Hola giktayms
En relación con la introducción generalizada de los sistemas de inspección, muchos se hacen esta pregunta. En esta publicación, el autor quiere comenzar una serie de artículos sobre una variedad de sistemas de búsqueda, sobre los principios aplicados para la detección de objetos peligrosos y el diseño de equipos de búsqueda hasta el hardware.
Primero, veamos los sistemas de inspección por rayos X.
Con mayor frecuencia, en los sistemas de inspección por rayos X, o desde la memoria de los sistemas de televisión, como "Buscar", - RTU (instalación de televisión por rayos X), se utiliza un tubo de rayos X. Sí, el mismo que Kondrad Roentgen inventó y la mayoría de las veces sin un ánodo enfriado por rotación.
El esquema de adquisición de imágenes fue inicialmente simple: proyectándose sobre una placa luminiscente bajo rayos X.
¿Cómo encontrar explosivos utilizando sistemas de inspección por rayos X?
La historia del desarrollo de los sistemas de inspección de equipaje.
Cuentemos la historia del desarrollo de los sistemas de inspección por rayos X.
Primero, algunos dibujos explicativos.
La geometría básica de los rayos X en fluorografía.
En esta imagen, se proyecta una corriente de rayos X en una pantalla fluorescente. Inicialmente, los sistemas de inspección por rayos X no diferían mucho de las técnicas de fluorografía. El principio de funcionamiento era simple.
La radiación de rayos X de la fuente pasa a través de un objeto controlado (iluminado), que se convierte en una pantalla fluorescente especial en un relieve de luz correspondiente a la imagen de rayos X del objeto (la llamada "imagen de sombra") y es percibida visualmente por el operador a través de un vidrio protector.
Fluoroscopia de imagen directa:
Más tarde, para protegerse contra la radiación, pensaron en cerrar la radiación en una caja con plomo, observando la imagen obtenida, a través de espejos y sistemas ópticos con posibilidad de aumento.
Mejora de imagen con una cámara de TV
El desarrollo posterior siguió el camino de amplificar la imagen resultante usando amplificadores fotoelectrónicos y convertirla en una señal de televisión vista en un monitor.
Pero pronto llegó la revolución digital, cambiando fundamentalmente los principios del escaneo.
Los sistemas modernos de inspección por rayos X a menudo usan otros principios que reducen el estudio lateral y mejoran en gran medida:
- Calidad de imagen
- Distinguibilidad de los materiales.
La calidad de imagen ha mejorado gracias al uso de detectores de semiconductores (fotodiodos) altamente sensibles, recubiertos con una capa de sustancia luminiscente (generalmente yoduro de cesio) y también procesados digitalmente en una computadora.
El haz de rayos X se proyecta en forma de una tira, exactamente sobre la línea de detectores, más allá de la cual se mueve el objeto escaneado (equipaje), a lo largo de la cinta transportadora. Las ventanas del túnel en el que se realiza el escaneo están cerradas en la entrada y salida con persianas con plomo. Esto es para proteger contra la radiación dispersa.
Luego, la señal recibida es leída y convertida por un convertidor analógico a digital - ADC, alineado y transmitido a una computadora para procesar y agregar "cortes consecutivos" del objeto en una sola imagen.
Esquema de colimación de hendidura
Microdosis de escaneo digital de rayos X
Pronto, para reducir el tamaño de la unidad de inspección de rayos X, se les ocurrió una disposición de detectores en forma de L, como se puede ver en la figura.
Ventajas del conjunto de detectores en forma de L.
Los modernos complejos de inspección por rayos X distinguen materiales utilizando el efecto Compton y determinan dos energías de rayos X: alta y baja.
→ Efecto Compton (efecto Compton, dispersión Compton)
En 1923 A. Compton, estudiando la dispersión de los rayos X (fotones de alta energía) por varias sustancias (principalmente luz: grafito, parafina, etc.) que contienen electrones libres o débilmente unidos, encontró que en los rayos dispersos, junto con la radiación de la longitud de onda original l, están contenidos también rayos con una longitud de onda l ¢ mayor que l (l ¢> l). Además, la diferencia Dl = l ¢ -l resultó ser independiente de l y de la naturaleza de la sustancia de dispersión, y estaba completamente determinada por el ángulo de dispersión. La siguiente regularidad se estableció experimentalmente:
donde q es el ángulo formado por la dirección de la radiación dispersa con la dirección del haz primario; l0 es una constante para todas las sustancias, igual a l0 = 0.0242 = 2.42 × 10-12m.
DEFINICIÓN: la dispersión de la radiación electromagnética por un electrón libre o débilmente acoplado, en el que un fotón individual, como resultado de una colisión elástica con un electrón, le transfiere parte de su impulso (parte de la energía), se denomina efecto o fenómeno de Compton.
En términos simples, sucede lo siguiente:
Cuando un cuántico de rayos X choca, la energía se transfiere al electrón. Un electrón excitado descarga la energía recibida del cuanto en forma de un fotón de rayos X de menor energía.
Es importante entender:
Cuando la radiación es dispersada por sustancias con números atómicos pequeños, casi toda la radiación dispersa tiene una longitud de onda desplazada. Por lo tanto, aparecen dos energías en el espectro de rayos X: baja e inicial: alta.
El espectro de rayos X inicial es de alta energía.
Espectro de rayos X, después del origen a través de la materia orgánica.
Los sistemas de inspección por rayos X son producidos por diferentes compañías. En Rusia, hay principalmente equipos de Nuctech, Smits Detection, Rapiscan, L3 Communication, Astrophysics, Medrentech, Berg y muchos otros. Estas empresas son de diferentes países: Rusia, China, Estados Unidos, Gran Bretaña, Alemania.
Considere el diseño habitual de un sistema de inspección por rayos X para examinar el equipaje de mano.
Esquema del sistema de inspección por rayos X.
El generador de rayos X (X-ray Sourse), la matriz en forma de L de detectores de matriz de detectores plegados y una computadora son claramente visibles en el arroz.
Los principios del sistema de inspección por rayos X:
Cuando el objeto inspeccionado ingresa al túnel y se superpone al sensor fotoeléctrico, la señal del sensor ingresa a la unidad de control, que inicia el generador de rayos X.
La radiación de rayos X sale del colimador, penetra a través del objeto inspeccionado y entra al detector.
El sistema usa dos detectores de energía. El número de módulos detectores es el doble que en un sistema de energía. Dos unidades detectoras con sensibilidad a los rayos X de baja y alta energía, respectivamente, se colocan juntas para recibir rayos X.
Dependiendo de las señales recibidas de ambos detectores, el sistema de procesamiento de imágenes puede reconocer los tipos de materiales (principalmente orgánicos, inorgánicos y mezclas) del objeto inspeccionado.
Los módulos detectores del sistema se ensamblan en paneles blindados ubicados en forma de G y se instalan en diagonal desde el generador de rayos X, para el escaneo de rayos X de toda la sección del túnel.
En esta disposición, se excluyen los puntos ciegos y se puede inspeccionar cualquier parte de los objetos que pasan por el túnel.
Imagen adicional del sistema de inspección por rayos X
Un detector altamente eficiente convierte los rayos X en señales de corriente débiles que se amplifican y alimentan al ADC.
Estas señales analógicas se convierten en señales digitales de 16 bits que se transmiten a una computadora.
La computadora primero corrige la falta de coincidencia y el desplazamiento de la señal digital de cada píxel, luego clasifica los materiales orgánicos e inorgánicos por las señales de alta y baja energía corregidas y realiza funciones básicas de procesamiento de imágenes, por ejemplo, mejora los bordes de las imágenes, corrige las señales de alta y baja energía de 16 bits.
La señal de cada segmento de rayos X del objeto se convierte en una "línea" de la imagen en la pantalla.
El nivel de gris de la imagen indica el grado de absorción de rayos X en el objeto inspeccionado.
Dado que el objeto es transportado a través del túnel por un transportador a una velocidad constante, el sistema lo escanea con "secciones de rayos X" secuenciales. Las imágenes de rayos X procesadas del objeto se muestran secuencialmente para su visualización.
Todas las secciones de rayos X de las imágenes del objeto inspeccionado se combinan y forman una imagen de rayos X completa.
Para que los inspectores puedan comprender mejor los detalles de la imagen y tomar la decisión correcta, el sistema les proporciona una serie de funciones para analizar y evaluar la imagen.
La aplicación de estas funciones no cambia los datos de la imagen en sí. La desactivación de tales funciones restaura la imagen original.
El equipaje de prueba escaneado por la unidad de inspección de rayos X es el siguiente:
Este caso tiene todo el conjunto caballeroso de un terrorista: un revólver, una granada, una bomba con un temporizador, un juego de llaves para un avión Boeing, un teléfono celular y un Samsung Galaxy Note 7.
La imagen resultante está pintada en varios colores.
Los diferentes materiales corresponden a diferentes colores para colorear objetos de acuerdo con la tabla:
Categoría
| Número atómico efectivo Z eff
| Color
| Material tipico
|
Materia organica
| Por debajo de 10
| 
| Compuestos de elementos ligeros, como hidrógeno, carbono, nitrógeno y oxígeno, incluidos la mayoría de los explosivos (por ejemplo, nitroglicerina), plásticos (por ejemplo, polipropileno), papel, tela, alimentos, madera y agua.
|
Material mixto
| Entre 10 y 18
| 
| Elementos metálicos de peso medio (por ejemplo, aluminio) y sales.
|
Sustancias inorgánicas
| Más de 18
| 
| Elementos de metales pesados (por ejemplo, titanio, cromo, plata, níquel, hierro, cobre, zinc y plomo).
|
Zeff es el peso atómico de los materiales que se iluminan en un área determinada de la imagen. Este parámetro está determinado por el efecto Compton y los detectores de rayos X de baja y alta energía.
Hay varias funciones para procesar la imagen del objeto buscado. El modo blanco y negro favorito de los inspectores se utiliza para detectar objetos metálicos delgados.
Por ejemplo: cables, cuchillos en proyección vertical o explosivos con cables y un fusible.
Imagen en blanco y negro (B / N)
Para detectar objetos metálicos, se utiliza el modo de eliminación de materiales orgánicos. Como resultado, los objetos metálicos se marcan en azul en la imagen. Corriendo un poco más adelante, puedo decir que los metales ligeros están pintados de verde, por ejemplo, aluminio o sales metálicas.
Eliminación orgánica
Para determinar TNT u otros explosivos plásticos, también se usa un medicamento para excluir materiales inorgánicos: metales y sales. Como resultado, los materiales orgánicos, como las frutas y verduras, los plásticos, incluidos los explosivos plásticos y las sustancias narcóticas, son visibles.
Mostrar solo sustancias orgánicas con exclusión de materiales inorgánicos.
Además, durante la inspección, la posibilidad de determinar los materiales por números atómicos - Z eff.
Los números atómicos efectivos (Zeff) de explosivos y drogas se encuentran en el rango [7.9], como se muestra en la Tabla.
Tabla de números atómicos efectivos de explosivos y medicamentos
Zeff
| Material
|
7 7
| Agua y explosivos plásticos
|
8
| Aditivos o explosivos
|
9 9
| Sustancias narcóticas puras
|
La función Z7 / Z8 / Z9 se usa para seleccionar materiales con Zeff igual a 7, 8 o 9 en la imagen.Al usar esta función, puede ver materiales orgánicos con Zeff igual a 7, 8 o 9, respectivamente. Las secciones de la imagen con materiales orgánicos con el Zeff indicado se muestran en rojo, y las secciones restantes se muestran en gris. Por lo tanto, los explosivos o las drogas pueden aislarse fácilmente.
Aplicación de la función Z9
La figura muestra claramente los granos de anfetamina en la bolsa, que se muestran utilizando la función Z9.
También se utiliza el "auto" - modo de detección automática. En este modo, las sustancias peligrosas están rodeadas de contornos rectangulares de colores.
Imagen real del equipaje en el monitor de una unidad de inspección e inspección por rayos X.
Los objetos explosivos están rodeados de marcos amarillos. Marcos rosados: rodean objetos como las drogas. Los marcos rojos son una advertencia sobre objetos que no están expuestos a rayos X.
Por lo tanto, detrás de este artículo puede haber algo que el inspector no puede ver. Y si una parte importante del equipaje está oculta, entonces el inspector debe inspeccionarlo.
Es importante comprender que este marco es una advertencia para el inspector. No tan a menudo, los marcos indican una amenaza real.
En el próximo artículo, se analizarán los métodos de capacitación del operador, las características y funciones del software y el diseño de complejos de inspección por rayos X.