Особенность применения радиационного интроскопа

Рентгеновские системы визуализации являются наиболее универсальным инструментом для анализа внутренней структуры объектов в укрывающих средах. Рентгеновские интроскопы используются для контроля почтовых отправлений, багажа, транспортных средств и человека. Целью контроля является обнаружение взрывчатых веществ и взрывных устройств, оружия и боеприпасов, радиоактивных материалов и наркотиков, технических средств регистрации и передачи информации.

Современные рентгеновские интроскопы, как правило, позволяют группировать визуализируемые объекты по эффективному атомному номеру (Zэфф.). В результате материалы с низким Zэфф. (органика) отображаются на снимках оранжевым цветом, материалы с высоким Zэфф. (металлы) — синим, промежуточные вещества — зеленым цветом. Технология цветового разделения по Zэфф. реализуется, например, в отечественных интроскопах серии «Надзор» и «Рентген 120 90 Z».

В последнее время все большее распространение получают пластические и эластичные взрывчатые вещества с низким Zэфф.. В результате актуальным становится селективное детектирование органических веществ с атомными номерами 7, 8 и 9. Технология селективного детектирования реализована в интроскопах типа DRS BAGVISION производства компании «Адани».

Большинство существующих и вновь разрабатываемых интроскопов строится по классической схеме, включающей излучатель, сцинтилляционный экран, зеркало, видеокамеру на ПЗС — матрице и персональный компьютер с сервисным программным обеспечением. Однако необходимость решения все усложняющихся задач радиационного контроля, развитие современных информационных технологий и появление новых детекторов способствуют созданию радиационных интроскопов, реализующих методики элементного анализа запрещенных веществ в укрывающих средах.

В условиях физической лаборатории задача восстановления элементного состава материалов традиционно решается методами рентгенофлюоресцентного анализа. Исследуемый материал облучается рентгеновским излучением, возникающее вследствие этого флуоресцентное излучение регистрируется системой детектирования и далее проводится обработка полученных спектров. Данный метод отличается высокой чувствительностью (пределом обнаружения). Однако есть ряд ограничений: флуоресценция определяемого элемента поглощается в объеме пробы и в результате полезный сигнал ослабляется; в пробе возбуждается вторичное излучение, накладывающееся на полезный сигнал и увеличивающее его. Таким образом, при высокой селективности метода для количественного определения содержания отдельных элементов требуется предварительная подготовка пробы и тщательная калибровка системы.

При радиационном контроле реализовать схему с возбуждением флуоресцентного излучения невозможно, поскольку нельзя однозначно идентифицировать источник флуоресценции в объеме объекта контроля.

Одним из путей решения проблемы элементного анализа запрещенных веществ в укрывающих средах может стать развитие рентгеновских методов анализа, основанных на явлении абсорбции излучения. Рентгенооптическая схема метода предполагает генерацию тормозного излучения, прохождение излучения сквозь исследуемый объект контроля и последующую регистрацию сигнала рентгеновским детектором. В результате прохождения излучения сквозь объект происходит трансформация его спектрального состава, обусловленная процессами фотоэлектрического поглощения и Комптоновского рассеяния.

Согласно закону ослабления, интенсивность излучения на выходе объекта контроля определяется массовым коэффициентом ослабления, являющимся функцией энергии квантов и определенным для каждого химического элемента. Исследуя характер изменения спектра, можно попытаться восстановить элементный состав включений, визуализирующихся на проекционных рентгеновских изображениях. Возможны два варианта построения аналитической системы: с применением спектрометрического рентгеновского детектора или рентгеновского детектора, работающего в счетном режиме.

Исходя из общих принципов построения рентгеновизуальных систем и известных методов элементного анализа, нами была предложена структурно-функциональная схема радиационного интроскопа, включающая модуль источника излучения, модуль управления и обработки (персональный компьютер) и два модуля регистрации излучения: модуль визуализации и плотностного анализа и модуль элементного анализа (рисунок 1).

Рисунок 1 — Структурно-функциональная схема макета радиационного интроскопа.

Модуль источника излучения содержит рентгеновский излучатель типа РЕИС с источником питания и пультом управления.

Модуль визуализации и плотностного анализа включает: рентгенопрозрачный столик для размещения объекта контроля (ОК); манипулятор для позиционирования ОК; радиовизиограф с USB — интерфейсом. рентгеновский взрывчатый радиационный интроскоп В состав модуля элементного анализа входят следующие функциональные блоки и устройства: свинцовый коллиматор; устройство позиционирования рентгеновского детектора; интерфейсный блок для трансляции сигналов в персональный компьютер по Ethernet интерфейсу; блок питания.

Модуль элементного анализа выполняется в виде точечного или микрополоскового детектора, размещаемого непосредственно под областью скрытого включения в плоскости теневого рентгеновского изображения.

Задача плотностной и элементной идентификации подозрительных включений сводится к визуализации внутренней структуры ОК.

Предлагается следующий алгоритм работы радиационного интроскопа:

• — формируется теневое рентгеновское изображение ОК;
• — теневое изображение визуализируется с помощью радиовизиографа;
• — осуществляется плотностной визуальный анализ и по интроскопическому изображению выявляется область подозрительного включения;
• — ОК позиционируется с помощью манипулятора относительно модуля элементного анализа. Область включения размещается непосредственно над модулем элементного анализа;
• — осуществляется обработка сигналов детектора и оценивается элементный состав подозрительного включения.

Экспериментальный макет радиационного интроскопа, собранный согласно описанной структурно-функциональной схеме и частично реализующий указанный алгоритм работы, представлен на рисунке 2. Расшифровка позиционных обозначений дается в таблице 1.

Рисунок 2 — Комплекс экспериментального оборудования, входящего в состав макета радиационного интроскопа.

Таблица 1 — Состав макета радиационного интроскопа.

Макет интроскопа используется студентами специальности проектирование и технология радиоэлектронных средств физического факультета ОГУ при выполнении лабораторных работ по курсу «Рентгеновские системы» и при подготовке выпускных квалификационных работ.

• 1. Ковалев А. В. Поисковые технические средства на основе методов интроскопии. (Часть 3). // Специальная Техника.- № 1, 2000 г.
• 2. Ковалев А. В. Поисковые технические средства на основе методов интроскопии. Рентгеновские системы. (Часть 1). // Специальная Техника. — № 5, 1999 г.
• 3. Ковалев А. В. Поисковые технические средства на основе методов интроскопии. Рентгеновские системы. (Часть 2). // Специальная Техника.- № 6, 1999 г.
• 4. Илющенко Р. Р., Кузьмин Ю. В. Портативный цифровой интроскоп «ДЕЛЬТА-ПЦИ» // Специальная техника.- № 2, 2008 г.
• 5. Горбачев Ю.П., Королев Н. В., Петренко Е. С., Ионов В.В. Новые возможности поиска взрывчатых веществ и взрывоопасных предметов с помощью портативных детекторов на открытой местности, объектах транспорта и транспортной инфраструктуры // Специальная техника.- № 4, 2007 г.
• 6. Шелков В. А. Противодействие почтовому терроризму// Специальная техника.- № 5, 2004 г.
• 7. Петренко Е. С. Средства поиска взрывоопасных предметов по косвенным признакам // Специальная техника.- № 2, 2002 г.