日本国立研究开发法人产业技术综合研究所（以下简称“产综研”）开发出了可以有效检查基建设施构造情况的数字X射线成像装置。
产综研在此前开发的数字X射线成像装置的基础上扩大了检测面积并提高了精细度，感测区域为43cm×35cm（800万像素）、可利用电池驱动。结合利用电池驱动的小型X射线源，能现场无损检测最大10cm厚的铁结构体。另外，还可以实时取得和确认数字图像，因此能有效检查大规模的工业基建设施。新开发的技术有望降低因基建设施结构老化而造成的事故，为实现放心安全的社会做出贡献。
利用此次开发的X射线成像装置（左）拍摄的X射线图像（右下）及拍摄范围（右上）
日本国内在1955〜73年经济进入高度增长期以后、建设了大量社会基建设施和工业基建设施，为了今后继续安全有效地利用这些设施，需要对基建设施的结构体进行高效检查。尤其是以工厂管道为代表的基建设施，这类设施大多由厚度为数cm至10cm左右的铁制结构体构成，需要开发能有效地对这些结构体进行无损检查的技术。
图1上部是此次开发的数字X射线成像装置与此前开发的装置的外观。这两种数字X射线成像装置主要由检测X射线的平板部（感测区域）、控制平板部的门控部以及数字电路部构成。为扩大X射线成像装置的面积并提高其灵敏度和精细度，平板部采用元件漏电流较小的高性能TFT，另外还使数字电路部和门控部与平板部分分离，通过优化布线布局，降低了噪声（图1下）。
图1：2017年开发的X射线成像装置（左）和此次开发的X射线成像装置（右）的外观（上）及平板部分的比较（下）
可实现180秒以上的曝光，即使是利用以往的成像装置无法成像的微弱X射线，也可以通过长时间曝光获得数字X射线图像，并进行图像诊断。另外，通过将感测区域的面积扩大至43cm×35cm，同时将像素尺寸微细化至139μm（800万像素），提高了分辨率，能获得更加精细的X射线图像。此外，由于平板部分与其他电路部分等是分离的，通过使用铅等保护X射线感测区域以外的部分，可实现较高的抗辐射性，能应对200keV的高能X射线。新开发的成像装置在照射X射线后可以立即在计算机上浏览数字X射线图像，耗电量不到15W，利用电池就能驱动。将该成像装置与小型X射线源相结合，可以对最大厚度为10cm的铁制结构体进行X射线透射成像。
表1：2017年开发的X射线成像装置与此次开发的X射线成像装置的性能比较
2017年的开发品 |
此次开发的X射线成像装置 |
|
装置尺寸 |
52cm×41cm×4cm，3.5kg |
61.5cm×47cm×3cm，8.7kg |
像素尺寸、像素数 |
200μm，200万像素 |
139μm，800万像素 |
感测区域 |
31cm×25cm |
43cm×35cm |
曝光时间 |
60秒 |
180秒以上 |
产综研利用此次开发的X射线成像装置以及在NEDO项目下开发的机器人用200kV电池驱动式小型X射线源，对化工厂等常见的大型铸铁阀门实施了X射线成像试验（图2）。试验结果显示，随着感测区域比以往的开发品扩大，可以一次拍摄整个大型阀门（图3）。
图2：新开发装置的实验评测模式图（左）与实际的X射线成像试验（右）
图3：大型阀门的X射线图像成像示例与感测区域的比较
另外，与以前的开发品相比，灵敏度和长时间积分时的特性也得到提高，产综研在该成像装置与X射线源之间设置数枚1cm厚的钢板，并在钢板之间夹入铅字，进行了X射线成像试验，结果只照射1次X射线就能透过8cm的钢板获得铅字图像。此外，通过利用长时间曝光功能多次照射X射线，还获得了穿透10cm厚钢板的图像（图4）。此次开发的成像装置与以往的开发品相比，分辨率也得到提高，能识别线宽为200μm的图案（图5）。这表明可以检测200μm左右的微小缺陷。
图4：透过10cm厚钢板拍摄的铅字的比较图像
图5：分辨率评测试样的比较图像
2017年的开发品（像素间距为200μm，左）和此次的开发品（像素间距为139μm，右）
此次开发的数字X射线成像装置与以往的开发品相比，感测区域的面积约增加1倍，可以一次检查更大的范围，因此能以高分辨率高效检测大型阀门和工厂管道等较厚金属构件的缺陷位置。另外，可以当场实时获得约10cm厚铁制结构体的X射线检查图像，与以往的X射线胶片和成像板相比，检查时间能缩短至1/10以下。此外，还可以大幅减少检查所需的X射线剂量，因此通过结合使用小型X射线源，泄漏的X射线剂量也能降到1/100以下。（日文发布全文）
文：JST客观日本编辑部
