复合构造物的非破坏检查装置和非破坏检查方法

摘要

提供利用宇宙射线μ介子，检查复合构造物的表层内部的非破坏检查装置和非破坏检查方法。一种非破坏检查装置，利用在行进方向只以给定量的自旋极化并大概在水平方向行进的宇宙射线μ介子(12)，检查复合构造物(11)的表层内部，该装置包括：检测伴随着在所述复合构造物(11)的内部静止的所述宇宙射线μ介子(12)的消减，在与所述宇宙射线μ介子(12)的照射方向相反方向以特性的时间常数反射放出的阳电子和电子量的阳电子和电子量检测部件(13)；从通过所述阳电子和电子量检测部件(13)检测的阳电子和电子量，把在所述复合构造物(11)的所述表层内部存在的与所述表层的第一物质(11-1)不同的第二物质(11-2)的状态以放射线照相进行数据处理并输出的放射线照相处理部件(14、15、16)。

说明书

技术领域

本发明涉及能对构造物不带来任何不良影响的情况下检查例如钢筋混凝土建筑物那样的复合构造物的内部状态的非破坏检查装置和非破坏检查方法。

背景技术

例如，作为以建筑物、高架桥或水坝等钢筋混凝土等复合构造物内的内部状态(钢筋的不织状态等)或者高炉内的铁成分或温度分布等表层内部的状态为检查对象的，在不带来物理的或化学的不良影响的情况下检查或检测的非破坏检查方法，超声波法、红外线温度记录法、雷达法和X射线法等一直广泛地为人类所知。可是，这些方法都显著地限定检查对象，并且在内部状态的析像度和能检测的表层内部的深度上存在界限。

因此，本申请的发明者们提出了一种非破坏检查方法和装置，该非破坏检查方法和装置使用粒子加速器，人为地产生μ介子，由该粒子加速器产生的μ介子一方面以给定的立体角被捕获并进行磁场封闭，同时被输送到钢筋混凝土等检查对象并照射，通过检测随着照射的正μ介子在钢筋部的能量损失释放的阳电子的量，检测钢筋混凝土内部状态(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：特开2008-14816号公报

发明内容

可是，专利文献1中记载的发明使用大型、高价的粒子加速器产生μ介子，并且以给定的立体角捕获这种人为产生的正μ介子，进行磁场封闭，同时输送到钢筋混凝土等检查对象并照射，在现实的可行性方面存在很大的问题。此外，专利文献1中没有表示其所记载的阳电子检测部件(塑料闪烁器)的输出信号的数据处理的具体细节，在该现有技术中，难以现实地处理伴随着μ介子的消减所产生的经分选的阳电子和电子量的检测信号，并生成所希望得到的的放射线照相信息。在专利文献1中记载的发明中，只把正μ介子作为μ介子处理，无法得到来自负μ介子的元素分选的信号，因此，在现实中，难以取得复合构造物内的钢筋的形状和尺寸等具体的用于放射线照相的详细精确的数据。

本发明是鉴于所述课题而提出的，提供复合构造物的非破坏检查装置，该装置利用在行进方向只以给定量自旋极化并大致在水平方向行进的宇宙射线μ介子，检查复合构造物的表层内部，其特征在于，所述装置包括阳电子和电子量检测部件以及放射线照相数据处理部件，其中，所述阳电子和电子量检测部件检测伴随着在所述复合构造物的内部静止的所述宇宙射线μ介子的消减，在与所述宇宙射线μ介子的照射方向相反方向以特性的时间常数反射放出的阳电子和电子量；所述放射线照相数据处理部件根据在所述阳电子和电子量检测部件中检测的阳电子和电子量，把在所述复合构造物的所述表层内部存在的与所述表层的第一物质不同的第二物质的状态通过放射线照相进行数据处理并输出。

这里，所述宇宙射线μ介子包含正μ介子和负μ介子，所述正μ介子相对于行进方向大概自旋极化30％。

而且，所述阳电子和电子量检测部件检测伴随着所述宇宙射线μ介子的消减产生的到达50MeV的衰变电子和阳电子的强度。因此，所述阳电子和电子量检测部件包括第一检测板和第二检测板，所述第一检测板配置在所述宇宙射线μ介子的照射侧，用于检测μ介子的位置和路线；所述第二检测板配置在所述第一检测板和所述复合构造物之间，检测在所述复合构造物内伴随着所述μ介子的消减而产生的阳电子和电子量。

而且，其特征在于：所述第一检测板的位置分辨率为±2.50cm，其有感面积是1m×1m，所述第二检测板的位置分辨率为±1.25cm，其有感面积是0.5m×0.5m。

此外，所述放射线照相数据处理部件包括鉴别部件和数据处理部件，其中，所述鉴别部件把来自所述阳电子和电子量检测部件的输入信号以给定的基准同步脉冲采样，并从该采样的输入信号除去噪声成分，只分选μ介子的检测信号；所述数据处理部件处理来自所述鉴别部件的输出信号，并生成放射线照相信息。

其特征在于：所述复合构造物是钢筋混凝土，所述第一物质是混凝土，所述第二物质是钢筋或钢骨，在该钢筋混凝土中，所述钢筋或钢骨位于离所述混凝土的表层10～20cm的位置。

本发明还提供非破坏检查方法，该方法利用在行进方向只以给定量自旋极化并大致在水平方向行进的宇宙射线μ介子，检查复合构造物的表层内部，所述方法包括：(a)以给定的基准同步脉冲对伴随着在所述复合构造物的内部静止的所述宇宙射线μ介子的消减，在与所述宇宙射线μ介子的照射方向相反方向以特性的时间常数反射放出的阳电子和电子量采样的步骤；(b)从该采样的信号除去噪声成分的步骤；(c)从除去所述噪声成分的信号分选μ介子的检测信号的步骤；(d)处理所述经分选的μ介子的检测信号并生成放射线照相信息的步骤；通过取得表示第二物质的状态的放射线照相信息，检查所述复合构造物的内部，所述第二物质与存在于所述复合构造物的所述表层内部的所述表层的第一物质不同。

这里，所述宇宙射线μ介子包含正μ介子和负μ介子，宇宙射线μ介子相对其行进方向大概自旋极化30％。

据此，在本发明的非破坏检查装置及其方法中，由于使用宇宙射线μ介子，所以在任意地点的检查对象物，检测都能进行。此外，由于不需要大型昂贵的粒子加速器和以给定的立体角捕获由该粒子加速器产生的μ介子并进行磁场封闭，输送照射到检查对象物的磁场封闭输送部件，所以本发明的非破坏检查装置及其方法可以低成本地进行复合构造物的非破坏检查。

在本发明中，由于阳电子和电子量检测部件能正确地检测伴随着μ介子(包含正μ介子和负μ介子)的消减而产生的全部阳电子和电子量，所以本发明能够取得复合构造物内的钢筋的形状和尺寸等具体的用于放射线照相显示的详细精确的数据。特别是能够在短时间内极精确地测定存在于整体厚度在1m以上，包层厚度为10～20cm的钢筋混凝土建筑物表层内部的钢筋的形状和尺寸等的腐蚀等的具体信息。

附图说明

图1表示本发明的复合构造物的非破坏检查装置的整体结构的概要。

图2表示在本发明中使用的μSR法的原理图。这里，图2的左图表示由于介子衰变而产生自旋极化的μ介子的图样，图2的右图表示自旋极化的μ介子空间非对称地产生阳电子的图样。

图3表示μSR测定装置的概念图(上图)，以及作为被观测的μSR信号和微观磁场所对应的代表例的外部磁场为零的情形(下图)。

图4表示使宇宙射线μ介子在钢筋混凝土中停止，测定放出的阳电子的强度，并通过μSR法调查钢筋的存在状态。

图5表示负μ介子被原子核吸收和自由衰变的概率随原子核的电荷Z变化的图样。

图6表示宇宙射线μ介子产生的反射信号，与在混凝土中相比，在铁中停止的时候，阳电子和电子的强度的总和减少17％。

图7是表示天顶角70度的宇宙射线μ介子的强度的曲线图。

图8说明构成本发明的阳电子和电子量检测装置。

图9表示ROM电路(图1中的符号15)的框图(上图)和装置整体相片(下图)。

图10表示宇宙射线μ介子透过碳(火山体、岩石等地壳等)的图样。

图11表示宇宙射线μ介子透过型放射线照相测定装置和使用该装置观测火山体山顶的透过像的图样及其测定结果。

图12表示运转中的高炉的实验的测定状况、F/B比的原始数据、得到的密度分布。

符号的说明

11-复合构造物(钢筋混凝土)；12-宇宙射线μ介子；13-阳电子和电子量检测装置；14-鉴别器；15-处理来自鉴别器14的输出信号的ROM电路；16-数据处理装置(个人电脑)。

具体实施方式

以下，说明本发明的利用宇宙射线μ介子的复合构造物的非破坏检查装置以及检查方法的细节。

图1表示本发明的复合构造部的非破坏检查装置的全体结构的概要。本发明的非破坏检查装置的特征在于，利用在行进方向只以给定量自旋极化并大致在水平方向行进的宇宙射线μ介子12。而且，本发明使用该宇宙射线μ介子检查复合构造物的表层内部。

在图1中成为非破坏检查的对象的复合构造物11是由表层部的混凝土11-1和内部的钢筋(或钢骨)11-2构成的钢筋混凝土11。

如图11所示，本发明的非破坏检查装置包括阳电子和电子量检测部件13以及放射线照相数据处理部件14、15、16，其中，所述阳电子和电子量检测部件13检测伴随着在钢筋混凝土的内部的钢筋或者钢骨11-2中静止的宇宙射线μ介子的消减，在与宇宙射线μ介子的照射方向相反方向反射放出的阳电子和电子量；所述放射线照相数据处理部件14、15、16根据本阳电子和电子量检测部件13中检测的阳电子和电子量，把存在于复合构造物即钢筋混凝土11表层部的混凝土(第一物质)11-1的内部的钢筋或者钢骨(第二物质)11-2的例如腐蚀状态等以放射线照相进行数据处理并输出。

这里，在本发明的情况下，宇宙射线μ介子12包含正μ介子和负μ介子，所述正μ介子相对于行进方向大概自旋极化30％。

而且，阳电子和电子量检测部件13(13-1和13-2)检测伴随着宇宙射线μ介子12的消减而产生的达到50MeV的衰变电子和阳电子的强度。因此，阳电子和电子量检测部件13包括第一检测板13-1和第二检测板13-2，所述第一检测板13-1配置在宇宙射线μ介子12的照射侧，用于检测对测定对象即复合构造物11照射的μ介子的位置和路线；所述第二检测板13-2配置在第一检测板13-1和复合构造物即钢筋混凝土11之间，用于检测存在于表层部的混凝土11-1内部的钢筋或钢骨11-2中的伴随着宇宙射线μ介子12的消减而产生的阳电子量和电子量(在本申请中，记载为“阳电子和电子量”)。

这里，作为第一检测板13-1的一个例子，所述第一检测板13-1的位置分辨率为±2.50cm，有感面积是1m×1m。此外，第二检测板13-2的位置分辨率为±1.25cm，有感面积是0.5m×0.5m。

此外，所述放射线照相数据处理部件14、15、16由以下的部分构成：把来自所述阳电子和电子量检测部件13的输入信号以给定的基准同步脉冲采样，并从该采样的输入信号除去噪声成分，只选择μ介子的检测信号的鉴别器14(14-1、14-2)；处理来自鉴别器14(14-1、14-2)的输出信号的ROM(读出模块)电路(Read-Out Module Circuit)15；用以太网等室内通信线路(LAN)与ROM电路15连接的数据处理部件(例如个人电脑)16。

这里，在本发明中，在成为利用宇宙射线μ介子12的非破坏检查的对象的复合构造物钢筋混凝土11中，钢筋或钢骨11-2即使是在从混凝土11-1的表层开始的10～20cm的范围，也能充分测定。

以下，详细说明构成所述的本发明的非破坏检查装置的所述各构成部分。

A.μ介子的说明

首先，说明在本发明中使用的μ介子(以下，称作μ)的概要。

μ介子是质量约为质子质量的1/9，约为电子质量的207倍的基本粒子，存在具有正、负电荷的μ⁺、μ^-两种。μ⁺和真空中的μ^-以2.2μs的寿命消亡，在其消亡时，产生具有50兆电子伏特(MeV)能量的阳电子e⁺、电子e^-和中微子。虽然μ介子作为宇宙射线飞向地表，但是为了取得高强度的μ介子，还是需要使用基本粒子加速器得到高能量的质子和电子并用以与原子核反应产生π介子(汤川介子、π⁺、π^-)，再通过它们的衰变产生大量的μ⁺、μ^-。在物质中，μ介子主要是进行电磁相互作用。利用这种基本粒子μ介子的性质，μ介子能够应用于各种应用实用科学领域，但是本发明的特征是利用宇宙射线μ介子，而不是利用由那种粒子加速器人为产生的μ介子。

如果决定天顶角，那么无论何时何地，宇宙射线μ介子都几乎具有一定的能量矢量。因此，通过测量透过具有未知“厚度”(密度×长度)的物体时μ介子的强度衰减，就能知道“厚度”。在本发明中，使用2个以上的位置敏感型检测器(阳电子和电子量检测装置13：第一检测板13-1和第二检测板13-2)，通过对穿过检查对象构造物的μ介子的路线依次进行计算，能够取得物体内部的“厚度”的空间分布的映射。这时，由于μ介子的质量比电子重200倍并且只进行电磁相互作用，具有很高的能量，例如μ介子能通厚达达数千米的岩石和100m铁，所以能成为放射线照相的对象。由于这样的高能量的μ介子能够作为环境放射线的宇宙射线取得，所以在本发明中利用它。

B.反射型宇宙射线μ介子放射线照相的原理

在透过型放射线照相中，有必要对着宇宙射线飞来的方向，在对象物的背后配置检测器。但是，在现有的大型建筑物或高架桥等设施中有时无法进行那样的布置。这时，只允许取得反射型的信号探测其内部结构。因此，在本发明的非破坏检查中，利用由水平宇宙射线μ介子产生的反射型信号。

C.基于μSR法的阳电子和电子量的检测

μSR法是指把μ介子具有的磁矩作为微观的磁针使用，测定物质中的磁场的方法。宇宙射线μ介子的60％是正μ介子，在行进方向上自旋极化约30％。据此，根据μSR信号，可以进行对象物深处的组成分析。可是，在本发明中，由于不仅取得来自正μ介子的元素分选信号，还取得来自负μ介子的元素分选信号，所以可以得到复合构造物内的钢筋的形状和尺寸等具体用于放射线照相的详细精确的数据。

通过在行进方向上自旋(极化)而得到的μ⁺消亡并产生阳电子，该阳电子具有达到50MeV的能量，在相同的自旋方向被放出。然后，通过捕获该阳电子，能探测物质具有的微观的磁性质。通过应用这样实现的称作μSR法的方法，可以进行微弱的静态和动态磁场的高灵敏度观测。

图2表示所述的μSR法的原理图。这里，图2左图表示由于介子衰变而产生自旋极化的μ介子的图样，图2右图表示自旋极化的μ介子空间非对称地产生阳电子的图样。

图3表示μSR测定装置的概念图(上图)，以及作为被观测的μSR信号和微观磁场所对应的代表例的外部磁场为零的情形(下图)。通过使用μSR法，能简单鲜明地把握混凝土中的钢筋或铁棍的存在状态。

图4表示使宇宙射线μ介子在钢筋混凝土中停止，测定放出的阳电子的强度，并通过μSR法调查钢筋的存在状态。在混凝土中停止的μ介子的自旋由于磁性杂质等因素的影响会具有微弱的缓和现象，变为图3的右上图所示，但是μ介子在铁中停止的时候，由于磁的内部场作用，会发生急速的50MHz左右的自旋旋转，如果测定系统的时间分辨率为20纳秒以上，就无法观察到旋转，检测的阳电子强度变为1/3。因此，例如，如图4所示，由于配置测定器，μ介子束在铁中停止时，阳电子强度会减少。因此，通过用射束的位置的函数测定阳电子强度，就能在短时间内明确地测定钢筋混凝土中的钢筋的布置和粗细。

D.μ介子核吸收电子信号

在本发明中，不仅正μ介子，负μ介子的衰变也被作为测定的对象。把占宇宙射线μ介子的40％的负μ介子作为测定的对象物，能够得到以下那样的物质特有的反射型信号。在物质中停止的负μ介子减速之后，变成围绕物质的原子核旋转的小的原子，在原子跃迁后，达到原子的基态。在基态，与原子核的电荷Z相对应，负μ介子与原子核的重叠增多并且负μ介子被原子核吸收。结果，μ介子的自由衰变的概率与电荷Z一起变化。μ介子的自由衰变的概率在混凝土中是50％，但是在铁中变为10％。因此，当μ介子在铁中停止时，表现为反射型信号的高达50MeV的衰变电子和阳电子的强度发生衰减。

图5表示负μ介子被原子核吸收和自由衰变的概率随原子核的电荷Z变化的样子。

E.宇宙射线μ介子的反射型信号的说明。

如以上所述，通过把在水平方向行进的宇宙射线μ介子作为对象物，检测作为反射型信号取得的高能量的阳电子和电子量，例如如图6所示，与在混凝土中停止的情况相比，μ介子在铁中停止时，发生以下的变化。

一般，静止的μ介子的衰变阳电子和电子的强度N_e(T)表示如下。即：

N_e(T)＝αN_μe^-T/τμ(1+A_μP_μcosωT)ΔΩ

这里，N_μ表示宇宙射线μ介子强度，α表示正负的μ介子强度比，τμ表示μ介子的寿命，P_μ表示μ介子的极化度，A_μ表示衰变阳电子和电子的非对称度，ω表示原子内部磁场引起的μ介子自旋回转角速度，ΔΩ表示检测器的立体角。然后，把所述的衰变阳电子和电子的强度N_e(T)对时间进行积分，得到关于混凝土和铁的，来自正负μ介子的反射型信号的和。

Ne/ΔΩ(混凝土)＝0.6×2.2×(1+0.3×0.3×1)+0.4×0.9×1＝1.44+0.30＝1.74

Ne/ΔΩ(铁)＝0.6×2.2×(1+0.3×0.3×1/3)+0.4×0.2×1＝1.36+0.08＝1.44

所述的计算处理通过图1所示的放射线照相数据处理部件14、15、16进行。

图6表示宇宙射线μ介子产生的反射信号，与在混凝土中相比，在铁中停止的时候，阳电子和电子的强度的总和减少17％。通过使用多个位置敏感检测器鉴别μ介子停止的位置，钢筋混凝土的反射型放射线照相实现这17％的变化。这时，由于作为信号取得的μ介子衰变电子和阳电子的能量是50MeV，所以可以把混凝土厚度为10～20cm的钢筋混凝土以及包层厚度10cm以上的钢筋混凝土作为对象。

另外，虽然还能利用负μ介子厚子X射线信号和负μ介子核吸收中子等作为反射型信号，但是由于效率低下和信号的路线难以确定，以及没有正μ介子的利用，所以在实用化上伴随着困难。此外，在宇宙射线μ介子的反射型信号的检测中，需要检测一个一个的μ介子和附带于其上的阳电子和电子，不可能用无法取得时间相关的干板法进行。因此，本发明所涉及的方法变得极为有效。

F.阳电子和电子量检测装置13的说明

在本发明中使用的阳电子和电子量检测装置13中，所述第一检测板13-1是整体尺寸为1m的正方形，每一台检测器系统全部容纳于厚度为50cm的长方体的箱中，将多个所述第一检测板13-1进行组合，紧贴于大型建筑物等对象物并进行测定，可以在6个月时间内以±5mm的析像度，测定包层厚度为10～20cm的钢筋混凝土的钢筋的状态。在对象物的实表面坐标之上，显示反射型信号的强度，对应强度低的部分为铁的部分，在该部分的构造中，评价钢筋的健全性。附加10ns的精度的绝对时间和10mm的精度的空间坐标，记录全部数据。在测定的数据内，汇总推测为同类的空间的数据，通过加法乘法等时间空间再构成，能监视长时间的测定的健全性。

这里，就必要的测定时间加以描述。已知天顶角70度的宇宙射线μ介子的强度，如图7所示，是0.001(sTr)/(cm)²/s。其中2％在10cm厚的混凝土中停止。因此，由前方宇宙射线μ介子计数器定义的入射μ介子的(在最大入射面积、包层厚度10cm位置处的扩展)所对应的μ介子强度变为如下：10/日(1m×1m、5cm×5cm)、0.1/日(10cm×10cm、5mm×10mm)。

由于μ介子衰变阳电子和电子的立体角变为0.12、0.0012，所以作为反射信号取得的衰变阳电子和电子的检测量对应于包层厚度为10cm的位置的空间分辨率，相应地变为如下：0.12/日(5cm×5cm、5cm×5cm)、0.1/日(10cm×10cm、5mm×10mm)。与此相对应，由于μ介子衰变阳电子和电子的立体角变为0.12、0.0012，反射信号的检测对应于空间分辨率，相应地变为如下这样：0.12/日(5cm×5cm)、0.00012/日(5mm×5mm)。如上所述，在混凝土中停止时和在铁中停止时的两种情况，阳电子和电子量的强度存在17％的差。为了用提出的宇宙射线μ介子反射型放射线照相的方法识别混凝土内的铁，以cm的分辨率，需要3个月时间，用mm的分辨率，需要10年以上。

从以上的考察，有可能误认为本发明的反射型宇宙射线μ介子放射线照相的方法的实用化在测定时间上存在界限。也就是说，即便是扩大装置，由于对象区域也扩大，所以为了取得相同的空间分辨率，就需要花费相同的时间测定。可是，后面描述的基于宇宙射线μ介子放射线照相用高速电子电路ROM的时间空间再构成法就打破了这个界限。该时间空间再构成法能够用位置敏感传感器的精度决定并记录宇宙射线μ介子的通过位置和方向，能够以10ns的精度决定并记录现象的绝对时间。因此，在取得数据后，在适当的时间区域和空间区域中整理，有效地提高数据的精度，可以在6个月的目标时间内达到mm台的精度。

G.检测器系统的说明

图8说明构成本发明的阳电子和电子量检测装置13的原理。用于检测宇宙射线μ介子的位置和路线的入射侧F计数器(第一检测板)的厚度为3cm，位置分辨率为±2.5cm，有有感面积为1m×1m，对象物一侧B计数器(第二检测板)的厚度为1.5cm，位置分辨率为±1.25cm，有感面积为0.5m×0.5m，把F和B的间隔取为0.5m，就能利用从天顶角45度到90度的接近水平的宇宙射线。对象物一侧B计数器兼任反射型电子和阳电子信号的检测，为了有效利用ROM电路15，最好在对象物之前配置厚度0.5cm、0.5m×0.5m触发计数器T。据此，选择线性良好的μ介子，使计数器与对象物紧贴，并且把取得的数据进行内插等处理，就能以10mm以上的精度把布置于对象钢筋混凝土的包层厚度10cm以上的钢筋成像。

在图8中，决定宇宙射线的路线和位置的入射侧F计数器的厚度为3cm，位置分辨率为±2.5cm，有感面积为1m×1m，对象物一侧B计数器的厚度为1.5cm，位置分辨率为±1.25cm，有感面积为0.5m×0.5m，F和B的间隔为0.5m。对象物一侧B计数器兼任反射型电子和阳电子信号的检测，为了有效利用ROM电路，在对象物之前配置厚度0.5cm、0.5m×0.5m触发计数器T。使计数器与对象物紧贴，并且把取得的数据进行内插等处理，就能以10mm以上的精度把布置于对象钢筋混凝土的包层厚度10cm以上的钢筋成像。

H.时间空间再构成法和ROM电路的说明

使用的为了μ介子放射线照相实验而开发的万能电路数据读取模块(Read-Out Module，ROM)，如图11所示，能够对最大为40×40(x轴×y轴)个交叉的闪烁器(光电倍增管)输出进行处理，检测μ介子通过的点，使用2组这种40×40个的闪烁器决定μ介子的飞行轨迹。

图9表示读出板的框图(上图)和装置整体相片(下图)。x、y轴的光电倍增管输出连接在鉴别器上，以时刻基准同步脉冲(100MHz)对鉴别器的输出信号采样。接着，从采样的光电倍增管输入决定通过点。通过点分别把在同一时刻x、y轴闪烁器输出中的一个作为有效时并除去簇射成分，只分选宇宙射线μ介子。在判定为μ介子通过点的时候，检测的结果通过以太网传送给PC，传送给PC的数据由以下的3个项目H构成。这里，时刻以10ns的精度记录绝对时间，表示x轴闪烁器编号和y轴闪烁器编号。

在本发明的检测系统中，通过使用2个所述ROM板，由检测器取得的数据知道除去软成分宇宙射线背景的宇宙射线μ介子的在前方、后方计数器的μ介子的通过位置和绝对时间F(x1，y1，Tμ)、B(x2，y2，Tμ)，知道宇宙射线μ介子的位置、路线和在10ns精度下飞来的时间。而且，用后方计数器F(x’，y’，Te)测定在通过对象物中停止的μ介子放出的达到50MeV的阳电子和电子，用由(x1，y1，x2，y2，x’，y’)决定的对象物内部的位置函数求出(Te-Tμ)的分布。若时间分布与μ介子衰变时间常数一致，则确认是反射型信号。

然后，利用该测定法的一般性，在时间空间上再构筑数据。例如，当数据的统计不足，又想在短时间内知道钢筋状态的全貌的时候，可以通过(x1，y1，x2，y2，x’，y’)的再构筑把相似的区域相加累积，就能观察到精确度较高的外观。此外，对于周期地发生的现象，可以在时间上进行汇总分析。

如上所述，在本发明的复合构造物的非破坏检查方法中具有以下的特征，即：

(a)无论何时何地都能利用宇宙射线μ介子。

(b)由于使用接近水平的宇宙射线，所以让对象物原封不动就可以立刻进行测定。

(c)对检查对象来说完全是非破坏性的。即对检查对象的复合构造物不会带来任何物理或化学的不良影响。

(d)因为宇宙射线μ介子和衰变阳电子和电子的透过性，所以最起码也可以将包层厚度为10～20cm的钢筋作为对象。

(e)经过长时间测定的监视器能使用万能读出电路进行时间空间再构成。

因此，本发明的非破坏检查装置和方法能进行大型建筑物的健全性的验证、高架桥或水坝等健全性的验证。

如上所述，本发明利用反射型放射线照相测定宇宙射线μ介子的消减时产生的阳电子和电子量，实现了复合构造物的非破坏检查。而通过透过型放射线照相的利用，能进行各种应用。以下，作为本发明的理解的一个帮助，描述具体实施例。

H.透过型放射线照相的原理和效果

(1)透过强度衰减法的原理

X射线相片使用光(X射线)得到人体的透过像，为了得到透过像，以下的事项是必要的：a)光粒子具有足够的的能量是光粒子的飞行距离(停止之前在物质中通过的距离)比对象物的厚度更长或与对象物的厚度相同。b)光粒子的检测容易，并且能够容易地鉴别光粒子的路线。如图10所示，一般地，伴随着粒子的能量提高，粒子在各种物质中的飞行距离增大。可是，电子因为“质量轻引起的向光的变换”，质子因为“核反应的增大”，所以无论怎样提高能量都无法增大飞行距离。这时，μ介子就变得极为有效。

图10表示宇宙射线μ介子透过碳(火山体、岩石等地壳)的图样。此外，图7表示宇宙射线μ介子对碳(上)和铁(下)的透过强度的厚度依存性。在图7中，左边表示透过强度的绝对值，右边表示与F/B比所对应的与厚度零的值的相对值，绝对值和相对值都对应于各种天顶角表示。如图所示，物质密度不同，相同厚度的透过量也不同。

(2)透过强度衰减法在火山和大型产业用机械中的应用

为了实现使用几乎接近水平方向(天顶角60度～85度)的宇宙射线μ介子的放射线照相显示，构筑图11所示的检测器系统。该系统使用细分割为格子状的塑料闪烁器作为多个位置敏感型检测器。这里，为了利用透过性良好但强度低的水平方向的μ介子，设计出如下方案：同时捕获来自相反方向的宇宙射线μ介子并进行标准化，再求出F(对象物一侧)/B(空侧)比。为了除去近数10倍于μ介子的多量的软成分(电子、γ射线等)背景的噪声成分，使用在中间放置的铁引起的软成分产生的多发生信号。

接近水平的宇宙射线μ介子的透过性良好，实验条件容易设定，可以测定原封不动的对象物，而且没有必要在作为对象物的火山体和熔矿炉等之下挖隧道。此外，还可以进行基于多个测定器的X射线断层摄影观测。

图11表示宇宙射线μ介子透过型放射线照相测定装置和使用该装置观测火山体浅间山的山顶的透过像的图样及其测定结果。该装置具有在横竖方向上以10cm的宽度划分，识别μ介子的通过点的1m×1m的2面塑料计数器集合体。把前后的通过点逆转，即可以知道通过对象物的位置。该装置使用在行进路线上放置的铁板，通过“多重发生事件的除去”，除去软成分背景。

(3)在火山体的内部探索中的应用

在鬼压出熔岩流浅间园(位于浅间山山顶的北侧4公里的位置)放置测定器，尝试从外部观察从外部看不到的喷火口。瞄准浅间山山顶的位置并取得图像，观察到了凹下，如果将该凹下全部堵住，则所得到的图像的外形就与山顶的外形相同。如果取得约100天的数据并与计算机仿真比较，就能够得到印证喷火口是“空的”，没有岩浆的上升这样的数据。

此外，作为岩手山火山活动的机制，谈论沿着位于离岩手山山顶西侧向10km的黑仓山和姥仓山之间的跨约4km的在东西延伸的山脊发生的“水蒸气爆发”的可能性。从2003年到2004年，在发生火山活动的黑仓山和姥仓山山脊垂直向北侧2.7km，比山脊低0.8km的位置设置了测定器。汇总测定结果，用根据透过山体的μ介子的强度得到的山体断面的密度长显示，如果黑仓山和姥仓山的山脊密度均匀，我们就可以认为黑仓山和姥仓山的山脊是密度为2.5g/cm³(±10％)的山体构造。在结果的时间系列的分析中，经过与发生的喷烟柱的高度比较，指出原因可能为冬季期间的山体内水分的冻结。

(4)在熔炉的内部探索中的应用

使用与用于火山的系统相同的测定系统探索高炉炉底和炉壁，以高炉内部状态的探索和健全性的确认为目的，在实际的炼铁厂进行了实验。

图12表示运转中的高炉的实验的测定状况、F/B比的原始数据、得到的密度分布。在左右中心位置处的F/B比从底向上变化，可知铁部分和砖部分的不同。图12的左图表示宇宙射线μ介子放射线照相实验的测定系统配置状况，图12的中图表示得到的F/B比的原始数据，图12的右图表示对于由用于预测高炉的上下、左右的角度(mrad)而定的高炉的各点，通过三维的高度和颜色显示和解析宇宙射线μ介子强度的F/B比的大小而得到的密度分布。关于以估计高炉的上下、左右的角度(mrad)决定的高炉的各点，以，表示由分析取得的密度分布。据此，可知以下事项。

(a)如果在分析中假定高炉的圆筒对象性，炉底部或炉壁部的砖厚度的测定的决定精度就变为±5cm/45天。用2个月的测定，能以数月的精度进行寿命被称为20年的高炉寿命的推测。

(b)判明了铁密度的确定以在两个月的对50cm×50cm的区域截面测定中偏差为±0.2g/cm³为标准。

(c)在某种程度上能进行炉内的铁的状态的时间和空间的变动的监视，观测由休风的效果引起的铁部分的空间的变动。

工业上的可利用性

本发明涉及能利用宇宙射线μ介子，在对该构造物不产生任何不良影响的情况下，检查例如钢筋混凝土建筑物那样的构造物的内部状态的非破坏检查装置以及检查方法，具有应用于工业上的可行性。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种复合构造物的非破坏检查装置，利用在行进方向只以给定量自旋极化并通常在水平方向行进的宇宙射线μ介子，检查复合构造物的表层内部，其特征在于，该装置包括阳电子和电子量检测部件以及放射线照相数据处理部件，其中：

所述阳电子和电子量检测部件检测伴随着在所述复合构造物的内部静止的所述宇宙射线μ介子的消减，在与所述宇宙射线μ介子的照射方向相反方向以特性的时间常数反射放出的阳电子和电子量；

所述放射线照相数据处理部件根据在所述阳电子和电子量检测部件中检测的阳电子和电子量，将在所述复合构造物的所述表层内部存在的与所述表层的第一物质不同的第二物质的状态通过放射线照相进行数据处理并输出；

所述阳电子和电子量检测部件检测伴随着在所述复合构造物的内部静止的构成所述宇宙射线μ介子的正μ介子和负μ介子等两种不同μ介子的消减，反射放出的全部的阳电子和电子量。

2.根据权利要求1所述的复合构造物的非破坏检查装置，其特征在于，所述宇宙射线μ介子的所述正μ介子相对于行进方向大概自旋极化30％。

3.根据权利要求1或2所述的复合构造物的非破坏检查装置，其特征在于，所述阳电子和电子量检测部件检测伴随着所述宇宙射线μ介子的消减，产生的到达50MeV的衰变电子和阳电子的强度。

4.根据权利要求3所述的复合构造物的非破坏检查装置，其特征在于，所述阳电子和电子量检测部件包括第一检测板和第二检测板，所述第一检测板配置在所述宇宙射线μ介子的照射侧，用于检测μ介子的位置和路线；所述第二检测板配置在所述第一检测板和所述复合构造物之间，用于检测在所述复合构造物内伴随着所述μ介子的消减而产生的阳电子和电子量。

5.根据权利要求4所述的复合构造物的非破坏检查装置，其特征在于，所述第一检测板的位置分辨率为±2.50cm，有感面积是1m×1m；所述第二检测板的位置分辨率为±1.25cm，有感面积是0.5m×0.5m。

6.根据权利要求4或5所述的复合构造物的非破坏检查装置，其特征在于，所述放射线照相数据处理部件包括鉴别部件和数据处理部件，所述鉴别部件将来自所述阳电子和电子量检测部件的输入信号以给定基准同步脉冲采样，并从该采样的输入信号除去噪声成分，只分选μ介子的检测信号；所述数据处理部件处理来自所述鉴别部件的输出信号并生成放射线照相信息。

7.根据权利要求6所述的复合构造物的非破坏检查装置，其特征在于，所述复合构造物是钢筋混凝土，所述第一物质是混凝土，所述第二物质是钢筋或钢骨。

8.根据权利要求7所述的复合构造物的非破坏检查装置，其特征在于，在所述检查对象的钢筋混凝土中，所述钢筋或者钢骨位于离所述混凝土的表层10cm～20cm的位置。

9.一种非破坏检查方法，利用在行进方向只以给定量自旋极化并通常在水平方向行进的宇宙射线μ介子，检查复合构造物的表层内部，该方法包括：

(a)以给定的基准同步脉冲对伴随着在所述复合构造物的内部静止的构成所述宇宙射线μ介子的正μ介子和负μ介子等2种不同μ介子的消减，在与所述宇宙射线μ介子的照射方向相反方向以特性的时间常数反射放出的阳电子和电子量采样的步骤；

(b)从采样的信号除去噪声成分的步骤；

(c)从除去所述噪声成分的信号分选所述宇宙射线μ介子的检测信号的步骤；

(d)处理经分选的所述宇宙射线μ介子中的所述正μ介子和负μ介子的检测信号并生成放射线照相信息的步骤；

通过取得表示第二物质的状态的放射线照相信息，检查所述复合构造物的内部，所述第二物质与存在于所述复合构造物的所述表层内部的所述表层的第一物质不同。

10.根据权利要求9所述的复合构造物的非破坏检查方法，其特征在于，所述宇宙射线μ介子的所述正μ介子相对于行进方向大概自旋极化30％。

11.根据权利要求9或10所述的复合构造物的非破坏检查方法，其特征在于，所述复合构造物是钢筋混凝土，所述第一物质是混凝土，所述第二物质是钢筋或钢骨。

12.根据权利要求11所述的复合构造物的非破坏检查方法，其特征在于，在所述检查对象的钢筋混凝土中，所述钢筋或者钢骨位于离所述混凝土的表层10cm～20cm的位置。