(57)【要約】【課題】高エネルギーＸ線を使用することが望ましい、分厚い被写体の非破壊検査等の検査時間・精度を向上させることのできる高エネルギーＸ線の効率のよい検出装置及び方法を提供する。【解決手段】鉛等の重元素薄膜と通常のＸ線二次元検出手段を密着させて一組としたものを、Ｘ線に対して直列に複数組用い、得られた画像を演算装置に読み込み、予め定められた評価基準に照らして演算し、ディスプレイや紙上に画像として出力することにより、解決した。【選択図】図１
2005024476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高エネルギーＸ線発生装置と、Ｘ線二次元検出手段とより成る装置において、鉛、金、白金等の重元素薄板とＸ線フィルムやイメージングプレート等のＸ線二次元検出手段を密着させて組み合わせた高エネルギーＸ線用二次元検出手段を、Ｘ線の照射方向に対して直列に複数組用いることを特徴とした高エネルギーＸ線の二次元分布の可視化装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置を用いて、Ｘ線を照射する第一工程と、被写体を通過したＸ線を、重元素薄板を通過させてＸ線二次元検出手段で検出しやすいエネルギーレベルの二次粒子を発生させる第二工程と、第二工程において発生した二次粒子をＸ線二次元検出手段において検出する第三工程と、Ｘ線二次元検出手段において検出したデータを演算装置に取り込む第四工程と、検出したデータを演算装置において演算し、可視化する第五工程とより成る高エネルギーＸ線の二次元分布の可視化方法。
【請求項３】
Ｘ線の照射方向に対して直列に多段に用いたＸ線二次元検出手段と、各段のＸ線二次元検出手段により検出したＸ線二次元分布を、予め定められた評価基準に照らして比較評価する演算装置とより成る請求項１記載の高エネルギーＸ線の二次元分布の可視化装置。
【請求項４】
請求項１及び請求項３記載の装置を用いて、Ｘ線を照射する第一工程と、被写体を通過するＸ線をＸ線二次元検出手段において検出する第二工程と、Ｘ線二次元検出手段において検出したデータを演算装置に取り込む第三工程と、検出したデータを演算装置において、より多数のＸ線二次元検出手段に粒子が透過した形跡がある方が信頼度が高い、といった予め定められた評価基準に照らして演算する第四工程と、可視化する第五工程とより成る高エネルギーＸ線の二次元分布の可視化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＸ線を利用する産業分野における高エネルギーＸ線イメージング方法に関わる。すなわち、レントゲン写真、Ｘ線またはガンマ線を用いた非破壊検査、Ｘ線透視といったＸ線利用技術に好適な高エネルギーＸ線イメージング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線やガンマ線を用いたレントゲン写真等のイメージングは数十ｋｅＶのＸ線を利用し、長年行われてきた。安価で扱いやすいＸ線検出器として、Ｘ線フィルム（例えば、非特許文献１参照。）やイメージングプレートがある。Ｘ線のエネルギーが比較的低い領域において、一度のＸ線撮影においてＸ線の波長ごとに異なるＸ線画像記録板により画像化する方法がある（例えば、特許文献１。）。
【０００３】
以下に、従来の高エネルギーＸ線の検出方法の概略を図３によって説明する。
【０００４】
図３において、１はＸ線発生装置またはガンマ線源、２はＸ線またはガンマ線、３は非破壊検査の対象となる被写体、４Ａ０は重元素薄板で、例えば厚さ０．０２ｍｍ程度の鉛製薄板、４Ｅ０はＸ線二次元検出手段（例えば、富士工業用Ｘ−レイフィルム、あるいはイメージングプレート）である。
【０００５】
Ｘ線発生装置またはガンマ線源１から放射されたＸ線またはガンマ線２は、その直進性と高い透過性から、被写体３を透過し、被写体３の内部構造（材質変化・構造欠陥等）に応じて減衰・散乱した後、重元素薄板４Ａ０で更に、Ｘ線二次元検出手段４Ａ０でのＸ線検出に適した強さ（エネルギーレベル）にまで減衰、または検出に適したエネルギーレベルの二次粒子（例えば低エネルギーＸ線や電子線）を発生させ、Ｘ線二次元検出手段４Ａ０に達する。
【０００６】
Ｘ線二次元検出手段４Ｅ０のうち、イメージングプレートは、放射線等の最初の刺激の後で、発光波長よりも長い波長の光を照射することにより、再発光するという特徴を持っている。被写体３、重元素薄板４Ａ０を透過した後のＸ線、または被写体３を透過したＸ線またはガンマ線が重元素薄板４Ａ０中で相互作用することにより生じる二次電子線や二次Ｘ線の刺激により、二次元分布を記録することができる。この刺激の量は、Ｘ線が透過した被写体３中の経路に依存する。Ｘ線の刺激の後で、レーザー等の刺激により再発光させ、この発光位置を記録することで、画像として検出することができる。即ち、被写体３の内部構造に関する情報を知ることができる。
【０００７】
人体や比較的薄い被写体、例えば数ｍｍの鉄板や３００ｍｍ程度のコンクリート等においては、図３に示すような装置構成で、被写体透過後のＸ線の二次元分布の可視化を行うことが可能である。しかしながら、従来の装置を、例えばコンクリートで５００ｍｍを超えるような比較的分厚い被写体に適用する場合（即ち、透過力の強い１００ｋｅＶを超えるような高エネルギーＸ線を検査に用いる場合）には下記のような問題点はある。
【０００８】
（１）Ｘ線の透過力が強いため、Ｘ線検出部（図３、４Ａ０、４Ｅ０）をも透過する確率が高く、Ｘ線二次元検出手段４Ｅ０に情報を残す可能性が低い。確実な被写体情報を得るためには、Ｘ線またはガンマ線を多数照射する必要があり、測定に長時間を要する。単一の重元素薄板４Ａ０とＸ線二次元検出手段の組により構成させるＸ線検出部において、重元素薄板４Ａ０の厚さを厚くすることによりＸ線二次元検出手段４Ｅ０における高エネルギーＸ線の検出確率は多少向上するが、重元素薄板４Ａ０内で発生した二次的な粒子が薄板中で吸収されてしまう確率も増加するので、限界がある。
【０００９】
（２）被写体内を透過する際に発生・散乱した低エネルギーＸ線がＸ線二次元検出手段４Ｅ０に到達し、ノイズとなって画像の精度を低下させる。エネルギーが低いＸ線ほどＸ線二次元検出手段４Ｅ０に情報を残す確率が高いので、これらの低エネルギーＸ線がＸ線二次元検出手段４Ｅ０に到達することは望ましくない。
【００１０】
高エネルギーＸ線の検出・画像化装置としては、高エネルギーＸ線を光に変換し、光学系を介して検出する装置がある（例えば、特許文献２。）。また、高エネルギーＸ線を用いた二次元画像化装置としては、高エネルギーＸ線発生手段と一組の増感手段と２次元Ｘ線検出手段を組み合わせたものがある（例えば、特許文献３。）。
【００１１】
【非特許文献１】カタログ「ＦＵＪＩ  Ｘ−ＲＡＹ  ＦＩＬＭ  ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ」  富士写真フィルム株式会社  １９９３年発行
【特許文献１】特開平７−７２５６５号（第５頁、第１図）
【特許文献２】特開平５−３４５０４１号（第６頁、第１図）
【特許文献３】特開２００２−２２１５００号（第５頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
以上に述べた従来の高エネルギーＸ線の検出方法及び装置では、高エネルギーＸ線、例えば、１００ｋｅＶを超えるＸ線に対する検出効率が悪く、検査に時間がかかっていた（非特許文献１、特許文献１）。また、例えば、特許文献２のような検出装置では、装置が大掛かりになってしまうという欠点があった。特許文献３のような装置では、被写体（文献中では、非試験体）を透過した高エネルギーの大半は、二次元検出手段に情報を残さずに透過する確率が高く、発生する高エネルギーＸ線の量が多い、性能のよい高価で大掛かりなＸ線発生装置が必要であった。
【００１３】
本発明は上記のような、従来のＸ線による非破壊検査装置の問題点を解消し、高エネルギーＸ線による比較的分厚い被写体の非破壊検査において、被写体の内部状況をより正確に把握することのできる１００ｋｅＶを超えるような高エネルギーＸ線を用いた検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明が採用した技術解決手段は、第一の発明は、高エネルギーＸ線発生装置と、Ｘ線二次元検出手段とより成る装置において、鉛、金、白金等の重元素薄板とＸ線フィルムやイメージングプレート等のＸ線二次元検出手段を密着させて組み合わせた高エネルギーＸ線用二次元検出手段を、Ｘ線の照射方向に対して直列に複数組用いることを特徴とした高エネルギーＸ線の二次元分布の可視化装置を提供する。
【００１５】
第二の発明は、前記の装置を用いて、Ｘ線を照射する第一工程と、被写体を通過したＸ線を、重元素薄板を通過させてＸ線二次元検出手段で検出しやすいエネルギーレベルの二次粒子を発生させる第二工程と、第二工程において発生した二次粒子をＸ線二次元検出手段において検出する第三工程と、Ｘ線二次元検出手段において検出したデータを演算装置に取り込む第四工程と、検出したデータを演算装置において演算し、可視化する第五工程とより成る高エネルギーＸ線の二次元分布の可視化方法を提供する。
【００１６】
第三の発明は、Ｘ線の照射方向に対して直列に多段に用いたＸ線二次元検出手段と、各段のＸ線二次元検出手段により検出したＸ線二次元分布を、予め定められた評価基準に照らして比較評価する演算装置とより成る前記の高エネルギーＸ線の二次元分布の可視化装置を提供する。
【００１７】
第四の発明は、前記の装置を用いて、Ｘ線を照射する第一工程と、被写体を通過するＸ線をＸ線二次元検出手段において検出する第二工程と、Ｘ線二次元検出手段において検出したデータを演算装置に取り込む第三工程と、検出したデータを演算装置において、より多数のＸ線二次元検出手段に粒子が透過した形跡がある方が信頼度が高い、といった予め定められた評価基準に照らして演算する第四工程と、可視化する第五工程とより成る高エネルギーＸ線の二次元分布の可視化方法を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
以上、詳細に述べてきたように、本発明の高エネルギーＸ線の検出方法によれば、従来のイメージング方法では検出することが難しかった１００ｋｅＶを超えるようなＸ線もしくはガンマ線を用いることが有効である、例えば５００ｍｍを超えるコンクリートのＸ線透過検査において、多段の重元素薄板とＸ線二次元検出手段の組を用い、得た複数枚の画像データを予め定められた評価基準に照らして比較評価することにより、確実な被写体情報を得るためのＸ線照射回数の増大化を抑制することが可能となり、検査に要する時間を短縮することができる。
【００１９】
また、複数のＸ線二次元検出手段から得られた画像を、それらの相対的な位置関係を考慮して演算・評価することにより、より精度の高い画像を得ることができる。前述のような高エネルギーＸ線は直進性が強いので、分厚い被写体内部における欠陥・腐食等の位置情報を正確に画像化することができる。また、検出感度を増加させるための重元素薄板の厚さや素材をかえることにより、検出したいＸ線のエネルギーレベルに対応した装置とする事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１及び図２、図４を用いて、本発明の高エネルギーＸ線検出方法についての詳細を説明する。図１はその全体の概略図である。また、図２は高エネルギーＸ線検出部の拡大図である。また、図４は画像読取装置、演算装置及び出力装置の構成を示すブロック図である。
【００２１】
図１において、１はＸ線発生装置またはガンマ線源、２はＸ線またはガンマ線、３は被写体，４はＸ線検出部である。Ｘ線またはガンマ線源１としては、60Ｃｏ（コバルト６０）等からの高エネルギーガンマ線、特開２００２−２２１５００にあるようにライナック、マイクロトロン、ベータトロン、シンクロトロン等で発生した１ＭｅＶ程度もしくはそれ以上の相対論的電子ビームを、それらの装置の内部または外部に設置したターゲットに入射させて発生させたものを用いることができる。勿論、１００ｋｅＶを超えるようなＸ線の発生効率が低いが、従来用いられてきたＸ線管、例えば理学電機株式会社製工業用ポータブルＸ線装置、ラジオフレックス３００ＨＭＧ等で代用することができる。
【００２２】
Ｘ線またはガンマ線２は、被写体３を通過する際に、被写体３の内部状況に応じて散乱・吸収され、Ｘ線検出部４にいたる。被写体３が分厚ければ分厚いほど、またＸ線のエネルギーが低ければ低いほど、被写体３内部で吸収、散乱され易くなり、雑音情報となってＸ線検出部４にいたる。これらの雑音情報は、図２の重元素薄板４Ａ内で吸収され、図２のＸ線検出手段４Ｅ（４Ｆ、４Ｇ、４Ｈ）に情報を残す確率が減少する。
【００２３】
図２のＸ線検出部４は、従来から公知の重元素薄板４Ａ（４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ）とＸ線二次元検出手段４Ｅ（４Ｆ、４Ｇ、４Ｈ）を組み合わせたもの（例えば、富士工業用Ｘ−レイフィルム、あるいはイメージングプレート）を、複数組用いたもので構成される。
【００２４】
重元素薄板４Ａ（４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ）の材質としては、重元素薄板４Ａ（４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ）中で発生する二次電子のエネルギーピークが重元素薄板４Ａ（４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ）を透過しＸ線二次元検出手段４Ｅ（４Ｆ、４Ｇ、４Ｈ）で検出される程度に十分高く、またアルミ等の軽金属に比べて薄い板により同等の二次Ｘ線が得られ、Ｘ線二次元検出手段４Ｅ（４Ｆ、４Ｇ、４Ｈ）において取得される二次元画像に及ぼす二次粒子の重元素薄板４Ａ（４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ）中での二次粒子の発生角度及び散乱角度の影響を小さくすることができる、鉛、金、白金等がよい。重元素を含む合金でもかまわない。これらの材質のうち、比較的安価で、加工が容易な鉛が望ましい。
【００２５】
この例では４組使用したが、使用できる組数は、Ｘ線の透過力すなわちＸ線のエネルギーと使用する重元素薄板４Ａ（４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ）の種類と厚さにより、最適値がある。Ｘ線のエネルギーが高ければ高いほど、また重元素薄板４Ａ（４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ）が薄ければ薄いほど枚数を増やすことができる。重元素薄板４Ａ（４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ）では、Ｘ線またはガンマ線２が電子陽電子対生成・電離励起・コンプトン散乱・光電効果等を起こし、よりＸ線二次元検出手段４Ｅ（４Ｆ、４Ｇ、４Ｈ）で検出されやすい低エネルギーＸ線または電子線を発生させる。
【００２６】
この重元素薄板４Ａ（４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ）の厚さは、検査状況に応じた検出したいＸ線のエネルギー、すなわち、被写体３の種類や厚さ、Ｘ線発生装置またはガンマ線源１から放射されるＸ線またはガンマ線２の線質にもよるが、鉛の場合では０．０２ｍｍ〜１ｍｍが妥当であり、検出部全ての重元素薄板４Ａ（４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ）の厚さが同じである必要はない。
【００２７】
例えば、Ｘ線発生装置またはガンマ線源１に近い側を厚くすることで、被写体３内で発生したノイズ成分のＸ線（低エネルギーのＸ線）を除去することができる。また、重元素薄板４Ａ（４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ）内で発生する二次的な粒子の中には、後方に発生するものもあるので、Ｘ線二次元検出手段４Ｅ（４Ｆ、４Ｇ、４Ｈ）の前方だけでなく、前後を覆うことにより効果は増大する。重元素薄板４Ａ（４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ）及びＸ線二次元検出手段４Ｅ（４Ｆ、４Ｇ、４Ｈ）を複数組用いることにより、直進性があり透過力のある高エネルギーＸ線は、これらの検出手段のいずれかにおいて情報を残す可能性が高まり、確実な被写体内部情報を得るための、Ｘ線照射回数の増大化を抑制することが可能となり、検査時間の短縮が可能となる。
【００２８】
図２のＸ線二次元検出手段４Ｅ（４Ｆ、４Ｇ、４Ｈ）において得られた画像データは、図４の画像読取装置５により、演算装置６に取り込まれる。この画像読取装置５は、例えばＸ線フィルムの場合は汎用のパーソナルコンピュータ用スキャナーを、また例えばイメージングプレートの場合は、理学電機株式会社製のイメージングプレートディテクタ、Ｒ−ＡＸＩＳ  ＤＳ３Ｃ等のイメージングプレート読取装置を利用することができる。勿論、演算装置に直接読み込まなくても、フラッシュメモリやハードディスク等の記憶媒体に一時的に記憶し、後で演算装置６にデータを移動してもかまわない。
【００２９】
演算装置６は、汎用のパーソナルコンピュータやワークステーション等の演算手段と、予め定められた評価基準に照らして比較評価する演算プログラムを使用することにより、構成することができる。演算プログラムにおける演算方法は、例えば、Ｘ線二次元検出手段４Ｅ（４Ｆ、４Ｇ、４Ｈ）に記録された情報を処理するとき、一枚だけに記録されている情報よりも、複数枚に記録されている情報をより信頼度高く評価し、全てのＸ線二次元検出手段４Ｅ（４Ｆ、４Ｇ、４Ｈ）に記録されている情報は最大の信頼度で評価する、という重み付けの演算・評価を行う。この作業により、従来方法に比べてより鮮明な画像を得る事が可能となる。
【００３０】
なお、各々のＸ線二次元検出手段４Ｅ（４Ｆ、４Ｇ、４Ｈ）から得られた情報を総合的に演算・評価するに当たっては、Ｘ線発生装置またはガンマ線源１と各々のＸ線検出手段４Ｅ（４Ｆ、４Ｇ、４Ｈ）との相対的な位置関係を考慮して、必要に応じて情報を補正する必要があることは勿論である。
【００３１】
画像読取装置５で読み込む前に、全てのＸ線二次元検出手段４Ｅ（４Ｆ、４Ｇ、４Ｈ）の一部に、（１）切込みを入れる、（２）Ｘ線やガンマ線照射前に、Ｘ線二次元検出手段４Ｅ（４Ｆ、４Ｇ、４Ｈ）よりもＸ線発生装置またはガンマ線源１側に、Ｘ線二次元検出手段４Ｅ（４Ｆ、４Ｇ、４Ｈ）に像を映すような、鉛等でできたマーキング用の被写体、公知の透過度計等を設置し、照射中設置したままにする、（３）Ｘ線二次元検出手段４Ｅ（４Ｆ、４Ｇ、４Ｈ）の形状や、検出部のカセッテの形状を工夫する、等を行い、それぞれのＸ線二次元検出手段４Ｅ（４Ｆ、４Ｇ、４Ｈ）の位置関係をデータとして読み取り、演算時に考慮することが望ましい。
【００３２】
演算装置６にて演算し、得られた画像及びデータは、出力装置７にて出力される。出力装置７は汎用のコンピュータ用ディスプレイ、テレビ等の画像出力装置や、プリンター等にて紙等に出力してもかまわない。画像及びデータを可視化するような装置であればよい。
【００３３】
このようにして高エネルギーＸ線検出部４で得たデータを演算装置に読み込み、４Ｅ〜４Ｈからのデータの相関情報を考慮して演算し、出力することにより、図３に示したような一組の薄膜４Ａ０とＸ線二次元検出手段４Ｅ０を用いた装置に比べ、より精度の高い画像を短時間のＸ線及びガンマ線照射により、得ることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
高エネルギーＸ線を用いた非破壊検査、例えば数百ｍｍを超えるコンクリートの検査や、高エネルギーＸ線を用いた医療に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明を実施するための最良の形態に係る高エネルギーＸ線の検出方法を示す概略図である。
【図２】本発明を実施するための最良の形態に係る、多段の金属薄板及びＸ線二次元検出手段の組から成る、高エネルギーＸ線検出部の拡大図である。
【図３】従来のＸ線を用いた非破壊検査方法である。
【図４】本発明の画像読取装置、演算装置及び出力装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３６】
１      Ｘ線発生装置またはガンマ線源
２      Ｘ線またはガンマ線
３      被写体
４      高エネルギーＸ線検出部
４Ａ    重元素薄板
４Ｂ    重元素薄板
４Ｃ    重元素薄板
４Ｄ    重元素薄板
４Ｅ    Ｘ線二次元検出手段（Ｘ線フィルム等）
４Ｆ    Ｘ線二次元検出手段（Ｘ線フィルム等）
４Ｇ    Ｘ線二次元検出手段（Ｘ線フィルム等）
４Ｈ    Ｘ線二次元検出手段（Ｘ線フィルム等）
４Ａ０  重元素薄板
４Ｅ０  Ｘ線二次元検出手段（Ｘ線フィルム等）
５      画像読取装置
６      演算装置
７      出力装置
【図１】
2005024476.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005024476.tif 000005
【図４】
2005024476.tif 000006