管電圧と管電流

管電圧（kV）は、X線管のカソードとアノードの間に加えられる電位差です。この電位差によって電子がアノード方向へ加速され、電子が得られる最大運動エネルギーが決まります。そのため、X線スペクトルの最大光子エネルギーは管電圧と直接関係します。

管電流（mA）は、カソードからアノードへ移動する電子の流れを表します。同じ管電圧、ターゲット、フィルタリング条件では、管電流が増えると単位時間あたりにターゲットへ到達する電子数が増え、それに伴って発生するX線量も増加します。

kVがX線エネルギーと透過に与える影響

管電圧を高くすると、加速電子が得られる最大エネルギーが増えるため、X線スペクトルの最大光子エネルギーも高くなります。理想的には、管電圧が100 kVの場合、生成可能なX線の最大光子エネルギーは100 keVに相当します。実際のX線ビームは単一エネルギーではなく連続的な制動放射スペクトルで構成され、ターゲット材料と管電圧条件によっては特性X線ピークも現れます。

kVが高くなると、一般に平均光子エネルギーとX線出力も増加し、ビームの透過能力が高くなります。ただし、高いkVが常により良い検査画像を意味するわけではありません。検査対象と異物の減弱差が小さくなる条件では画像コントラストが低下する可能性があるため、必要な透過力とコントラストを併せて検討する必要があります。

mAがX線量に与える影響

管電圧、ターゲット、フィルタリング条件が同一の場合、管電流を高くするとX線出力は一般に管電流にほぼ比例して増加します。つまりmAは主に、単位時間あたりに生成される光子数とディテクタに到達する信号量に影響します。

一定のkVでmAを高くしても、X線の最大光子エネルギーが高くなるわけではありません。より多くの光子を確保することは、光子統計が支配的な条件では相対的な統計ノイズを低減し、SNRの改善に役立つ場合があります。一方で、ディテクタの許容範囲を超えると飽和が生じる可能性があり、X線管の熱負荷も増加します。

産業用検査でkVとmAを設定する方法

産業用X線検査では、まず製品の材質と厚さを十分に透過できるX線エネルギー条件を設定し、その後ディテクタが安定した信号を取得できるようX線量を調整する方法が一般的です。ただし、最適な設定はX線源のフィルタリングと照射ジオメトリ、検査対象、ディテクタの感度とダイナミックレンジなど複数の要素によって変わります。

コンベアを用いるラインディテクタシステムでは、積分時間が1ラインで取得できるX線信号量に直接影響します。また、コンベア速度とラインレートは移動方向のサンプリング間隔と必要な取得時間を決めるため、併せて検討する必要があります。同じ空間サンプリングを維持したままコンベア速度を上げると、より高いラインレートが必要となり、1ラインあたりに確保できる信号量が減少する場合があります。したがって、kVとmAは独立した数値だけで判断せず、ラインレート、積分時間、コンベア速度と併せて検討することが重要です。最終的な設定は、実際の検査対象と異物を用いた測定結果に基づいて決定するのが適切です。