Perspectivas del uso de métodos nucleares para la detección de explosivos.

Perspectivas del uso de métodos nucleares para detectar explosivos.

Semana de la aviación yamp ; Tecnología Espacial.- 1996.- 145, nº 15.- P. 46, 47, 49.

Perspectivas del uso de la energía nuclear métodos para detectar explosivos

A pesar de las crecientes críticas desfavorables al método de detección de explosivos mediante análisis de neutrones térmicos (TNA), la investigación financiada por el gobierno federal de EE. UU. sobre este método y sus aplicaciones continúa.

Esto se debe a la alta capacidad del método para distinguir entre sustancias individuales.

La Administración Federal de Aviación de EE.UU. (FAA), según su asesor científico de seguridad, aún no ha definido su posición sobre este método.

ATN era el principal método para detectar explosivos a finales de los años 80. Luego se fabricaron seis prototipos de sistemas capaces de detectar explosivos que pesen más de 1 kg. Pero un análisis del accidente del Pan Am 103 sobre Lockerbie (Escocia) en 1989 mostró que la causa del accidente fue la explosión de un explosivo que pesaba menos de 0,5 kg. El aumento de la sensibilidad del método ATN a 0,7 kg provocó un aumento de la tasa de falsas alarmas del 5-10 al 25-30%, lo que es inaceptable para las aerolíneas. Esto significaba que entre el 25% y el 30% de los artículos de equipaje aéreo se considerarían sospechosos sin razón. Las desventajas de estos sistemas también eran sus grandes dimensiones y su elevado coste (de 750.000 a 1 millón de dólares). Por lo tanto, su funcionamiento se interrumpió en 1994. La actitud negativa de la prensa hacia los sistemas basados ​​en ATN se intensificó después de la conclusión de la comisión que investigaba el accidente aéreo cerca de Lockerbie. Actualmente, la posición de liderazgo entre los sistemas de detección de explosivos la ocupa el sistema CTX 5000 de In Vision, que es el único sistema certificado por la FAA. Utiliza el método de tomografía computarizada de rayos X con reproducción de imágenes en un monitor. Este sistema también cuesta alrededor de un millón de dólares y, según su uso en los aeropuertos estadounidenses, la tasa de falsas alarmas alcanza el 30%. Las dimensiones del sistema CTX 5000 son aproximadamente las mismas que las del ATH. Las administraciones de las aerolíneas no están particularmente entusiasmadas con el uso del sistema CTX 5000.

SAIC (EE. UU.) está desarrollando actualmente un sistema más pequeño basado en ATH para la inspección de artículos de equipaje de mano del tamaño de un maletín. tipo maletín 187;, La FAA está financiando aeropuertos, aerolíneas y agencias que planean probar este sistema a principios de 1997.

Para detectar explosivos, un sistema basado en ATN escanea un gran número de elementos del volumen ocupado por una maleta. En el sistema anterior basado en ATN, el tamaño de uno de esos elementos de volumen era de 100 mm y era demasiado grande para detectar objetos pequeños peligrosos. Reducir este tamaño en el nuevo sistema a 50 mm significa cuadriplicar el número de detectores en un sistema que ya es caro y reducir la intensidad de la señal que ingresa al detector.

Pero reducir el tamaño del equipaje inspeccionado, desde facturado hasta equipaje de mano, y el uso del método ATN para detectar aparatos electrónicos y dispositivos, líquidos y otras sustancias con bajo contenido de nitrógeno, debería conducir a una disminución del ruido de fondo y aumentar la probabilidad. de detectar explosivos que pesen menos de 0,5 kg. El Comité de Seguridad de la Aviación Civil del Consejo Nacional de Investigación de EE. UU. recomendó en 1993 que el desarrollo prioritario de sistemas basados ​​en ATN debería continuar hasta que estén disponibles otros sistemas con mejor rendimiento.

El sistema de SAIC para inspeccionar equipaje de mano, llamado SPEDS (Sistema de detección de explosivos para paquetes pequeños), puede inspeccionar artículos de hasta 50 x 45 x 20 cm. Al igual que los sistemas anteriores basados ​​en ATN, utiliza una fuente de neutrones California 252.

Los neutrones que emite se ralentizan hasta una energía de 0,025 eV, lo que equivale al efecto térmico del entorno. Estos neutrones térmicos penetran en el equipaje inspeccionado y son absorbidos por los núcleos de los átomos de nitrógeno. Como resultado, estos núcleos emiten rayos gamma con una energía de 10,8 MeV. Los explosivos se distinguen por una alta concentración de nitrógeno. La resolución de los detectores ubicados alrededor del objeto inspeccionado y que perciben radiación gamma parcialmente colimada es igual a seis elementos de volumen 410, permite distinguir la radiación gamma menos intensa de sustancias con una menor concentración de nitrógeno, como la lana, el cuero y el nailon; La radiación gamma de los explosivos. El coste de SPEDS en producción en masa será de unos 100.000 dólares. El sistema tomará automáticamente una decisión de «retraso de aprobación». y mostrar qué elemento de volumen pertenece a la zona sospechosa.

Otra tecnología de detección de explosivos nucleares se basa en el análisis de neutrones rápidos pulsados ​​(PFNA-Pulsed Fast Neutron Analysis). La investigación sobre el uso de esta tecnología fue iniciada por la FAA, luego la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de EE.UU. (DARPA) asignó aproximadamente 15 millones de dólares a SAIC para su desarrollo durante 1991-1996. Sistemas de detección de drogas en grandes contenedores. El apoyo de DARPA a este desarrollo terminó en octubre de 1996, cuando la agencia abandonó su participación en la guerra contra las drogas, pero esto fue seguido por la asignación de otros 6 millones de dólares por parte del Grupo de Trabajo de Apoyo Técnico de DARPA.

Más tarde 1995 La FAA otorgó un contrato de 800.000 dólares a SAIC para modificar el equipo de inspección de carga aérea existente. En 1992, la empresa probó el sistema en contenedores LD-3 cargados con maletas. Las pruebas de la FAA estaban previstas para finales de 1996.

La tecnología IABN utiliza un acelerador para generar una corriente pulsada de neutrones rápidos con una energía de 7-9 MeV, que se mueve a una velocidad igual a 1/10 de la velocidad de la luz. Las colisiones inelásticas de neutrones con los núcleos de átomos de materia conducen a la conversión de energía. Los núcleos de los átomos de materia emiten energía en forma de rayos gamma de intensidad variable. El oxígeno y el carbono son casi imperceptibles cuando se irradian con una corriente de neutrones térmicos, pero las colisiones de sus núcleos atómicos con neutrones rápidos producen radiación gamma con energías de 6,13 y 4,44 MeV, respectivamente, lo que proporciona información adicional para la discriminación de diversas sustancias. Los explosivos se caracterizan por una alta concentración de oxígeno y una concentración de carbono relativamente baja. El nitrógeno se detecta mediante radiación gamma con una energía de 1,6; 2,3 y 5,1 MeV.

Un haz de neutrones rápidos escanea el contenedor y los resultados de la irradiación se calculan a partir del tiempo de llegada de la radiación gamma a los detectores en cada pulso, ya que el frente del pulso de neutrones se mueve lentamente en comparación con la radiación gamma, que viaja a la velocidad de luz. El resultado es una medición tridimensional con una resolución igual al tamaño del elemento de volumen, es decir, 50 mm.

Los neutrones rápidos penetran fácilmente en elementos pesados, pero los elementos ligeros los frenan. Pero con una velocidad de escaneo baja, se pueden detectar explosivos incluso en un contenedor lleno de patatas.

La primera aplicación de los sistemas basados ​​en IABN será en las aerolíneas para el control de carga, pero en el futuro se utilizarán para el control final del equipaje aéreo facturado. El tamaño y el coste del sistema dependen del tipo de acelerador de neutrones utilizado. Actualmente se utiliza un acelerador basado en un generador electrostático de Van de Graaff. El coste de un sistema capaz de inspeccionar diez contenedores LD-3 en 1 hora será de 5 millones de dólares.

Según los expertos, el método IABN es el método atómico más prometedor para la detección de explosivos, ya que permite identificar átomos de diversos elementos que componen los explosivos. Sin embargo, el alto costo y la complejidad siguen siendo desventajas potenciales de esta tecnología. Por ello, se recomienda dar prioridad media al ensayo y desarrollo de sistemas prototipo basados ​​en esta tecnología.

Los neutrones rápidos también se utilizan en radiografía transmisiva, que se está desarrollando a través de dos proyectos financiados por la FAA: en el departamento de física de la Universidad del Estado. Oregon y la tecnología Tensor. La tecnología aún no ha alcanzado un nivel en el que el sistema pueda someterse a pruebas operativas. La FAA ya ha gastado 3,5 millones de dólares en el desarrollo de los sistemas, y los funcionarios esperan que los sistemas progresen hasta el punto en que puedan usarse para inspeccionar carga y equipaje en contenedores. El costo, la complejidad y la necesidad de blindaje para los sistemas de radiografía de transmisión son aproximadamente los mismos que para los sistemas basados ​​en el método IABN.

En el método de radiografía de transmisión, un haz de neutrones en forma de abanico con un espectro de energía continuo de hasta 8,2 MeV escanea un equipaje o contenedor, y un conjunto de detectores ubicado detrás del objeto inspeccionado mide el espectro de energía de los neutrones que pasan a través del objeto. El nitrógeno, el oxígeno, el carbono y el hidrógeno atenúan la energía de los neutrones en diversos grados, y el análisis espectral debería determinar la composición elemental de las sustancias a través de las cuales pasa el haz de exploración. El resultado es una imagen bidimensional de espectros de energía, que sirve como información para detectar explosivos.

El prototipo de la Universidad de Oregón contiene un conjunto lineal de 16 detectores que forman una imagen cuyas dimensiones de su elemento en la superficie del objeto inspeccionado son de 30 mm. Este objeto se mueve 30 mm durante el tiempo que cruza el haz de neutrones. Buscar una maleta de 62 cm de largo tarda 26,7 minutos. Pero los desarrolladores del sistema creen que este tiempo se puede reducir a 8 s si se utiliza un haz de neutrones más potente, una electrónica rápida y un conjunto de detectores plano de 10×16.

El sistema fue probado en 50 maletas con 130 medidas. La mitad de las maletas contenían explosivos de diez tipos diferentes, en distintas cantidades y formas. La masa del explosivo estaba en el rango de 150 a 650 g con un espesor de aproximadamente 6 mm. Los investigadores desarrollaron un algoritmo para superar las deficiencias y limitaciones identificadas, en particular el uso de imágenes únicamente bidimensionales. Los valores umbral se calcularon basándose en la inspección de tres maletas, 61 de las cuales contenían explosivos. Se obtuvieron los siguientes resultados de las pruebas: un caso de falsa alarma (2%), siete casos de no detección (9,5%) y 54 detecciones correctas (88,5%).

Se inspeccionaron varias maletas desde diferentes escaneos. ángulos y explosivos plásticos se detectaron de manera confiable en imágenes 3D.

La FAA puede reanudar la financiación para la investigación y el desarrollo sobre la absorción de resonancia nuclear y sus aplicaciones para la inspección de contenedores. Anteriormente, financió una investigación sobre el uso de este método para controlar el equipaje aéreo facturado. El método de absorción de rayos gamma por resonancia nuclear consiste en generar y analizar rayos gamma con una energía de 9,17 MeV, que es absorbida predominantemente por nitrógeno. El método vale la pena si permite inspeccionar un contenedor LD-3 lleno. Pero esto requiere aceleradores y blindaje de todo el sistema. La cuestión del impacto de la radiación de alta energía en los alimentos también sigue abierta.