Радиометрический досмотр что это
Разделы сайта
ГМАРЬ 1 Антон Дмитриевич
ЛЕБЕДЕВ 1 Михаил Борисович, кандидат технических наук
ОСАДЧИЙ 1 Сергей Александрович
УСАЧЕВ 1 Евгений Юрьевич, кандидат технических наук, доцент
ЧАХЛОВ 2 Сергей Владимирович, кандидат физико-математических наук
1 – МГТУ МИРЭА, Москва;
2 – ТПУ ИНК, Томск.
Досмотровые комплексы аппаратуры для контроля крупногабаритных автотранспортных средств и грузов
В рамках ОКР впервые досмотровые средства для. крупногабаритного автотранспорта и грузов разработаны, в виде аппаратно-программных комплексов, включающих разную по физическим принципам досмотровую аппаратуру. Это позволило реализовать в таких комплексах алгоритмы принятия решения об обнаружении опасных или запрещенных для перевозки на транспорте предметов по совокупности различных по природе характерных признаков.
Досмотр крупногабаритного автотранспорта и грузов до недавнего времени проводился только таможенными органами при их поступлении из-за рубежа. При решении задачи обеспечения безопасности населения на транспорте меняются цели и требования к проведению досмотра, а, следовательно, и требования к используемой досмотровой технике.
Организация досмотровых мероприятий и досмотровая техника по своим техническим характеристикам должны обеспечивать максимальный уровень выполнения задачи по выявлению опасных и запрещенных предметов и веществ.
В настоящее время для контроля автотранспортных средств и грузов широко используется досмотровая радиометрическая аппаратура (ДРА) на основе просвечивания досматриваемого объекта высокоэнергетическим рентгеновским излучением. Результатом этого просвечивания является получение теневого рентгеновского изображения, которое выводится на экран монитора.
Современные методы цифровой обработки получаемых изображений позволяют в некоторых случаях, например при таможенном досмотре, эффективно решать задачи выявления и распознавания предметов и веществ. Однако для решения задач обеспечения безопасности населения на транспорте только рентгеновское зондирование не позволяет надежно выявлять диверсионно-террористические средства или наркотики.
В целях повышения эффективности досмотра был предложен подход, предполагающий:
Именно такой подход был положен в основу проектирования и разработки новых досмотровых комплексных систем для досмотра крупногабаритного автотранспорта и грузов. В разработанных комплексах широко использован отечественный и международный опыт применения радиометрического метода в сочетании с мно-гоуровневостью процесса досмотра и комплексным использованием аппаратуры на основе различных физических принципов.
Были разработаны три специальных аппаратно-программных комплекса:
ДРК «Шток-ТрГРММ» состоит из ряда досмотровых технических средств, функционально связанных в две системы:
По конструктивным особенностям, режиму эксплуатации и степени радиационной опасности ДРА ДРК «Шток-ТрГРММ» относится в соответствии с СанПиН 2.6.1.2369-08 к инспекционно-досмотровому ускорительному комплексу второго типа с неподвижным объектом контроля и движущимся источником ионизирующего излучения (рис. 2). ДРА ДРК «Шток-ТрГРММ» размещается в специальном строении, конструкция которого обеспечивает радиационную защиту окружающей среды и других систем комплекса при ее работе.
Рис. 1. Функциональная схема ДРА
Рис. 2. Внешний вид досмотровой радиометрической аппаратуры «Шток-ТрГРММ»
Досмотровый комплекс «Шток-ТрРН» состоит из двух функционально и программно связанных систем на различных физических принципах:
Эти системы обеспечивают выполнение задачи контроля автотранспортных средств и крупногабаритных грузов в соответствии с многоуровневым алгоритмом.
Рис. 3. Рентгеновские изображения
досматриваемого автомобиля в двух ракурсах
Рис. 4. Радиометрическая аппаратура с
неподвижным порталом ДКТС «Шток-ТрРН»
Рис. 5. Аппаратура зондирования быстрыми «мечеными»
нейтронами ДКТС «Шток-ТрРН»
По результатам радиометрического контроля в режиме дуальных энергий при выявлении мест, подозрительных на присутствие ВВ или других опасных или запрещенных к провозу веществ, производится дополнительное обследование объекта путем зондирования этих мест быстрыми нейтронами. Вычисленные ДРА координаты подозрительных мест, подлежащих зондированию, передаются в аппаратуру зондирования быстрыми нейтронами. Идентификация веществ осуществляется по получаемым спектрам неупругого рассеяния быстрых «меченых» нейтронов.
ДРА ДКТС «Шток-ТрРН» соответствует требованиям СанПиН 2.6.1.236908 к инспекционно-досмотровому ускорительному комплексу первого типа с перемещающимся объектом контроля и неподвижным источником ионизирующего излучения. Радиационная защита обеспечивается собственной биологической защитой и выделением соответствующих зон безопасности.
Аппаратура зондирования нейтронами имеет санитарное заключение по радиационной безопасности НИИ радиационной гигиены им. профессора П.В. Рамзаева, г. Санкт-Петербург. Радиационная защита обеспечивается в основном выделением соответствующих зон безопасности.
Мобильная досмотровая аппаратура «Шток-МНК»
Мобильная досмотровая аппаратура «Шток-МНК» также является аппаратно-программной системой из нескольких технических средств на основе различных физических принципов. Комплекс «Шток-МНК» производит досмотр крупногабаритных грузов и автотранспортных средств с использованием аппаратуры радиометрического, спектрометрического и дозиметрического контроля, а также аппаратуры зондирования быстрыми нейтронами.
Рис. 6. Геометрия просвечивания ДРА ДКТС «Шток ТрРН»
В его состав входят следующие виды досмотровой аппаратуры:
Алгоритм досмотра заключается в последовательном обследовании досматриваемого объекта досмотровыми системами в порядке по приведенному выше списку. Необходимость каждого последующего шага определяется результатами, полученными на всех предыдущих шагах Радиационная защита при работе «Шток-МНК» обеспечивается в основном выделением соответствующих зон безопасности.
Пример получаемых на «Шток-МНК» рентгеновских изображений досматриваемого автотранспорта приведен на рис 9.
Рис. 7. МДКТС «Шток-МНК» в транспортном положении
Рис. 8. МДКТС «Шток-МНК» в рабочем положении
Рис. 9. Рентгеновское изображение досмотренного на
радиометрической системе МДКТС «Шток-МНК» автотранспорта
Выводы
1. Впервые разработка комплексных систем для досмотра крупногабаритных автотранспортных средств выполнена на основе современного подхода, предусматривающего:
2. Для выполнения задач по обеспечению безопасности населения на транспорте созданы комплексы аппаратуры для проведения досмотра крупногабаритного автотранспорта и грузов на основе всего известного модельного ряда ДРА:
3. МДКТС «Шток-МНК» прошла в качестве технического средства обеспечения безопасности населения на транспорте опытную эксплуатацию на одном из объектов олимпийского Сочи и показала хорошую надежность, высокие эксплуатационные и досмотровые характеристики
Организация по транспортной безопасности 100% досмотра автотранспорта и грузов на автомагистралях с помощью радиометрических инспекционно-досмотровых комплексов.
Досмотр с применением радиометрических ИДК автотранспорта и грузов на автомагистралях в целях обеспечения безопасности населения на транспорте является в настоящее время актуальной задачей. Однако используемые при таможенном досмотре ИДК имеют производительность, которая не может обеспечить поточный досмотр автотранспорта и грузов на автомагистралях. Производительность досмотра может быть увеличена, если досматривать автотранспорт, управляемый водителем, при движении через неподвижный портал ИДК. Такой режим досмотра допускается в соответствии с
СанПиН 2.6.1.3488-17.
На основе опубликованных данных статистических исследований потоков грузовых контейнеров показано, что для ИДК по досмотру автотранспортных средств и грузов достаточна проникающая способность равная 300 мм по эквивалентной толщине стали, которую обеспечивают ИДК на базе бетатронов. Цена этих ИДК и стоимость владения ими значительно ниже, чем у ИДК с линейными ускорителями электронов.
Досмотровые мероприятия в отношении различных грузовых автотранспортных средств и перевозимых грузов в рамках обеспечения безопасности населения на транспорте проводятся в целях своевременного обнаружения опасных и запрещенных к провозу веществ и предметов. В качестве основных досмотровых технических средств для проведения досмотра рассматриваются радиометрические инспекционно-досмотровые комплексы (ИДК), которые используются в настоящее время при таможенном контроле перевозимых грузов.
Эти ИДК представляют собой не дешевые аппаратно-программные комплексы и имеют производительность 6-10 автомобилей в час [1].
Для организации поточного контроля грузового автомобильного транспорта на оживленных автомобильных магистралях применяемые ИДК должны иметь производительность достаточную для того, чтобы не создавать помех для движения.
Пропускная способность дорог на одну полосу рассчитывается по ОДМ 218.2.020-2012 «Методические рекомендации по оценке пропускной способности автомобильных дорог». Для грузового автотранспорта, предназначенного для перевозки грузов максимальной массой свыше 12 т, она составляет 35 автомобилей в час. Для грузового автотранспорта, предназначенного для перевозки грузов максимальной массой до 12 т, этот параметр равен 75 автомобилей в час. Таким образом, только по грузовому автотранспорту с грузом свыше 12 т загрузка ИДК может составлять 70 автомобилей в час по двум разрешенным полосам.
По действующим в настоящее время СанПиН 2.6.1.3488-17 «Гигиенические требования по обеспечению радиационной безопасности при обращении с лучевыми досмотровыми установками» для контроля грузового автотранспорта могут применяться ИДК двух типов: 1-го типа с неподвижным источником излучения и 2-го типа с перемещающимся источником излучения.
В настоящее время в основном используются ИДК 2-го типа с линейным ускорителем электронов (ЛУЭ) в качестве источника излучения. Их максимальная производительность оценивается в 25 автомашин в час, а практически, как уже отмечалось, не превышает 10 автомобилей в час [1].
Таким образом, каждый пункт досмотра должен быть оборудован, исходя из максимальной его загрузки, тремя ИДК 2-го типа. Исходя из публикуемых конкурсных цен на стационарные ИДК (560 млн. рублей) и мобильные ИДК (170 млн. рублей) с ЛУЭ, оборудование каждого досмотрового пункта будет обходиться от 510 млн рублей до 1680 млн рублей.
ИДК 1-го типа имеют гораздо более высокую производительность: до 100 автомобилей в час. В России они до настоящего времени не используются. Причиной такого положения является то, что до ввода СанПиН 2.6.1.3488-17 сканировать управляемый водителем автомобиль вместе с кабиной не разрешалось.
Кроме необходимой производительности ИДК должен отвечать определенным требованиям по таким дефектоскопическим характеристикам, как проникающая способность и чувствительность. Проникающая способность ИДК определяет максимальную объемную плотность объекта, который может быть досмотрен данным ИДК. Этот параметр задается в виде эквивалентной толщины стали, которая может быть просвечена ИДК.
Для оценки достаточной для досмотра автотранспорта проникающей способности ИДК воспользуемся результатами исследований потоков 20 и 40 футовых грузовых контейнеров, которые были проведены в США [2].
Рис.1 Статистика распределения грузовых контейнеров по средней объемной плотности: красная кривая-распределение контейнеров по объемной плотности, черная кривая-их интегральное распределение.
Таким образом, ИДК с проникающей способностью по эквивалентной толщине стали порядка 300 мм обеспечат эффективный досмотр 100% автотранспорта и грузов.
Проникающую способность по эквивалентной толщине стали в 300 мм и более обеспечивают ИДК с бетатроном в качестве источника излучения. По цене ИДК с бетатроном в два с половиной раза дешевле ИДК с ЛУЭ. Стоимость владения ИДК с бетатроном также значительно ниже, чем ИДК с ЛУЭ.
Сравнительные расчеты, основанные на результатах эксплуатации МИДК «Шток-МНК», показывают экономию по дизельному топливу более, чем двукратную. При этом МИДК «Шток-МНК» в отличие от ИДК с ЛУЭ может работать от стационарной электросети, не потребляя топливо.
Комплектующие ЛУЭ, подлежащие периодической замене, также не сопоставимы по стоимости с периодически заменяемыми комплектующими бетатрона: клистрон ЛУЭ стоит около 5 млн. рублей, а ускорительная камера с инжектором бетатрона-240 тыс. рублей. При этом ремонт бетатронов, как показала практика, может осуществляться прямо на досмотровой площадке.
На основании изложенного следует:
— в системах транспортной безопасности целесообразно применять ИДК 1-го типа, которые допущены СанПиН 2.6.1.3488-17 для досмотра автотранспортных средств, включая кабины, и имеют производительность до 100 автомобилей в час;
— ИДК 1-го типа с бетатроном в качестве источника излучения отвечают требованиям по производительности, обеспечивают необходимую проникающую способность 300 мм по эквивалентной толщине стали и эффективность досмотра, имеют низкую цену и стоимость владения;
Литература:
1. Ю.В. Малышенко, Г.А. Штанов. Оценка загрузки инспекционно-досмотровых комплексов. Вестник российской таможенной академии, № 3, 2014.
2. UCRL-TR-225708. Analysis of Recent Manifests for Goods Imported Through US Ports, Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Livermore, CA, Technical Report.
Авторы:
Усачев Евгений Юрьевич, к.т.н., директор ИНПЦ «СНК» РТУ МИРЭА.
Штейн Михаил Михайлович, к.т.н., лауреат премии Правительства РФ в области науки и техники, директор ООО «Фотон»
Досмотровый радиометрический комплекс для контроля легковых автомобилей и грузов
Доставка
Условия гарантии
Гарантийный срок 24 мес.
Вместе с Досмотровый радиометрический комплекс для контроля легковых автомобилей и грузов покупают
Описание рентгеновского комплекса
Покупая Досмотровый радиометрический комплекс для контроля легковых автомобилей и грузов в нашем интернет-магазине, вы можете рассчитывать на бесплатную доставку по Москве.
Размеры контролируемых объектов (ДхШхВ), мм:
до 10 автомобилей в час;
одно- или двухэнергетический рентгеновский излучатель с анодным напряжением 200 кВ;
Тип детектора излучения:
П-образный многоэлементный детектор;
черно-белое (65000 градаций серого) или цветное;
Размер элемента детектора (поперечное сечение), мм:
2% вплоть до толщины, эквивалентной 30 мм стали;
Питание системы сканирования:
от генератора или от сети трехфазного переменного тока: 220 В/50 Гц;
Общая потребляемая мощность, не более, кВт:
Производитель оставляет за собой право изменять характеристики товара, его внешний вид и комплектность без предварительного уведомления продавца.
Просьба уточнять комплектацию и характеристики товара у менеджера перед покупкой.
Производитель оставляет за собой право изменять характеристики товара, его внешний вид и комплектность без предварительного уведомления продавца.
Просьба уточнять комплектацию и характеристики товара у менеджера перед покупкой.
Чем нас досматривают?
В связи с повсеместным введением досмотровых систем, многие задаются таким вопросом. В этом посте автор хочет начать цикл статей о разнообразных системах досмотра, о применяемых принципах обнаружения опасных объектов и конструкции аппаратуры досмотра вплоть до «железа».
Для начала рассмотрим рентгеновские инспекционные системы
Чаще всего в рентгеновских инспекционных системах, или по памяти о телевизионных системах, типа «Поиск», — РТУ (рентгенотелевизионная установка) применяется рентгеновская трубка. Да, та самая которую придумал Кондрад Рентген и чаще всего без охлаждаемого вращением анода.
Схема получения изображения, изначально была проста – путем проекции на люминесцирующую под рентгеновскими лучами пластину.
История развития досмотровых систем для просвечивания багажа.
Расскажем историю развития рентгеновских досмотровых систем.
Для начала несколько поясняющих рисунков.
Базовая геометрия рентген излучения при флюорографии
На этом изображении видно как поток рентгеновских лучей проецируется на флуоресцентный экран. Изначально ренгено-инспекционные системы не во многом отличались от техники для флюорографии. Принцип действия был прост.
Рентгеновское излучение от источника проходит через контролируемый (просвечиваемый), предмет, преобразуется на специальном флуоресцентном экране в световой рельеф, соответствующий рентгеновскому изображению объекта (т.н. «теневое изображение») и через защитное стекло визуально воспринимается оператором.
Флюороскопия с прямым отображением:
Позже, для защиты от излучения додумались закрывать излучение в освинцованном ящике, наблюдая полученное изображение, через зеркала и оптические системы с возможностью увеличения.
Усиление изображения с ТВ камерой
Дальнейшее развитие шло по пути усиления получаемого изображения, при помощи фотоэлектронных усилителей и преобразования в телевизионный сигнал, просматриваемый на мониторе.
Но вскоре пришла «цифровая революция», коренным образом изменившая принципы сканирования.
Современные рентгеновские инспекционные установки, чаще используют другие принципы, уменьшившие побочное изучение и сильно улучшившие:
Качество изображения улучшилось благодаря применению высокочувствительных полупроводниковых детекторов (фотодиодов), с нанесенным на них слоем люминесцентного вещества (обычно йодид цезия) а, также цифровой обработке на компьютере.
Рентгеновский луч проецируется в виде полосы, точно на линейку детекторов, мимо которых перемещается сканируемый объект (багаж), по транспортерной ленте. Окна тоннеля, в котором происходит сканирование, закрыто на входе и выходе освинцованными шторками. Это делается для защиты от рассеянного излучения.
Далее полученный сигнал считывается и преобразуется аналого-цифровым преобразователем — АЦП, выравнивается и передается в компьютер для обработки и сложения » последовательных срезов» объекта в единое изображение.
Схема щелевой коллимации
Микродозовое цифровое рентгеновское сканирование
Преимущества Г-образной матрицы детекторов.
Современные рентгено-инспекционные комплексы различают материалы используя эффект Комптона и определяют две энергии рентгеновских лучей – высокую и низкую.
В 1923г. А. Комптон, исследуя рассеяние рентгеновских лучей (фотонов большой энергии) различными веществами (в основном легкими: графитом, парафином и др.), содержащими свободные или слабо связанные электроны, обнаружил, что в рассеянных лучах, наряду с излучением первоначальной длины волны l содержатся также лучи с длиной волны l¢ большей l (l¢>l). Причем разность Dl=l¢-l оказалась независящей от l и от природы рассеивающего вещества, а целиком определялась углом рассеяния. Экспериментально была установлена следующая закономерность:
где q — угол, образуемый направлением рассеянного излучения с направлением первичного пучка; l0 – постоянная для всех веществ величина, равная l0=0,0242 =2,42×10-12м.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ: рассеяние электромагнитного излучения на свободных или слабо связанных электрона, при котором отдельный фотон в результате упругого соударения с электроном передает ему часть своего импульса (часть энергии), называется эффектом или явлением Комптона.
Простым языком, происходит следующее:
При соударении кванта рентгеновского излучения, происходит передача энергии электрону. Возбужденный электрон сбрасывает полученную от кванта энергию в виде фотона рентгеновского излучения, более низкой энергии.
Важно понимать:
При рассеянии излучения веществами с малыми атомными номерами практически все рассеянное излучение имеет смещенную длину волны. Таким образом, в спектре рентгеновского излучения появляются две энергии: низкая и исходная – высокая.
Первоначальный спектр рентгеновского излучения — высокой энергии.
Спектр рентгеновского излучения, после происхождения через органическое вещество.
Рентгеновские досмотровые комплексы выпускаются разными фирмами. В России в основном присутствует техника фирм Nuctech, Smits Detection, Rapiscan, L3 Communication, Astrophysics, Медрентех, Berg и многих других. Эти компании из разных стран: Россия, Китай, Америка, Великобритания, Германия.
Рассмотрим обычную конструкцию рентгено-инспекционной системы для досмотра ручного багажа.
Схема рентгено-инспекционной системы.
На рис отчетливо виден генератор рентгеновского излучения (X-ray Sourсe), Г-образная матрица детекторов Folded Detector Array и компьютер.
Принципы работы рентгено-инспекционной системы:
Когда инспектируемый объект входит в туннель и перекрывает фотоэлектрический датчик, сигнал с датчика поступает на блок управления, который запускает генератор рентгеновского излучения.
Рентгеновское излучение выходит из коллиматора, проникает через досматриваемый объект и попадает на детектор.
В системе используются детекторы двух энергий. Число модулей детекторов в два раза больше, чем в одно энергетической системе. Два блока детекторов с чувствительностью соответственно, к рентгеновским лучам низкой и высокой энергии размещены вместе для приема рентгеновского излучения.
В зависимости от сигналов, принятых с обоих детекторов, система обработки изображения может распознать типы материалов (в основном органику, неорганику и смеси) инспектируемого объекта.
Модули детекторов системы собраны в защищенных панелях расположенных в форме Г и установлены по диагонали от генератора рентгеновского излучения, для сканирования рентгеновскими лучами всего сечения туннеля.
В этой компоновке исключены «слепые» зоны и допускается досмотр любой части объектов проходящих по туннелю.
Дополнительное изображение рентгено-инспекционной системы
Высокоэффективный детектор преобразует рентгеновское излучение в слабые токовые сигналы, которые усиливаются и поступают на АЦП.
Эти аналоговые сигналы преобразуются в 16-битовые цифровые сигналы, которые передаются в компьютер.
Компьютер сначала корректирует несоответствие и смещение цифрового сигнала от каждого пикселя, затем по сигналам скорректированной высокой и низкой энергии классифицирует органические и неорганические материалы и выполняет базовые функции обработки изображения, например, улучшение краев изображений, коррекцию 16-битовых сигналов высокой и низкой энергии.
Сигнал каждого рентгено-графического среза объекта превращается в «линию» изображения на экране дисплея.
Уровень серого изображения указывает степень поглощения рентгеновского излучения в инспектируемом объекте.
Так как объект транспортируется по туннелю конвейером с постоянной скоростью, система сканирует его последовательными » ренгено-графическими срезами». Обработанные рентгеновские изображения объекта последовательно выводятся на дисплей для просмотра.
Все рентгено-графические срезы изображений досматриваемого объекта объединяются и образуют полное рентгеновское изображение.
Чтобы инспекторы могли лучше понять детали изображения и принять правильное решение, система предоставляет им ряд функций для анализа и оценки изображения.
Применение этих функций не меняет самих данных изображения. Отключение таких функций восстанавливает исходное изображение.
Отсканированный рентгено-инспекционной установкой тестовый багаж выглядит следующим образом:
Различным материалам соответствуют разные цвета окраски объектов в соответствии с таблицей:
Эффективное атомное число Z эфф
Соединения легких элементов, например, водород, углерод, азот и кислород, включая большинство взрывчаток (например, нитроглицерин), пластмасс (например, полипропилен), бумагу, ткань, пищу, дерево и воду
Металлические элементы средней массы (например, алюминий) и соли.
Тяжелые металлические элементы (например, титан, хром, серебро, никель, железо, медь, цинк и свинец).
Zэфф – это атомный вес материалов которые просвечены в заданной области изображения. Этот параметр определяется благодаря эффекту Комптона и детекторам рентгеновского излучения низкой и высокой энергии.
Есть разные функции обработки изображения досматриваемого объекта. Любимый инспекторами черно-белый режим используется для обнаружения тонких, металлических объектов.
Черно-белое (Ч/Б) изображение
Для обнаружения металлических объектов используется режим устранения органических материалов. В результате, на изображении синим цветом, отмечены металлические объекты. Немного забегая вперед, могу рассказать, что зеленым цветом окрашены легкие металлы – например, алюминий или соли металлов.
Устранение органики
Отображение только органических веществ при исключении неорганических материалов
Также при досмотре применяется возможность определения материалов по атомным номерам – Z эфф.
Вода и пластиковая взрывчатка
Наркотики с примесью или взрывчатые вещества
Применение функции Z9
Также используется режим «авто» — автоматического обнаружения. В этом режиме опасные вещества обводятся цветными, прямоугольными контурами.
Реальное изображение багажа на мониторе рентгеновской инспекционно-досмотровой установки.
Следовательно, за этим предметом может располагаться что-либо не видимое инспектору. И если скрыта значительная часть багажа, то инспектор обязан его досмотреть.
Важно понимать что, эти рамки предупреждение для инспектора. Не так часто рамки указывают на реальную угрозу.
В следующей статье будут рассмотрены методы тренировки операторов, возможности и функции программного обеспечения и конструкция рентгеновских инспекционных комплексов.