工業用放射線検査

工業用放射線検査は、電離放射線を使用して材料や部品を検査する非破壊検査の一種で、工学構造の故障につながる欠陥や材料特性の劣化を特定して定量化することを目的としています。製品の品質と信頼性を確保するために必要な科学技術において重要な役割を果たしています。オーストラリアでは、工業用放射線非破壊検査は、俗に「爆弾」で部品を「爆撃」すると言われています。

工業用放射線撮影では、 X線発生装置で生成されたX線、または密封された放射性核種源の自然放射能によって生成されたガンマ線を使用します。中性子も使用できます。試料を通過した後、光子は、銀塩フィルム、リン光体プレート、フラットパネル検出器、CdTe検出器などの検出器によって捕捉されます。検査は、静的2D（放射線撮影）、リアルタイム2D（透視）、または画像再構成後の3D（コンピューター断層撮影またはCT）で実行できます。また、ほぼリアルタイムで断層撮影を行うこともできます（4次元コンピューター断層撮影または4DCT）。蛍光X線（ XRF）、X線回折法（XRD ）などの特定の技術や、その他いくつかの技術により、工業用放射線撮影で使用できるツールの範囲が完成します。

検査技術は、ポータブルまたは固定式です。工業用放射線検査は、溶接、鋳造部品または複合部品の検査、食品検査および手荷物管理、選別およびリサイクル、EODおよびIED分析、航空機整備、弾道学、タービン検査、表面特性評価、コーティング厚さ測定、偽造薬物管理など に使用されます。

放射線撮影法は、電磁放射線の一種であるX線（後にその特性を初めて詳細に説明した人物にちなんでレントゲン線とも呼ばれる）の発見とともに1895年に始まりました。X線の発見から間もなく、放射能が発見されました。ラジウムなどの放射性物質を使用することで、通常のX線発生器よりもはるかに高い光子エネルギーを得ることができます。すぐにこれらは様々な用途に使用され、最も初期のユーザーの一つがラフバラー大学でした。^[1] X線とガンマ線は、電離放射線の危険性が発見される前の非常に早い時期に使用されていました。第二次世界大戦後、セシウム137、イリジウム192、コバルト60などの新しい同位体が工業用放射線撮影に使用できるようになり、ラジウムとラドンの使用は減少しました。

ガンマ線源^[2] 、最も一般的にはイリジウム192とコバルト60は、さまざまな材料の検査に使用されます。放射線検査の大部分は、配管、圧力容器、大容量貯蔵容器、パイプライン、および一部の構造溶接部の溶接部の検査と等級付けに関するものです。その他の検査対象材料には、コンクリート（鉄筋または導管の位置特定）、溶接試験片、機械加工部品、金属板、またはパイプ壁（腐食または機械的損傷による異常の位置特定）などがあります。航空宇宙産業で使用されるセラミックなどの非金属部品も定期的に検査されます。理論的には、産業用放射線技師は、あらゆる固体の平らな材料（壁、天井、床、正方形または長方形の容器）またはあらゆる中空の円筒形または球形の物体を放射線検査できます。

放射線ビームは、検査対象部分の中央に向けられ、その点の材料表面に対して垂直でなければなりません。ただし、既知の欠陥がビームの異なる配置によって最もよく明らかになる特殊な技術の場合は除きます。各照射における検査対象の溶接部の長さは、入射ビームの方向で測定された診断端の材料の厚さが、その点の実際の厚さを 6% 以上超えないような長さでなければなりません。検査対象の標本は、放射線源と検出装置 (通常は遮光ホルダーまたはカセット内のフィルム) の間に置かれ、放射線は、適切に記録されるのに必要な時間、部品を透過します。

その結果、フィルム上に部品の 2 次元投影が行われ、各領域に到達した放射線の量に応じてさまざまな密度の潜像が生成されます。これは、光によって生成される写真とは異なり、放射線写真として知られています。フィルムは累積的に反応するため (放射線を吸収するほど露出量が増える)、比較的弱い放射線でも、フィルムが現像後に見える画像を記録できるようになるまで露出時間を延長することで検出できます。放射線写真は、写真のようにポジとして印刷されるのではなく、ネガとして検査されます。これは、印刷すると細部の一部が常に失われ、有用な目的が果たされないためです。

放射線検査を始める前に、外部の欠陥の可能性を排除するために、必ず自分の目で部品を検査することをお勧めします。溶接部の表面があまりにも不規則な場合は、滑らかな仕上げにするために研磨することが望ましい場合がありますが、これは表面の不規則性（放射線写真で確認できます）によって内部の欠陥を検出するのが困難な場合に限られます。

この目視検査の後、オペレーターは溶接の両面へのアクセスの可能性を明確に把握できます。これは、機器のセットアップと最も適切な技術の選択の両方にとって重要です。

剥離や平面亀裂などの欠陥は、特に訓練されていない目にとっては、放射線検査では検出が困難です。

放射線検査の欠点を見過ごすことなく、放射線検査には超音波検査に比べて多くの重要な利点があります。特に、フィルムの寿命の間半永久的に記録される「画像」が生成されるため、欠陥をより正確に特定でき、より多くの解釈者がそれを判断できます。ほとんどの建設基準では、欠陥の種類とサイズに応じて、ある程度の欠陥の許容が許可されているため、これは非常に重要です。

訓練を受けた放射線技師は、目に見えるフィルム密度の微妙な変化によって、欠陥を正確に見つけられるだけでなく、その種類、サイズ、場所を特定することができます。この解釈は、他の人が物理的に確認して確認できるため、高価で不要な修理の必要性がなくなる可能性があります。

溶接検査を含む検査の目的のために、いくつかの露出配置が存在します。

まず、パノラマがあります。これは、4 つのシングルウォール露出/シングルウォールビュー (SWE/SWV) 配置の 1 つです。この露出は、放射線技師が球、円錐、または円筒 (タンク、容器、配管を含む) の中心に放射線源を配置することで作成されます。クライアントの要件に応じて、放射線技師は検査対象の表面の外側にフィルム カセットを配置します。この露出配置はほぼ理想的です。適切に配置および露出されると、露出されたすべてのフィルムのすべての部分がほぼ同じ密度になります。また、線源は壁の厚さ (WT) 全体を 1 回貫通するだけでよく、検査対象物の直径全体ではなく半径だけ移動すればよいため、他の配置よりも時間がかからないという利点もあります。パノラマの主な欠点は、対象物 (密閉されたパイプ) の中心に到達するのが非現実的である場合や、線源がこの配置で機能するには弱すぎる場合 (大型の容器またはタンク) があることです。

2 番目の SWE/SWV 配置は、線源を中央に置かずに、密閉された検査対象物の内部に線源を配置するものです。線源は対象物に直接接触することはありませんが、クライアントの要件に応じて離れた場所に配置されます。3 番目は、同様の特性を持つ外部配置です。4 番目は、金属板などの平らな対象物用で、線源が対象物に直接接触することなく、放射線撮影されます。いずれの場合も、放射線フィルムは、線源から検査対象物の反対側に配置されます。4 つのケースすべてにおいて、露出される壁は 1 つだけで、放射線写真に映るのは 1 つの壁だけです。

その他の露光配置のうち、接触ショットのみ、検査対象物上に線源が配置されます。このタイプの放射線写真は両方の壁を露光しますが、フィルムに最も近い壁の画像のみが解像されます。この露光配置では、線源がまず WT を 2 回貫通し、パイプまたは容器の外径全体を移動して反対側のフィルムに到達する必要があるため、パノラマよりも時間がかかります。これは、二重壁露光/単一壁ビューの DWE/SWV 配置です。もう 1 つは、重ね合わせ露光です (線源が対象物の片側に配置され、直接接触せず、フィルムが反対側にある場合)。この配置は通常、直径が非常に小さい配管または部品に使用されます。最後の DWE/SWV 露光配置は楕円形で、線源が検査対象物 (通常はパイプの溶接部) の平面からオフセットされ、線源から最も遠い溶接部の楕円形画像がフィルムに投影されます。

受託手荷物と機内持ち込み手荷物は、通常、X 線撮影装置を使用してX 線検査を受けます。詳細については、 空港のセキュリティを参照してください。

現在、米国およびその他の国では、複合輸送貨物コンテナのスキャンにガンマ線撮影法と高エネルギー X 線撮影法が使用されています。また、複合輸送貨物コンテナのスキャンに、二重エネルギー X 線撮影法やミューオン撮影法などの他の種類の撮影法を適用する研究も行われています。

アメリカ人アーティスト、キャスリーン・ギルジェは、アルテミジア・ジェンティレスキの『スザンナと長老たち』とギュスターヴ・クールベの『オウムを連れた女』の模写を描いた。彼女は以前、鉛白で似たような絵を描いたが、違いがあった。スザンナは長老たちの侵入と戦っている。^[3]描いた女性の向こうには裸のクールベがいる。^{[4]その後、彼女はオリジナルの絵を再現するために上に絵を描いた。ギルジェの絵画は、下絵が見えるレントゲン写真とともに展示され、}ペンティメント の研究を模倣し、巨匠たちの作品へのコメントを提供している。

工業用放射線撮影に使用される電離放射線源には多くの種類があります。

X線発生装置は、X線管の陰極と陽極の間に高電圧をかけて管のフィラメントを加熱し、電子放出を開始することでX線を発生させます。電子は結果として生じる電位で加速され、通常はタングステンで作られた陽極に衝突します。^[5]

この発生器から放出されるX線は、制御対象物に向けられる。X線は対象物を通過し、対象物の材質の減衰係数に従って吸収される。^[6]減衰係数は、材質内で起きる相互作用の断面積すべてから算出される。これらのエネルギーレベルでのX線との最も重要な非弾性相互作用は、光電効果、コンプトン散乱、対生成の3つである。^[7]対象物を通過した後、光子は銀塩フィルム、リン光体プレート、フラットパネル検出器などの検出器によって捕捉される。^[8]対象物が厚すぎる、密度が高すぎる、または有効原子番号が高すぎる場合は、線形加速器を使用することができる。線形加速器は、金属陽極での電子衝突によってX線を生成するのと同様の方法で動作するが、違いは、電子を加速するためにはるかに複雑な方法を使用することである。^[9]

放射性核種は工業用放射線検査でよく使用されます。放射性核種は機能するのに電力供給を必要としないという利点がありますが、それはまた、電源を切ることができないことも意味します。工業用放射線検査で使用される最も一般的な2つの放射性核種は、イリジウム192とコバルト60です。しかし、他の核種も一般産業で使用されています。^[10]

• Am-241 :後方散乱計、煙探知器、充填高さおよび灰分含有量検出器。
• Sr-90 : 最大3mmの厚い材料の厚さを測定。
• Kr-85 : 紙、プラスチックなどの薄い材料の厚さ測定。
• Cs-137 : 密度および充填高さレベルスイッチ。
• Ra-226 :灰分含有量
• Cf-255 : 灰分含有量
• Ir-192 : 工業用放射線写真
• Se-75 : 工業用放射線検査
• Yb-169 : 工業用放射線写真
• Co-60 : 密度および充填高さレベルスイッチ、工業用放射線検査

これらの同位体は、原子核で起こっている崩壊機構に応じて、個別のエネルギーセットで放射線を放出します。各エネルギーは、特定の崩壊相互作用の確率に応じて異なる強度を持ちます。コバルト60の最も顕著なエネルギーは1.33と1.17MeV、イリジウム192では0.31、0.47、0.60MeVです。^[11]放射線安全の観点から、これは取り扱いと管理をより困難にします。それらは常に遮蔽された容器に封入する必要があり、通常のライフサイクルを過ぎても放射能を帯びているため、所有するにはライセンスが必要になることが多く、通常は政府機関によって追跡されます。この場合、それらの廃棄は国の方針に従って行う必要があります。^{[12] [13] [14]}工業用放射線撮影で使用される放射性核種は、その高い比活性のために選択されます。この高い活性は、良好な放射線束を得るために少量のサンプルのみが必要であることを意味します。しかし、放射能が高いということは、偶発的な被曝の場合、被ばく線量も高くなることを意味することが多い。^[15]

放射線「カメラ」には、さまざまな設計が開発されてきました。「カメラ」は、光子を吸収して画像を記録する装置ではなく、産業用放射線撮影における「カメラ」は放射性光子源です。ほとんどの産業は、従来の写真技術がそうであったように、フィルムベースの放射線撮影からデジタルセンサーベースの放射線撮影へと移行しています。^[16] 材料の反対側から放出される放射線の量を検出して測定できるため、この放射線の量（または強度）の変化を利用して、材料の厚さや組成を判定します。

1 つの設計では、可動シャッターを使用して放射線源を露出させます。放射線源は遮蔽されたボックス内に配置され、ヒンジによって遮蔽の一部が開き、放射線源が露出されて光子が放射線撮影カメラから出ることができます。

シャッターの別の設計では、光源が金属製のホイールに配置され、カメラ内で回転して露光位置と保管位置の間を移動します。

シャッターベースのデバイスでは、強力なシールドを含むデバイス全体を露光場所に配置する必要があります。これは困難または不可能な場合があるため、ケーブル駆動のプロジェクターに大きく置き換えられています。

現代のプロジェクター設計では、ケーブル駆動機構を使用して、中空のガイド チューブに沿って光源を露光位置まで移動します。光源は、ブロックを貫通する S 字型のチューブのような穴があるシールド ブロックに格納されます。安全位置では、光源はブロックの中央にあります。光源は、ピグテールと呼ばれる柔軟な金属ケーブルに接続されています。光源を使用するには、ガイド チューブをデバイスの片側に接続し、駆動ケーブルをピグテールに接続します。手動制御を使用して、光源をシールドから押し出し、光源ガイド チューブに沿ってチューブの先端まで移動してフィルムを露光し、完全にシールドされた位置までクランクで戻します。

まれに、中性子を使った放射線撮影が行われることがあります。このタイプの放射線撮影は、中性子放射線撮影（NR、Nray、N-ray）または中性子イメージングと呼ばれます。中性子は鉛や鋼鉄を容易に通過しますが、プラスチック、水、油によって阻止されるため、中性子放射線撮影ではX線とは異なる画像が得られます。中性子源には、放射性（²⁴¹ Am/BeおよびCf）源、真空管内の電気的に駆動されるDT反応、従来の臨界原子炉などがあります。中性子束を増やすために中性子増幅器を使用できる場合があります。^[17]

放射線安全は工業用放射線検査において非常に重要な部分です。国際原子力機関は、作業員が被ばくする放射線量を減らすためのベストプラクティスを記載した報告書を発表しました。 ^{[18] [19]}また、放射性物質の取り扱いに関する認可と許可を担当する国の管轄当局のリストも提供しています。^[20]

遮蔽は、電離放射線の有害な性質からユーザーを保護するために使用できます。遮蔽に使用される材料の種類は、使用される放射線の種類によって異なります。国の放射線安全当局は通常、工業用放射線検査設備の設計、試運転、保守、検査を規制しています。^[21]

多くの場所で、産業放射線技師は、特定の種類の安全装置を使用し、2 人で作業することが、監督当局によって義務付けられています。場所によっては、産業放射線技師は許可証や免許証を取得したり、特別なトレーニングを受ける必要がある場合があります。テストを実施する前に、必ず付近のエリアから他の人を退避させ、作業員が誤って危険なレベルの放射線にさらされる可能性のあるエリアに入らないように対策を講じる必要があります。

安全装置には通常、放射線測定器 (ガイガー/ミューラー カウンタなど)、警報線量計または線量率計、ガス充填線量計、フィルム バッジまたは熱ルミネセンス線量計 (TLD) の 4 つの基本アイテムが含まれます。これらの各アイテムの機能を覚える最も簡単な方法は、自動車のゲージと比較することです。

サーベイメーターは、放射線が拾われる速度または率を測定するため、スピードメーターに例えることができます。適切に調整、使用、保守されていれば、放射線技師はメーターで現在の放射線の被ばく量を確認できます。通常、サーベイメーターはさまざまな強度に設定でき、放射線技師が放射線源に過度に被ばくするのを防ぐため、また放射線技師が放射線撮影中に被ばく源の周囲に維持する必要がある境界を確認するために使用されます。

警報線量計はタコメータに最も近いもので、放射線技師が「限界値」に達したとき、つまり過剰な放射線にさらされたときに警報を発します。適切に調整され、起動され、放射線技師が身に着けている場合、放射線量計が測定する放射線レベルがあらかじめ設定されたしきい値を超えると警報を発します。この装置は、放射線技師がうっかり被ばく源に近づかないようにするためのものです。

ガス充填線量計は、受けた放射線の総量を測定するという点でトリップメーターに似ていますが、リセットできます。この線量計は、放射線技師が自分の周期的な放射線の総量を測定できるように設計されています。適切に調整され、再充電され、放射線技師が身に着けていれば、最後に再充電してから装置がどれだけの放射線にさらされたかを放射線技師は一目で知ることができます。多くの州では、放射線技師は放射線への曝露を記録し、曝露レポートを作成することが義務付けられています。多くの国では、個人線量計が示す線量率が必ずしも正しく記録されるとは限らないため、放射線技師は個人線量計を使用する必要はありません。

フィルム バッジ (TLD) は、車の走行距離計に似ています。実際には、頑丈な容器に入った特殊な放射線フィルムです。これは、一定期間 (通常は 1 か月) にわたる放射線技師の総被曝量を測定するためのもので、特定の管轄区域で認定された放射線技師の総被曝量を監視するために規制当局によって使用されます。月末にフィルム バッジが返却され、処理されます。放射線技師の総被曝量のレポートが作成され、ファイルに保管されます。

これらの安全装置が適切に調整、保守、使用されてさえいれば、放射線技師が放射線の過剰被曝によって負傷することは事実上あり得ません。これらの装置を 1 つでも使用しないと、放射線技師と近くにいる人全員の安全が脅かされる可能性があります。サーベイ メーターがなければ、受ける放射線は線量率アラームのしきい値をわずかに下回る可能性があり、放射線技師が線量計を確認するまでに数時間かかり、低強度の過剰被曝を検出するフィルム バッジが現像されるまでに 1 か月以上かかることがあります。線量率アラームがなければ、ある放射線技師が他の放射線技師が被曝した線源にうっかり近づいてしまう可能性があります。線量計がなければ、放射線技師は過剰被曝や放射線火傷に気付かない可能性があり、目に見える負傷に至るまでに数週間かかることもあります。また、フィルムバッジがなければ、放射線技師は職業上受ける放射線への長期にわたる過剰被ばくの影響から身を守るために設計された重要なツールを奪われ、その結果、長期的な健康問題に悩まされる可能性があります。

放射線技師が、必要以上の放射線にさらされないようにする方法は 3 つあります。時間、距離、遮蔽です。人が放射線にさらされる時間が短ければ短いほど、被ばく量は少なくなります。人が放射性物質から遠ざかるほど、受ける放射線量は少なくなります。これは主に反比例の法則によるものです。最後に、放射性物質がより良く、またはより多く遮蔽されるほど、テストエリアから漏れる放射線量は少なくなります。最も一般的に使用されている遮蔽材料は、砂、鉛 (シートまたはショット)、鋼、使用済み (非放射性ウラン) タングステン、および適切な状況では水です。

産業用放射線撮影は、放射線専門職の中でも最も安全性が低い部類に入るようです。これは、原子力産業や病院の作業員と比べると、遠隔地で強力なガンマ線源 (> 2 Ci) を使用する作業員が多く、監督もほとんどいないためと考えられます。 ^[22]作業中に存在する放射線レベルが高いため、多くの放射線撮影技師は、他の作業員がほとんどいない深夜に作業する必要があります。これは、産業用放射線撮影のほとんどが、専用の照射ブースや照射室ではなく「屋外」で行われるためです。疲労、不注意、適切な訓練の欠如は、産業用放射線撮影事故の最も一般的な 3 つの要因です。国際原子力機関が指摘した「線源紛失」事故の多くは、放射線撮影装置に関係しています。線源紛失事故は、人命の損失につながる可能性があります。1 つのシナリオは、通行人が放射線源を見つけ、それが何であるかを知らずに家に持ち帰ることです。^[23]その人は、その後まもなく病気になり、放射線量の影響で死亡します。放射線源は家の中に残り、家族の他の人を放射線で覆い続けます。^[24]同様の出来事は1984年3月にモロッコのカサブランカで起こりました。これは、一連の関連した出来事によって一般の人々が放射線源にさらされた、 より有名なゴイアニアの事故と関連しています。

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• EN 462-3、非破壊検査 – 放射線画像の画質 – パート 3: 鉄金属の画質クラス
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• 産業用コンピュータ断層撮影
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• NIST の XAAMDI: 線量測定対象物質の X 線減衰および吸収データベース
• NIST の XCOM: 光子断面積データベース
• NIST の FAST: 減衰および散乱表
• 事件一覧
• 産業資源の安全性に関する国連情報