中性子I.I.を用いた熱流動機器の可視化例 神戸大学 杉本勝美 特徴 1. 中性子線を高感度，高解像度，広帯域で画像化出来ます． 2. カラーイメージインテンシファイア（カラー電子増倍管）には 広いダイナミックレンジ，高い感度を有し，残光時間も少な いカラーイメージインテンシファイアを採用しています． 3. 中性子線，γ線等からカラーイメジインテンシファイアおよ び撮像ユニットを保護し，画像ノイズを極力低減するため の遮蔽容器を標準で用意しています． 4. 標準のカラーカメラ以外のカメラの設置を考慮し，遮蔽容 器は十分なスペースを確保しています． 中性子I.I.カタログより 中性子I.I.を利用した可視化 GdタイプI.I. ・固体高分子形燃料電池のダイナミックCT計測 ・小型４ストロークエンジン内のオイル挙動の可視化 ・固体高分子形燃料電池の水分布定量計測 ・ヒートパイプの流動挙動の可視化 10BタイプI.I. ・固体高分子形燃料電池の膜厚方向水分布計測 中性子I.I. 9インチ中性子カラーイメージインテンシファイヤ（㈱東芝） コントローラー 中性子Ｉ．Ｉ． カメラ 視野切換：９，６，４.５ インチ 本体重量：150kg システム配置1 Visible light ② ① Neutron beam ③ ④ 1. Test section 3. C-MOS camera 2. Neutron image intensifier 4. Host computer 5 システム配置２ Visible light ② ① Neutron beam ③ ⑤ ④ 1. Test section 3. Mirror 5. Host computer 2. Neutron image intensifier 4. CCD camera 6 カメラ ダイナミックCT計測・・・高速度C-MOSカメラ （Basler, A504kc） 画素数：1280×1024 最大フレームレート：500fps 輝度階調：8bit 定量計測・・・・・・・・・・・冷却型CCDカメラ （Princeton Instruments, PIXIS1024 ） 画素数：1024×1024 輝度階調：16bit ＊ 出力蛍光面寸法 Φ25mm 7 高速度カメラによるCT計測システム 中性子線 可視光 回転 電池 高速度カメラ 中性子I.I. 高速回転ステージ ・1秒間に1 回のCT 計測を実現 ・2.6秒毎に1時間以上の連続計測が可能 (1秒/CT，１00fpsの場合） 撮影画像１ 撮影条件 ・1CTあたりの撮影時間 ：9sec ※15 秒間隔で連続CT撮影 ・画素寸法：107μm ・Ｉ．Ｉ．視野6インチ ・フレームレート：50fps 発電前画像 ア ノ ー ド 側 カ ソ ー ド 側 冷却流路 撮影画像２ 発電中画像 カ ソ ー ド 側 ア ノ ー ド 側 MEA，GDL，ガス流路 画像処理後 ボリュームレンダリング 高速度カメラによるエンジン内可視化 中性子線 可視光 高速度カメラ 中性子I.I. 小型エンジン 小型４ストロークエンジン 25ccエンジンモータリング 撮影画像１ 撮影条件 ・フレームレート：30～500fps ・画素寸法：160μm 30fps 3600rpm 内径×行程：34×27 [mm] 撮影画像２ 250fps 3600rpm 撮影条件 ・フレームレート：30～500fps ・画素寸法：160μm 撮影画像３ 500fps 3600rpm 撮影条件 ・フレームレート：30～500fps ・画素寸法：160μm 冷却型CCDカメラシステム 可視光 中性子線 電池 カメラ 中性子I.I. ・ 冷却型CCDカメラ (1024×1024pixcel，16bit) ・ 露光時間 : 12sec ・ 検出分解能 ： 8μm ・ 空間分解能 : 108 μm B4Cグリッドを用いた水分布の定量計測 2 流路・リブ下部において1×3mm の計測メッシュで平均水厚さ 1mm 流路 (+GDL) 1mm リブ下(≈GDL) 3mm 3mm 流路(+GDL) リブ下(≈GDL) 中性子吸収体(B4C)グリッドで以下のオフセットを計測 GDL ・被写体中の中性子線の散乱 MEA ・暗箱中での光の散乱 水の厚さ ・カメラの暗電流 流路 ρ: 密度 S0 x, y O0 x, y μ: 質量減衰係数 1 tW x, y発電時の電池内の平均水厚さの2次元分布の取得 ,t ln W mW SG x, y, t OG x, y, t S , S : 輝度 o G Oo, OG: オフセット項 コンバーター撮影画像 撮影条件 発電前 ・露光時間：12sec ・画素寸法：108μm ボロン入りグリッド使用 撮影画像 撮影条件 発電中 ・露光時間：1sec ・画素寸法：98μm ボロン遮蔽部 の輝度が高い ボロン入りグリッド使用 まとめ ・中性子Ｉ.Ｉ.と高速度カメラを用いることにより，ＣＴ 計測や速い流動現象の撮影が可能である． ・中性子Ｉ.Ｉ.と冷却型ＣＣＤカメラを用いることにより， 従来より短い露光時間による計測が可能である． ・視野切換によりズームアップが簡単にできる． ・定量計測においては，オフセットへの考慮が必要 である．
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