Розділ ІІІ. Прилади зворотно-розсіяного іонізованого випромінювання

Даний вид оглядової техніки, принцип дії якої основано на використанні іонізованого випромінювання, відбитого від предметів (ВП, НР та ін.) дозволяє отримати інформацію про внутрішню структуру об’єкта контролю при огляді його з однієї сторони.

На практиці часто зустрічаються ситуації, коли контроль об’єктів з використанням прохідного іонізованого випромінювання буває досить важким, а інколи навіть неможливим. У такому випадку звертаються до методу одностороннього контролю, що використовує для отримання інформації про внутрішню структуру об’єкта контролю (ОК) зворотно-розсіяні рентгенівські та гамма-кванти і нейтрони. Зворотно-розсіяне випромінювання (ЗРВ) використовується також поряд з проникаючим випромінюванням (ПВ) для підвищення інформативності контролю.

Дані про ОК надаються оператору або в цифровому вигляді, або у вигляді зображення на екрані монітора. Апаратура контролю з використанням ЗРВ виготовляється в стаціонарному, мобільному і портативному варіантах. За основу принципу її дії використано ефекти взаємодії квантів і часток з атомами речовини. Тому коротко нагадаємо про деякі з них, що мають відношення до апаратури, що розглядається.

Взаємодія іонізованого випромінювання з речовиною. Рентгенівське та гамма-випромінювання мають однакову природу (це короткохвильове електромагнітне випромінювання) і підпорядковуються однаковим закономірностям при взаємодії з речовиною. Принципова різниця між двома такими видами випромінювань полягає в механізмі їх виникнення: рентгенівське випромінювання позаядерного походження і виникає при гальмуванні в речовині високоенергетичних електронів, гамма-випромінювання є продуктом переходу ядра атома з одного енергетичного стану в інший. В області енергій до сотень кілоелектронвольт (кеВ), що застосовуються в оглядовій апаратурі, рентгенівські і гамма-кванти (в подальшому – кванти) при проходженні крізь речовину взаємодіють з електронами атомних оболонок, поглинаючись (фотоелектричний ефект) або розсіюючись (так зване комптонівське розсіювання). При розсіюванні квант частину своєї енергії передає електрону, вириваючи його з атома та змінюючи напрямок свого початкового руху. Зміна напрямку руху може знаходитись в інтервалі кутів від 0 до 180 градусів. Кванти, розсіяні на кути, близькі до 180 градусів, називаються зворотно-розсіяними і несуть інформацію про вміщення ОК. Потрапляючи до детектора, вони утворюють в ньому електричні сигнали, що піддаються електронній обробці та надаються оператору у вигляді зображення або числового значення. Інтенсивність зворотно-розсіяного випромінювання для речовин з меншою щільністю і меншим атомним номером (таких, як папір, ВР, наркотики та інші речовини органічного походження) більше, ніж для речовин з більшою щільністю і великим атомним номером, наприклад, сталь, латунь, свинець та ін. Це і є основоположним принципом дії відповідної апаратури.

Нейтрони, що мають нульовий електричний заряд, при розповсюдженні в матеріальному середовищі взаємодіють головним чином з ядрами атомів речовини. Одним з суттєвих видів такої взаємодії є процеси пружного зіткнення, в результаті яких нейтрони, передаючи частину своєї кінетичної енергії ядрам атомів, гальмуються і розсіюються, в тому числі й на кути, близькі до 180 градусів. Гальмування нейтронів є дуже важливим процесом, тому що джерела нейтронів виробляють частки досить високих енергій – близько декількох мегаелектронвольт (МеВ). Найкращими уповільнювачами є ядра легких елементів (наприклад, водню, вуглецю та ін.), які входять до складу органічних речовин, в тому числі ВР. Речовини, що складаються з елементів з великим атомним номером, наприклад, заліза, міді, свинцю та ін., значно гірше пригальмовують і розсіюють нейтрони, завдяки чому вони легко проникають крізь товсті металеві перепони. Таким чином, органічна речовина, розміщена за металевою перепоною, буде служити "відбивачем" нейтронів і за кількістю зворотно-розсіяних нейтронів можна засвідчити присутність аномалії в цьому місці (приховані папір, ВР, наркотики і т. ін.). Цей принцип покладено в основу дій нейтронних оглядових приладів.

Портативні прилади. Американською компанією "Campbell Security Equipment Company" (CSECO) розроблено та серійно виготовляється портативний детектор контрабанди К910В Buster. Принцип його дії грунтується на реєстрації відбитих від обстежуваної поверхні гамма-квантів радіоактивного джерела барій-133. Активність джерела в різних варіантах приладів коливається від 100 до 500 мікрокюрі. Зворотно-розсіяне випромінювання реєструється твердотілим детектором, виготовленим з телуриду кадмію. Прилад призначено для виявлення за перепонами з метала, дерева, пластмаси, тканини прихованих наркотиків, ВР, валюти та іншої контрабанди. За його допомогою можуть оглядатись з метою виявлення тайників легкові автомобілі, вантажні автомобілі та фургони, стінки контейнерів, паливні баки, автомобільні шини, човни, судна і т. ін. Керувати приладом досить просто. На початку обстеження він автоматично калібрується на обстежуваній поверхні, після чого прилад вручну переміщується по поверхні і сигналізує про зміну інтенсивності відбитих квантів. Показники виводяться у цифровому вигляді на рідинно-кристалічний дисплей, а при виявленні тайника подається звуковий сигнал тривоги. Прилад комплектується навушниками для роботи в умовах сильного шуму. При габаритах 140 х 64 х 64 мм він має масу 1,1 кг. Живлення здійснюється від перезарядних нікель-кадмієвих батарей.

Аналогічний приклад, що використовується для тієї ж мети, має назву Searcher і пропонується фірмою "Folien-Vogel". Він має дещо більші порівняно з Buster масогабаритні характеристики (маса датчика – 170 х 120 х 50 мм) і сигналізує про присутність схованок з контрабандою через подачу звукового сигналу. Прилад досить чутливий і дозволяє виявляти за перепоною невелику кількість нітрату амонію. Живлення здійснюється від лужних акумуляторів напругою 9 В, що забезпечують безперервну роботу системи протягом 8 годин.

Характерним представником портативних нейтронних приладів, призначених для виявлення контрабандних схованок за перепоною, є детектор CINDI (Compact Integrated Narcotics Detection Instrument), розроблений американською фірмою NOVA R&D, Inc. Він має джерело швидких нейтронів - Каліфорній-252 активністю біля 50 мікрокюрі. Реєстрація зворотно-розсіяних нейтронів виконується сцинтиляційною детекторною системою, цифрова інформація виводиться на рідинно-кристалічний дисплей; є пороговий звуковий індикатор, що сигналізує про присутність аномалій в об’єкті обстеження. Об’єктами обстеження можуть бути контейнери, цистерни, автофургони, легкові автомобілі, судна і т. п. Прилад має автономне батарейне живлення і оснащений системою автоматичного калібрування перед початком вимірювань. Порядок проведення операції обстеження такий, як і у гамма-детекторів, тобто сканування робочою частиною приладу по поверхні ОК. Позитивною особливістю приладу є його здатність виявляти упаковки наркотиків, що розташовані за стінкою як пустих, так і заповнених водневовміщуючими речовинами (бензин, масло двигуна і т. ін.) ємкостей. Для пустої цистерни (бак з пальним, діжки) сигнал детектора в місці розташування контрабанди буде зростати, для заповненої – зменшуватися, тому що вміст основного розсіюючого елемента – водню в наркотиках менше, ніж у наведених рідинах. Випробування приладу із застосуванням імпровізованого імітатора наркотиків (цукру) продемонстрували, що він впевнено виявляється за перепонами з свинцю і заліза. Прилад відповідає нормам радіаційної безпеки, що діють в США.

Прикладом російського апарату цього класу може бути нейтронний пошуковий прилад "Сверчок". Його призначено для виявлення водневовміщуючих закладень (ВР, наркотиків і т. ін.) за перепонами з металу, цегли, бетону і т.п. Роботу приладу засновано на кількісній залежності між реєстрованим потоком відбитого нейтронного випромінювання і масою речовини в зоні контролю. Джерелом нейтронів є ізотоп Каліфорній-252 з потоком порядку 106 н/с. Електроживлення здійснюється від 9 елементів типу 373 (або акумулятора) з ресурсом безперервної роботи не менше 30 годин. Маса приладу в повному комплекті не перевищує 5 кг при масі пульта 3,5 кг і виносного вимірювального блоку з штангою 1,5 кг. Прилад обслуговується одним оператором і відповідає діючим в Росії нормам радіаційної безпеки.

Детектор контрабанди вітчизняного виробництва (НД ПКІ "Іскра", м. Луганськ) призначено для обстеження прихованих порожнин транспортних засобів (рис. 11). Принцип дії приладу заснований на визначенні відносної величини відбитих гамма-променів від об’єкту обстеження відносно базового значення.

Рис. 11. Детектор контрабанди НД ПКІ "Іскра"

Основні технічні характеристики детектора "Іскра" такі: час готовності до роботи – 2 с; час обновлення показників – 1 раз за 0,5 с; глибина вимірювання, 1–170 мм; потужність споживання – 1 Вт; термін служби приладу – 10 років; габаритні розміри: блок управління і обробки 150 х 80 х 60 мм; блок детектування – 120 х 90 х 65 мм.

Зарубіжні портативні прилади, що використовують для контролю об’єктів зворотно-розсіяного нейтронного і гамма-випромінювання, показали свою ефективність в оглядовій практиці. Проводяться роботи по створенню комбінованого приладу, де використовуються одночасно обидва види випромінювання, що дозволить розширити можливості портативної пошукової апаратури.

Стаціонарна і мобільна апаратура. Піонером в області отримання зображень ОК в зворотно-розсіяних рентгенівських променях є американська фірма "American Science and Engineering, Inc."(AS&E), вона ж є світовим лідером в розробці і виробництві такої апаратури. У процесі отримання зображення ОК, що рухається поряд з джерелом рентгенівського випромінювання (на стрічці транспортера або іншим способом), піддається вертикальному скануванню вузьким рентгенівським променем (так звана технологія "олівцевого променя", або "літаючої плями"). Вузький промінь утворюється з широкого пучка рентгенівського випромінювання, що виходить від рентгенівської трубки, шляхом пропускання його через обертаючі коліматори, є або диском з прорізом, або колесом з вузькими радіальними каналами. Установка має дві незалежні системи детекторів: прохідного крізь ОК рентгенівського променю і відбитих від ОК квантів. При цьому одна система знаходиться за ОК, інша – перед ним. Сигнали від детекторів, що піддаються комп’ютерній обробці по спеціальній програмі в прив’язці до координати променя на ОК, є основою для формування на екранах двох моніторів чорно-білих зображень в прохідному і зворотно-розсіяному рентгенівському випромінюванні. Приклади таких зображень наведено нижче (рис. 12).

Рис. 12. Прохідне та зворотно-розсіяне рентгенівське зображення валізи

Аналізуючи їх, оператор може виявити приховану у радіоприймачі речовину органічного походження (в даному випадку – імітатор пластичної ВР). На картині, отриманій в прохідному пучку, зображення цієї речовини затіняється більш щільними шарами, що сильніше поглинають рентгенівське випромінювання. Необхідна оглядова апаратура, що випускається в широкому асортименті, встановлюється в аеропортах, митницях і на важливих об’єктах. За радіаційною термінологією вона носить назву "мікродозова", тому що дозове навантаження по ОК за один сеанс складає 10 мікрорентген (нормальний природний радіаційний фон складає 10–20 мікрорентген за годину) і не пошкоджує фотоматеріали.

Для роботи в польових умовах створено систему "101 Van", яка розташовується у мініфургоні. Проникаюча здатність випромінювання складає 12 мм по сталі. Середній час аналізу однієї упаковки – 1 хв.

Для контролю великогабаритних об’єктів, наприклад, легкових автомобілів і великовантажних автомобільних трейлерів, розроблено як стаціонарні, так і мобільні системи. Стаціонарна система, що називається Cargosearch, може контролювати великовантажний трейлер довжиною 19,5 м, шириною 2,4 м, висотою 4,2 і масою до 36 т. До складу системи входять 2 рентгенівські скануючі установки (450 кВт, 10 мА), що розташовано по обидві сторони від вантажного автомобіля з метою отримання найбільш повної інформації про ОК; зображення в прохідному і зворотно-розсіяному випромінюванні виводяться на екран чотирьох моніторів. При цьому виявляється присутність подвійних стінок з прихованою між ними контрабандою, а також не заявлені в митній декларації вантажі і незаконні іммігранти, що переховуються у фургоні трейлера. Доза опромінювання при обстеженні ОК не перевищує 2 мілірентген. Застосовуються три швидкості обстеження: 8, 4 і 1 м/хв.

Поряд зі стаціонарною розроблено також і мобільну систему контролю транспортних засобів MOBIL SEARCH (в тому числі і великовантажних трейлерів), що оперує лише зворотно-розсіяним випромінюванням. Система базується на вантажному автомобілі; мобільність дозволяє підвищити ефективність виявлення контрабанди за рахунок ефекту неочікуваності при розгортанні її в нетрадиційних місцях.

На рис. 13 наведено зображення легкового автомобіля у зворотно-розсіяних рентгенівських променях, де чітко бачимо імітуючі наркотик пакети з цукром, що приховано в багажнику автомобіля.

Рис.13. Зображення легкового автомобіля
в зворотно-розсіяних променях

Зворотно-розсіяне рентгенівське випромінювання застосовується також для виявлення контрабанди і деверсійно-терористичних засобів, прихованих під одягом людини. Для цього створена установка BODY SEARCH.

Обстеження нерухомого об’єкта здійснюється переміщенням рентгенівської скануючої системи; оператор аналізує отримане на екрані монітора зображення, збільшуючи його в 2, 4 і 8 разів, документуючи його за необхідності. Час обстеження складає 8–10 с, дозове навантаження при цьому не перевищує 5 мікрорентген. На рис. 14 бачимо фронтальне демонстраційне зображення "терориста" в одязі, отримане установкою BODY SEARCH.

Рис. 14. Зображення людини в зворотно-розсіяних
рентгенівських променях

У середній частині знімка знаходиться блок пластичної ВР, під правою пахвою; автоматичний пістолет "Сміт і Вессон" калібру 9 мм – в області проміжності; зв’язка ключів – на правому стегні; гаманець – на лівому стегні; верхня частина знімка не викликає підозри.

З наведеного матеріалу стає зрозумілим, наскільки перспективним є розвиток і використання приладів зворотно-розсіяного іонізованого випромінювання у правоохоронній діяльності та боротьбі з контрабандою і тероризмом.

Поиск по сайту: