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企業の技術・ノウハウ

卓上型放射光装置"みらくる"による高エネルギーX線非破壊分析法

資料

卓上型放射光装置"みらくる"による高エネルギーX線非破壊分析法

組織名 株式会社光子発生技術研究所
技術分野 ものづくり、ナノテクノロジー
概要 立命館大学発の研究開発型ベンチャー企業です。X線管の利点と大型放射光施設の利点を兼ね備えた卓上型放射光装置"みらくる"によるX線非破壊分析法を確立しました。1)高エネルギーのX線を発生可能(高精細、高速、高透過の計測)。2)超小型であり、ラボへの設置が可能。3)大きな被写体も測定可能。が主な利点です。CT撮影、X線回折も可能です。NEDO産業技術実用化開発助成事業の成果です。本装置の販売、及び、受託解析サービスをご提案いたします。
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【簡略図】
みらくる簡略図.jpg【背景】
 X線分析装置は、材料の内部の傷等の探索(非破壊検査)、医療分野でのX線CT検査、結晶構造解析(X線回折)など、様々な分野で利用されています。X線分析には、市販のX線分析装置(※X線管を使用)を利用するケース、大型放射光施設を利用するケースと、大きく2種類に分かれています。

 本テーマでは、第3の手法として、X線管と大型放射光施設の特徴を兼ね備えた、新しい分析装置"みらくる"をご提案いたします。

1)今までの診断用X線検査装置で見えなかったものが見えるようになる。
2)大型放射光設備でしか見えなかったものが研究室内で見えるようになる。
あるいは、工場の生産ラインの検査用途などで設置できる。

などのX線の新しい利用法を生み出します。

【技術内容】
"みらくる"には、大きく3つの利点があります。

1)高エネルギーのX線を発生可能(高精細、高速、高透過の計測)。
2)小型であり卓上設置可能。
3)大型の対象物に対して測定可能。

上記を達成するため、以下の原理で、電子の持つエネルギーを高め、X線エネルギーに変換し、放出しています。

1)電子銃から電子を発生します。
2)電子をマイクロトロンにより加速し、エネルギーを高めます。
  規定のエネルギーに達したのち、シンクロトロンに入射します。
3)シンクロトロンでは、電子を電子軌道上に設置したターゲットにぶつけながら、
  磁場によって円形軌道を何度も周回させます。従って電子を効率よくX線に転換します。
4)設置するターゲットが10ミクロンと微小なために、微小焦点のX線を発生します。
5)数MeVの高エネルギーX線を発生するため、エンジンなどの非破壊検査が可能です。
みらくる_構成図.JPG※"みらくる"の構成図
みらくる_微小ターゲット.JPG※シンクロトロン内の運動。電子ビームを微小ターゲットに衝突させながら、透過した電子をさらに周回させてX線に転換します。装置サイズは、1m×0.5m×0.5m。

【技術・ノウハウの強み(新規性、優位性、有用性)】
 "みらくる"の強みは以下のとおりです。
みらくる比較表.jpg1)X線のエネルギー量が高いため、高精細、高速、高透過のX線分析が可能です。
 -解像度が高いため、微小部分(4μm程度など)も鮮明に撮影可能です。
  用途によっては、サブミクロンの空間分解能も可能です。
 -高速で測定可能なため、検査タクトが問われる用途に向いています。
 -透過力が高いため、厚い部材に対して適用可能です。
  ※低エネルギーのX線(軟X線など)も発生可能です。
 -大型放射光設備で行われていた高度X線分析を可能にします。

2)サイズが小型のため、卓上に設置可能です。また、運搬も可能です。

3)光が広がるため、大型の構造部材(橋梁、自動車、プラント、人体など)にも適用可能です。

4)自動運転システムを搭載しており、ビームのON/OFFも特別な技術は必要ありません。
  メンテナンスも数時間で終わるため、1年中快適にご利用いただけます。
みらくる_応用.JPG【連携企業のイメージ】
 本技術は様々な用途で活用できますが、例えば、以下のニーズに対応可能です。

1)大型放射光施設と同等の高度X線分析を、研究所内で行う、
  あるいはより手軽に行うことを希望する、企業・大学・研究所。
2)工場の生産ラインの検査用途にて導入を希望する企業。
3)大型放射光設備では困難な大型対象物の高度分析を希望する企業・大学・研究所。
4)建設現場でのコンクリート腐食検査など、現場に運搬してX線分析を希望する企業。

【技術・ノウハウの活用シーン(イメージ)】
 非破壊検査、CT撮像、高度X線分析に活用可能です。撮影画像の具体例は、「簡略図」をご参考ください。

1)X線非破壊検査用途
 -腐食配管の非破壊検査、食品中の異物検査 など。
2)X線CT撮像
 -コンクリート亀裂のCT撮影、タービンブレードのCT撮影 など。
  ※例として、X線管では、コンクリートの測定可能厚みは30cm程度が限界ですが、
   "みらくる"では100cmを測定可能です。
3)高度X線分析
 -蛍光X線分析、粉末X線分析、XAFS、X線回折(XRD)、X線小角散乱
  ※"みらくる"では、大型放射光設備と同様に、高感度の測定が可能です。
    蛍光X線分析を例に挙げると、X線管では原子番号が40までの元素が限界ですが、
    "みらくる"では重金属も計測可能です。
  ※内部応力測定の測定も可能です。
    X線管では表面から浅い箇所のみ測定可能ですが、
    "みらくる"では表面から深い箇所も高速で測定可能です。

【技術・ノウハウの活用の流れ】
 本装置の販売の他、受託解析にも対応させていただきます。測定を希望するサンプルなどあれば、測定可能かを検討させていただきますので、お気軽にお問い合わせください。

【専門用語】
(X線分析装置)
 一般のX線分析装置では、X線管を使用しており、発生するX線エネルギーが低いために用途は限定されますが、検査用途や医療用途、分析用途など、汎用的に利用されています。

(大型放射光施設)
 Spring-8が有名です。高エネルギーのX線を発生できるため、高度な材料分析などに利用されています。

(みらくるの原理)
 X線管、大型放射光施設との原理の違いは以下のとおりです。
みらくる原理図2.jpg※本書では、X線に限定して記載していますが、微小ターゲットを変えることにより、極端紫外線(EUV)、テラヘルツ光など、他の波長も発生可能です。

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