Uso de radiación ionizante retrodispersada para controlar objetos.
Vandyshev Boris Aleksandrovich, Candidato de Ciencias Técnicas
USO DE RADIACIÓN IONIZANTE DE FONDO
PARA OBJETOS DE CONTROL
El artículo analiza algunos tipos de equipos de inspección, cuyo principio de funcionamiento se basa en el uso de radiación ionizante reflejada por artículos de contrabando, llamada radiación ionizante retrodispersada.
Este principio le permite obtener información sobre el contenido interno de un objeto controlado al inspeccionarlo desde un lado.
En la práctica, a menudo hay situaciones en las que el control de objetos mediante radiación ionizante pasajera, por diversas razones, es extremadamente difícil y, a veces, imposible.
En este caso, se recurre al método de uno- control de vía, que se utiliza para obtener información sobre el contenido interno del objeto controlado (KO), rayos X retrodispersados, cuantos gamma y neutrones. La radiación retrodispersada (BSR) también se utiliza junto con la radiación penetrante (PI) para aumentar el contenido de información del control.
La información sobre el KO se presenta al operador en forma digital o como una imagen en la pantalla de un monitor.
Los equipos de control que utilizan ORI se fabrican en versiones estacionarias, móviles y portátiles.
Se basa en el principio La acción radica en los efectos de la interacción de cuantos y partículas con átomos de materia, por lo que tiene sentido recordar brevemente algunos de ellos relacionados con el equipo considerado.
Interacción de la radiación ionizante con la materia
Los rayos X y la radiación gamma tienen la misma naturaleza (es radiación electromagnética de onda corta) y están sujetos a las mismas leyes cuando interactúan con la materia.
La diferencia fundamental entre estos dos tipos de radiación radica en la mecanismo de su aparición: la radiación de rayos X es de origen extranuclear y ocurre cuando la inhibición de electrones de alta energía en la materia; La radiación gamma es el producto de la transición del núcleo atómico de un estado energético a otro.
En el rango de energía de hasta cientos de kiloelectronvoltios (keV), habitualmente utilizados en equipos de inspección, los cuantos de rayos X y gamma (en adelante simplemente cuantos) al atravesar la materia interactúan con los electrones de las capas atómicas, siendo absorbidos (efecto fotoeléctrico) o dispersos ( la llamada dispersión de Compton ).
Cuando se dispersa, un cuanto transfiere parte de su energía a un electrón, arrancándolo del átomo y cambiando la dirección de su movimiento inicial.
Un cambio en la dirección del movimiento puede ocurrir en el rango de ángulos de 0 a 180 grados.
Los cuantos dispersos en ángulos cercanos a 180 grados se denominan retrodispersados y contienen información sobre el contenido de CO.
Al entrar en el detector, producen señales eléctricas en él, que se procesan electrónicamente y se presentan al operador en forma de imagen o número.
La intensidad de la radiación retrodispersada para sustancias con menor densidad y menor número atómico (como papel, explosivos, drogas y otras sustancias orgánicas) es mayor que para sustancias con mayor densidad y mayor número atómico (por ejemplo, acero, latón, plomo, etc. .).
Este hecho es el principio fundamental de funcionamiento del equipo correspondiente.
Los neutrones, que tienen carga eléctrica cero, al propagarse en un entorno material, interactúan principalmente con los núcleos. de átomos de sustancias.
Uno de los tipos importantes de este tipo de interacción son los procesos de colisión elástica, como resultado de los cuales los neutrones, al transferir parte de su energía cinética a los núcleos de los átomos, se ralentizan y se dispersan, incluso en ángulos cercanos a 180 grados.
La desaceleración de los neutrones es un proceso muy importante, ya que las fuentes de neutrones suelen producir partículas de energías bastante altas, del orden de varios megaelectronvoltios (MeV).
Los mejores moderadores son los núcleos de elementos ligeros (por ejemplo, hidrógeno, carbono, etc.), que forman parte de sustancias orgánicas, incluidos los explosivos.
Sustancias formadas por elementos con un número atómico elevado (por ejemplo, hierro, cobre, plomo, etc.) ralentizan y dispersan mucho peor los neutrones, gracias a lo cual atraviesan fácilmente gruesas barreras metálicas.
Así, una sustancia orgánica colocada detrás de una barrera metálica será un «reflector» de neutrones, y por el número de neutrones retrodispersados se puede juzgar la presencia de una anomalía en este lugar (papel escondido, explosivos, drogas, etc.). Este principio subyace al funcionamiento de los dispositivos de inspección de neutrones.
Dispositivos portátiles
La empresa estadounidense “Campbell Security Equipment Company” (“CSECO”) fue desarrollada y detector de contrabando portátil producido comercialmente K 910 V “Buster”.
El principio de su funcionamiento se basa en el registro de los rayos gamma reflejados desde la superficie que se examina a partir de una fuente radiactiva de bario-133.
La actividad de la fuente en diferentes versiones de los dispositivos oscila entre 100 y 500 microcurios.
La radiación retrodispersada se registra mediante un detector de estado sólido hecho de telururo de cadmio.
El dispositivo es diseñado para detectar detrás de barreras hechas de metal, madera, plásticos, telas de drogas ocultas, explosivos, moneda y otros contrabando.
Se puede utilizar para registrar automóviles, camiones y furgonetas, paredes de contenedores, tanques de combustible, neumáticos de automóviles, barcos y barcos, etc. .d. Operar el dispositivo es muy sencillo.
Al comienzo del examen, se calibra automáticamente en la superficie examinada, después de lo cual el dispositivo se mueve manualmente sobre la superficie y señala un cambio en la intensidad de los cuantos reflejados. Las lecturas se muestran digitalmente en una pantalla de cristal líquido y, cuando se detecta un caché, suena una alarma audible.
El dispositivo está equipado con auriculares para trabajar en ambientes ruidosos. Con unas dimensiones de 140x64x64mm, pesa 1,1kg. La energía se suministra mediante baterías recargables de níquel-cadmio.
Un dispositivo similar para los mismos fines se llama «SEARCHER» y lo ofrece a los consumidores la empresa «Folien-Vogel».
Tiene características de peso y tamaño un poco más grandes, en comparación con «Buster», (el peso de la sonda-sensor es de 2 kg, una unidad electrónica separada tiene unas dimensiones de 170x120x50 mm) y señala la presencia de escondites con contrabando mediante un sonido. señal.
El dispositivo es bastante sensible y permite detectar una pequeña cantidad de nitrato de amonio detrás de un obstáculo.
La alimentación se suministra mediante pilas alcalinas de 9 V, lo que garantiza un funcionamiento continuo del sistema durante 8 horas.
Un representante típico de los dispositivos de neutrones portátiles, diseñados para detectar escondites de contrabando detrás de barreras, es el detector CINDI (Instrumento compacto integrado de detección de narcóticos), desarrollado por la empresa estadounidense NOVA R&D, Inc.
Contiene una fuente de neutrones rápidos californio-252 con una actividad de unos 50 microcurios. El registro de los neutrones retrodispersados se realiza mediante un sistema detector de centelleo, la información digital se muestra en una pantalla de cristal líquido; Existe un indicador sonoro de umbral que señala la presencia de anomalías en el objeto que se está examinando.
Como objetos de inspección se utilizan contenedores, cisternas, furgonetas, coches, barcos, etc.
El dispositivo dispone de una batería autónoma alimentada y está equipado con un sistema de calibración automática antes de iniciar las mediciones.
El procedimiento para realizar la operación de examen es el mismo que para los detectores gamma, es decir. escanear la parte de trabajo del dispositivo a lo largo de la superficie del dispositivo.
Una característica positiva del dispositivo es su capacidad para detectar envases de medicamentos ubicados detrás de la pared, tanto vacíos como llenos de sustancias que contienen hidrógeno (gasolina , aceite de motor, etc.).
Para un tanque vacío (depósito de combustible, barril), la señal del detector en el lugar del contrabando aumentará, para uno lleno disminuirá, ya que el contenido del principal elemento de dispersión, el hidrógeno, en las drogas es menor que en el indicado. líquidos. Las pruebas del dispositivo utilizando un simulador de drogas improvisado, el azúcar, demostraron que se detecta de forma fiable detrás de barreras hechas de plomo y hierro.
El dispositivo cumple con las normas de seguridad radiológica vigentes en los EE. UU.
Como ejemplo de dispositivos domésticos de la clase considerada se incluye el dispositivo de búsqueda de neutrones Sverchok.”
Está diseñado para detectar escondites que contienen hidrógeno (explosivos, drogas, etc.) detrás de barreras de metal, ladrillo, hormigón, etc.
El funcionamiento del dispositivo se basa en la relación cuantitativa entre los datos registrados flujo de radiación de neutrones reflejada y la masa de la sustancia en la zona de control. La fuente de neutrones es el isótopo californio-252 con un flujo de aproximadamente 106 n/s.
La energía se suministra desde nueve celdas (o baterías) tipo 373 con una vida operativa continua de al menos 30 horas. El peso del dispositivo en estado equipado no supera los 5 kg, siendo el peso del control remoto de 3,5 kg y la unidad de medición remota con varilla de 1,5 kg.
El mantenimiento del dispositivo lo realiza un solo operador y cumple con las normas de seguridad radiológica vigentes en Rusia.
Los dispositivos portátiles extranjeros que utilizan radiación gamma y de neutrones retrodispersados para controlar objetos han demostrado su eficacia en la práctica de inspección; Se está trabajando para crear un dispositivo combinado que utilice ambos tipos de radiación simultáneamente, lo que ampliará las capacidades de los equipos de búsqueda portátiles.
Equipos fijos y móviles
La empresa estadounidense American Science and Engineering, Inc. es pionera en el campo de la recepción de imágenes de CO en rayos X retrodispersados.» (AS&E); también es líder mundial en el desarrollo y producción de dichos equipos.
En el proceso de obtención de una imagen, el SO que pasa por la fuente de rayos X (en una cinta transportadora o de otro modo) se somete a un escaneo vertical con un haz de rayos X estrecho (el llamado «haz de lápiz» o tecnología de punto volador). ).
Un haz estrecho se forma a partir de un haz ancho de radiación de rayos X que emana del ánodo del tubo de rayos X, haciéndolo pasar a través de colimadores giratorios, que son un disco con una ranura o una rueda con canales radiales estrechos.
La instalación dispone de dos sistemas independientes de detectores: un haz de rayos X que atraviesa el KO y unos cuantos reflejados por el KO.
En este caso, un sistema está situado detrás del KO y el otro delante. .
Las señales de los detectores, sometidas a procesamiento informático mediante un programa especial y en relación con las coordenadas del haz en el KO, son la base para la formación en las pantallas de dos monitores de negro y- imágenes blancas en radiación de rayos X transmitida y retrodispersada.
En la Fig. 1 se muestran ejemplos de este tipo de imágenes.
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Fig. 1. Imagen de una bolsa de viaje en radiación de rayos X transmitida (a) y retrodispersada (b). Mancha rectangular blanca brillante en la Fig. 1b — simulador de un explosivo plástico escondido en un receptor de radio.
Al analizarlos, el operador puede detectar una sustancia de origen orgánico escondida en el receptor de radio (en este caso, un simulador de explosivo plástico).
En la imagen obtenida en la transmisión En el haz, la imagen de esta sustancia se oscurece mediante capas más densas que absorben más intensamente la radiación de rayos X.
Este tipo de equipos de inspección, producidos en una amplia gama, se instalan en aeropuertos, aduanas oficinas e instalaciones importantes.
Según la terminología de radiación, se llama «microdosis», ya que la carga de dosis de CO en una sesión es de 20 microroentgens (el fondo de radiación natural normal es de 10 a 20 microroentgens por hora) y no daña los materiales fotográficos. .
El sistema “101 Van” ha sido creado para trabajar en condiciones de campo.
La unidad de inspección por rayos X está montada en un minivan, como se muestra en la Fig. 2.
Fig. 2. Vista exterior del sistema “101 Van”.
La instalación está equipada con un sistema de transporte y una consola del operador, la alimentación se alimenta desde un sistema eléctrico de a bordo generador que funciona con gasolina o gas licuado, o desde una red eléctrica externa.
La máquina de rayos X funciona con dos voltajes en el tubo de rayos X, seleccionados por el operador: 140 kV y 90 kV.
El poder de penetración de la radiación es de 12 mm sobre acero.
Las pruebas realizadas con 1.000 paquetes, algunos de los cuales contenían simulacros de contrabando, arrojaron un 83% de análisis correctos y un 17% de análisis incorrectos (errores y falsos positivos por el operador).
El tiempo promedio de análisis para un paquete fue de 1 min 7 seg.
A modo de comparación, se presentan los resultados de las pruebas de la unidad de tomografía de rayos X CTX 5000 SP de la empresa estadounidense «In Vision»: al examinar 864 paquetes, se obtuvieron análisis correctos en el 90% de los casos y incorrectos en el 10%. El tiempo de análisis para un paquete fue de 1 minuto y 30 segundos.
Es decir, el equipo de monitoreo que utiliza radiación de rayos X transmitida y retrodispersada es comparable en eficiencia al mejor sistema existente, pero mucho más complejo y estacionario. con un propósito similar.
Se han desarrollado sistemas tanto estacionarios como móviles para monitorear objetos grandes (por ejemplo, automóviles y remolques de automóviles pesados).
El sistema estacionario, llamado CARGOSEARCH, puede monitorear remolques pesados que miden 19,5 m de largo, 2,4 m de ancho, 4,2 m de alto y pesan hasta 36 toneladas.
El sistema incluye dos unidades de escaneo de rayos X (450 kV, 10 mA), ubicadas a ambos lados del camión con el fin de obtener la información más completa sobre el KO; Las imágenes en radiación transmitida y retrodispersada se muestran en cuatro monitores. Los sistemas emisor y detector están ubicados en un ángulo de 80 grados con respecto al eje longitudinal del vehículo para obtener una imagen isométrica del vehículo.
Esto revela la presencia de paredes dobles con contrabando oculto entre ellas, como así como carga no declarada en la declaración aduanera e inmigrantes ilegales, escondidos en la furgoneta remolque. La dosis de radiación durante el examen de KO no supera los 2 miliroentgen.
Se utilizan tres velocidades de examen: 8; 4 y 1 metro por minuto. Además del sistema estacionario, también se ha desarrollado un sistema de seguimiento móvil para vehículos (incluidos remolques pesados) que funciona únicamente con radiación retrodispersada (“MOBILSEARCH”).
El sistema se basa en un camión ( figura 3); la movilidad permite aumentar la eficiencia en la detección de contrabando por efecto sorpresa al desplegarlo en lugares no tradicionales.
Fig. 3. Aspecto del sistema “MOBILSEARCH”
La instalación está equipada con un emisor de rayos X de 450 kV con un chopper radial, que proporciona un “punto de vuelo” para escanear el CO, y una unidad de detectores de radiación retrodispersada.
El suministro de energía se realiza desde un generador eléctrico diésel autónomo con una capacidad de 22 kilovatios.
El movimiento del KO durante el escaneo se garantiza mediante dispositivos electromecánicos especiales. La instalación está a cargo de tres operadores, uno de los cuales es camionero.
La figura 4 muestra una imagen de un turismo en rayos X retrodispersados; Los paquetes de azúcar que simulan la droga son claramente visibles, escondidos en el maletero del coche.
Fig. 4. Imagen de rayos X retrodispersada de un turismo obtenida mediante el sistema MOBILSEARCH
La radiación de rayos X retrodispersada también se utiliza para detectar contrabando, sabotaje y medios terroristas ocultos bajo la ropa de una persona.
Para ello se construyó la instalación “BODYSEARCH”. creado (Fig. 5) .
Fig. 5. Aspecto del sistema “BODYSEARCH”
El examen de un sujeto estacionario se realiza moviendo el sistema de escaneo de rayos X; el operador analiza la imagen recibida en la pantalla del monitor, pudiendo controlar el brillo y contraste de la imagen y ampliarla en 2; 4 y 8 veces y documentar si es necesario.
El tiempo de examen es de 8 a 10 segundos, la carga de dosis no excede los 5 microroentgens.
La Figura 6 muestra una imagen de demostración frontal de un vestido de “terrorista”, obtenido mediante la instalación “BODYSEARCH”.
En la parte media de la foto se ve un bloque de explosivos plásticos debajo de la axila derecha, una pistola automática Smith & Wesson 9mm en la zona de la entrepierna, un juego de llaves en el muslo derecho, una billetera en el muslo izquierdo; en la parte inferior de la foto hay una navaja suiza plegable en el tobillo derecho; la parte superior de la imagen no levanta sospechas.
Arroz. 6. Imagen frontal en radiación de rayos X retrodispersada de un terrorista vestido, obtenida mediante el sistema “BODYSEARCH”.
A partir del material presentado en el artículo, el papel del operador en el análisis de la información proporcionada emerge claramente la radiación ionizante retrodispersada durante el examen del equipo.
En primer lugar, para el uso eficaz de dicho equipo, a pesar de todas las medidas tomadas para simplificar su uso, se necesita un personal calificado y Se necesita un operador bien capacitado, que haya recibido capacitación en condiciones lo más cercanas posible a las reales.
En segundo lugar, la eficiencia del trabajo del operador aumentará continuamente a medida que adquiera experiencia práctica, por lo que es muy importante crear condiciones para retener a dicho personal y capacitarlo periódicamente con el fin de mejorar sus habilidades.
Es en este aspecto donde se considera el factor humano” por los especialistas relacionados con la lucha contra el contrabando y el terrorismo.