466
センサー本体45mm

熱雑音低減冷却機構

29mm

65mm

イメージセンサー部

ステージ部

Ⅹ線イメージングシステムの概観写真（右）とイメージセンサー部の拡大写真（左）狭い場所にある設備をオンラインで診断するために
─Ｘ線イメージングシステムの開発─

■ Ｘ線イメージングシステムの特徴■ より鮮明な撮影画像を安全に得るために■ 診断現場での実用に向けて● ひとこと電力技術研究所

高エネルギー領域主任研究員

大石 祐嗣

Ｘ線イメージングシステムの特徴
火力発電所や原子力発電所などの発電設備はその完成から長い年月が経過すると、経年劣化が進んでいくことが懸念され、設備の健全性を維持していく上で、適切に状態を把握し、対策を施していくことが重要となります。
発電施設の配管設備はさまざまな原因により応力腐食割れ（注１）や減肉などの現象が発生しますが、配管設備は複雑に入り組んだ構造となっていることも多く、また、配管部材を取り外すことも容易ではないため、狭い場所で効率よく診断できる技術が望まれています。
現在、非破壊検査の方法として超音波による探傷試験が用いられていますが、電力中央研究所
では、配管断熱材の上からでも非破壊で検査が可能なＸ線イメージングシステムというＸ線の透過による撮影、診断が可能なシステムを開発し、システムの実用化に向けた研究に取り組んでいます。
注 1：腐食環境下におかれた金属材料が、残留応力を含む一定の引張応力と腐食環境の相互作用により、き裂が発生し、そのき裂が時間とともに進展する現象のこと。

■コンパクトなセンサー部■感度を高めたセンサー部

本システムは、診断の対象物を透過したＸ線

センサーは検出素子の厚さが 0.1mm の市販を画像として再現するイメージセンサー部と、のものを利用していますが、感度の向上による撮影の位置を調整、決定するステージ部から構撮影時間の短縮と作業の効率化を図るため、検成されます。イメージセンサー部はセンサー本出素子を現状で製作可能なレベルの 1.0mm ま体と熱雑音（注２）を低減させる冷却機構部から構で厚くし、その効果を確認しました。

成され、センサー本体の中で検出素子（CsI の確認にあたっては、イリジウム線源（8.2Ci）針状結晶）によりＸ線を可視光線に変換し、そによるＸ線を用い、針金形透過度計（注３）を裏面の可視光線を CCD（電荷結合素子）カメラで撮に貼付した厚さ 50mm のステンレス鋼（SUS）影するという仕組みです。そのため、Ｘ線写真板を厚さ 0.1mm と 1.0mm の検出素子により同フィルムとは異なり現像作業が不要で、結果を時間（60 秒）撮影し、画像の中心付近の平均輝その場で確認することができ、効率良い診断が度を比較しました。その結果、
図１で示すとおり、可能です。また、センサー部のサイズは 45 ×

厚さ 0.1mm で約 540、1.0mm で約 3700 の輝度65 × 29mm と非常にコンパクトであり、発電プを確認し、検出素子を約 10 倍厚くすることで、ラントなど配管が複雑に入り組み、10cm 程度撮影感度を約 7 倍向上させることができました。

しかスペースのない部分での撮影が可能です。

注３：放射線透過写真の画像の質を評価するために用いられる計器・器具のこと。

注２：電子の不規則な熱の振動により発生する雑音。

φ0.63 0.8

針金形透過度計の寸法（直径）1.0 1.25（mm）

針金φ2φ

針金φ2
針金形透過度計は確認できず検出素子の厚さ：0.1mm、輝度：約540

図１0.63 0.81.0 1.25（mm）
針金形透過度計が確認できる（寸法の数値の下に見える黒い縦線の影が針金形透過度計）

検出素子の厚さ：1.0mm、輝度：約3700

Ⅹ線透過画像の比較（厚さ 50 ｍｍの SUS304 板に針金形透過度計 16S を貼付）

より鮮明な撮影画像を安全に得るために■レーザープラズマによるＸ線源の開発■画像処理による視認性の向上

イリジウム線源によるＸ線の使用により、厚ラズマＸ線を用いて、厚さ 1cm 鋼材の透過画さ 5 ～ 10cm 程度の鋼材の透過撮影を実現して前述のようにイメージセンサーとレーザープ像撮影が可能になりました。

いますが、イリジウム線源は厳しい管理が必要

しかし、本方式では対象部分を区切って撮影すです。そこで、当研究所では、イリジウム線源

るため、対象物の全体画像を得るには、撮影画像に替わるものとして、レーザープラズマによるを連結する必要があります。単純に画像を連結すＸ線源の開発を進めています。レーザープラズ

るだけでは、画像間での位置ずれや、微妙な撮影マＸ線源では、レーザーを数μ m 程度に集光条件の違いにより、連結部分で不連続な画像になした点からＸ線が発生するので、解像度の高いるという問題がありました（図３a）。そこで、画像画像が期待されます。の回転補正や線形合成の処理ができる画像連結プ

発電設備の配管材料などに使用されている鋼ログラムを開発し、画像処理をした結果、連結部材の撮影には、100KeV 以上の高いエネルギー分の不連続性が解消され、非常に滑らかな画像をのＸ線が必要です。当研究所では、パルス幅の得ることができました（図３b）。また、明るさなどの極めて短いレーザービームを集光用のミラーに人間の視覚特性を考慮した Retinex フィルタによる反射させて、銅などの金属テープに極めて小さ画像処理を施した結果、画像のコントラストがはっきく集光しながらあてることによりプラズマを生りし、模擬減肉部分を鮮明に確認することができまじさせ、そこから高いエネルギーを有するＸ線した（図３c）。

を発生させるという方法を考案しました。その赤矢印は連結箇所を示す構造は図２のとおりです。また、このＸ線発生
刻印マーク

図４のとおりです。この方法により、300KeV相当の高いエネルギーのＸ線を発生させ、厚さ1cm 鋼材の透過画像撮影に成功しました。
スプール（金属テープを巻きつけるもの）

模擬減肉

プラズマの発生連結部分の不連続性がなくなる（ｃ）
Retinexフィルタによる画像処理

集光用反射ミラー

模擬減肉部分が鮮明となる

レーザー光
Retinexフィルタ適用範囲

模擬減肉

図２ レーザープラズマⅩ線源ヘッド部分の構造

連結部分が不連続な状態である（ｂ）
隣接する画像を線形合成処理

刻印マーク

X線（ａ）
画像処理なし肉厚 4.5mm

模擬減肉
金属テープ

外径 34mm装置を利用した透過画像計測システムの構成は

図３

透過撮影画像と画像処理結果（エルボ配管、SUS304）

診断現場での実用に向けて■利便性の向上に向けて■様々な現場での活用可能性現場での活用を考え、利便性の向上を図りました。

今回紹介したイメージセンサーについては現場への適用が検討されています。しかし、レーその一つは機器の遠隔操作です。センサー

ザープラズマによるＸ線源については、現時点部と制御用のパソコンの間をケーブルで繋ぎ、で診断が可能なものは厚さ 1cm の鋼材レベル10m の遠隔でもシステム全体を操作ができるであり、実際の診断現場で活用できるレベルにようにしています。

はまだ至っていません。今後は、電力会社のプもう一つは、周辺機器のコンパクト化と軽量ラント施設などでの配管減肉検査、金属溶接の化です。機器を現場へ簡単に持ち込むことがで欠陥調査、更には鋼材などの金属系材料だけできるように、外部トリガ（データの取得を開始はなく、コンクリート構造の内部欠陥調査などするタイミングを外部から与える機器）や、セさまざまな場面での活用を目標に、更なるＸ線ンサー部のペルチエ素子（熱の移動を促す半導源の高エネルギー化・高線量化を達成させるた体素子）用電源など周辺機器を改良しました。

めの研究を進め、より精度の高い効率的な診断システムを開発していく予定です。

● ひとこと高エネルギーⅩ線透過画像計測システムの構成図

Ⅹ線イメージングシステム

診断対象物

関 連

Ⅹ線源発生装置

図４

レーザー光

レーザープラズマ伝送光学系

レーザー発生装置
レーザー光

近年、既設発電設備の老朽化が進んでいることから、 健 全 性 評 価 に 対 す るニーズが高まっています。
今回開発したＸ線イメージングシステムは、狭い場所にある設備の非破壊検査
電力技術研究所をオンラインで行う際に威高エネルギー領域 力を発揮します。レーザー
主任研究員
プラズマＸ線源について
大石 祐嗣
は、高エネルギー化・高線量化など、まだクリアしなければならない課
題がありますが、新しい応用計測診断技術として確立するようチャレンジしていきたいと思います。

報告書●「狭隘部診断用Ｘ線イメージングシステムの開発⑵―Ｘ線透過画像の視認性向上およびセンサー感度の向上―」電力中央研究所報告：H08005●「狭隘部診断用Ｘ線イメージングシステムの開発―プロトタイプの作製および性能評価―」電力中央研究所報告：H07006●「レーザープラズマＸ線源を用いた透過画像計測システムの開発―鋼材計測のための高エネルギーＸ線の発生量増大―」電力中央研究所報告：H08009
2010 年 3 月 16 日発行〒 100-8126（財）電力中央研究所 広報グループ
東京都千代田区大手町 1-6-1（大手町ビル 7 階） TEL.
（03）
3201-6601 FAX.
（03）3287-2863※この冊子は大豆油インキと
http://criepi.denken.or.jp/
再生紙を使用しています