広報活動

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2016年11月1日

理化学研究所
土木研究所
科学技術振興機構

中性子によるコンクリート内損傷の透視

-非破壊検査法でインフラ利用者の安全を守る-

コンクリートの劣化は、水の浸入によって促進されることがあります。例えば、自動車や人などの荷重を受け止める橋の床版(しょうばん)と呼ばれる部材では、コンクリートの上にアスファルト舗装がされていることが多く、雨水や荷重の影響により、舗装下のコンクリートにひび割れや土砂化が起こり、コンクリートの塊が抜け落ちる場合があります。また、空港の滑走路では、コンクリートとアスファルトの層の間で水蒸気圧が高まる現象により、局所突発的な舗装の損傷が起こるため、その検知が課題となっています。このような劣化損傷が引き起こしかねない事故から利用者を守るためには、予防保全的なメンテナンスが必要です。

理研では「小型中性子源システムRANS」を開発し、金属材料や軽元素を扱うもの作り現場への活用、普及を進めており、インフラ構造物の非破壊検査への適用も計画しています。しかし、従来の透過中性子による測定法では、レントゲン撮影のように測定対象を中性子源と検出器で挟む必要があり、測定できる箇所が限られていました。

今回、理研の共同研究チームは「後方散乱中性子」を用いる方法を開発しました。物質に入射された中性子線は原子核と弾性散乱を起こすことにより、そのエネルギーと運動方向が変化します。後方散乱中性子とは、サンプルに入射された中性子のうち、1回もしくは複数回の散乱を経て最終的にサンプル入射面から出てくる中性子のことです。この新しい方法では、検出器を中性子源と測定対象の間に設置し、入射された中性子が検出器に戻るまでの時間と量の変化を測定することで、コンクリート内の水分や空隙の分布を観察します。共同研究チームは検証実験で、コンクリートの厚さ方向に中性子を入射し内部構造を計測しました。その結果、最大で30cmのコンクリートの下にある、水に見立てたアクリル部や空隙部の位置を二次元分布で特定することに成功しました(図参照)。

この方法は、中性子源と検出器で挟むことができない道路橋の床版、空港の滑走路、トンネル壁などの非破壊検査に適用できます。

後方散乱中性子強度比によるアクリルまたは空隙の判別結果の図

図 後方散乱中性子強度比によるアクリルまたは空隙の判別結果

理化学研究所
光量子工学研究領域 光量子技術基盤開発グループ 中性子ビーム技術開発チーム
チームリーダー 大竹 淑恵 (おおたけ よしえ)