WWW.LIB.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные матриалы
 


«Одними из основных средств радиационной интроскопии являются сканирующие системы, в основе которых заложен принцип цифровой радиографии, заключающийся в прямом ...»

КОВАЛЕВ Алексей Васильевич, доктор технических наук, член-корреспондент АЭН РФ

ПОИСКОВЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА НА ОСНОВЕ

МЕТОДОВ ИНТРОСКОПИИ

РЕНТГЕНОВСКИЕ СИСТЕМЫ. ЧАСТЬ III

(Окончание. Начало № 5, 1999)

Одними из основных средств радиационной интроскопии являются сканирующие системы, в основе которых заложен принцип цифровой радиографии, заключающийся в прямом преобразовании распределения радиационного поля в цифровой вид с помощью детекторов ионизирующего излучения.

Известны два основных метода, реализующих процедуру получения изображения внутренней структуры объекта контроля путем его последовательного сканирования тонким «бегущим» или «веерным» лучом и регистрации прошедшего излучения высокоэффективным протяженным детектором. Такой протяженный детектор может быть монолитным кристаллом, газоразрядной пропорциональной камерой, многоэлементной полупроводниковой или комбинированной системой.

Идея использования техники «бегущего» луча для формирования радиационного изображения осуществляется путем формирования и направления на объект контроля пучка рентгеновского излучения механическим коллиматором, представляющим собой, как правило, совокупность узких щелей, одна из которых неподвижна относительно излучателя, а другие расположены на вращающемся диске. Регистрируется излучение протяженным сцинтилляционным детектором на основе NaJ (TC) или CsJ (Tl). Для получения изображения объект контроля перемещается относительно системы излучатель-детектор. В ряде случаев перемещается система детектирования относительно объекта. На этом принципе построены одни из первых, широко применяемых систем контроля серии MICRODOSE.

При реализации режима «веерного» луча коллимируется излучатель и детектор, который представляет собой протяженную матрицу, состоящую из отдельных детектирующих модулей. В этом случае в качестве детектирующих элементов применяют устройства типа сцинтилляторфотоприемник, полупроводниковый детектор или линейку газонаполненных пропорциональных детекторов. Весьма перспективным представляется использование полупроводниковых детекторов, например, на основе CdTe. Количество и геометрические размеры элементов протяженного многоэлементного детектора определяются требуемой величиной пространственного разрешения, конвертируемой энергий, габаритными размерами объекта контроля.

Преимущество протяженных многоэлементных детекторов заключено в высокоэффективной регистрации излучения, что приводит к значительному снижению радиационного воздействия на объект контроля. Так, использование детекторов, эффективность которых превышает 30%, не менее чем на два порядка снижает дозу облучения по сравнению с контролем на основе флуороскопического метода с использованием экрана. Кроме того, типичное значение количества градаций светотеневого изображения, полученного с помощью экрана, составляет 30-60, а количество градаций уровней серого светотеневого изображения, полученного с помощью протяженного детектора, лежит в пределах от 100 до 1000, а иногда и более.

Предел разрешения сканирующих систем составляет 1-2 пар лин.мм-1, а чувствительность обеспечивает формирование изображения в телевизионном стандарте при мощности дозы в плоскости детектора (2-10)•10-9 А•кг-1.

Чувствительность сканирующей аппаратуры за счет относительно малого вклада рассеянного излучения при формировании радиационного изображения контролируемого объекта и практически полного поглощения энергии излучения детектирующей системой значительно превосходит аналогичные характеристики традиционных средств радиационного контроля.

Однако следует отметить, что стремление к получению приемлемой производительности контроля при последовательном сканировании «бегущим» лучом, как правило, требует уменьшения времени единичного измерения, а это влечет за собой снижение чувствительности контроля. С целью увеличения времени единичного измерения при сохранении заданной производительности используют сканирование не «бегущим», а «веерным» лучом, что дает увеличение времени накопления в десятки и даже сотни раз при незначительном увеличении вклада рассеянного излучения.

С учетом принципа построения и функционирования сканирующих систем, очевидно, что они наиболее эффективны при контроле больших рабочих полей при относительно небольшом ослаблении излучения контролируемым объектом. Отсюда следует, что область применения сканирующих систем может охватывать контроль почтовых отправлений (посылки, бандероли), багажа, ручной клади в аэропортах, таможнях и различных КПП. При использовании в качестве излучателя высокоэнергетических изотопных источников или линейных ускорителей сканирующие системы могут решать задачу контроля крупногабаритных объектов типа контейнеров (железнодорожных, морских и т.п.), транспортных средств (автомобили, автобусы и т.п.). Кроме того, сканирующие системы достаточно эффективно используются для негласного поиска на человеке оружия и других предметов.

К сожалению, отечественные разработки рентгеновских сканирующих систем, предназначенные для контроля ручной клади, багажа и небольших упаковок, не доведены до современного уровня и значительно уступают импортным по совокупности параметров. Однако разработка специальных сканирующих систем, предназначенных для контроля транспортных средств (легковые автомобили) и крупногабаритных грузов, а также негласного контроля человека, были весьма успешны.

Созданные системы работали на ряде объектов, а полученные результаты и разработанные технологии могут в настоящее время быть положены в основу современных отечественных систем такого класса.

Следует отметить, что аналогичные аппаратурные средства выпускаются рядом зарубежных фирм и представляют собой достаточно эффективный и безопасный, но весьма дорогой инструмент контроля.

Сканирующие системы контроля, исходя из решаемой задачи, отличаются размерами элементарной детектирующей ячейки и соответственно размерами блока детектирования, величиной энергии зондирующего излучения, а также особенностями конструкции, обусловленными способом формирования изображения.

Для применяемых в протяженных многоэлементных детекторах в качестве отдельных элементов:

детекторов на основе NaI(Tl) с фотоэлектронными умножителями (ФЭУ);

пластмассовых сцинтилляторов с ФЭУ;

сцинтилляционых кристаллов с кремниевыми фотодиодами;

полупроводниковых детекторов (ППД);

газонаполненных пропорциональных детекторов главным требованием выдвигается условие максимальной эффективности.

При этом в объем исследований, выполняемых при проектировании, входит определение оптимальных характеристик излучателя и преобразователя зондирующего излучения, разработка способа формирования радиационно-оптического изображения объекта контроля, построение электроизмерительного тракта и блока первичной обработки. Алгоритм работы системы должен, как правило, предусматривать использование ЭВМ, обеспечивающей управление узлами и системой в целом, непосредственное формирование и обработку полученных изображений, калибровку, запись и хранение результатов контроля.

Один из вариантов структурно-функциональной схемы системы контроля транспортных средств и крупногабаритных грузов представлен на рис 1.

Рис. 1. Структурно-функциональная схема системы контроля транспортных средств и крупногабаритных грузов.

Аппаратурная реализация представленной схемы предусматривает размещение рентгеновского аппарата с первичным коллиматором (1), формирующим плоский веерный луч толщиной до 20 мм, на высоте не менее 2,0 м над поверхностью земли. Линейка детекторов с коллиматором и блоком предварительной обработки информации (3) располагается непосредственно под рентгеновским аппаратом в специальной траншее таким образом, чтобы верхняя часть коллиматора была на одном уровне с поверхностью земли. Включение рентгеновского аппарата и начало сканирования осуществляется автоматически с помощью устройства слежения (4), которое одновременно обеспечивает измерение скорости движения объекта контроля (3), что является необходимым условием для формирования радиационно-оптического изображения. Управление функциональными блоками (5-8), сбор информации, формирование, обработка и хранение результатов контроля осуществляется с помощью компьютера (9). Операторы, электронные блоки и модули системы располагаются в отдельном помещении.

Для обеспечения высоких и стабильных характеристик системы предусматривается периодическая калибровка, обеспечивающая запись функции отклика каждого элемента блока детектирования в память ЭВМ и значительно снижающая влияние на параметры системы таких факторов, как временная и температурная нестабильность. Рабочие характеристики системы позволяют контролировать объекты, высота, ширина и длина которых не превышает 1,9х2,3х7,0 м с производительностью до 40 объектов в час.

Главным требованием, предъявляемым к такой аппаратуре, является высокая степень вероятности распознавания (идентификации) дефекта.

Поскольку процесс поиска случаен, то величина вероятности идентификации объекта поиска на экране ВКУ имеет вид:

PP = 1 exp[t • ln(1 P0 ) / ] где Р0 – вероятность обнаружения дефекта, находящегося на достаточно зашумленной светотеневой картине, - время фиксации взгляда оператора на элемент картины, t – время нахождения дефекта на экране ВКУ, обусловленное скоростью перемещения объекта контроля.

Величина Р0 является функцией контраста, размеров дефекта, квалификации оператора и определяется как:

P0 = 1 exp( 0 k P 0 • t ) здесь 0 – угловой размер дефекта, а 0 – коэффициент, зависящий от квалификации оператора и угловых размеров поля поиска. Причем величина 0 не изменяет вида зависимости вероятности обнаружения, а лишь осуществляет соответствующий сдвиг.

В качестве примера на рис 2 и 3 приведены характеристики реальной системы, в полной мере обеспечивающей решение задачи контроля легковых автомобилей при скорости движения до 30 км/час. При этом время контроля одного объекта составляло не более 10 сек, а суммарная радиационная доза за контроль не превышала 1 мР.

чувствительность, % Дефектоскопическая

–  –  –

Рис. 3. Вероятность распознавания формы дефектов:

1 – квадрат со стороной d, 2 – диск диаметром d и треугольник со стороной d.

Способ построения аппаратуры контроля человека (АКЧ) основан на методе сканирования, и его реализация практически аналогична описанной выше процедуре при существенном усилении таких требований, как минимизация радиационной нагрузки на объект контроля, высокое разрешение и минимальное время контроля. Основные параметры аппаратуры определяются на основе поиска компромисса между характеристиками зондирующего излучения, требуемой величиной пространственного разрешения и минимальным временем контроля, необходимыми для обнаружения на теле человека оружия и других предметов, скрытых под одеждой.

Для расчетов и экспериментов в качестве объекта контроля целесообразно рассматривать водноэквивалентную среду, а объекту поиска ставить в соответствие стальную пластину различной толщины и размеров.

С достаточной степенью точности величина радиационного контраста для рентгеновских сканирующих систем в общем виде может быть представлена как:

K p = 1 exp( µ B µ g )l1 Здесь µB и µg - линейные коэффициенты ослабления рентгеновских квантов в водно-эквивалентной среде и в материале включения (в нашем случае Fe).

Учитывая, что для уверенного обнаружения заданного контраста рентгенооптического изображения необходимо выполнение условия N 0 S 1 2 2 K p где S - площадь элементарного детектора в многоэлементной системе, - эффективность детектора, - время накопления информации при формировании строки (столбца) изображения, N0 плотность потока энергии в плоскости детекторов в отсутствии объекта контроля, - коэффициент ослабления излучения объектом контроля, а - пик-фактор шума, величина которого для практических расчетов выбирается в пределах 3-5.

В случае = 3, а = 1, что можно предположить для сканирующих систем с многоэлементным детектором, получаем:

–  –  –

Путем несложных преобразований получаем зависимость, определяющую связь между чувствительностью контроля и плотностью потока энергии зондирующего излучения

–  –  –

Полупроводниковые детекторы в многоэлементных системах детектирования работают в токовом режиме как твердотельные камеры. Обладая высокой эффективностью при небольших толщинах CdTe-детекторы не требуют тщательного отбора, строгой ориентации и могут эффективно использоваться при построении многоэлементных систем. В отличие от них Si(Li) ППД имеют невысокую эффективность, при этом глубина компенсированной области не превышает 1 см и для достижения удовлетворительных значений эффективности детектирующие элементы целесообразно располагать таким образом, чтобы компенсированные слои располагались вдоль оси излучения.

При построении аппаратурных средств контроля человека решающим фактором в пользу выбора конкретного типа элементарных преобразователей является компромисс между стоимостью и уровнем основных характеристик разрабатываемой системы.

Классический способ формирования радиационно-оптических изображений в сканирующих системах основан на осуществлении развертки за счет движения объекта контроля. Такой способ для АКЧ не всегда приемлем, поскольку возникает ряд неопределенностей, исключающих получение качественного результата.

В разрабатываемых системах АКЧ реализован способ формирования изображения за счет синхронного движения системы детектирования и источника излучения. Важным требованием в этом случае является необходимость фиксации объекта контроля на время формирования изображения.

Эта процедура может осуществляться методически на время 2-4 сек, что вполне достаточно для проведения сканирования.

На рис 4 приведены два варианта построения АКЧ, отличающиеся способом формирования радиационно-оптического изображения.

Рис. 4. Варианты построения АКЧ.

В варианте вертикального сканирования система детектирования перемещается синхронно с источником излучения, а в случае горизонтального перемещения линейки детекторов источник излучения осуществляет синхронный поворот. В обоих случаях для формирования изображения вполне достаточно перемещения детектора на расстояние не более одного метра.

На фото 1 представлен результат контроля фантома человека с помощью действующей АКЧ, реализованной в варианте горизонтального перемещения системы детектирования. Установка имеет систему детектирования на основе Si (Li) ПЛД в количестве 256 элементов. Общая длина детектора – 1 м. В качестве источника излучения использован рентгеновский аппарат, работающий в двуполупериодном режиме при напряжении 150 кВ и среднем токе 5 мА. Расстояние между источником и детектором составляет порядка 2,5 м. Время сканирования не превышает двух секунд, при этом эквивалентная доза за контроль составляет не более 0,8 мР. Вероятность обнаружения оружия с помощью такой системы составляла величину не менее 0,9 при практически любом его расположении на теле (грудь и тазобедренная область показаны на фото 1) и произвольной ориентации объекта контроля относительно системы источник – детектор.

а) б)

–  –  –

Фото 1. Радиационно-оптическое изображение фантома человека со скрытыми под одеждой оружием и боеприпасами:

а и в – первичная картина; б и г – после предварительной обработки.

Следует отметить, что АКЧ относится к особому классу систем контроля. Несмотря на низкую и практически безопасную радиационную нагрузку на объект контроля, учитывая психологический фактор, ее использование целесообразно только в случаях, когда исключена возможность решения поисковой задачи другими методами.

Серийный выпуск отечественных систем контроля человека не освоен. Если говорить о зарубежной аппаратуре, то следует отметить такие комплексы как SCANGUARD и CONPASS Х 1280, предлагаемые для использования во всех местах, где необходимо соблюдение жестких мер безопасности. Такими местами могут быть, например, аэропорты, таможни, банки, посольства, крупные спортивные сооружения, военные и режимные объекты, тюрьмы и т.п. Для того чтобы убедиться в практически абсолютной безопасности аппаратуры, достаточно сравнить суммарную радиационную дозу, получаемую объектом за одну процедуру контроля, не превышающую 0,25 мР с величиной мощности дозы фонового излучения, равной 0,02-0,04 мР/час, дозовой нагрузкой на пассажира авиалайнера при перелете из Лондона в Нью-Йорк, составляющей 15 мР и величиной радиационного воздействия при радиографии грудной клетки, лежащей в пределах 50-100 мР. Даже при ежедневном контроле суммарная доза, получаемая объектом за год, не превысит 100 мР, что соответствует одному посещению рентгеновского кабинета или трем перелетам из Лондона в Нью-Йорк и обратно.

Учитывая высокую эффективность контроля и низкий уровень радиационных нагрузок на объект, АКЧ может широко использоваться для решения антитеррористических и поисковых задач.

В предыдущих статьях достаточно кратко изложена история развития метода радиационной интроскопии, сделана попытка выделить основные этапы и на отечественных разработках продемонстрировать эволюцию методов и средств радиационного контроля, являющегося универсальным и наиболее применяемым, отличающимся удобством анализа внутренней структуры объекта контроля, представляемой в виде реального визуально воспринимаемого изображения.

В настоящей работе не рассматривается достаточно эффективный метод радиационной компьютерной томографии, хотя известны разработки специальных поисковых средств, в том числе и отечественных, на основе названного метода. Это направление представляет собой сплошную и самостоятельную проблему, требующую отдельного анализа, не предусмотренного планом и содержанием настоящей статьи.

Небезынтересно было бы рассмотреть современное состояние и уровень разработок поисковых радиационных технических средств, основанных на получении изображения внутренней структуры объекта контроля путем регистрации рассеянного объектом рентгеновского и гамма-излучения (комптоновское рассеяние).

В настоящее время в этом направлении получены достаточно весомые результаты, а разработки таких фирм, как AS&E и RAPISCAN уже сегодня эффективно применяется для решения поисковых задач, непосильных классическим системам радиационного контроля. Однако полагаю, будет целесообразно и полезно посвятить этой проблеме отдельную работу, что, надеюсь, будет сделано

Похожие работы:

«ISSN 2071-2243 ВЕСТНИК ВОРОНЕЖСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО АГРАРНОГО УНИВЕРСИТЕТА VESTNIK OF VORONEZH STATE AGRICULTURAL UNIVERSITY Теоретический и научно-практический журнал Выпуск 1 (20) Воронеж ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР – доктор сельскохозяйственных наук, профессор...»

«СЛО В О М О ЛО ДЫ М УЧ ЕН Ы М УДК 005.591.6:316 Э.И. Абукаева ПРЕДПОСЫЛКИ И ИМПЕРАТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ УПРАВЛЕНИЯ СОЦИАЛЬНОЙ СФЕРОЙ Абукаева аспирант кафедры "Экономика", Эмиля Донской государственный технический университет (344010, Россия, Ибавовна г. Ростов-на-Дону, пл....»

«Министерство образования Российской Федерации Волгоградский государственный технический университет Межкафедральная лаборатория информационных технологий ХТФ Кафедра химии и технологии переработки элас...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный архит...»

«БЮЛЛЕТЕНЬ НАУКИ И ПРАКТИКИ — BULLETIN OF SCIENCE AND PRACTICE научный журнал (scientific journal) №10 (октябрь) 2016 г. http://www.bulletennauki.com ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ / CHEMICAL SCIENCES _ УДК 628.349.08 КОМПЛЕКСНАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ НИТРАТОВ COMPLEX DENITRIFICATION OF WASTE WATER ©Гавриленко А...»

«ИНВЕСТИЦИОННЫЙ МЕМОРАНДУМ Облигации ООО "Украинская горно-металлургическая компания" серии A со свободным обращением в бездокументарной форме номинальной стоимостью 1000 (одна тысяча) гривен в количестве 100 000 (сто тысяч) штук, с...»

«ГОСТ 26367.2—93 (МЭК 509—88) МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ АККУМУЛЯТОРЫ НИКЕЛЬ-КАДМИЕВЫЕ ГЕРМЕТИЧНЫЕ ДИСКОВЫЕ ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ Издание официальное Е о I а МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ Минск ГОСТ 26367.2—93 Предисловие 1 РАЗРАБОТАН Госстанда...»

«  ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО   ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ     НАЦИОНАЛЬНЫЙ ГОСТ Р   СТАНДАРТ 56114 РОССИЙСКОЙ   ФЕДЕРАЦИИ       Интегрированная логистическая поддержка экспортируемой продукции военного назначения ТРЕБОВАНИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ АНАЛИЗА ЛОГИСТИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКИ ЭК...»








 
2017 www.lib.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные матриалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.