テラヘルツ波を用いた非破壊検査

テラヘルツ波とは
非破壊検査におけるテラヘルツ波の特長
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その他の検査手法

テラヘルツ波とは

テラヘルツ波は「電波」と「光」の間の周波数帯域、1 THz (テラヘルツ)前後の電磁波のことです。そのため、電波のような物質を透過する「透過性」と、光のようにまっすぐ進む「直進性」を兼ね備えています。また、その長い波長特性から、他の光では得られない情報を可視化したり、物質の違いや状態を識別・判別したりすることが可能です。現在はまだ実用化があまり進んでいないテラヘルツ波ですが、今後、非破壊検査を含めたさまざまな分野で役立つことが期待されています。

非破壊検査におけるテラヘルツ波の特長

さまざまな分野で活用が期待されるテラヘルツ波ですが、ここでは非破壊検査分野で注目されるテラヘルツ波の特長をご紹介します。

物質を透過する力

テラヘルツ波は、波長が長く散乱しにくいため、布、木材、紙、プラスチックや陶器などをある程度透過することが可能です。一方で、金属と水は、表面の自由電子により反射するため透過しません。

他のX線などの放射線と比較し極めてエネルギーが低いため、安全・安心な電磁波として、非破壊検査だけでなくセキュリティの分野でも応用が期待されています。

波長の長さによる散乱の違い

金属は透過しないテラヘルツ波

応用例

物質を透過する特長の応用として、郵便物の検査があげられます。封筒や紙の中の危険物を未開封で検知することができたり、万が一危険物が入っていた場合は、後述する物質を見分ける特性から、その種類の判別が可能となります。また、プラスチックの内部の観察にも応用できるため、包装された食品や医薬品などの内部も、対象物への影響を及ぼすことなく評価をすることが可能となります。

封筒の内容物を観察

・封筒など紙中の危険物を未開封で検知可能

・化学物質などの判別が可能

引用元：https://www.photonics.com/Articles/Room-Temperature-Terahertz-Quantum-Cascade-Lasers/a65811

プラスチックの内部を観察

・プラスチック内部の異物を検知可能

・包装された食品や医薬品などの内部も評価可能

化学物質を見分ける力

テラヘルツ波や赤外線などの光を化学物質に照射すると、特定の周波数で共鳴し電磁波のエネルギーが吸収されます。この特性は化学物質により異なるため、物質が何であるかを判別することが可能です。テラヘルツ波の波長の長さを利用し、分子と分子の間に働く相互作用をとらえることができるため、他の光では得られない情報を可視化したり、物質の違いや状態を識別・判別したりすることが可能だと期待されています。

テラヘルツ波による分光

応用例

この特性から、品質検査/受入検査 (原末スクリーニング)、製造工程検査 (転移モニタリング、化学反応)、研究開発 (溶質定量、結晶性)などへの応用が期待されています。例えば、医薬品において、薬の効き目に大きく影響する含有成分の結晶形の状態・変化のモニタリングが可能になります。また、食品・医薬品において、品質に大きく影響する発酵の進行によるタンパク質の変性を、製造過程で評価することが可能になります。

結晶 (テオフィリン無水物)の水和転移リアルタイムモニタリング

テオフィリン無水物の水和転移リアルタイムモニタリング