Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

Портативные рентгенотелевизионные установки

Портативные рентгенотелевизионные установки

В рубрику "Специальные технические средства" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Портативные рентгенотелевизионные установки

A.M. Поволоцкий
Руководитель отдела ОАО "НОВО", профессор Академии проблем безопасности, обороны и правопорядка

В современных условиях электромагнитные металлодетекторы для досмотра человека и стационарные рентгеновские системы для досмотра багажа не всегда обеспечивают требуемый уровень безопасности и контроля. В дополнение к ним сегодня широко используются портативные рентгеновские установки

Приоритетными задачами в области досмотра являются контроль пассажиров и персонала в аэропортах, обеспечение безопасности полетов, таможенный контроль на границе (особенно на границе с государствами, в которых происходят вооруженные конфликты), а также контроль на особо охраняемых объектах, на рудниках и предприятиях, связанных с добычей и переработкой драгоценных камней и металлов, редкоземельных элементов. Серьезной проблемой является то, что орудия терроризма и предметы, запрещенные к перевозке, нередко изготавливаются из неметаллических материалов и могут быть спрятаны не только под одеждой, но и на теле человека. Появление на рынке портативных рентгенотелевизионных установок (ПРТУ) с устройствами памяти позволило достаточно успешно решить эту задачу.

Назначение ПРТУ

Помимо элементов взрывных устройств ПРТУ позволяют выявить скрытно установленные устройства подслушивания ("жучки"), а также контейнеры с опасными вложениями: радиоактивными, отравляющими и раздражающими веществами. Дело в том, что подобные средства терроризма могут быть доставлены к цели только в некоем закрытом контейнере, и, следовательно, такое инородное вложение будет выявлено при просвечивании рентгеном. Если металлоискатель, каким бы сложным он ни был, всего лишь выдает сигнал о наличии в багаже некоторых металлических предметов, то ПРТУ представляют класс аппаратуры, от которой в буквальном смысле ничего не скроешь. Они позволяют увидеть и бомбу, спрятанную в обычной сумке, и микрофоны подслушивания, содержащиеся в безобидных подарках или элементах мебели. К преимуществам ПРТУ следует отнести:

  • быстрое развертывание на месте обследования;
  • исключительную оперативность в работе;
  • высокую производительность;
  • высокую выявляющую способность;
  • возможность записи теневых изображений, получаемых в результате просвечивания, в электронную память прибора для последующего анализа и обработки;
  • возможность работы от аккумуляторной батареи;
  • слабое радиационное воздействие на обслуживающий персонал и окружающих.

Аппаратура обратнорассеянного рентгеновского излучения

Опыт показывает, что основное затруднение при обследовании подозрительных предметов связано с наложением теневых изображений одного на другое. И чем больше просвечиваемая толщина, тем сложнее их опознать. Это известно не только операторам рентгеновской аппаратуры, но и террористам, стремящимся замаскировать свои средства нападения. В этой связи интересна появившаяся аппаратура обратнорассеянного рентгеновского излучения. Не углубляясь в технические подробности, заметим, что она позволяет выявлять на рентгеновских снимках подозрительные включения с незначительной плотностью из веществ с меньшим атомным номером (наркотики, взрывчатка, бумага, другие органические вещества). Наибольшая эффективность достигается при сочетании обоих методов обследования: традиционного - с "теневым" изображением и нового -с обратнорассеянным излучением.

Микрофокусные рентгеновские излучатели

Определенный интерес в плане развития способов и методов рентгеновской техники представляет оборудование на базе так называемых микрофокусных рентгеновских излучателей. Как известно, рентгеновское излучение, генерируемое аппаратом, является результатом торможения потока электронов. Источник излучения представляет собой пятно на поверхности "мишени" диаметром 1,2-2,5 мм. Для получения резкого теневого изображения контролируемый объект должен располагаться непосредственно вблизи экрана приемника-преобразователя. В микрофокусных излучателях размер пятна не превышает 40 мкм. В результате просвечиваемый объект можно передвинуть в сторону излучателя, получив таким образом его увеличенное изображение. По сути, мы имеем дело с чисто геометрической проекцией изучаемого объекта.

Обеспечивая исключительно резкое теневое изображение, микрофокусные рентгеновские излучатели позволяют непосредственно во время просвечивания получить теневое изображение, увеличенное в 4-12 раз! Это чрезвычайно важно при обследовании предметов, в которых могут содержаться взрывные устройства, а также при изучении внутреннего устройства деталей и узлов электронной аппаратуры. Микрофокусные рентгеновские излучатели помогают обнаружить в них посторонние миниатюрные объекты, например медные проводники толщиной 15-25 мкм. Возможность регулировать высокое напряжение в широких пределах существенно увеличивает возможности при проверке объектов с разной плотностью, что особенно важно при проведении специальных проверок технических средств и выявлении внедренных в них средств съема информации.

Принцип построения ПРТУ

ПРТУ обычно строятся по блочному принципу, при этом масса отдельных блоков не превышает 10-12 кг, то есть данные блоки могут легко переноситься и устанавливаться одним человеком (оператором). Такие аппараты в настоящее время создаются по двум принципиально различным схемам:

  • с постоянным напряжением на рентгеновской трубке и с подогревным катодом трубки;
  • с подачей на трубку импульсного напряжения и с холодным катодом, для них принят термин "импульсные аппараты".

В первом случае, независимо от величины регулируемого анодного тока, на электродах рентгеновской трубки поддерживается постоянное напряжение. В импульсных аппаратах напряжение при пуске быстро повышается от нуля до значения, при котором происходит электрический пробой в вакууме, и поток электронов с катода попадает на анод. Максимальная энергия квантов тормозного излучения, выраженная в кэВ (килоэлектронвольт), численно равна анодному напряжению, выраженному в кВ (киловольты). Максимум энергетического распределения приходится на 2/3 от максимальной энергии для аппаратов постоянного напряжения и около 1/2 - для импульсных, так как в них по мере развития пробоя напряжение резко падает, как это бывает при обычном коротком замыкании.

В импульсных аппаратах применяются специальные рентгеновские трубки, генерирующие излучение в виде коротких (от единиц наносекунд до десятка микросекунд) импульсов, следующих с частотой от долей Гц до 100 Гц. Преимуществами таких аппаратов являются:

  • небольшая (по сравнению с аппаратами постоянного тока на то же максимальное напряжение) масса;
  • высокий КПД;
  • возможность получения высокой мощности рабочей дозы. В качестве недостатков импульсных аппаратов можно отметить:
  • значительные размеры фокусного пятна, что снижает резкость изображения;
  • невозможность регулировки анодного напряжения, что приводит к уменьшению относительной чувствительности контроля для небольших толщин;
  • смещенный в сторону низких энергий максимум спектрального распределения, что приводит к ухудшению чувствительности по сравнению с аппаратами постоянного напряжения.

Преобразователи теневого рентгеновского изображения

В современных ПРТУ для преобразования теневого рентгеновского изображения в цифровое чаще всего применяются:

  • ПЗС-матрицы, на которые проецируется изображение в видимом свете, создаваемое рентгеновским излучением на экране, покрытом слоем вещества-сцинтиллятора;
  • плоские панели из аморфного кремния, также покрытые сцинтиллятором (их иногда называют цифровыми панелями);
  • сканирующие дискретно-детекторные системы (по принципу действия они напоминают планшетные сканеры для ввода изображений в ЭВМ).

Преобразователи на основе ПЗС-матриц -средние по качеству и наиболее дешевые приборы, при рабочей площади преобразователя 300x400 мм разрешающая способность может составлять 1-2 линии на мм (мм-1). Некоторые производители достигают разрешающей способности ПРТУ до 3 мм-1, используя при той же рабочей площади преобразователя несколько ПЗС-камер. Динамический диапазон преобразования энергии для плоских панелей на основе аморфного кремния гораздо выше, чем для преобразователей на основе ПЗС-матриц. Правда, и цена таких панелей минимум на порядок выше и достигает 60-80 тыс. долларов. Разрешающая способность может составлять до 4 мм-1 на поле до 300x400 мм.

На сегодняшний день принципиально новым средством контроля становятся цифровые сканирующие дискретно-детекторные системы, основанные на использовании микродозового рентгеновского излучения. Сканирующие системы также обладают высоким динамическим диапазоном и весьма высокой чувствительностью. Правда, их разрешающая способность не лучше, чем у преобразователей на основе ПЗС-матриц. Данные системы можно рассматривать как промежуточный вариант между средним и высоким классом преобразователей как по характеристикам, так и по цене.

Уровень радиационного воздействия на окружающих. Расчет дозы облучения

К несомненным достоинствам рентгенотелеви-зионной аппаратуры, работающей в квазиимпульсном режиме с запоминанием изображения, следует отнести слабое воздействие на окружающих, в частности на обслуживающий персонал. В случае применения ПРТУ не требуется оборудовать специальную фотолабораторию, как при работе с традиционным рентгеновским оборудованием: информация в виде готовых изображений объемом в десятки тысяч снимков заносится в компьютерную память прибора. Можно создать целую библиотеку рентгеновских снимков и использовать ее для обучения персонала или в качестве справочного пособия. В соответствии с основными нормативными документами, регламентирующими правила работы с источниками ионизирующих излучений - ОСПОРБ-99 и НРБ-99, предел дозы для персонала установлен в 20 мЗв (миллизивер-тов) в год, а для населения - 1 мЗв в год. Исходя из этих значений и следует планировать работу с ПРТУ. Очень упрощенно расчет для оператора выглядит таким образом: 20 мЗв делится на дозу, получаемую оператором за одну экспозицию, и получается максимально возможное число экспозиций в год, которые может сделать один оператор.

В ПРТУ защита от излучения должна обеспечиваться расположением работающего излучателя на возможно большем расстоянии от людей, а также использованием стен зданий в качестве естественной защиты. Все производители стараются максимально уменьшить мощность дозы во всех направлениях, кроме рабочего пучка излучения, поэтому для оператора, работающего с системой в "чистом поле", наиболее безопасно находиться сзади от аппарата. В эксплуатационных документах производители систем обычно должны приводить значения мощности дозы при работающем излучателе (либо дозы за импульс, либо дозы во время получения одного снимка) на определенном расстоянии R0 от задней и боковых поверхностей корпуса излучателя. Пользуясь этими данными, легко вычислить дозу во время получения одного снимка на расстоянии R, она меньше в (R/R0)2 раз. Использование в качестве защиты от излучения стен зданий также позволяет в сотни раз снизить дозовую нагрузку на оператора и окружающих людей. Наиболее надежным способом оценки дозы, получаемой оператором и окружающими за один снимок, является измерение этой дозы в интересующей точке пространства с помощью соответствующего прибора. Для излучателей с непрерывном режимом работы дозу можно вычислить, умножив время работы аппарата при получении одного снимка на мощность дозы, измеренную с помощью быстродействующего дозиметра со сцинтилля-ционным детектором (при этом дозиметр должен иметь энергетический порог регистрации не выше 20 кэВ). При измерении дозы от импульсных рентгеновских аппаратов следует внимательно изучить паспорт на имеющийся дозиметр. В паспорте дозиметра должно быть указано, пригоден ли он для определения мощности дозы и длительности импульса во время кратковременного воздействия излучения, и, если пригоден, какова минимально возможная длительность такого воздействия (обычно от микросекунды до десятков миллисекунд). Длительность импульса рентгеновского аппарата значительно меньше: от единиц до 100 наносекунд. Измерение мощности дозы от импульсных аппаратов не предназначенными для этого приборами - довольно распространенная ошибка, приводящая к тому, что "измеренная" таким образом мощность дозы оказывается гораздо меньше реального значения. Для оценки дозы за снимок в месте расположения человека можно пользоваться детекторами интегрального типа. Это может быть, например, дозиметр с ионизационной камерой или термолюминесцентный дозиметр. В случае низкой чувствительности дозиметра можно сделать несколько десятков снимков и найти дозу за один снимок путем деления.

Некоторые рекомендации

На что следует обратить внимание при выборе переносной рентгеновской системы? Это определяется прежде всего целью или областью использования оборудования. Нередко наиболее важным фактором является возможность контроля очень плотных или толстых объектов, в этом случае потребитель должен выяснить, какая чувствительность обеспечивается при контроле объектов с той самой предельной толщиной, что заявлена в таблице с характеристиками прибора (поскольку сам по себе термин "предельная толщина контроля" просто не имеет смысла). Одна из характеристик рентгеновских цифро вых систем - "минимальный диаметр выявляемой проволочки" - имеет практическое значение, только если приведены толщина и материал объекта, за которым она выявляется. Но в этом случае данная характеристика полностью совпадает с "чувствительностью контроля", определяемой по ГОСТ 7512. Термин "минимальный диаметр выявляемой проволочки" появился с распространением на рынке стационарных сканирующих систем для контроля багажа, чтобы показать потребителю, что, несмотря на ширину детектора в 1,6 мм, можно выявлять и очень тонкие проволочки, благодаря хорошей чувствительности детектора. Это действительно так, если речь идет о выявлении одиночной проволочки. Но не следует путать эту характеристику с "разрешающей способностью", которая зависит главным образом от апертуры детектора. Чаще всего потребителю требуется получить максимально возможную чувствительность контроля в сочетании с максимальной разрешающей способностью. В состав современной ПРТУ обязательно должны входить: источник рентгеновского излучения, преобразователь изображения и блок обработки и визуализации.

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #3, 2006
Посещений: 14758


  Автор
Поволоцкий А. М.

Поволоцкий А. М.

Руководитель отдела ОАО "НОВО", профессор Академии проблем безопасности, обороны и правопорядка

Всего статей:  1

В рубрику "Специальные технические средства" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций