ミニフォーカスシステムの不鮮明さは、特に 450 kV において、達成できる性能の真の限界ではないでしょうか？

「見ればわかるさ」（W. レントゲン 1896年）

2021年春、待望の 450 kV MesoFocus 管が Yxlon に導入され、画像上のぼやけ、あるいはモヤのようなものが解消されました。信頼性の高い 450 kV MesoFocus を搭載したコンピュータ断層撮影（CT）システムにより、従来は通常はるかに低いエネルギーのマイクロフォーカスシステムでしか得られなかった詳細レベルで、最大 35 µm の解像度が可能になりました。

このブログでは、非常に説得力のある実験室での結果に関する第一歩の知見をご紹介し、密閉型 450 kV 線源の将来の可能性についてのアイデアをお伝えします。

MesoFocus

X線技術において、「中央」を意味するギリシャ語の接頭辞である「Meso」は、焦点サイズがミニフォーカスとマイクロフォーカスの中間に位置する放射線源を表します。50 µm 以下の焦点サイズを持つ MesoFocus 線源は、従来はマイクロフォーカス管しか使用できなかったアプリケーションをサポートします。

Comet X-Ray の MesoFocus 技術は、2021年に大きな注目を集めました。225 kV バリアントは、高解像度と高安定性が求められる多数のアプリケーションを非常に高い信頼性でサポートし、アットラインおよびインラインの NDT においてメンテナンスフリーを実現します。

MesoFocus X線管の特長：

• ピンポイントの高解像度 
• 簡単な操作、「オン/オフ」のパラメータ設定のみ 
• 迅速な稼働準備 
• 極めて高い信頼性と稼働率 
• 最小限のメンテナンス

225 kV で終わりでしょうか？

重金属や高密度な厚みを持つ対象物の場合は、より高電圧なクラス（320、450、または600 kV）への切り替えが必要です。しかし、密閉型管球において、高解像度でありながら信頼性が高く、シンプルでメンテナンスの手間がかからないという条件を同時に満たすソリューションはこれまで存在しませんでした。 [1]

長年にわたり、航空宇宙や積層造形（アディティブマニュファクチャリング）をはじめとする多くの産業では、研究室から製造現場に至るまで、DRおよびCTアプリケーションに向けた高解像度かつ堅牢な450 kVソリューションが求められてきました。高い解像度やディテールの識別性に加え、速やかな立ち上がり、高電圧安定性、メンテナンスフリー、優れた操作性、そして特別な管球ノウハウを必要としない運用など、常にさまざまな要求が存在しています。

450 kV MesoFocusの登場により、そのソリューションはもはや絵に描いた餅や手の届かないものではなく、当社の研究室ですでに稼働しています。225 kV MesoFocusと同様に、YxlonはDRおよびCTにおける新しい450 kV管球を詳細に評価し、他のソリューションと比較するための最初の拠点となりました。225 kVとは異なり、現在の450 kV MesoFocusは3つではなく5つの焦点（1W/µm時：450、350、250、100、60 µm（またはW））を備えています。

第1の例

450 kV HP11ミニフォーカスX線源の焦点サイズは約400 µmです。解像度、効率、データ量のバランスに優れた150 µmピクセルサイズの大型検出器を使用すると、空間分解能は約100〜120 µm、または4.5〜5 lp/mmとなります。CTシステムでこの解像度を得るために、約2倍の拡大率が選択されます。そのため、重金属で構成された、あるいは重金属に囲まれた小型の対象物は、わずかなディテールしか画像化されません。

特定のアプリケーションに絞るのではなく、まずは微細構造を持つ分かりやすい対象物を取り上げ、450 kVにおいても解像度が現在からどのように進化するのかを示したいと思います。

視界が遮られたスイスの精密機械

スイスの技術革新にならい、最初の例として精密なスイス製腕時計を選びました。14K（585）ゴールド製のケースとブレスレットによってCT検査の難易度が大幅に上がるため、マルチマテリアルCTには450 kVが良い選択肢となります。

今日、450-HP11の小さな焦点を選択した場合、粗い腕時計の機械部品の一部しか確認できません。ディテールが不足しているため、機械的な機能、相互作用、または個々の要素間のつながりを認識することは困難、あるいは不可能です。

図2：裏面を開けた腕時計

時計を開けた状態では、図3のミニフォーカスCTよりもはるかに高解像度で腕時計の機構を問題なく確認できます。時計のケースと機構は、さまざまな素材が組み合わさってできています。

この腕時計は、ミニフォーカス管球を使用したCTスキャンでは、私たちが肉眼で見慣れているような解像度が得られないことを示す完璧な例です。例えば、板バネはリング状としてかろうじて認識できる程度であり、この層や他の層では、歯車同士が重なり合って見えてしまいます（図3の左側）。

450 kVの領域において、状況は変化しつつあります。60 µmの焦点により、密閉型管球を使用してこのような機構や小さな金のんだ付けの気孔をCTスキャンすることは、もはや不可能なことではありません（図4の右側）。

この例では、ボケが大幅に軽減され、材料表面がシャープに浮き彫りになっています。ほんの一例を挙げるだけでも、板バネと同様に微小なネジの山も鮮明に確認できます。また、CT画像のシャープネスが向上したことにより、ディテールが他の層に偽像（ゴーストアーティファクト）として誤って再構成される可能性も低減されます。

[1] 450 kVなどの高電圧クラスでは、ディテクタは2D領域においてより優れた解像度を提供できます。ここでは、100 µm（D10デュプレックスワイヤIQI）を上回る要件を満たすことができました。

次回のブログでは、同じスキャンにおける良品のはんだ接合部のボイド（内部空洞）を取り上げ、フォーカススポットの選択によってディテール検出能がどのように変化するのかを観察します。

このシリーズの後半では、厚さ100 mmのディスク状の銅製ワークピースを用いたアディティブマニュファクチャリング（積層造形）の例を取り上げ、内部の粗さを解析する能力について紹介します。