技術紹介

高エネルギー X 線を用いた平板型半導体検出器のきず検出基本性能確認
田北雅彦 *1

Takita Masahiro

中村敬治 *2

Nakamura Keiji

佐藤雅保 *3

細谷

Sato Masayoshi

昌厚 *4

Hosoya Masaatsu

放射線透過試験（RT）においては、イメージングプレート（IP）を用いたコンピューティドラジオグラフィ（CR）技術や平板型半導体検出器（フラットパネルディテクタ：FPD）を用いたデジタルラジオグラフィ（DR）（1）（2）技術の進歩が著しい。CR については国内外において既に多くの研究成果が報告され、その性能はほぼ（2）（4）-はあるものの、国内ではほとんど把握されている一方、FPD を用いた DR については海外での研究報告見当たらない。特に高エネルギー X 線を用いた研究報告はない。そこで、本報告では代表的な FPD について、きず検出基本性能をフィルム、IP と比較して把握し、FPD 適用の可能性を示した。
キーワード：放射線透過試験（RT）、コンピューティドラジオグラフィ（CR）、デジタルラジオグラフィ（DR）、イメージングプレート（IP）、平板型半導体検出器（フラットパネルディテクタ：FPD）不向きである。

1. はじめにそこで、現状の検出器の中で高エネルギー X 線

放射線透過試験では従来からフィルムが最もよに対して良好な像質を得られる可能性がある検出く使われている。しかしながら、最近では試験コ器として、FPD を用いた DR システムを検討する

ストの低減や環境に対する負荷低減、記録の保管こととした。その第一ステップとして本稿では、管理等の観点から CR 技術や DR 技術がフィルム高エネルギー X 線を用いて FPD のきず検出基本（1）に代わるものとして注目されている 。

性能について試験を行い、フィルムおよび IP と比当社ではフィルムと同様に変形が可能であり、較を行ったので報告する。

同等の撮影配置が可能であることから、CR シス

2. FPD システムの概要

テムを既に導入し、実際の試験に適用している。
しかし、CR システムに使われている IP は比較的FPD システムは、図 1 に示すようにパソコン、低エネルギー領域にきず検出感度のピークがある

高精細モニタ、FPD 本体から構成されている。パため、高エネルギー X 線に対して著しい像質の低ソコン上で取り込み条件を設定後、X 線を照射す下が起こり、プラント等の厚肉鋼材への適用にはることにより、モニタ上に撮影画像が表示され、*1：検査事業部*2：検査事業部*3：検査事業部*4：技師長横浜検査部 課長
事業部長補佐横浜検査部 部長—

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必要な処理を行った後、保管される。

定した。その他の試験条件は ISO17636-2:2013 を本システムはフィルムとは異なり、現像処理を参考として設定した。なお、フィルムおよび IP の行う必要がない。また、IP とも異なり、レーザ光画像のデジタイザースキャンピッチは 50mm としを用いてデータの読み取りや消去を行う必要もなた。

い。ただし、フレキシブルではないのでフィルム

撮影配置は 300kV と 1MeV については図 2 のとと同等の撮影配置は難しいが、配管等のパノラマおりで溶接試験片のみの材厚を撮影対象とした。

撮影以外では品物の後ろに FPD を配置できれば、また、9MeV では溶接試験片に 38mm の SM490Aフィルムと変わりない撮影配置が実現できる。ま鋼板を加え 76mm の材厚として図 3 のとおり撮影た、機種によってはリアルタイム撮影（動画）にした。

対応できるなど応用範囲は広い。本研究ではシンチレータが GOS タイプの二種類の FPD を用いて、きず検出基本性能の確認を実施した。

図2
図1

300kV および 1MeV の撮影配置

FPD システムの基本構成

3. 試験方法
撮影対象はタングステン球を溶接部に挿入した SM490A 突合せ溶接試験片で溶接後、機械加（5）工を行った、板厚 38mm の平板である 。300kV、1MeV、9MeV の各エネルギーでフィルム、IP および FPD で撮影をした。フィルムは富士フィルム

図3

9MeV の撮影配置

製 #50、IP は同じく富士フィルム製 ST- Ⅵを用いた。FPD には海外の A 社製品および B 社製品を

金属スクリーンには Pb、Cu、Fe の薄板を用い、対象とした。放射線源にはそれぞれ SMART300、それぞれ単体あるいは 2 種類の材質の組み合わせ

ML-1R Ⅲ、LINATORON M9 を用いた。
FFD は 300keVを用いた。また、IP だけでなく全ての撮影媒体にの場合、1,000mm、1MeV の場合、1,500mm、9MeV適用して同じ条件で試験を実施した。の場合、2,000mm とした。照射時間および FPD の透過度計および像質計の配置は図 4 のとおり配積分処理条件（露出時間、取り込み画像フレーム置して撮影をした。撮影時における X 線源側から数）はそれぞれ、最適な画像が得られるように設見た試験片および FPD の状況を図 6 に示す。

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撮影して得られた画像から図 5 の Duplex Wireによるラインプロファイルを取り、最も小さい線対を選び空間分解能を図 7 のとおり評価した。空間分解能（Spatial Resolution）は図 7 の式から計算される値で線対の分解能の程度を示している。
なお、画像処理および分解能の評価にはドイツ
連邦材料試験研究所（Federal Institute for Materials
Research and Testing, BAM）の画像処理ソフトウェ（6）

ア「ISee! ver.1.10.2」 を使用した。

図4

図5

透過度計 / 像質計配置

Duplex Wire（複線形像質計）（EN462-5:1996）

図7

図6

FPD の高エネルギー X 線撮影の状況—

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Duplex Wire を用いた空間分解能評価

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4.2 Duplex Wire を用いた空間分解能計測結果

4. 結果および考察

図 11、図 12、図 13 に X 線エネルギー 300keV、4.1 9MeV の放射線透過撮影画像

1MeV、9MeV それぞれについてフィルム、FPD、

図 8、 図 9、 図 10 は 9MeV の 高 エ ネ ル ギ ー X

IP の空間分解能（Spatial Resolution）を比較して線により撮影したフィルム、IP、FPD の放射線透示している。

過撮影画像である。従来のフィルム撮影の画像

図 11、図 12 において測定点のバラツキは多いと違い、FPD は撮像過程で積分処理があるため、ものの、空間分解能の傾向はフィルム、IP、A 社独特のコントラストが得られている。フィルム

FPD、B 社 FPD の順に良い結果となった。と FPD の画像は Duplex Wire、JIS 線形透過度計、ASTM 有孔形透過度計の像が比較的鮮明に写っているが、IP では全体的に散乱線の影響なのか、ムラがあり、かつ鮮明さに欠ける。
因みにフィルムと IP の画像で中心部に薄く丸い像が現れているのは X 線の強度を平坦化するために X 線装置に内蔵されているイコライザー（凸レンズ状の金属版）の影響である。

図 10

図89MeV

9MeV

IP 画像
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FPD 画像

フィルム画像図 11
図99MeV

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フィルム、FPD、IP の空間分解能（X 線エネルギー：300keV）—

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一方、9MeV の場合、A 社 FPD のデータはほぼまた、フィルムはデジタル画像に変換したデーフィルムと同等の傾向を示した。また、9MeV にタを評価に採用しているため、スキャン過程で少おける IP では直線の傾きからも明らかなように最なからず像質劣化が含まれている。

小線対の空間分解能は劣っていることが明らかと
4.3 基本空間分解能と X 線エネルギーの関係なった。FPD の特徴として、積分処理して 1 枚の画像として表すため、フィルムや IP と比較してコ基本空間分解能（Basic Spatial Resolution : SRb）

ントラストの良い像質が得られると考えられる。とは Duplex Wire で最初に空間分解能が 20％未満となる線対の線間距離のことをいう。
図 7 において空間分解能の評価方法を示したが、これは最小線間の谷が全体の 20％以上ある場合に2 本の線対は分離（認識）されているとして識別の程度を示すもので、EN14784-1 等の規格に定義されている。図 14 は、SRb の平均値に及ぼす X線エネルギーの影響を示したグラフである。

図 12

フィルム、FPD、IP の空間分解能（X 線エネルギー：1MeV）

図 14

SRb の平均値と X 線エネルギーの関係

300keV と 1MeV で は SRb は フ ィ ル ム、IP、A社 FPD、B 社 FPD の順に優れているが、9MeV ではフィルムと A 社製 FPD および B 社製 FPD がほぼ同じ SRb であるのに対して、IP については SRbが大きくなり分解能が明らかに低下していること図 13がわかる。IP に注目すると 1MeV 付近で他の検フィルム、FPD、IP の空間分解能（X 線エネルギー：9MeV）

出器とクロスしていることからこの付近のエネル—

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4.5 金属スクリーンの効果

ギーを超えた IP の使用は、高い分解能が要求される試験では適用できないと言える。

ISO17636-2 2013 では IP の散乱線防止による像質の改善を目的に金属スクリーンの適用が要求さ4.4 JIS 線形透過度計を用いた識別最小線径の計れている。IP だけでなくその他の検出器にも散乱測結果

線は同様に影響していると考えられるので確認の材厚 78mm の鋼材に 9MeV の X 線を照射した

ため金属スクリーンを適用して試験を行った。こ場合に使用する線形透過度計は JIS Z3104 による

こでは IP の分解能低下が認められている 9MeVと図 15 に示すように 16F が適用され、A 級（旧、のデータのみを示すことにする。

普通級）では 1.0mm ワイヤ（太い方から 3 本目）、

図 16 では、金属スクリーンの厚さが 2mm 付

B 級（旧、特級）では 0.8mm ワイヤ（太い方から

近 で 空 間 分 解 能 の 向 上 が 認 め ら れ た。9MeV の4 本目）が識別されなければならない。

X 線エネルギーの撮影において 2mm という値は本試験の結果ではフィルムと FPD で 0.8mm をISO17636-2 の要求である 0.6mm ～ 4.0mm の金属識別できたが、IP では 1.25mm（2 本目）が識別最スクリーン（Fe、Cu、Pb）の範囲にあり、散乱線小線径となった。従って、FPD は線形透過度計の防止効果が表れている可能性がある。ただし、図識別度を A 級、B 級ともに満足したが、IP では A

9 を始めとして IP を用いた撮影画像が著しく改善級でも満足しないことがわかった。別の試験で高するものではなかった。

精細タイプ IP（GESIT-IPU）を使用して同様の撮（7）5. CR および DR 関連規格の現状影を実施したが、照射時間が 9 倍近く掛った上に辛うじて 3 本目ワイヤが見えたという結果を得てCR あるいは DR 技術が国内において広く産業いる。また、その画像はムラが多く実際の検査に界に受け入れられるには装置の能力向上や技術の耐え得る品質でないことに加え、高感度による時向上と共に国内規格の整備が必要であることは言間短縮等のメリットがないという結果を得ている。

うまでもない。本稿の最後に規格の国内外の整備状況について簡単に触れる。
海外においては EN、ISO、ASTM において表 1のように規格が整備されており、実際の試験に支障がないようになっている。
一方、国内においては日本非破壊検査協会の放射線部門および日本溶接協会の非破壊試験技術実用化研究委員会（AN 委員会）が鋭意、JIS 化に向けた検討を進めているが、現時点では残念なことに JIS として発行されていない。国内技術を停滞させないためにも一日も早い JIS 制定が望まれる。

図 15

JIS Z 3104 線形透過度計と線径—

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6. まとめ高エネルギー X 線源を用いた FPD の基本性能についてフィルム、IP と比較検討をした。
現状の放射線透過試験の検出媒体として分解能の観点でフィルムに勝るものはない。実際に300kV および 1MeV ではフィルムの方が FPD より基本分解能は勝っているが、9MeV ではほぼ同等となり、高エネルギー X 線領域において FPD の実用性の可能性が明らかとなった。今後、実際の各種部品への適用を通して、その能力や特徴を多方面から明らかにしていく予定である。
図 16

医療分野とは異なり、工業分野ではより優れた

Duplex Wire の分解能に影響を及ぼす
金属スクリーン厚さ（X 線エネルギー：9MeV）

耐久性や耐環境性、可搬性が求められるが、未だ、十分には実証されていないと思われる。また、高エネルギー X 線照射になればなるほど、FPD 撮像

表1

海外における CR および DR 関係規格部周辺の電子機器を鉛等で遮蔽する必要があることも可搬性の観点で課題である。因みに本研究では 9MeV の照射では厚さ 50mm の鉛で遮蔽した。
さらに、現像処理やデータの読み取り・消去の手間がないとはいえ、フィルムや IP に比べて、装置が現状、かなり高価である点も課題といえる。
今後、更なる低コスト型 FPD の出現が望まれる。
いくつかの課題はあるものの、適用分野を限定することによって放射線透過試験の大幅なコストダウンや省力化が図れることは大きな魅力であるので、当社としても積極的に FPD の適用検討を推進していく予定である。

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参考文献（1） 成川：最新のコンピューテッド・ラジオグラフィ、非破壊検査、61（4）、pp.141-147、（2012）（2） K.LaCivita: Use of Digital Radiography for Final
Part Acceptance of Aerospace Castings, MaterialsEvaluations, 70（8）, pp.915-922（3） U.Ewert etl: Image Quality in Digital Industrial
Radiography, Materials Evaluations, 70（8）,pp.955-964,（2012）（4） K.Bavendiek etl: Best Energy Selection forDifferent Applications with Digital Detector Array
from 20 to 600 keV, Materials Evaluations, 70（8）,pp.965-974,（2012）（5） 特許第 5126915 号：非破壊試験用溶接試験片の製作方法（6） http://www.bam.de/en/kompetenzen/fachabteilungen/abteilung_8/fg83/fg83_ag5.htm（7） 加藤他：デジタルラジオグラフィ関連規格の現状について、非破壊検査、62（4）、pp.152156、（2013）

検査事業部
事業部長補佐

検査事業部
横浜検査部課長

中村 敬治

田北 雅彦

TEL. 045-759-2280
FAX. 045-759-2146

TEL. 045-759-2280
FAX. 045-759-2146

技師長

検査事業部
横浜検査部部長

細谷 昌厚
TEL. 045-791-3550
FAX. 045-791-3555

佐藤 雅保
TEL. 045-759-2280
FAX. 045-759-2146—

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