の影響を除外することができる。
【００４１】
中性子源装置３が減速材２４を備えていなくてもよい。この場合には、中性子源２から放出された高速中性子が保温材３１に含まれている水分３４によって、さらには配管３０内の液体３３によって減速され、熱中性子となる。液体３３によって発生した熱中性子は、前述したように、各スリット１１を通過することができず中性子検出器７によって検出されない。水分３４によって発生した熱中性子は、各スリット１１を通過して中性子検出器７で検出される。このため、減速材２４を備えていない場合でも、上記した効果、すなわち、水分３４の検出精度の向上を図ることができる。
【００４２】
本実施例は、中性子源装置３が中性子源２の前方、すなわち中性子源２より保温材３１側に減速材２４を配置しているので、上記した中性子源装置３に減速材２４を設けていない場合に比べて、水分３４によって発生した第２熱中性子の検出感度を向上させることができる。これは、中性子源２から放出された高速中性子が減速材２４によって予め減速され、減速中性子となる。これによって発生した減速中性子が水分３４によってさらにエネルギーの低い第１熱中性子になるため、第１熱中性子の発生量が増大する。したがって、第１熱中性子の検出感度が向上するのである。
【００４３】
また、本実施例における水分測定方法は、保温材３１及び保温カバー３２を配管３０から取り外さないで、保温領域に存在する水分を検出することができる。
【００４４】
以上において、配管３０の周囲に形成された保温領域に存在する水分３４の検出について説明したが、本実施例の水分測定装置１を用いて、プラントに設けられた容器の外面とこの容器の周囲を取り囲む保温材を覆う保温カバーの内面の間に形成される領域（保温領域）に存在する水分を検出することもできる。水分測定装置１を用いた水分測定方法は、配管及び容器いずれかの保温領域に対して適用することが可能である。
【００４５】
本実施例の水分測定方法では、作業員が測定装置本体部５を手に持って測定装置本体部５を保温カバー３２の外面に沿って走査している。特開２００８−２１５８１５号公報に記載されたように、軸方向走行装置及び周方走行装置を有する走行装置を、保温カバー３２の外面に装着し、この走行装置を用いて測定装置本体部５を走査してもよい。容器を取り囲む保温領域内の水分を測定する場合でも、そのような測定装置本体部５を走査させる走行装置を用いてもよい。
【実施例２】
【００４６】
本発明の他の実施例である水分測定装置を、図１１を用いて説明する。本実施例の水分測定装置１Ａは、実施例１の水分測定装置１において中性子検出装置６を中性子検出装置６Ａに替えた構成を有する。水分測定装置１Ａの他の構成は水分測定装置１と同じである。中性子検出装置６Ａは、中性子検出装置６においてコリメータ開口部９をコリメータ開口部９Ａに替えた構成を有する。中性子検出装置６Ａの他の構成は中性子検出装置６の構成と同じである。水分測定装置１Ａにおいて、水分測定装置１と構成の異なる部分についてのみ説明する。
【００４７】
コリメータ開口部９Ａには、４枚の仕切り部材１０が配置されている。これらの仕切り部材１０の配置によって、３つのスリット１１及び２つのスリット１１Ａがコリメータ開口部９Ａに形成される。仕切り部材１０の表面に垂直な方向でのスリット１１Ａの幅は、その垂直な方向でのスリット１１の幅よりも狭くなっている。各スリット１１Ａは、コリメータ開口部９Ａを形成している、コリメータ８の一部である筺体４０の内面にそれぞれ面している。３つのスリット１１が、仕切り部材１０の表面に垂直な方向で、２つのスリット１１Ａの間に配置される。コリメータ開口部９Ａでは、仕切り部材１０の表面に垂直な方向において、２つのスリット１１Ａが両端にそれぞれ配置され、３つのスリット１１がこれらのスリット１１Ａの間に配置される。
【００４８】
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。本実施例では、幅の異なるスリット１１，１１Ａがコリメータ開口部９Ａ内に形成され、幅の狭いスリット１１Ａが、仕切り部材１０の表面に垂直な方向で、幅の広いスリット１１よりも外側に配置されるので、コリメータ開口部９Ａを通してコリメータ８内に入射される熱中性子の入射範囲が、実施例１の中性子検出装置６のコリメータ開口部９を通してコリメータ８内に入射される熱中性子の入射範囲よりもさらに狭くなる。このため、仕切り部材１０の表面に垂直な方向で中央に位置するスリット１１のその垂直な方向での幅を、実施例１の水分測定装置１でのスリット１１のその垂直な方向での幅よりも広くすることができる。中性子検出装置６Ａは、実施例１で用いられる中性子検出装置６よりも、中性子検出器７に入射する熱中性子の量を増大することができる。本実施例は、実施例１よりも保温領域内に存在する水分の検出精度をさらに向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、プラントに設けられる配管及び容器を取り囲む保温領域内の水分の検出に適用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１，１Ａ…水分測定装置、２…中性子源、３…中性子源装置、５…測定装置本体部、６，６Ａ…中性子検出装置、７…中性子検出器、８…コリメータ、９，９Ａ…コリメータ開口部、１０…仕切り部材、１１，１１Ａ…スリット、１２…遮へい蓋、１３…遮へい蓋移動装置、１４…モータ、１５…回転部材、１６…ピン部材、１７…ドグ、１８Ａ，１８Ｂ…リミットスイッチ、２０…溝、２２…データ処理装置、２４…減速材、２５…ケーシング、３０…配管、３１…保温材、３２…保温カバー、３３…液体、３４…水分。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水分測定装置及び水分測定方法に係り、特に、保温材で取り囲まれる配管及び容器（タンク、塔及び槽等）等のいずれかの外面とその保温材を取り囲む保温カバーの外面との間に形成される領域（以下、便宜的に保温領域という）に存在する水分を測定するのに好適な水分測定装置及び水分測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学プラント、原子力プラント及び火力プラント等の各種プラント設備は、配管及び容器を有している。これらの配管及び容器は、保温、保冷及び結露防止等を目的として表面が保温材で覆われている。保温材は、さらに、金属製の保温カバーで覆われている。保温カバーの経年劣化等に起因して、保温カバーの隙間から雨水等の水分が保温カバー内に浸入する。この水分が例えば炭素鋼製の配管の表面を腐食させる要因になっている。
【０００３】
配管及び容器の点検は、仮設足場を配管及び容器の周囲に設置し、作業員が保温カバー及び保温材を外して目視により配管及び容器の表面での腐食発生状況を確認することによって行われる。作業員による点検は、配管等の表面から保温カバー及び保温材を取り外す必要があり、多大な時間を必要とする。
【０００４】
このような問題を解消するために、保温カバー及び保温材を取り外さないで配管等の腐食を点検する非破壊検査技術が開発されている。この非破壊検査技術の一例が特開２００８−２１５８１５号公報に説明されている。この技術は、中性子源（例えば、カリホルニウム２５２）及び中性子検出器を有する水分測定装置を用いて、保温領域内に存在する水分を検出するものである。すなわち、中性子源から放出された高速中性子が配管等に取り付けられている保温材に到達する。保温領域に水分が存在する場合には、その高速中性子は保温領域内に存在する水分によって熱中性子化される。中性子検出器はこの熱中性子を検出する。熱中性子が検出された場合には、保温領域内に水分が存在しており、配管等の表面が腐食される環境にあると判断される。
【０００５】
特開２００８−２１５８１５号公報に記載された水分測定装置では、中性子検出器７を取り囲んでいるコリメータに形成されたコリメータ開口部（中性子入射口）は、コリメータ開口部を基点とした、配管の外面に対する接線がこの外面と接する接点とこの接点を基点とした保温材の厚み方向での保温カバーの外面の位置との間を向いて配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２１５８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特開２００８−２１５８１５号公報に記載された水分測定装置は、中性子検出器をコリメータで覆っており、コリメータに形成されたコリメータ開口部から入射する限られた中性子を中性子検出器で計測する。このため、コリメータ開口部から中性子検出器に到達する中性子入射量が少なくなり、保温領域に存在する水分の検出精度が低下する。この水分の検出精度を向上させるためには、コリメータ開口部からの入射中性子量を増加させることが必要となる。
【０００８】
本発明の目的は、保温材で取り囲まれる配管及び容器のいずれかの外面とその保温材を取り囲む保温カバーの外面との間に形成される領域内に存在する水分の検出精度を向上できる水分測定装置及び水分測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、熱中性子を検出する中性子検出器を取り囲むコリメータの中性子入射開口部内に放射線遮へい材で構成された少なくとも１つの仕切り部材を設置し、この仕切り部材によって仕切られた、中性子検出器に入射される熱中性子が通過する複数のスリットを、中性子入射開口部内に形成することにある。
【００１０】
放射線遮へい材で構成された少なくとも１つの仕切り部材で仕切られた複数のスリットを、コリメータの中性子入射開口部内に形成しているので、熱中性子の入射範囲を狭くすることができ、中性子入射開口部の、中性子検出器からスリットの先端に向かう方向と直交する方向で且つ仕切り部材の表面に垂直な方向での幅を広くすることができる。このため、各スリットを通して中性子検出器に入射する熱中性子の量を増加することができるので、水分の検出精度を向上することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、保温材で取り囲まれる配管及び容器のいずれかの外面とその保温材を取り囲む保温カバーの外面との間に形成される領域内に存在する水分の検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の水分測定装置の斜視図である。
【図２】図１に示す測定装置本体部の詳細な内部構成を示す斜視図である。
【図３】実施例１の水分測定装置で、配管の周囲に存在する本材内の水分を測定している状態を示す説明図である。
【図４】図１に示す水分測定装置の遮へい蓋移動装置の詳細な構成図である。
【図５】図１に示す遮へい蓋の前面から見た、遮へい蓋が開いている状態を示す説明図である。
【図６】図１に示す遮へい蓋が開いている状態での中性子検出装置の縦断面図である。
【図７】図１に示す遮へい蓋の前面から見た、遮へい蓋が閉じている状態を示す説明図である。
【図８】図１に示す遮へい蓋が閉じている状態での中性子検出装置の縦断面図である。
【図９】図１に示す中性子検出装置における熱中性子の入射範囲を示す説明図である。
【図１０】従来の水分測定装置の中性子検出装置における熱中性子の入射範囲を示す説明図である。
【図１１】本発明の他の実施例である実施例２の水分測定装置における中性子検出装置の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施例を以下に説明する。
【実施例１】
【００１４】
まず、プラントに設けられた、検査対象物である配管（または容器）３０を、図１及び図３により説明する。配管３０は周囲を保温材（断熱材）３１で取り囲まれている。金属製の保温カバー３２が、保温材３１の周囲を取り囲んで設置されている。配管３０内には、該当するプラントで扱っている液体３３が、プラントの運転中に流れている。
【００１５】
本発明の好適な一実施例である水分測定装置を、図１から図４を用いて説明する。水分測定装置１は、測定装置本体部５及びデータ処理装置２２を備えている。測定装置本体部５は、中性子源装置３、ケーシング２５、中性子検出装置６、遮へい蓋１２、遮へい蓋移動装置１３、及び減速材２４を有する。
【００１６】
中性子源装置３は、容器４を有し、容器４内に中性子源（例えばカリホルニウム２５２）２を配置している。容器４は放射線遮へい材にて構成し、容器４には中性子放出口（図示せず）が形成されている。減速材２４が中性子源２と容器４の間、特に中性子放出口と中性子源２との間に配置される。
【００１７】
中性子検出装置６は、細長い中性子検出器７を放射線遮へい材で構成されたコリメータ８で取り囲んで構成される。コリメータ８は、中性子検出器７の軸方向に伸びる、中性子入射口であるコリメータ開口部（中性子入射開口部）９を有する。コリメータ開口部９には、板状の複数枚の仕切り部材１０で区切られた複数のスリット１１が形成される。仕切り部材１０は放射線遮へい材で作られている。本実施例では、３枚の仕切り部材１０で４つスリット１１が形成される。これらのスリット１１が、実質的に中性子入射経路になる。各スリット１１は、中性子検出器７の軸方向に細長く伸びている（図５参照）。
【００１８】
図３には中性子検出装置６が１つしか示されていないが、水分測定装置１には２つの中性子検出装置６が設けられている（図２参照）。中性子源装置３及びこれらの中性子検出装置６が、ケーシング２５内に配置されて測定装置本体部５に取り付けられている。中性子源装置３は、２つの中性子検出装置６の間に配置される。各中性子検出装置６のそれぞれのコリメータ開口部９は、向き合うように、ケーシング２５の底面に対して同じ角度で傾斜している。各コリメータ開口部９は、中性子の入射可能な領域を配管３０の外面と保温カバー３２の内面の間の領域になるように、傾斜角、及び各スリット１１の幅を設定している。このスリット１１の幅とは、中性子検出器７からスリット１１の先端に向う方向と直交する方向で且つ仕切り部材１０の表面に垂直な方向（以下、単に、仕切り部材１０の表面に垂直な方向という）でのスリット１１の幅である。各中性子検出装置６に含まれる各中性子検出器７はケーブル２３によってデータ処理装置２２に接続される。４個の車輪２１、及びハンドル２６がケーシング２５に設けられる。
【００１９】
遮へい蓋移動装置１３の詳細な構成を、図４及び図５を用いて説明する。遮へい蓋移動装置１３は、モータ１４、円板状の回転部材１５、ドグ１７及びリミットスイッチ１８Ａ，１８Ｂを有する。モータ１４がコリメータ８の上面に設置された支持部材１９に取り付けられ、回転部材１５がモータ１４の回転軸に取り付けられる。ピン部材１６が、回転部材１５の前面に取り付けられ、遮へい蓋１２に形成された細長い溝２０内に挿入されている。ピン部材１６は、回転部材１５の回転に伴って溝２０内を溝２０に沿って移動する。遮へい蓋１２は、放射線遮へい材で作られており、ピン部材１６から外れないようになっている。突起部であるドグ１７が回転部材１５の裏面に設けられている。リミットスイッチ１８Ａ，１８Ｂは、支持部材１９に取り付けられ、水平方向において互いに離れた位置に配置される。
【００２０】
水分測定装置１を用いた、プラントの配管３０を対象とした水分測定方法の一例を、以下に説明する。配管３０を対象とした水分測定時には、保温材３１及び保温カバー３２を取り外さないで、検査対象の配管３０を取り囲んでいる保温カバー３２の外面に沿って、測定装置本体部５を移動させる。この移動は、作業員が、ケーシング２５に設けられたハンドル２６を持ち、測定装置本体部５を移動させることによって行われる。４個の車輪２１が保温カバー３２の外面に接触しているので、測定装置本体部５を容易に移動することができる。
【００２１】
測定装置本体部５を保温カバー３２の外面に沿って移動させることによって行われる保温領域内に存在する水分３４の測定について、詳細に説明する。保温領域は、前述したように、配管３０の外面と保温カバー３２の外面との間に形成される領域である。
【００２２】
中性子源装置３の中性子源２から放出された高速中性子は、中性子源２の前面に位置している減速材２４によって減速されてエネルギーの低い中性子（以下、減速中性子という）になる。この減速中性子が保温材３１に照射するとき、遮へい蓋１２は、図４、図５及び図６に示すように開いており、各スリット１１の先端を覆っていない。遮へい蓋１２が開いて各スリット１１が開放されているとき、ピン部材１６が最も高い位置に位置している。配管３０の周囲に存在する保温領域内に水分３４が存在する場合には、照射された減速中性子はその水分３４によってさらに減速され、減速中性子よりもエネルギーが低い熱中性子（以下、第１熱中性子という）になる。減速中性子は、配管３０内の液体３３によっても減速され、エネルギーの低い熱中性子（以下、第２熱中性子という）になる。第１及び第２熱中性子は、等方的に飛散する。
【００２３】
しかしながら、中性子検出装置６のコリメータ開口部９が、中性子の入射可能な領域を配管３０の外面と保温カバー３２の内面の間の領域にするように、傾斜しているので、配管３０内の液体３３によって発生した第２熱中性子は、コリメータ８によって遮られて各スリット１１を通して中性子検出器７に入射されない。これに対して、水分３４によって発生した第１熱中性子３５は各スリット１１を通過して中性子検出器７に入射される（図６参照）。中性子検出器７は、第１熱中性子３５の入射によって中性子検出信号を出力する。この中性子検出信号は、ケーブル２３によってデータ処理装置２２に入力される。データ処理装置２２は、入力した中性子検出信号を計数し、単位時間当たりの熱中性子計数率の情報を求める。
【００２４】
保温材３１に照射された減速中性子は、保温材３１及び保温カバー３２並びに保温カバー３２の外面に付着した水分、その他の熱中性子発生源によっても減速され減速中性子よりのエネルギーが低い熱中性子（以下、第３熱中性子という）になる。この第３熱中性子も、各スリット１１を通過して中性子検出器７によって検出される。中性子検出器７は入射した第３熱中性子に起因した中性子検出信号も出力する。この中性子検出信号もデータ処理装置２２に入力され、データ処理装置２２で得られる熱中性子計数率情報は、第３熱中性子に基づいた熱中性子計数情報も含んでいる。第３熱中性子に基づいて得られた熱中性子計数情報は、第１熱中性子３５に基づいて得られた熱中性子計数率情報に対するノイズとなる。
【００２５】
保温領域内に水分３４が存在しない正常な状態において、中性子検出器７から出力された中性子検出信号に基づいて得られた正常状態での熱中性子計数率情報がデータ処理装置２２の記憶装置（図示せず）に記憶されている。この正常状態での熱中性子計数率情報は、水分３４を測定する際におけるバックグラウンド（ノイズ）となる。
【００２６】
各スリット１１以外の部分でもコリメータ８を透過する熱中性子３６が存在する（図６参照）。この熱中性子３６は、主に、第２熱中性子であり、中性子検出器７によって検出される。中性子検出器７は、第１熱中性子３５、熱中性子３６、及び第３熱中性子を検出し、これらの熱中性子による中性子検出信号を出力する。このとき、データ処理装置２２で求められる熱中性子計数率は、熱中性子３６及び第３熱中性子の影響を受けている。
【００２７】
遮へい蓋１２を開いて第１熱中性子３５の検出を行った後、遮へい蓋１２を閉じて各スリット１１の先端を遮へい蓋１２で覆う。遮へい蓋１２を閉じる動作は、遮へい蓋移動装置１３によって行われる。モータ１４の回転によって回転部材１５が回転する。回転部材１５は、図５において、時計方向に回転するものとする。この回転部材１５の回転によってピン部材１６が、下降しながら、図５において、溝２０内を右側に移動する。このため、遮へい蓋１２は、ピン部材１６の動きによって、下方に押し下げられる。ピン部材１６が最も低い位置に到達したとき、遮へい蓋１２が閉じられ、各スリット１１の先端が遮へい蓋１２で覆われる（図７及び図８参照）。このとき、ドグ１７がリミットスイッチ１８Ｂに接触してリミットスイッチ１８Ｂを作動させる。リミットスイッチ１８Ｂの作動によってモータ停止信号が出力され、このモータ停止信号によってモータ１４の駆動が停止される。これにより、各スリット１１の先端が遮へい蓋１２で覆われた状態に保持される。
【００２８】
遮へい蓋１２が各スリット１１の先端を覆っているとき、この遮へい蓋１２を透過する熱中性子３５Ａ、及び遮へい蓋１２を開いているときと同様に、各スリット１１以外の部分でもコリメータ８を透過する熱中性子３６が中性子検出器７によって検出される（図８参照）。しかしながら、遮へい蓋１２を透過する熱中性子３５Ａは微少である。このため、遮へい蓋１２が閉じられているとき、中性子検出器７は、熱中性子として熱中性子３６、熱中性子３５Ａを検出する。（遮へい蓋１２は中性子検出器７側にあり、中性子源２側には無い。）
データ処理装置２２は、遮へい蓋１２が開いているときに中性子検出器７から出力された中性子検出信号の計数値を、遮へい蓋１２が閉じているときに中性子検出器７から出力された中性子検出信号の計数値にて補正する。この計数値の補正を具体的に説明する。
【００２９】
遮へい蓋１２が開いているときに、各スリット１１を通過した熱中性子３５及び第３熱中性子に基づいて中性子検出器７から出力された中性子検出信号の計数値をｎ１、及びこのとき、熱中性子３６に基づいて中性子検出器７から出力された中性子検出信号の計数値をｎ０とする（図６参照）。さらに、遮へい蓋１２が閉じているとき、熱中性子３５Ａに基づいて中性子検出器７から出力された中性子検出信号の計数値をｎ１’、及びこのとき、熱中性子３６に基づいて中性子検出器７から出力された中性子検出信号の計数値をｎ０’とする（図８参照）。遮へい蓋１２が開いているときにおける中性子検出信号の計数値をＤ０、遮へい蓋１２が閉じているときにおける中性子検出信号の計数値をＤ１とすると、計数値Ｄ０及びＤ１は以下のように表される。
【００３０】
Ｄ０＝ｎ１＋ｎ０、Ｄ１＝ｎ１’＋ｎ０’（ｎ１≫ｎ１’）
データ処理装置２２は、計数値Ｄ０を、計数値Ｄ１を用いて補正するために、
Ｄ０−Ｄ１＝ｎ１−ｎ１’＋ｎ０−ｎ０’ （１）
の演算を行う。ｎ０≒ｎ０’かつｎ１≫ｎ１’であるので、（１）式はＤ０−Ｄ１≒ｎ１となる。
【００３１】
データ処理装置２２は、（１）式による補正によって得られた計数値（Ｄ０−Ｄ１）に基づいて単位時間当たりの熱中性子計数率の情報を求める。
【００３２】
保温領域の水分計測時に計数値（Ｄ０−Ｄ１）に基づいて得られた熱中性子計数率情報が上記した正常状態での熱中性子計数率情報よりも大きい場合に、保温領域に水分３４が存在すると判定する。この判定結果の情報及び熱中性子計数率情報がデータ処理装置２２から出力されて表示装置（図示せず）に表示される。オペレータは、表示された判定結果情報及び熱中性子計数率情報を見ることによって、保温領域に水分が存在するか否かを知ることができる。
【００３３】
閉じている遮へい蓋１２を開くときには、図７の状態でモータ１４を駆動する。モータ１４は、遮へい蓋１２を閉じるときと同じ方向に回転する。このため、ピン部材１６が、上昇しながら、図７において、溝２０内を左側に移動する。遮へい蓋１２は、ピン部材１６の動きによって、上方に押し上げられる。ピン部材１６が最も高い位置に到達したとき、遮へい蓋１２が開き、全てのスリット１１の先端が開放される（図４、図５及び図６参照）。このとき、ドグ１７がリミットスイッチ１８Ａに接触してリミットスイッチ１８Ａを作動させる。リミットスイッチ１８Ａの作動によってモータ停止信号が出力され、このモータ停止信号によってモータ１４の駆動が停止される。これにより、各スリット１１の先端が遮へい蓋１２で覆われずに開放された状態に保持される。
【００３４】
本実施例は、コリメータ８のコリメータ開口部９内に仕切り部材１０を配置して複数のスリット１１を形成しているので、保温領域以外から各スリット１１を通して中性子検出器７に入射される熱中性子の量を著しく低減するができ、保温領域から各スリット１１を通して中性子検出器７に入射される熱中性子の量を増大することができる。本実施例において、保温領域以外から中性子検出器７への熱中性子の入射量を著しく低減でき、保温領域から中性子検出器７への熱中性子の入射量を増大できる理由を、図９及び図１０を用いて具体的に説明する。
【００３５】
図９は、本実施例に用いられる中性子検出装置６おける、コリメータ開口部９を通してコリメータ８内に入射される熱中性子の入射範囲を示している。中性子検出装置６では、直線３７と直線３７Ａの間の領域の熱中性子が、各スリット１１を通してコリメータ８内に入射される。図１０は、特開２００８−２１５８１５号公報に記載された水分測定装置に用いられる中性子検出装置３８における、仕切り部材１０を配置していないコリメータ開口部９Ｂを通してコリメータ８内に入射される熱中性子の入射範囲を示している。中性子検出装置３８では、直線３９と直線３９Ａの間の領域の熱中性子が、各スリット１１を通してコリメータ８内に入射される。直線３７と直線３７Ａの間の領域、及び直線３９と直線３９Ａの間の領域を、熱中性子の入射範囲という。
【００３６】
中性子検出装置６でのコリメータ開口部９の、仕切り部材１０の表面に垂直な方向での幅Ｗは、熱中性子の入射範囲が配管３０の外面と保温カバー３２の内面の間の領域になるように設定されている。この中性子検出装置６では、配管３０内の液体３３によって発生した第２熱中性子を検出しない。中性子検出装置３８でのコリメータ開口部９Ｂの、仕切り部材１０の表面に垂直な方向での幅も、中性子検出装置６での幅Ｗになっている。
【００３７】
図９及び図１０から明らかであるように、熱中性子の入射範囲は、中性子検出装置３８の方が中性子検出装置６よりも広くなっている。このため、中性子検出装置３８では第２熱中性子が検出されるので、コリメータ開口部９Ｂの、仕切り部材１０の表面に垂直な方向での幅をＷよりも狭くする必要がある。コリメータ開口部９Ｂのその幅を狭くすることは、保温領域内に存在する水分３４による減速中性子の減速によって発生した第１熱中性子３５の、中性子検出器７への入射量を減少させることになる。これでは、保温領域に存在するわずかな水分を検出する性能が劣ることになる。
【００３８】
中性子検出装置６では、コリメータ開口部９内に仕切り部材１０を配置して複数のスリット１１を形成しているので、熱中性子の入射範囲を、仕切り部材１０を配置していないコリメータ開口部９Ｂを有する中性子検出装置３８よりも狭くすることができる。この結果、コリメータ開口部９の、仕切り部材１０の表面に垂直な方向での幅Ｗを、コリメータ開口部９Ｂのその幅よりも広くすることができ、中性子検出装置６において、中性子検出器７への熱中性子の入射量を増大させることができる。中性子検出装置６では、保温領域に存在するわずかな水分も検出することができる。本実施例の水分測定装置１は、保温領域に存在する水分の検出精度を向上させることができる。
【００３９】
本実施例では、遮へい蓋１２を開いているとき及び遮へい蓋１２を閉じているときにおいて、中性子検出器７で熱中性子を検出し、遮へい蓋１２を開いているときにおける熱中性子の計数値Ｄ０と遮へい蓋１２を閉じているときにおける熱中性子の計数値Ｄ１の差（Ｄ０−Ｄ１）を求めているので、各スリット１１以外の部分でコリメータ８を透過する熱中性子３６の影響を除外することができる。このため、保温領域内の水分３４の検出精度が、さらに向上する。
【００４０】
各スリット１１以外の部分でコリメータ８を透過する熱中性子３６が存在するのは、その部分でのコリメータ８、すなわち、放射線遮へい体の厚みが薄いからである。コリメータ８の厚みを厚くすることによって、熱中性子３６の中性子検出器７への入射を防止することができる。しかしながら、コリメータ８が重くなり、作業員がハンドル２６を持って測定装置本体部５を搬送することが困難になる。本実施例は、各スリット１１以外の部分で熱中性子３６がコリメータ８を透過するので、コリメータ８を軽量化することができ、作業員が測定装置本体部５を容易に搬送することができる。各スリット１１以外の部分で熱中性子３６がコリメータ８を透過しても、本実施例は、その熱中性子３６の影響を除外することができる。
【００４１】
中性子源装置３が減速材２４を備えていなくてもよい。この場合には、中性子源２から放出された高速中性子が保温材３１に含まれている水分３４によって、さらには配管３０内の液体３３によって減速され、熱中性子となる。液体３３によって発生した熱中性子は、前述したように、各スリット１１を通過することができず中性子検出器７によって検出されない。水分３４によって発生した熱中性子は、各スリット１１を通過して中性子検出器７で検出される。このため、減速材２４を備えていない場合でも、上記した効果、すなわち、水分３４の検出精度の向上を図ることができる。
【００４２】
本実施例は、中性子源装置３が中性子源２の前方、すなわち中性子源２より保温材３１側に減速材２４を配置しているので、上記した中性子源装置３に減速材２４を設けていない場合に比べて、水分３４によって発生した第２熱中性子の検出感度を向上させることができる。これは、中性子源２から放出された高速中性子が減速材２４によって予め減速され、減速中性子となる。これによって発生した減速中性子が水分３４によってさらにエネルギーの低い第１熱中性子になるため、第１熱中性子の発生量が増大する。したがって、第１熱中性子の検出感度が向上するのである。
【００４３】
また、本実施例における水分測定方法は、保温材３１及び保温カバー３２を配管３０から取り外さないで、保温領域に存在する水分を検出することができる。
【００４４】
以上において、配管３０の周囲に形成された保温領域に存在する水分３４の検出について説明したが、本実施例の水分測定装置１を用いて、プラントに設けられた容器の外面とこの容器の周囲を取り囲む保温材を覆う保温カバーの内面の間に形成される領域（保温領域）に存在する水分を検出することもできる。水分測定装置１を用いた水分測定方法は、配管及び容器いずれかの保温領域に対して適用することが可能である。
【００４５】
本実施例の水分測定方法では、作業員が測定装置本体部５を手に持って測定装置本体部５を保温カバー３２の外面に沿って走査している。特開２００８−２１５８１５号公報に記載されたように、軸方向走行装置及び周方走行装置を有する走行装置を、保温カバー３２の外面に装着し、この走行装置を用いて測定装置本体部５を走査してもよい。容器を取り囲む保温領域内の水分を測定する場合でも、そのような測定装置本体部５を走査させる走行装置を用いてもよい。
【実施例２】
【００４６】
本発明の他の実施例である水分測定装置を、図１１を用いて説明する。本実施例の水分測定装置１Ａは、実施例１の水分測定装置１において中性子検出装置６を中性子検出装置６Ａに替えた構成を有する。水分測定装置１Ａの他の構成は水分測定装置１と同じである。中性子検出装置６Ａは、中性子検出装置６においてコリメータ開口部９をコリメータ開口部９Ａに替えた構成を有する。中性子検出装置６Ａの他の構成は中性子検出装置６の構成と同じである。水分測定装置１Ａにおいて、水分測定装置１と構成の異なる部分についてのみ説明する。
【００４７】
コリメータ開口部９Ａには、４枚の仕切り部材１０が配置されている。これらの仕切り部材１０の配置によって、３つのスリット１１及び２つのスリット１１Ａがコリメータ開口部９Ａに形成される。仕切り部材１０の表面に垂直な方向でのスリット１１Ａの幅は、その垂直な方向でのスリット１１の幅よりも狭くなっている。各スリット１１Ａは、コリメータ開口部９Ａを形成している、コリメータ８の一部である筺体４０の内面にそれぞれ面している。３つのスリット１１が、仕切り部材１０の表面に垂直な方向で、２つのスリット１１Ａの間に配置される。コリメータ開口部９Ａでは、仕切り部材１０の表面に垂直な方向において、２つのスリット１１Ａが両端にそれぞれ配置され、３つのスリット１１がこれらのスリット１１Ａの間に配置される。
【００４８】
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。本実施例では、幅の異なるスリット１１，１１Ａがコリメータ開口部９Ａ内に形成され、幅の狭いスリット１１Ａが、仕切り部材１０の表面に垂直な方向で、幅の広いスリット１１よりも外側に配置されるので、コリメータ開口部９Ａを通してコリメータ８内に入射される熱中性子の入射範囲が、実施例１の中性子検出装置６のコリメータ開口部９を通してコリメータ８内に入射される熱中性子の入射範囲よりもさらに狭くなる。このため、仕切り部材１０の表面に垂直な方向で中央に位置するスリット１１のその垂直な方向での幅を、実施例１の水分測定装置１でのスリット１１のその垂直な方向での幅よりも広くすることができる。中性子検出装置６Ａは、実施例１で用いられる中性子検出装置６よりも、中性子検出器７に入射する熱中性子の量を増大することができる。本実施例は、実施例１よりも保温領域内に存在する水分の検出精度をさらに向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、プラントに設けられる配管及び容器を取り囲む保温領域内の水分の検出に適用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１，１Ａ…水分測定装置、２…中性子源、３…中性子源装置、５…測定装置本体部、６，６Ａ…中性子検出装置、７…中性子検出器、８…コリメータ、９，９Ａ…コリメータ開口部、１０…仕切り部材、１１，１１Ａ…スリット、１２…遮へい蓋、１３…遮へい蓋移動装置、１４…モータ、１５…回転部材、１６…ピン部材、１７…ドグ、１８Ａ，１８Ｂ…リミットスイッチ、２０…溝、２２…データ処理装置、２４…減速材、２５…ケーシング、３０…配管、３１…保温材、３２…保温カバー、３３…液体、３４…水分。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高速中性子を放出する中性子源を有する中性子源装置と、
中性子入射開口部を有し、放射線遮へい材で構成されたコリメータ、及び前記コリメータ内に配置され、熱中性子を検出する中性子検出器を有する中性子検出装置と、
前記中性子検出器から出力される信号を処理するデータ処理装置とを備え、
放射線遮へい材で構成された少なくとも１つの仕切り部材を前記中性子入射開口部内に設置し、この仕切り部材によって仕切られた、前記中性子検出器に入射される前記熱中性子が通過する複数のスリットを、前記中性子入射開口部内に形成することを特徴とする水分測定装置。
【請求項２】
それぞれの前記スリットの前面で移動され、各前記スリットの開放及び封鎖を行う遮へい蓋と、前記コリメータに設けられて、前記遮へい蓋を、前記中性子検出器から前記スリットの先端に向かう方向と直交する方向で且つ前記仕切り部材の表面に垂直な方向に移動させる遮へい蓋移動装置とを備えた請求項１に記載の水分測定装置。
【請求項３】
前記複数のスリットが、第１スリットと、前記中性子検出器から前記スリットの先端に向かう方向と直交する方向で且つ前記仕切り部材の表面に垂直な方向における幅が前記第１スリットよりも狭い複数の第２スリットとを含んでおり、
前記第１スリットが、前記直交する方向で且つ前記垂直な方向において、前記複数の第２スリットの間に配置されている請求項１に記載の水分測定装置。
【請求項４】
前記第１及び第２スリットの前面で移動され、前記第１及び第２スリットの開放及び封鎖を行う遮へい蓋と、前記コリメータに設けられて、前記遮へい蓋を、前記直交する方向で且つ前記垂直な方向に移動させる遮へい蓋移動装置とを備えた請求項３に記載の水分測定装置。
【請求項５】
保温材によって取り囲まれた配管及び容器のいずれかの外面と前記保温材を取り囲む保温カバーの外面の間に形成される領域に存在する水分を測定する水分測定方法において、
高速中性子を前記領域に照射し、
放射線遮へい材で構成されたコリメータの中性子入射開口部口内に、放射線遮へい材製の少なくとも１つの仕切り部材で仕切られた複数のスリットを内部に形成した中性子入射開口部を有するコリメータで取り囲まれた中性子検出器によって、それぞれのスリットに入射される熱中性子を検出し、
前記熱中性子の検出によって前記中性子検出器から出力される信号に基づいて前記領域における水分の存在を判定することを特徴とする水分測定方法。
【請求項６】
保温材によって取り囲まれた配管及び容器のいずれかの外面と前記保温材を取り囲む保温カバーの外面の間に形成される領域に存在する水分を測定する水分測定方法において、
中性子源及び減速材を有する中性子源装置を用い、前記中性子源から放出される高速中性子を前記減速材によって減速させてエネルギーのより小さな中性子を生成し、生成されたこの中性子を前記保温材に照射し、
放射線遮へい材で構成されたコリメータの中性子入射開口部口内に、放射線遮へい材製の少なくとも１つの仕切り部材で仕切られた複数のスリットを内部に形成した中性子入射開口部を有するコリメータで取り囲まれた中性子検出器によって、それぞれのスリットに入射される熱中性子を検出し、
前記熱中性子の検出によって前記中性子検出器から出力される信号に基づいて前記領域における水分の存在を判定することを特徴とする水分測定方法。
【請求項７】
前記複数のスリットが開放されている状態で、それぞれの前記スリットを通過して入射される第１の前記熱中性子、及び前記複数のスリット以外の部分で前記コリメータを透過する第２の熱中性子を前記中性子検出器で検出し、
前記複数のスリットの前面が放射線遮へい材製の遮へい蓋で覆われている状態で、前記第２の熱中性子を前記中性子検出器で検出し、
前記複数のスリットが開放されている状態において前記中性子検出器から出力される第１信号、及び前記複数のスリットの前面が前記遮へい蓋で覆われている状態において前記中性子検出器から出力される第２信号に基づいて、前記水分の存在の判定を行う請求項５または請求項６に記載の水分測定方法。
【請求項１】
高速中性子を放出する中性子源を有する中性子源装置と、
中性子入射開口部を有し、放射線遮へい材で構成されたコリメータ、及び前記コリメータ内に配置され、熱中性子を検出する中性子検出器を有する中性子検出装置と、
前記中性子検出器から出力される信号を処理するデータ処理装置とを備え、
放射線遮へい材で構成された少なくとも１つの仕切り部材を前記中性子入射開口部内に設置し、この仕切り部材によって仕切られた、前記中性子検出器に入射される前記熱中性子が通過する複数のスリットを、前記中性子入射開口部内に形成することを特徴とする水分測定装置。
【請求項２】
それぞれの前記スリットの前面で移動され、各前記スリットの開放及び封鎖を行う遮へい蓋と、前記コリメータに設けられて、前記遮へい蓋を、前記中性子検出器から前記スリットの先端に向かう方向と直交する方向で且つ前記仕切り部材の表面に垂直な方向に移動させる遮へい蓋移動装置とを備えた請求項１に記載の水分測定装置。
【請求項３】
前記複数のスリットが、第１スリットと、前記中性子検出器から前記スリットの先端に向かう方向と直交する方向で且つ前記仕切り部材の表面に垂直な方向における幅が前記第１スリットよりも狭い複数の第２スリットとを含んでおり、
前記第１スリットが、前記直交する方向で且つ前記垂直な方向において、前記複数の第２スリットの間に配置されている請求項１に記載の水分測定装置。
【請求項４】
前記第１及び第２スリットの前面で移動され、前記第１及び第２スリットの開放及び封鎖を行う遮へい蓋と、前記コリメータに設けられて、前記遮へい蓋を、前記直交する方向で且つ前記垂直な方向に移動させる遮へい蓋移動装置とを備えた請求項３に記載の水分測定装置。
【請求項５】
保温材によって取り囲まれた配管及び容器のいずれかの外面と前記保温材を取り囲む保温カバーの外面の間に形成される領域に存在する水分を測定する水分測定方法において、
高速中性子を前記領域に照射し、
放射線遮へい材で構成されたコリメータの中性子入射開口部口内に、放射線遮へい材製の少なくとも１つの仕切り部材で仕切られた複数のスリットを内部に形成した中性子入射開口部を有するコリメータで取り囲まれた中性子検出器によって、それぞれのスリットに入射される熱中性子を検出し、
前記熱中性子の検出によって前記中性子検出器から出力される信号に基づいて前記領域における水分の存在を判定することを特徴とする水分測定方法。
【請求項６】
保温材によって取り囲まれた配管及び容器のいずれかの外面と前記保温材を取り囲む保温カバーの外面の間に形成される領域に存在する水分を測定する水分測定方法において、
中性子源及び減速材を有する中性子源装置を用い、前記中性子源から放出される高速中性子を前記減速材によって減速させてエネルギーのより小さな中性子を生成し、生成されたこの中性子を前記保温材に照射し、
放射線遮へい材で構成されたコリメータの中性子入射開口部口内に、放射線遮へい材製の少なくとも１つの仕切り部材で仕切られた複数のスリットを内部に形成した中性子入射開口部を有するコリメータで取り囲まれた中性子検出器によって、それぞれのスリットに入射される熱中性子を検出し、
前記熱中性子の検出によって前記中性子検出器から出力される信号に基づいて前記領域における水分の存在を判定することを特徴とする水分測定方法。
【請求項７】
前記複数のスリットが開放されている状態で、それぞれの前記スリットを通過して入射される第１の前記熱中性子、及び前記複数のスリット以外の部分で前記コリメータを透過する第２の熱中性子を前記中性子検出器で検出し、
前記複数のスリットの前面が放射線遮へい材製の遮へい蓋で覆われている状態で、前記第２の熱中性子を前記中性子検出器で検出し、
前記複数のスリットが開放されている状態において前記中性子検出器から出力される第１信号、及び前記複数のスリットの前面が前記遮へい蓋で覆われている状態において前記中性子検出器から出力される第２信号に基づいて、前記水分の存在の判定を行う請求項５または請求項６に記載の水分測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−２７５５９（Ｐ２０１１−２７５５９Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７３８９６（Ｐ２００９−１７３８９６）
【出願日】平成２１年７月２７日（２００９．７．２７）
【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２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２７日（２００９．７．２７）
【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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