相互作用のメカニズム

中性子の減衰は、材料の吸収と散乱の微視的な断面積に依存しており、X線のように単純に原子番号と関連しているわけではない。

水素、リチウム、ホウ素などの軽元素は、X線に対してはほぼ透明であるにもかかわらず、中性子の減衰効果が高い。

逆に、ニッケル、チタン、タングステンなど重金属の多くは、X線に対しては不透明であるが、中性子に対しては比較的高い透過性を示す場合がある。

このような非線形かつ元素特異的な相互作用特性があることから、中性子は、軽元素を含有する金属材料、

水素含有残渣が存在する内部冷却チャンネル、X線では十分な識別ができない多材料部品の撮像に特に有用である。

積層造形部品の中性子イメージング

レーザー粉末床溶融法（LPBF）や指向性エネルギー堆積法（DED）などの積層造形プロセスでは、

局所的な溶融と凝固によって部品が形成される。これらの手法では、正確な材料配置が可能になる一方で、

以下に示すようなばらつきや欠陥の発生につながる潜在的要因が生じる。

エネルギー密度不足によるポロシティや溶融不良

急激な熱勾配によるマイクロクラックと収縮ボイド

粉体汚染や未溶融粒子の母材への混入

複雑な熱サイクルから生じる内部応力と歪み

従来のX線ラジオグラフィやCTでも、特に小さな部品や薄肉の部品であれば、上記のような欠陥を効果的に検出することは可能だ。

しかし、積層造形部品が厚肉化・複雑化し、インコネルやタングステンのような高密度金属で構成されるようになると、

X線では透過性とコントラストの面でしばしば限界が生じる。そこで大きな優位性を発揮するのが中性子イメージングだ。

原文

Interaction Mechanisms

Neutron attenuation is governed by the material’s microscopic cross-sections for absorption and scattering, which do not follow a simple atomic-number relationship like x-rays. Light elements such as hydrogen, lithium, and boron, which are nearly transparent to x-rays, can strongly attenuate neutrons. Conversely, many heavy metals such as nickel, titanium, and tungsten, which are opaque to x-rays, may allow significant neutron transmission.

This non-linear and element-specific interaction behavior makes neutrons particularly valuable for imaging metallic systems with light-element inclusions, internal cooling channels with trapped hydrogen-bearing residues, or multi-material assemblies where x-rays provide limited differentiation.

Neutron Imaging of Additively Manufactured Components

Additive manufacturing processes such as laser powder bed fusion (LPBF) and directed energy deposition (DED) build parts through localized melting and solidification. While these methods enable precise material placement, they also introduce several potential sources of variability and defect formation:

Porosity and lack of fusion due to insufficient energy density.

Microcracks and shrinkage voids from rapid thermal gradients.

Powder contamination or un-melted particles embedded in the matrix.

Internal stress and distortions arising from complex heat cycles.

Conventional x-ray radiography or CT can effectively detect some of these defect types, particularly in small or thin components. However, as AM parts become thicker, more complex, or composed of high-density metals like Inconel or tungsten, x-rays often face limitations in penetration and contrast. This is where neutron imaging demonstrates significant advantages.

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※原文記事を機械翻訳＋人手校正（ポストエディット）にて作成しております。