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摘要：日本产综研开发了一种能够有效诊断基础设施的X射线无损检测技术。不仅要实现X射线源的小型轻量化和开发创新型X射线检测器，还计划通过高水平的整体检测技术来推进基础设施诊断的高效化和自动化。

关键词：产综研、基础设施诊断、X射线无损检测、小型轻量化、整体检测

一种高精度低成本的X射线无损检测系统

——通过小型·轻量化和AI技术推进基础设施诊断的发展

前言

在日本，经济高速增长时期建设的社会基础设施正处于老化进程中。由于在目所不及之处的设施老化极有可能导致重大事故，因此，日本产综研开发了一种能够有效诊断基础设施的X射线无损检测技术。不仅要实现X射线源的小型轻量化和开发创新型X射线检测器，还计划通过高水平的整体检测技术来推进基础设施诊断的高效化和自动化。

目录

•如何有效检测正在快速老化的基础设施

•通过X射线源的大幅小型轻量化，实现机器人搭载

•可扩大基础设施检测范围的创新型背散射X射线检测技术

•旨在通过具有挑战性的跨学科领域研究实现社会应用

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如何有效检测正在快速老化的基础设施

从1955年左右到1970年左右，日本经历了经济快速增长时期，期间修建了许多高速公路、铁路、桥梁和水库等。很多当时集中修建的基础设施如今已经有半个多世纪的历史，老化基础设施的维护和管理成了一个重大的社会问题。

因此，基础设施诊断技术研究团队正在推动利用X射线、红外分光、物理探测、超声波探头和微波等多角度无损检测技术的开发。其中，致力于X射线无损检测技术研究的是加藤英俊和藤原健。

“因为在经济高速增长时期建设的基础设施数量庞大，所以不可能全部都进行检查。因此，人们希望实施一些效率比较高的检查，并且只在必要的部位进行换新和维护。使用X射线可以检测被混凝土覆盖的钢筋的劣化，以及由于腐蚀和磨损导致的管道变薄等。但是，传统的X射线源体积和重量都比较大，还需要布线供电，使用场所很受限制，而且检测成本昂贵，耗时也比较长。所以，解决这些课题就是我们的目标。”（加藤）

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通过X射线源的大幅小型轻量化，实现机器人搭载

近年来，产综研一直致力于研发用于基础设施诊断的X射线无损检测技术。2014年，加藤成功实现了X射线源的大幅小型轻量化。该X射线源使用产综研开发的碳纳米结构体X射线管，可以输出120kV的管电压，而且重量在2.5kg以下，尺寸约为CD盒大小，厚度不到70mm，设备寿命长，可使用USB电源或干电池供电。2016年，他还将管电压的输出性能提高到200kV以上。同时，藤原开发出可使用高能X射线源的高灵敏度X射线检测器。由此，可搭载在小型、轻量、高输出机器人上的X射线检测装置得以实现。

小型便携式X射线源

加藤因这项研究获得了2019年度文部科学大臣表彰。目前，他正在努力进一步提升X射线源的技术水平，并开发适用于各种基础设施检查的检测方法。

“许多基础设施建筑体量巨大，而厚度越大X射线越难穿透，因此需要进一步提高管电压和管电流。同时，同样重要的是要考虑如何实现X射线源的小型轻量化，以及如何简化装置机构，以便安装在机器人上也能轻松操作。”

在化工厂中，高温状态和含有危险物质的生成物会通过管道，因此管道等设备故障可能导致严重事故，由此需要使用机器人的检测技术。加藤等人开发的X射线检测装置可以自行检测这些配管，从而可以大幅降低成本和人力。

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可扩大基础设施检测范围的创新型背散射X射线检测技术

通常，X射线无损检测，是指利用X射线源和X射线探测器将检测对象夹在中间，从而检测其内部。然而，实际上却存在着许多“夹不住”的基础设施。例如，被木头或橡胶覆盖的铁道口轨道、被防火罩覆盖的隧道和架在河上的大型桥梁等。为了解决这一课题，藤原正致力于开发一种“免夹”的X射线无损检测技术。

“这项技术被称为背散射X射线检测——把X射线像手电筒打光一样照向检测物，再用超高灵敏度X射线传感器来检测X射线如何从检测物反射回来。利用液晶电视的投影原理（通过控制串在格子上的控制线的时序发出电信号，点亮纵横交点处的像素来显示文字和图像），开发出超高灵敏度X射线传感器，会读取并成像少量反射X射线的位置和强度。目前，全日本约33000个铁道口轨道亟需维修，因此我们开发了一种可放置在铁轨上的车载式背散射X射线检测装置。此外，我们还在开发融合AI技术的图像判断装置。即使是在人眼看来模模糊糊的粗糙图像，也可以使用AI进行高精度判断。”

藤原计划将这项技术应用到隧道检查中。隧道检查的难点在于速度。目前，测量一个10厘米的正方形大约需要2秒，这对于漫长的隧道来说耗时太久了。理想的情况是只需将装置放在检测车上，在行驶中就可以进行检测。藤原正在挑战如何大幅提升检测速度的课题。

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旨在通过具有挑战性的跨学科领域研究实现社会应用

基础设施诊断技术研究团队由无损检测、传感器、IT、材料开发、结构设计和物性评价等多个领域的专家组成。

“产综研将基础设施诊断技术作为全研究所的课题，所以，大家很容易和其他研究领域建立起合作。尤其是可以与一线AI研究人员进行合作是一个很大的优势。此外，由于需要新材料来提高传感器的灵敏度，因此我们也正在与材料开发研究人员开展新的合作。我们期待，通过如此具有挑战性的研究开发，可以吸引企业的关注，有更多机会进行共同研究和实证试验。”

加藤谈到其对该技术社会应用的展望：“在对新技术进行社会应用时，有必要让实际进行检查的企业来决定是否引进该技术。但是，立即改变企业的检测方法是很困难的，因此由像产综研这样的研究所来制作样机并进行实际测试的意义重大。”

社会基础设施的损坏可能导致重大事故并产生巨大的社会影响。通过研发可防止此类问题的基础设施诊断技术，产综研致力于支持安全、安心的社会基础。

翻译：李释云

审校：刘翔

李涵

通稿：李涵

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