中性子イメージングの基礎原理（品証品管ニュース）

2026 . 01 . 30 品証・品管ニュース

Neutron radiography and neutron computed tomography (nCT) provide unique capabilities for examining internal features of metallic AM parts, particularly in cases where x-rays struggle to reveal critical defects or material inconsistencies. This article examines the fundamentals of neutron imaging, its advantages over x-rays for dense metallic structures, and its growing importance in verifying the consistency and reliability of additively manufactured components.

Fundamentals of Neutron Imaging

Neutron imaging is a transmission-based nondestructive testing technique similar in principle to x-ray radiography. In both methods, a beam of penetrating radiation is directed through a component, and the transmitted intensity is recorded to produce a two-dimensional projection or a three-dimensional reconstruction. However, while x-rays interact primarily with the electron clouds of atoms, neutrons interact with atomic nuclei. This difference creates contrast mechanism based on nuclear scattering and absorption cross-sections rather than electron density.

Neutron Sources and Detection

Neutrons for imaging are typically produced from:

Nuclear reactors, which provide high-flux continuous neutron beams.

Spallation sources, which generate pulsed beams by bombarding heavy metal targets with high-energy protons.

Linear Accelerator-based systems, for industrial applications, which produce neutrons via (p,n) or (d,n) reactions.

Once transmitted through the sample, neutrons are detected indirectly. Because neutrons carry no charge and cannot ionize detectors directly, they are converted into detectable photons using neutron-sensitive converter layers or scintillator screens. These photons are then imaged by high-resolution cameras or digital detectors, forming radiographs or tomographic datasets.

中性子ラジオグラフィと中性子コンピュータ断層撮影法（nCT）は、金属の積層造形部品の内部構造を評価できる独自の機能を有しており、特に致命的な欠陥や材料の不均一性の検出がX線では難しい場合に効果を発揮する。本記事では、中性子イメージングについて、基礎原理、高密度金属構造に対するX線検査との比較優位性、および積層造形部品の一貫性と信頼性を検証する手法としての重要性の高まりについて考察する。

中性子イメージングの基礎原理

中性子イメージングは、透過型非破壊検査手法の一種で、原理的にはX線ラジオグラフィと類似している。いずれの手法においても、透過性放射線を部品に照射し、その透過強度を記録することで、二次元投影画像または三次元再構成画像を取得するが、X線が主に原子の電子雲と相互作用するのに対し、中性子は原子核と相互作用する点が異なる。この違いにより、中性子イメージングでは電子密度ではなく、原子核の散乱断面積と吸収断面積に基づくコントラスト機構が形成される。

中性子の発生源と検出

イメージングに用いる中性子は、通常、以下の手段により生成される。

原子炉：高い中性子束を有する連続的な中性子ビームを供給する。

核破砕源：重金属のターゲットに高エネルギー陽子を照射してパルスビームを発生させる。

リニア加速器を用いたシステム（産業用途向け）：(p, n)反応または(d, n)反応により中性子を発生させる。

試料を透過した中性子は間接的に検出される。具体的には、中性子は電荷を持たず、検出器で直接的に電離を検出できないため、中性子感応型のコンバータ層やシンチレータスクリーンを用いて検出可能な光子へと変換される。その後、これらの光子は、高解像度カメラやデジタル検出器によって撮像され、X線写真や断層写真用のデータが生成される。