在新能源产业技术综合开发机构[会长古川一夫]（以下简称“NEDO”）的项目中，国立产业技术综合研究所[所长中钵良二]（以下简称“AIST”）分析测量标准研究部[研究部主任野中英彦]铃木良一，同一研究部X射线和正电子测量研究组首席研究员加藤秀俊，放射成像测量研究组高级研究员藤原健研究人员与国立大学法人静冈大学[校长伊藤幸宏]电子工程研究所青木彻教授一起开发了一种小型、轻量、高能、可安装在电池供电机器人上的无损 X 射线检查装置。
近年来，发展老化基础设施结构安全评估技术已成为紧迫的社会问题。使用X射线的非破坏性检查对于检查基础设施结构是有效的，但是为了使用机器人等进行有效的检查，需要小型、轻量且具有高穿透能力的X射线检查装置。
我们这次开发的设备是碳纳米结构
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使用所开发装置的实验示意图（左）、实验情况（中）、透过钢板的铅字X射线图像（右）
(右上)钢板5厘米厚，1次照射，(右下)钢板7厘米厚，18次照射 |
日本拥有大量的社会和工业基础设施，是在经济高速增长时期建成的，但需要对基础设施结构进行有效的检查，才能在半个多世纪的建设后继续安全有效地使用它们。
X射线无损成像技术是工厂、发电厂等基础设施结构的主要检查技术之一，因为它可以看到肉眼无法看到的基础设施结构内部的老化状态。然而，到目前为止，检查非常耗时，因为工人必须手动设置X射线设备并拍照。由于基础设施结构中存在大量的检查点，使用机器人的自动检查技术的发展正在取得进展。然而，检查现场的设备通常很难获得电源，因此希望引入体积小、重量轻、可以安装在电池供电的机器人上、并具有足够的X射线传输能力进行检查的无损X射线检查设备。
AIST 一直在研究使用碳纳米结构的 X 射线源，以及研究可处理高能 X 射线和伽马射线的探测技术、延长碳纳米结构 X 射线源的使用寿命、开发能够产生 150 keV X 射线的便携式 X 射线源，并开发使用它的无损检测系统。2009 年 3 月 19 日、2014 年 6 月 3 日 AIST 新闻稿）。静冈大学还一直致力于X射线、伽马射线等高能射线的高性能、高性能图像传感器的研究。
基于两家公司的碳纳米结构X射线源和X射线探测器技术，我们开发了一种X射线检测装置，可以对几厘米大小的钢铁材料进行X射线透射成像，并可以安装在电池供电的机器人上，旨在提高对作为主要工业基础设施之一的化工厂管道进行X射线无损检测的效率。这项研究和开发得到了NEDO项目“开发系统以解决基础设施维护、管理和更新等社会问题的项目（2014-2014财年）/开发用于基础设施维护和管理的机器人技术和无损检测设备/开发使用超小型X射线和中子传感器的用于基础设施维护和管理的无损检测设备”的支持。
连续输出X射线源和脉冲X射线源已经商品化，作为能够产生高能X射线的X射线源，可用于钢构件的无损检测，但连续输出X射线源较重并且需要100V或200V AC的交流电源，并且市售脉冲X射线源的寿命短，使得它们难以安装在机器人上。此外，虽然平板探测器在医疗用途中很受欢迎，但它们不适用于钢结构，因此在高能X射线照射下存在探测效率和分辨率较低、寿命较短等问题。因此，新开发的X射线无损检测系统由可产生200keV以上高能X射线的碳纳米结构X射线源和可处理高能X射线的平板探测器组成，且X射线源和探测器的总重量不到5千克（图1）。
X射线源采用目前已开发的长寿命碳纳米结构电子源。在X射线管内的碳纳米结构体与X射线发生靶之间施加200kV以上的电压，通过场致发射从碳纳米结构体向真空中发射的毫安级电子入射到靶上而产生X射线。该X射线源不需要传统X射线源所需的电子源加热器或灯丝，因此不需要备用电源，仅在产生X射线时才消耗电力。这次，我们新开发了可承受200 kV以上电压的紧凑型X射线管和高压驱动电路，创造了可以产生200 keV以上高能X射线的X射线源。
与高能 X 射线兼容的 X 射线探测器包含暴露于 X 射线时会发光的荧光材料2D 光电探测器光电转换 X 射线探测器并使用碲化镉半导体器件直接转换X射线探测器正在开发光电转换型X射线探测器，其目的是获得大范围的X射线透射图像，这次我们原型制作了检测面积为10平方厘米、像素间距为02毫米的二维光电探测器。通过使用高能X射线荧光粉并采用减少光电探测器漏电流的技术，我们提高了检测100 keV或更高能量X射线的灵敏度。此外，直接转换X射线探测器的探测面积为51厘米×46厘米，像素间距为01毫米，并采用1毫米厚的碲化镉元件，提高对100 keV以上高能X射线的灵敏度，实现高精度的图像测量。
新开发的X射线源和两种类型的X射线探测器的平均功耗均在40W以下，并且可由148V电池为正在开发的用于工厂管道检查的机器人供电（图2）。
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图1 新研制的X射线无损检测装置
（左起）X射线源、光转换型X射线探测器、直接转换型X射线探测器 |
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| 图2 安装在管道检测机器人上的X射线无损检测装置 |
为了确认新开发的由X射线源和X射线探测器组成的无损检测设备的性能，在X射线源和X射线探测器之间放置多块1厘米厚的钢板，并在钢板之间插入3毫米厚的铅字以捕获X射线透射图像（图3和图4）。当用 X 射线每次照射 5 cm 钢板 01 秒时，X 射线透过 5 cm 钢板，使用光电转换探测器和直接转换探测器获得铅字图像。此外，通过多次照射X射线，可以增加可成像透射厚度，光电转换探测器累计18次拍摄，获得透过7厘米厚钢板的透射图像。
通过使用开发的X射线检查装置，可以高精度地对工厂配管等厚金属部件进行减薄检查。
此外，该X射线无损检测装置体积小、重量轻、采用电池供电，因此可以安装在自动检测机器人等设备上，在基础设施结构检测现场进行高效检测，有望为实现安全放心的社会做出贡献。
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| 图3无损检测设备性能确认实验示意图 |
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图 4 使用所开发的设备拍摄的透过钢板的铅字 X 射线图像
（左）钢板5厘米厚，1次照射01秒，（右）钢板7厘米厚，18次照射 |
未来，我们将把开发的X射线无损检测装置安装在用于化工厂管道检测的电池供电机器人上，并进行测量管道壁减薄等自动检测的示范试验。我们还将考虑将其应用于其他基础设施结构的无损检测。