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非破壊検査分野で多く用いられるＸ線は，被検査物の各部がＸ線を吸収し減弱する度合いによって決まる透過線量を画像化し，その被検査物内の状態を観察する吸収コントラストイメージングという手法が用いられています。昨年の特集号では，そうした吸収コントラストイメージングだけではなく，Ｘ線の持つ波動性や粒子性を利用した新しい検査手法について紹介させて頂きました。
本年の特集号では，非破壊検査分野においてＸ線とは異なる特性を持った放射線として中性子線に注目し，その特徴を生かしたイメージングに関し特集をさせて頂きました。中性子線は，Ｘ線と同じように物質を透過する能力に優れています。その能力を生かして，レントゲンのように中性子線で物質の内部を透視する中性子ラジオグラフィが以前から行われていました。Ｘ線と比較し中性子線イメージングの特徴は，軽元素を含む物質の構造解析に適していることや，透過能力が高いため比較的厚い金属でも内部を可視化できることが挙げられます。これらの特徴は，物質との吸収や散乱がＸ線の場合は物質内の電子と相互作用することに対し，中性子線の場合は物質の原子核と相互作用が行われることによります。中性子線は，こうした性質から，Ｘ線では今まで困難であった軽元素のイメージングや，鉛などの重金属内部の観察などのイメージングに有効とされてきています。しかしながら中性子線源は原子炉などの大型施設が必要であったこと，中性子線照射による被測定物等の放射化などが妨げとなって，なかなか実用化されてきていませんでした。しかし近年では加速器を用いた小型の中性子線源が開発・実用化され，中性子線イメージング方法も改善されて中性子線を非破壊検査に利用するハードルも低くなってきているように思います。
中性子線イメージングとＸ線イメージングは前述したように相異なる性質があり，それはそのまま用途も異なることを意味しており，競合的な技術と言うよりも相補的な技術と言えます。たとえば水は中性子線に対して著しく不透明ですが，Ｘ線では透明でありＸ線イメージングは人体の内部を観察するのに有効な技術です。また一方，鉛などの重金属はＸ線に対しては良い遮蔽材として知られていますが，中性子線は遮蔽鉛でも容易に透過します。従って両者を併用する事により，物質内部の可視化や検査の効果をより向上する事が可能となります。本特集号ではこうしたイメージング技術が進みつつある中で，Ｘ線と中性子線との相補利用について，従来のＸ線イメージングとの比較を含め，専門の先生方に解説を頂きました。前半ではＸ線と中性子線によるイメージング方法とその特徴を分かりやすく説明頂き，国内における中性子線源とイメージング技術の状況を解説して頂きました。また中性子線の性質を応用した「ブラッグエッジ法による結晶情報の解析」，「共鳴吸収法による元素弁別」，「偏極中性子法による磁場分布の測定」などについても解説して頂き，後半にはＸ線と中性子線の相補利用の応用例を紹介して頂きました。本特集号によって中性子線イメージングの理解を深めて頂き，本特集号が読者にとって有意義なものとなる事を期待いたします。
最後になりましたが，本特集号にあたりまして，ご多忙のところ多大なご協力を頂きましたご執筆者の皆様方，ならびに編集にあたりましてご尽力頂きました皆様方に深く感謝申し上げます。
X-ray Imaging and Neutron Imaging
Radiation Research Center Osaka Prefecture University Ryoichi TANIGUCHI
キーワード:X 線画像，中性子画像，透過写真，高感度撮像，蛍光板
はじめに
中性子透過検査（NRT，Neutron Radiographic Testing）もX 線透過検査（XRT，X-ray Radiographic Testing）も放射線の透過力を利用した内部検査法であり画像検査である。ただしX 線と中性子は，元素に対する透過特性が大きく異なっている。X 線は水素の検出を苦手としているのに対して，中性子は，水素の検出が得意である。この特徴に注目して，NRT はXRTを補う技術として，約半世紀前から技術開発が始まった。ただしその後の展開は，中性子にとっては必ずしも順調とは言えないものがある。現時点においても中性子のイメージング技術は極めて限定された対象の検査，あるいは研究用の実験技術にとどまっており，産業用として普及しているとは言い難い。一方，X 線イメージング技術は，極めて広い応用分野で利用されており，工業技術，医療技術，研究技術として完全に市民権を獲得している。本稿は，このX 線と中性子の画像技術の全体像を，様々な観点から比較するとともに，特に中性子イメージングの発展の観点から，今後の開発課題を明らかにすることを目的としている。
Characteristics of Japanese Neutron Sources and their Applications
Institute for Integrated Radiation and Nuclear Science, Kyoto University Yasushi SAITO
キーワード:中性子源，中性子イメージング，研究炉，加速器中性子源
はじめに
中性子は金属に対する高い透過性， 水素やリチウムといった軽元素に対する感度の高さなどから，X 線，放射光，電子線等とは異なる特徴があり，中性子イメージングを考えた場合でも，その応用例は，原子力工学，機械工学，材料工学，農学，医学など多岐にわたる。国内においては，中性子イメージング１）は主に大型の研究炉などで行われてきたが，近年，核破砕中性子源や小型の加速器中性子源など，様々な規模の中性子源が整いつつある。これらの中性子源には，ビーム特性（定常あるいはパルス）や中性子束に違いがあり，各々，特徴のある応用例がある。本稿では，国内の中性子源の概要を述べるとともに，その特徴と応用について概説する。
Visualization Technique with the Energy-resolved Neutron Imaging System, RADEN
Japan Atomic Energy Agency Tetsuya KAI, Takenao SHINOHARA, Kosuke HIROI
Yuhua SU and Kenichi OIKAWA
キーワード:ラジオグラフィ，トモグラフィ，ストロボ撮像，ブラッグエッジイメージング，中性子共鳴吸収イメージング，偏極中性子イメージング，MLF，J-PARC
はじめに
透過した中性子により物体の内部を非破壊で可視化する中性子ラジオグラフィ法は，透過像という明瞭な結果を簡便に得ることができるため，代表的な中性子利用法の一つとして紹介されることが多い。最も簡略化した中性子ラジオグラフィでは，物体の種類と厚さだけで中性子の透過率が一意に決まると仮定して議論が行われており，実用上，多くの利用目的を満足している。明瞭な画像が得られるという透過法の利点に加えて，中性子透過率がエネルギーによって変化することを積極的に利用し，対象物の結晶組織情報（ブラッグエッジイメージング），元素情報（中性子共鳴吸収イメージング）及び磁気情報（偏極中性子イメージング）等の空間分布を測定するエネルギー分析型のイメージング手法が提案され，開発が進められている。従来型の中性子ラジオグラフィ／トモグラフィに加えて，このような手法の一般利用を目指して，J-PARC １）（大強度陽子加速器施設，茨城県東海村）のMLF（物質・生命科学実験施設）のパルス中性子源２）に，エネルギー分析型の中性子イメージング装置 RADEN ３）（螺鈿）が建設され，2015 年度より運用が開始された。MLF の他の中性子実験装置と同様に，年に2 回の公募を行う「一般課題」，MLF 中性子実験施設利用の未経験者を対象とした「新利用者支援課題」，重要性が高く迅速に実施する必要がある課題を対象とした随時受付可能な「緊急課題」等により，利用者を募っている。本稿では，RADEN の利用の検討に必要な情報を提供することを目的に，機器構成，利用可能な測定法の原理及び測定例について解説する。
Technical Development for X-ray and Neutron Cooperative Imaging
in Hokkaido University
Faculty of Engineering, Hokkaido University（＊Present Address: Advance Soft Co., Ltd.）
Takashi KAMIYAMA, Hiroyuki HASEMI＊ and Hirotaka SATO
キーワード:複合イメージング，小型加速器，X 線ラジオグラフィ，中性キーワード 子ラジオグラフィ，イメージインテンシファイア
はじめに
放射線を利用した透過撮像，いわゆるラジオグラフィは，物体内部の情報を非破壊的に可視化できることから様々な分野で便利に活用されている。特にX 線透過撮像は導入容易な装置にまとまっているものも多く，一般には医療分野でレントゲンとしてなじまれており，認知度が高い手法である。これと同種の手法として中性子を利用したラジオグラフィも知られている１）。こちらは，中性子を利用できる施設が限られるため一般的とは言い難いが，X 線とは異なる透過画像が得られるため，要所を押さえた利用により重用される手法となっている。X 線では重たい金属がよく映るのとは対照的に，中性子では軽い方の元素，特に水素系がよく写っている画像を思い浮かべる方も多いだろう。X 線からは金属の内部構造，中性子からは中に詰まっている軽い物質と，両者をうまく組み合わせればより詳細に物体内部の状況を把握することができる。ここから，両者を簡単に測定できるシステムがあれば，非破壊的な分析や試験のための利便性が飛躍的に高まると期待できる。
測定の本質から見れば，X 線ラジオグラフィと中性子ラジオグラフィの測定体系の構成では線源が異なるだけと言ってしまってよく，X 線と中性子の線源を切り替えて他を共用できれば効率的に測定システムを構築することができるはずである。X 線源はともかく，それではどのようなものが中性子線源として線源切り替え可能な両用システムに適当だろうか。答えの1 つは，コンパクトな加速器を利用する小型加速器線源になると考えられる２）。加速器を用いれば2 次放射線としてX 線あるいは中性子線をターゲット切り替えで作り出すことが可能である。さらに，小型加速器施設であれば比較的自由に線源体系を変更することができるため，X 線／中性子の複合線源を構築するのに最適となる。
複合線源を利用するラジオグラフィ測定体系でもう1 つ重要な要素が検出器である。一般にX 線用と中性子用の検出器は異なるものが使われる。それは検出に利用される放射線相互作用がX 線と中性子で異なるためである。しかし，線源を含む体系を両者の測定で同じにする以上，検出器も少なくとも同じ位置に設置するか，可能であれば同じ検出器で測定することが望ましい。同じ検出器であれば，取得画像に現れる画像の歪やボケ等をほぼ同じ量として取り扱うことができるため，解析を簡便にすることが可能になる。
北海道大学には小型加速器中性子源施設（Hokkaido UniversityNeutron Source，HUNS）がある３）。ここではコンパクトな45MeV 電子線形加速器を1 次ビーム源として中性子を生成する。高エネルギーの電子ビームがタングステンおよび鉛からなるターゲットに入射すると，まず制動放射によりX 線が生まれる。このX 線は，そのエネルギーが電子対生成の閾値（1.022 MeV）を下回るまで電子と陽電子の対を生み，その制動放射により新たなX 線を生成する。この繰り返しで大量の電子，陽電子，X 線が最初の電子の入射方向に発生する（カスケードシャワー）。次いで，発生したX 線がターゲット中の原子核と光核反応を起こす。即ち，X 線の電場は原子核中の陽子と中性子が相対振動する励起現象を生起し，この励起した原子核が直ちに基底状態に戻る際に中性子等を放出する。ここで放出された中性子をビームとして利用することになるが，非常に高いエネルギーを持っているので，物性実験に供するためには適当なエネルギーまで冷却する必要がある。そのため，室温あるいは10 K 程度に冷やした中性子減速材に高エネルギー中性子を通してビーム化することで，熱中性子源や冷中性子源として使用する。電子加速器からはパルス状に電子が発生するため中性子生成もパルス状になり，加速器の駆動に同期してパルス状中性子ビーム生成の時間原点が決まることから，測定時には中性子飛行時間法を適用することも可能となる。中性子飛行時間法とは，中性子がある距離を飛行する時間がそのエネルギーにより一意に決まるため，時間原点からの飛行時間を記録することで飛んできた中性子のエネルギーを決定することができる手法のことである。これにより，どの飛行時間の中性子により画像を記録するかで，単一の中性子エネルギーの画像を取得することができる。物質と中性子の相互作用（中性子断面積）は物質ごと，また中性子エネルギーにより異なることから，エネルギー軸に沿ってパラパラ漫画のように画像をめくっていくと，位置ごとの性質を反映した変化が見られていく。これを利用・解析することによって，元素の種類，結晶相や組織，内部の歪や温度といった，通常の積分型ラジオグラフィでは取得できない情報の空間分布を可視化することができる。これにX 線ラジオグラフィの高精細かつ高統計の空間イメージ情報を併せて解析することで，より一層高度化された非破壊分析が可能になると期待できる。HUNS では電子加速器で生成するX 線は約9 MeV の電子線の制動放射によるものを利用するので，そのエネルギースペクトルは9 MeV を最大値としてそれ以下のエネルギーに分布している。それでもその平均的なエネルギーは約200 keV程度と一般的なＸ線発生装置より硬く，物体の透過能力も中性子に遜色ないものとなり，中性子による結果を複合化する上で好適である。
本稿ではX 線／中性子複合イメージングに対する北海道大学の取り組みとして，まず同一ビームライン上のX 線／中性子ラジオグラフィを実現するためにHUNS に建設した複合線源システムについて，次いでX 線と中性子の両方に感度を持つイメージング用検出器を説明する。また，X 線ラジオグラフィと中性子ラジオグラフィの結果を融合するデータ解析について，我々が開発している相乗化の手法の例を紹介する。このデータ解析法は，同軸イメージングへの適用はもちろん，異なる場所でそれぞれ測定したイメージの融合にも汎用的に利用できるものである。
Neutron Imaging by using Nuclear Reactors and its Applications
to Scientific Research
Institute for Integrated Radiation and Nuclear Science, Kyoto University Yasushi SAITO
キーワード:研究炉，中性子イメージング，二相流，コンクリート，燃料電池，植物研究
はじめに
中性子利用を目的とした原子炉，いわゆる研究原子炉は安定した中性子ビームを供給できるという面で，現在でも重要な施設である。近年，大型核破砕中性子源であるJ-PARC（Japan Proton Accelerator Research Complex）において，エネルギー分析型中性子イメージング装置「螺らでん鈿」が完成し，ブラッグエッジや偏極中性子イメージングなど，パルス中性子の特徴を利用した新しい手法が盛んに研究されている。海外においても大型施設として，核破砕中性子源の建設が進んでいるが，新たな研究炉の建設は一部の国を除いて，ほとんど計画されていない。これは，原子炉の性能を向上させることが困難なことと，新規建設自体が困難になってきていることに起因する。しかし，世界には現時点においても稼働中の研究炉が約230基あり，そのほとんどに中性子イメージング装置が装備されている。
これは中性子がX 線と相補的な特徴をもち，金属材中の水素含有物などを比較的容易に計測できること，さらに中性子イメージングを用いれば，特に専門的な知識がなくても，サンプルの内部構造が視覚的に理解できることが一つの要因と考えられる。
中性子イメージングは，長らく非破壊検査法の一つとして研究されてきたが，当初は主にフィルムを用いた静止画撮像が行われ，一部の機関を除いて，科学研究や産業利用に供されることは少なかった。近年では，中性子計測技術，特に撮像機器の急激な進展に伴い，容易に良質のディジタル画像が得られるようになったことから，各国で中性子イメージング研究が積極的に推進されている。
研究用原子炉は基本的に定常出力で運転する。日本原子力研究開発機構のNSRR やロシアのIBR2 のようなパルス原子炉は存在するが，単パルス出力であり，J-PARC のような加速器パルス線源とは役割が異なると考えられる。原子炉中性子源の最大の特徴は，大出力で中性子強度が時間的に変動せず，エネルギー分析型のイメージングが行えない代わりに，高速度撮像などが実施可能という点である。本稿では，主に国内の研究炉の詳細とその中性子イメージングへの応用例について紹介する。
Non-destructive Study of Iron Artifacts Using Synchrotron X-ray and Neutron
to Clarify their Material Characteristics and Manufacturing Techniques
Department of History and Culture, Showa Women,s University Manako TANAKA
キーワード:非破壊検査，放射光 X線，中性子，鉄鋼文化財，制作技術，材料特性，日本刀
はじめに
文化財の科学的調査・分析においては，「非破壊」そしてできる限り「非接触」であることが望まれる。そのため，赤外線，可視光，紫外線，Ｘ線，ガンマ線にわたる広い波長領域の電磁波を用いた光学的手法が古くから文化財研究に用いられてきた１）−５）。また，放射光や中性子といった量子ビームも文化財の非破壊分析手法として利用されてきた６）− 10）。科学技術の進歩とともに，これらの手法も改良・発展を遂げ，また文化財の新しい非破壊分析技術の検討・開発も行われてきた。
一方で，文化財のなかでも鉄鋼文化財の原料や製造・加工技術についての詳細情報を明らかにするためには，非破壊分析で得られる情報量には限度があり，従来は文化財を切断して金属組織観察をすることが必要であった。文化財の中でも非破壊では確実な情報を得ることが難しい紙や絹，染料などの有機物や，複数の層からなる彩色材料の調査研究においては，微量試料を採取して分析が行われることがある。しかし，鉄鋼文化財をはじめとする金属文化財においては，微量であっても試料を採取することは切断を伴うため文化財そのものの破壊につながるリスクが高く，保存や修復を目的とするものであっても，試料採取や破壊はできるだけ避けられている。以上のように，現代においても，国内外の鉄鋼文化財の研究者達は「破壊」と「非破壊」のジレンマと向き合いながら研究を続けている。鉄鋼文化財の非破壊分析手法の開発・改良は非常に重要かつ喫緊な課題である。
そのような背景の中，近年の非破壊分析技術の発展は著しく，中でも放射光や中性子の分野において，これまでにない新しい分析技術の開発ならびに既存技術の改良・高度化が進んでいる。筆者は各計測技術の専門家らとともに現在，それらの最新の分析技術を用いて鉄鋼文化財の非破壊での研究に取り組んでいる11），12）。本稿では，放射光X 線とパルス中性子を用いて鉄鋼文化財内部の非金属介在物の配列や結晶組織情報を非破壊で明らかにし，それらの原料，材料特性，制作技術などを解明することを目的とした最新の研究成果を報告する。
