Com o que eles estão nos inspecionando?

Oi Giktayms!

Em conexão com a introdução generalizada de sistemas de inspeção, muitos estão fazendo essa pergunta. Neste post, o autor deseja iniciar uma série de artigos sobre diversos sistemas de pesquisa, sobre os princípios aplicados para a detecção de objetos perigosos e o design de equipamentos de busca até o hardware.

Primeiro, vamos olhar para os sistemas de inspeção de raios-x

Na maioria dos casos, em sistemas de inspeção de raios-X ou na memória de sistemas de televisão, como "Pesquisa", - RTU (instalação de televisão de raios-X), é utilizado um tubo de raios-X. Sim, o mesmo que Kondrad Roentgen inventou e, na maioria das vezes, sem um ânodo resfriado por rotação.

O esquema de aquisição de imagens era inicialmente simples - projetando-se em uma placa luminescente sob raios-x .

Como encontrar explosivos usando sistemas de inspeção por raio-x?

A história do desenvolvimento de sistemas de triagem de bagagem.

Vamos contar a história do desenvolvimento de sistemas de inspeção de raios-X.
Primeiro, alguns desenhos explicativos.

A geometria básica dos raios X na fluorografia

Nesta imagem, um fluxo de raios X é projetado em uma tela fluorescente. Inicialmente, os sistemas de inspeção por raios-X não diferiram muito das técnicas de fluorografia. O princípio de operação era simples.

A radiação de raios-X da fonte passa através de um objeto controlado (iluminado), que é convertido em uma tela fluorescente especial em um alívio da luz correspondente à imagem de raios-x do objeto (a chamada "imagem de sombra") e é percebida visualmente pelo operador através de um vidro de proteção.

Fluoroscopia de imagem direta:

Posteriormente, para se proteger da radiação, eles pensaram em fechar a radiação em uma caixa com chumbo, observando a imagem obtida, através de espelhos e sistemas ópticos com possibilidade de ampliação.

Aprimoramento de imagem com uma câmera de TV

Desenvolvimento adicional seguiu o caminho de amplificar a imagem resultante usando amplificadores fotoeletrônicos e convertê-la em um sinal de televisão visualizado em um monitor.

Mas logo veio a revolução digital, mudando fundamentalmente os princípios da digitalização.

Os modernos sistemas de inspeção por raio-x geralmente usam outros princípios que reduzem o estudo lateral e melhoram bastante:

1. Qualidade de imagem
2. Distinguibilidade de materiais

A qualidade da imagem melhorou graças ao uso de detectores semicondutores altamente sensíveis (fotodiodos), revestidos com uma camada de substância luminescente (geralmente iodeto de césio) e também processados ​​digitalmente em um computador.

O feixe de raio-x é projetado na forma de uma tira, exatamente na linha de detectores, além dos quais o objeto escaneado (bagagem) se move, ao longo da correia transportadora. As janelas do túnel em que a verificação ocorre são fechadas na entrada e saem com persianas com chumbo. Isso é para proteger contra radiação dispersa.

Em seguida, o sinal recebido é lido e convertido por um conversor analógico-digital - ADC, alinhado e transmitido a um computador para processar e adicionar "fatias consecutivas" do objeto em uma única imagem.

Esquema de colimação de fenda

Digitalização por Raios-X Digital Microdose

Logo, para reduzir o tamanho da unidade de inspeção de raios-X, eles criaram um arranjo em forma de L de detectores, como pode ser visto na figura.

Vantagens do conjunto de detectores em forma de L.

Os complexos modernos de inspeção de raios-x distinguem os materiais usando o efeito Compton e determinam duas energias de raios-x - alta e baixa.

→ Efeito Compton (efeito Compton, espalhamento Compton)

Em 1923 A. Compton, estudando a dispersão de raios X (fótons de alta energia) por várias substâncias (principalmente luz: grafite, parafina etc.) contendo elétrons livres ou com ligações fracas, descobriu que nos raios dispersos, juntamente com a radiação do comprimento de onda l original, estão contidos também raios com comprimento de onda l ¢ maior que l (l ¢> l). Além disso, a diferença Dl = l ¢ -l acabou por ser independente de l e da natureza da substância dispersora, e foi inteiramente determinada pelo ângulo de dispersão. A seguinte regularidade foi estabelecida experimentalmente:

onde q é o ângulo formado pela direção da radiação dispersa com a direção do feixe primário; 10 é uma constante para todas as substâncias, igual a 10 = 0,0242 = 2,42 × 10-12m.

DEFINIÇÃO: a dispersão da radiação eletromagnética por um elétron livre ou fracamente acoplado, no qual um fóton individual, como resultado de colisão elástica com um elétron, transfere parte de seu momento (parte da energia) para ele, é chamado de efeito ou fenômeno de Compton.

Em termos simples, acontece o seguinte:

Quando um quantum de raios-X colide, a energia é transferida para o elétron. Um elétron excitado descarrega a energia recebida do quantum na forma de um fóton de raios-X de menor energia.

É importante entender:

Quando a radiação é dispersa por substâncias com pequenos números atômicos, quase toda a radiação dispersa tem um comprimento de onda alterado. Assim, duas energias aparecem no espectro de raios-X: baixo e inicial - alto.

O espectro inicial de raios-X é de alta energia.

Espectro de raios X, após a origem através da matéria orgânica.

Os sistemas de inspeção por raios-X são produzidos por diferentes empresas. Na Rússia, existem principalmente equipamentos da Nuctech, Detecção de Smits, Rapiscan, Comunicação L3, Astrofísica, Medrentech, Berg e muitos outros. Essas empresas são de diferentes países: Rússia, China, América, Grã-Bretanha, Alemanha.

Considere o design usual de um sistema de inspeção de raios-X para examinar bagagem de mão.

Esquema do sistema de inspeção de raios-x.

O gerador de raios X (raio X Sourse), a matriz em forma de L dos detectores de matriz de detectores dobrados e um computador são claramente visíveis no arroz.

Os princípios do sistema de inspeção por raios X:

Quando o objeto inspecionado entra no túnel e se sobrepõe ao sensor fotoelétrico, o sinal do sensor entra na unidade de controle, que inicia o gerador de raios-x.
A radiação de raios X sai do colimador, penetra no objeto inspecionado e entra no detector.

O sistema usa dois detectores de energia. O número de módulos detectores é o dobro do que em um sistema de energia. Duas unidades detectoras com sensibilidade a raios X de baixa e alta energia, respectivamente, são colocadas juntas para receber raios-X.

Dependendo dos sinais recebidos pelos dois detectores, o sistema de processamento de imagem pode reconhecer os tipos de materiais (principalmente orgânicos, inorgânicos e misturas) do objeto inspecionado.
Os módulos detectores do sistema são montados em painéis blindados localizados na forma de D e instalados na diagonal a partir do gerador de raios X, para varredura por raios X de toda a seção do túnel.

Nesse arranjo, os pontos cegos são excluídos e qualquer parte dos objetos que passam pelo túnel pode ser inspecionada.

Imagem adicional do sistema de inspeção de raios X

Um detector altamente eficiente converte raios X em sinais de corrente fraca que são amplificados e alimentados ao ADC.

Esses sinais analógicos são convertidos em sinais digitais de 16 bits que são transmitidos para um computador.

O computador primeiro corrige a incompatibilidade e o deslocamento do sinal digital de cada pixel, depois classifica materiais orgânicos e inorgânicos pelos sinais de alta e baixa energia corrigidos e executa funções básicas de processamento de imagem, por exemplo, melhorando as bordas das imagens, corrigindo os sinais de alta e baixa energia de 16 bits.

O sinal de cada fatia de raio-x do objeto se transforma em uma "linha" da imagem na tela do visor.

O nível de cinza da imagem indica o grau de absorção dos raios X no objeto inspecionado.

Como o objeto é transportado através do túnel por um transportador a uma velocidade constante, o sistema o varre com "seções de raios-X" seqüenciais. As imagens de raio-x processadas do objeto são exibidas seqüencialmente para visualização.

Todas as seções de raio-x das imagens do objeto inspecionado são combinadas e formam uma imagem completa de raio-x.

Para que os inspetores possam entender melhor os detalhes da imagem e tomar a decisão correta, o sistema fornece várias funções para analisar e avaliar a imagem.

A aplicação dessas funções não altera os dados da imagem. Desativar essas funções restaura a imagem original.

A bagagem de teste digitalizada pela unidade de inspeção de raios-X é a seguinte:

Este caso tem todo o conjunto cavalheiro de um terrorista - um revólver, uma granada, uma bomba com um temporizador, um conjunto de chaves para um avião da Boeing, um telefone celular e o Samsung Galaxy Note 7.
A imagem resultante é pintada em várias cores.

Diferentes materiais correspondem a cores diferentes para colorir objetos de acordo com a tabela:

Zeff é o peso atômico dos materiais que são iluminados em uma determinada área da imagem. Este parâmetro é determinado pelo efeito Compton e detectores de raios X de baixa e alta energia.

Existem várias funções para processar a imagem do objeto pesquisado. O modo preto e branco favorito dos inspetores é usado para detectar objetos finos e metálicos.

Por exemplo: fios, facas em projeção vertical ou explosivos com fios e um fusível.

Imagem em preto e branco (preto e branco)

Para detectar objetos metálicos, é utilizado o modo de eliminação de materiais orgânicos. Como resultado, objetos de metal são marcados em azul na imagem. Avançando um pouco, posso dizer que metais leves são pintados de verde - por exemplo, sais de alumínio ou metal.

Eliminação orgânica

Para determinar o TNT ou outros explosivos plásticos, um medicamento também é usado para excluir materiais inorgânicos - metais e sais. Como resultado, materiais orgânicos, como frutas e vegetais, plásticos, incluindo explosivos plásticos e substâncias entorpecentes, são visíveis.

Exibir apenas substâncias orgânicas com exclusão de materiais inorgânicos

Além disso, durante a inspeção, a possibilidade de determinar materiais por números atômicos - Z eff.

Os números atômicos efetivos (Zeff) de explosivos e drogas estão no intervalo [7.9], conforme mostrado na Tabela.

Tabela de números atômicos efetivos de explosivos e drogas

A função Z7 / Z8 / Z9 é usada para selecionar materiais com Zeff igual a 7, 8 ou 9. Na imagem, é possível visualizar materiais orgânicos com Zeff igual a 7, 8 ou 9, respectivamente. As seções da imagem com materiais orgânicos com o Zeff indicado são exibidas em vermelho e as demais são exibidas em cinza. Assim, explosivos ou drogas podem ser facilmente isolados.

Aplicação da função Z9

A figura mostra claramente os grãos de anfetamina na bolsa, mostrados usando a função Z9.

Também é usado o modo "auto" - detecção automática. Nesse modo, substâncias perigosas são cercadas por contornos retangulares coloridos.

Imagem real da bagagem no monitor de uma unidade de inspeção e inspeção de raios-X.

Objetos explosivos são circulados em quadros amarelos. Molduras rosa - envolvem objetos como drogas. Os quadros vermelhos são um aviso sobre objetos que não são expostos a raios-x.

Portanto, por trás desse item pode haver algo não visível para o inspetor. E se uma parte significativa da bagagem estiver oculta, o inspetor deve inspecioná-la.

É importante entender que essa estrutura é um aviso para o inspetor. Com frequência, os quadros indicam uma ameaça real.

No próximo artigo, serão discutidos métodos de treinamento do operador, recursos e funções de software e o design de complexos de inspeção de raios-x.