TNRF, CNRF - 熱・冷中性子ラジオグラフィ装置｜ビーム利用装置｜国立研究開発法人日本原子力研究開発機構物質科学研究センター

高い透過率での非破壊イメージング評価

TNRF (Thermal Neutron Radiography Facility)
熱中性子ラジオグラフィ装置

CNRF (Cold Neutron Radiography Facility)
冷中性子ラジオグラフィ装置

測定対象　：	機械、金属部品、電池、食品、植物、コンクリート、流体
測定試料例：	エンジン内部のオイルミストの動態、金属部品内の欠陥、植物中の水分分布、コンクリート中の水の動態、気液二相流

概要

中性子ラジオグラフィは試料内部の構造や状態を非破壊で観察できる技術です。この技術では、元素に対する中性子の反応断面積の差を利用します。中性子は一般に、重元素に対して透過性が良く、逆にHやLi、B等の軽元素と相互作用しやすいです。このため、他の手法では計測が難しい水の様子を捉えられることが特徴の一つです。

TNRFは、JRR-3の炉室内に設置されている熱中性子を利用する中性子ラジオグラフィ装置です。広い照射面積と高い中性子束を持ち、単純な2次元の透過像を取得できるだけでなく、流体のダイナミクス観察や三次元可視化（CT計測）など、多種多様なニーズに対応できる汎用性の高い装置です。
一方、CNRFはJRR-3のガイドホールに設置されており、冷中性子を利用します。熱中性子よりエネルギーの低い冷中性子を利用すると、厚い試料の測定は困難になりますが、コントラストの高い画像が得られます。このためCNRFでは、物質の濃淡（濃度差）をより詳細に調べたい場合や、薄い試料中の分布を調べたい場合など、冷中性子の特性を生かした研究が行えます。

装置詳細

TNRF

中性子源	熱中性子源
中性子束	1.0 × 10⁸ n/cm²/sec
ビームサイズ	H 305 mm × W 255 mm
コリメーター比	176
検出器	シンチレータ・ZnS (Li)シンチレータカメラ・冷却CCDカメラ・EM-CCDカメラ・高速度カメラ

CNRF

中性子源	冷中性子源
中性子束	1.7 × 10⁷ n/cm²/sec
ビームサイズ	H 30 mm × W 20 mm
検出器	イメージングプレート

試料環境

駆動ステージ（回転・直動・スイベル）
圧縮空気
循環水
200V電源
乾燥機

測定例

図１は、土壌中に伸長する植物の根を撮像したものです。対象を回転させながら撮像し、画像処理することで、このような三次元の画像が得られます。

図２は、動作中のエンジン内部のオイル挙動を可視化したものです。高速度カメラを活用することより毎秒数千コマの撮像も可能となり、オイル飛沫の様子を観察することができます。

図３は、コンクリートのひび割れから水が浸入する様子を経時的に観察したものです。中性子は水に敏感なため、Ｘ線では見にくい水の動きもこのように捉えることができます。

図1　土壌中に存在する植物の根の三次元画像

図2　エンジン内部の潤滑オイル挙動の撮像例（2008年11月プレス資料より）

図3　コンクリートの中性子透過像（白黒）、及びコンクリートのひび割れから侵入する水の経時変化（カラー、図の数字単位は分）