日本國立研究開發法人產業技術綜合研究所（以下簡稱「產綜研」）開發出了可以有效檢查基建設施構造情況的數位X射線成像裝置。
產綜研在此前開發的數位X射線成像裝置的基礎上擴大了檢測面積並提高了精細度，感測區域爲43cm×35cm（800萬畫素）、可利用電池驅動。結合利用電池驅動的小型X射線源，能現場NDI最大10cm厚的鐵結構體。另外，還可以即時取得和應答數位影像，因此能有效檢查大規模的工業基建設施。新開發的技術有望降低因基建設施結構風化作用而造成的事故，爲實施放心安全的社會做出貢獻。
利用此次開發的X射線成像裝置（左）拍攝的X射線影像（右下）及拍攝範圍（右上）
日本國内在1955〜73年經濟進入高度增長期以後、建設了大量社會基建設施和工業基建設施，爲了今後繼續操作安全有效地利用這些設施，需要對基建設施的結構體進行高效檢查。尤其是以工廠管道爲代表的基建設施，這類設施大多由厚度爲數cm至10cm左右的鐵製結構體構成，需要開發能有效地對這些結構體進行無損檢查的技術。
圖1上部是此次開發的數位X射線成像裝置與此前開發的裝置的外觀。這兩種數位X射線成像裝置主要由檢測X射線的平板部（感測區域）、控制平板部的門控部以及數位電路部構成。爲擴大X射線成像裝置的面積並提高其靈敏度和精細度，平板部採用元件漏電流較小的高性能TFT，另外還使數位電路部和門控部與平板部分分離，透過最適化佈線佈局，降低了噪音（圖1下）。
圖1：2017年開發的X射線成像裝置（左）和此次開發的X射線成像裝置（右）的外觀（上）及平板部分的比較（下）
可實施180秒以上的曝光，即使是利用以往的成像裝置無法成像的微弱X射線，也可以透過長時間曝光獲得數位X射線影像，並進行影像診斷。另外，透過將感測區域的面積擴大至43cm×35cm，同時將畫素尺寸微細化至139μm（800萬畫素），提高了解析度，能獲得更加精細的X射線影像。此外，由於平板部分與其他電路部分等是分離的，透過使用鉛等保存X射線感測區域以外的部分，可實施較高的抗輻射性，能因應200keV的高能X射線。新開發的成像裝置在照射X射線後可以立即在電腦上瀏覽數位X射線影像，能量消耗不到15W，利用電池就能驅動。將該成像裝置與小型X射線源相結合，可以對最大厚度爲10cm的鐵製結構體進行X射線透射成像。
表1：2017年開發的X射線成像裝置與此次開發的X射線成像裝置的性能比較
2017年的開發品 |
此次開發的X射線成像裝置 |
|
裝置尺寸 |
52cm×41cm×4cm，3.5kg |
61.5cm×47cm×3cm，8.7kg |
畫素尺寸、畫素數 |
200μm，200萬畫素 |
139μm，800萬畫素 |
感測區域 |
31cm×25cm |
43cm×35cm |
曝露時間 |
60秒 |
180秒以上 |
產綜研利用此次開發的X射線成像裝置以及在NEDO專案下開發的機器人用200kV電池驅動式小型X射線源，對化學工廠等常見的大型鑄鐵閥門實施了X射線成像試驗（圖2）。試驗結果顯示，隨着感測區域比以往的開發品擴大，可以一次拍攝整個大型閥門（圖3）。
圖2：新開發裝置的實驗評測模式圖（左）與實際的X射線成像試驗（右）
圖3：大型閥門的X射線影像成像示例與感測區域的比較
另外，與以前的開發品相比，靈敏度和長時間積分時的特性也得到提高，產綜研在該成像裝置與X射線源之間設置數枚1cm厚的鋼板，並在鋼板之間夾入鉛字，進行了X射線成像試驗，結果只照射1次X射線就能透過8cm的鋼板獲得鉛字影像。此外，透過利用長時間曝光功能多次照射X射線，還獲得了穿透10cm重鋼板的影像（圖4）。此次開發的成像裝置與以往的開發品相比，解析度也得到提高，能識別線寬爲200μm的圖案（圖5）。這表明可以檢測200μm左右的微小缺陷。
圖4：透過10cm重鋼板拍攝的鉛字的比較影像
圖5：解析度評測試樣的比較影像
2017年的開發品（畫素間距爲200μm，左）和此次的開發品（畫素間距爲139μm，右）
此次開發的數位X射線成像裝置與以往的開發品相比，感測區域的面積約增加1倍，可以一次檢查更大的範圍，因此能以高解析度高效檢測大型閥門和工廠管道等較厚金屬構件的缺陷位置。另外，可以當場即時獲得約10cm厚鐵製結構體的X射線檢查影像，與以往的X射線膠片和成像板相比，檢查時間能縮短至1/10以下。此外，還可以大幅減量檢查所需的X射線劑量，因此透過結合使用小型X射線源，泄漏的X射線劑量也能降到1/100以下。（日文發佈全文）
文：JST客觀日本編輯部
