Технические средства интроскопии объектов таможенного контроля (ДРТ)

Не резкость изображения  определяется явлением рассеяния и  конечными размерами фокусного  пятна трубки. Не резкость тем больше, чем ближе трубка к просвечиваемому  объекту и чем дальше находится  от объекта преобразователь рентгеновского изображения (экран). При просвечивании  движущегося объекта на не резкость его изображения накладывается  так называемая динамическая не резкость, обусловленная инерционностью элементов  системы визуализации рентгеновского изображения. К плавным переходам  интенсивности между соседними  участками рентгеновского излучения (не резкости) может привести и сама внутренняя структура просвечиваемого  объекта, толщина элементов которого может изменяться постепенно.

Яркость изображения - это  отношение силы света элемента излучающей поверхности к площади проекции этого элемента на плоскость, перпендикулярную направлению наблюдения. Яркость  изображения в значительной степени, кроме мощности источника рентгеновского излучения, зависит от свойств применяемых рентгеновских экранов и детекторов, которые характеризуются достаточно высокими параметрами энергетического выхода люминесценции, высоким уровнем поглощения и высоким коэффициентом спектрального соответствия глазу человека.

Разрешающая способность - это  способность давать чёткие раздельные изображения двух близких друг к  другу мелких объектов. Пределом разрешения называется наименьшее линейное (для  досмотровой рентгеновской техники) или угловое расстояние между  двумя объектами, начиная с которого их изображения сливаются. В практике принято оценивать величину разрешающей  способности числом линий на 1мм, причём толщина линий равна толщине  промежутков между ними.

 

 

3.1. Классификация досмотровой рентгеновской техники

 

Досмотровая рентгеновская  техника (ДРТ) - это первый и основной класс технических средств таможенного  контроля, представляющий собой комплекс рентгеновской аппаратуры, специально предназначенный для визуального  таможенного контроля ручной клади  и багажа пассажиров, предметов отдельно следующего багажа, среднегабаритных грузов и международных почтовых отправлений без их вскрытия с  целью выявления в них предметов, материалов и веществ, запрещённых  к ввозу (вывозу) или не соответствующих  декларированному содержанию.

С оперативно-технической  точки зрения досмотровая рентгеновская техника должна удовлетворять следующим основным требованиям:

- обеспечивать возможность  однозначного обнаружения скрытых  вложений в контролируемых объектах;

- обеспечивать радиационную  безопасность обслуживающего персонала  и окружения;

- не оказывать воздействия  рентгеновского излучения на  продукты питания, лекарственные  препараты и фоточувствительные  материалы, находящиеся в объектах  контроля;

- обеспечивать достаточно  высокую производительность контроля;

- обеспечивать удобство  эксплуатации.

В зависимости от видов  указанных в определении объектов контроля, перемещаемых через таможенную границу, принятой технологии таможенного  контроля на конкретном участке и  условий, в которых он осуществляется, ДРТ может быть классифицирована следующим образом:

• ДРТ для контроля содержимого ручной клади и багажа с пассажиров и транспортных служащих;
• ДРТ для углублённого контроля отдельных предметов ручной клади и багажа пассажиров, транспортных служащих и грузовых упаковок;
• ДРТ для контроля содержимого среднегабаритных багажа и грузов;
• ДРТ для контроля содержимого международных почтовых отправлений.

Исходя из условий, в которых  осуществляется таможенный контроль, можно выделить следующие два  их вида: стационарные и оперативные.

Стационарные условия - это  условия, когда таможенный контроль осуществляется в специально выделенных для этих целей помещениях, постоянно  или временно принадлежащих таможенной службе, где стационарно установлены  необходимые для контроля технические  средства, применительно к конкретным видам объектов таможенного контроля и установленных для них технологий контроля. Это - пассажирские досмотровые залы аэро- и автовокзалов, железнодорожных станций, морских и речных вокзалов, помещения складов, пакгаузов, закрытых грузовых площадок, почтамтов, а также специально построенные таможенные инспекционно-досмотровые комплексы.

Оперативные условия - это  условия, когда таможенный контроль осуществляется в местах, где стационарная установка в них технических  средств таможенного контроля невозможна или нецелесообразна. Например, в  связи с малыми объёмами досмотровых  операций или ввиду их нерегулярности и эпизодичности в этих местах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2Физические принципы работы рентгенотелевизионных установок сканирующего типа.   

   

Рентгеновские лучи в шкале  электромагнитных волн,  имея диапазон длин волн от 0,06 до 20 ангстрем (IA=10^-10 м), занимает место между ультрафиолетовым излучением и гамма-лучами (Рис. 1) и характеризуются энергией квантов от единиц килоэлектронвольт до сотен мегаэлектронвольт. Рентгеновское излучение образуется двумя путями. Первый - в результате торможения быстро движущихся электронов в веществе, так называемое "тормозное" излучение, второй – в результате изменения энергетического состояния атомов вещества, т.н. "характеристическое" излучение. Физику явлений можно показать на примере работы рентгеновской трубки, как специального электровакуумного высоковольтного прибора, предназначенного для генерирования рентгеновского излучения. 

На Рис.2 схематично представлены основные узлы рентгеновской трубки: катод (1) нить накала (2), стеклянная или керамическая колба (3), анод (4) и источник высокого напряжения (5). Получение рентгеновского излучения осуществляется путём бомбардировки анода трубки пучком электронов, ускоренных приложенным к её электродам напряжением. Источником электронов является катод с нитью накала из вольфрамовой проволоки, который нагревается до высокой температуры (примерно 2500°С).

Фокусировка потока электронов в узкий пучок достигается  оптимальным выбором электрического поля в межэлектродном пространстве. Направляющиеся от катода к аноду  электроны бомбардируют анод, на поверхности тела которого происходит их резкое торможение, образуя таким образом тормозное излучение непрерывного спектра. Интенсивность его зависит от величины ускоряющего напряжения и атомного номера материала мишени анода. Чем выше атомный номер материала мишени, тем сильнее тормозятся в нём электроны. Поэтому, как правило, на изготовление анода идут материалы типа вольфрама, имеющие, кроме этого, высокую точку плавления и хорошую теплопроводность. Интенсивность тормозного излучения характеризуется так называемой "лучевой отдачей" рентгеновской трубки, зависящей, главным образом, от величины питающего трубку напряжения и уровня предварительной фильтрации излучения.

Оптические свойства рентгеновской  трубки определяются формой и размерами  оптического фокуса трубки, а также  углом развертки пучка излучения. Кроме тормозного излучения при  бомбардировке анода электронами  возникает характеристическое рентгеновское  излучение, вызванное, как уже говорилось, изменением энергетического состояния атомов. Если один из электронов внутренней оболочки атома выбит электроном или квантом тормозного излучения, то атом переходит в возбужденное состояние. Освободившееся место в оболочке заполняется электронами внешних слоев с меньшей энергией связи. При этом атом переходит в нормальное состояние и испускает квант характеристического излучения. Частота характеристического рентгеновского излучения зависит от атомного номера (Z) вещества анода. В отличие от непрерывного спектра тормозного рентгеновского излучения длины волн характеристического рентгеновского излучения имеют вполне определённые для данного материала анода значения.

При прохождении через  исследуемое вещество пучок рентгеновского излучения ослабляется вследствие взаимодействия его с электронами, атомами и ядрами вещества. Основные процессы взаимодействия рентгеновского излучения с веществом при энергии квантов электромагнитного поля (фотонов)  менее 10⁶эВ - это фотоэлектрическое поглощение и рассеяние. Физика явлений при этом совершенно адекватна физике образования рентгеновского излучения.

Фотоэлектрическое поглощение рентгеновского излучения происходит при взаимодействии фотонов рентгеновского излучения с атомами вещества. Фотоны, попадая на атомы, выбивают электроны с внутренней оболочки атома. При этом первичный фотон полностью расходует свою энергию на преодоление энергии связи электрона в атоме и сообщает электрону кинетическую энергию. В результате энергетической перестройки атома, происходящей после вылета из атома фотоэлектрона, образуется характеристическое рентгеновское излучение, которое при взаимодействии с другими атомами может вызывать вторичный фотоэффект. Этот процесс будет происходить до тех пор, пока энергия фотонов не станет меньше энергии связи электронов в атоме. Очень важно отметить, что процесс ослабления излучения при прохождении через вещество зависит не только от энергии фотонов и длины волны излучения, но и от атомного номера вещества, в котором происходит фотоэлектрическое поглощение.

Образующееся при прохождении  через вещество рассеянное излучение  либо обусловлено тем, что под  действием электрического поля электроны получают переменное ускорение, в результате которого они сами излучают электромагнитные волны с частотой, совпадающей с частотой первичного излучения и изменённым направлением излучения, (так называемое - когерентное рассеяние), либо обусловлено взаимодействием фотонов со свободными или слабо связанными электронами атома вещества (так называемое - комптоновское рассеяние).

Таким образом, в результате фотоэлектрического поглощения рентгеновского излучения в веществе и рассеяния - часть энергии первичного излучения  остаётся в виде характеристического  и рассеянного излучения, часть  энергии поглощается, а часть  преобразуется в энергию заряженных частиц - электронов.

Прошедшее через предмет  или вещество рентгеновское излучение ослабляется в различной степени в зависимости от распределения плотности их материала. Таким образом, оно несёт информацию о внутреннем строении объекта, т.е. образует рентгеновское изображение просвечиваемого объекта, которое затем преобразуется в адекватное оптическое изображение воспринимаемое глазами оператора. Возникающее рассеянное излучение не несёт информации о внутреннем строении объекта а только ухудшает качество формируемого изображения.

Принцип работы рентгенотелевизионных  установок, основанный на применении метода сканирующего рентгеновского луча можно продемонстрировать на схеме Рис.3.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3Конструктивные особенности и устройство рентгенотелевизионных установок сканирующего типа. 

 

На схеме (рис.3.) показаны три основные функциональные системы рентгеновских аппаратов сканирующего типа: система управления, рентгеновская система и система получения изображения.

Мозгом системы управления является микропроцессорный программированный блок управления. Он получает управляющие сигналы от соответствующих управляющих кнопок пульта управления оператора, от световых датчиков зоны включения и выключения рентгеновского излучения, регистратора скорости движения конвейера, а также подаёт команды на конвейерную ленту, рентгеновский генератор, монитор и модуль детекторной линейки.

Рентгенотелевизионная установка  содержит собственно рентгеновский  генератор, коллиматорное устройство, блок управления режимом работы генератора и энергопитанием, систему получения изображения, а также световые датчики включёния рентгеновского излучения.

Система получения изображения - состоит из  контура «Г-образной» детекторной линейки, куда попадает прошедшее через контролируемый объект рентгеновское излучение, и где оно превращается в видимый свет, благодаря специальным устройствам - сцинцилляторам. Сцинцилляция - это свойство определённых веществ излучать свет под действием ионизирующих излучений, к которым, как известно, и относится рентгеновское излучение. Возникновение сцинцилляций связано с тем, что при взаимодействии электронов, образованных ионизирующим излучением, с веществом сцинциллятора его возбуждённые, ионизированные атомы возвращаются в нормальное состояние с испусканием микрочастиц видимого света. Световые вспышки воспринимаются фотодиодами, которые  преобразуются ими в электрические сигналы, усиливаются и поступают в процессор детекторной линейки. Детекторные сигналы путём опроса каждого детектора всей линейки детекторов считываются и последовательно измеряются, интегрируются с помощью специальных устройств - аналоговых  или цифровых мультиплексоров. При отсутствии рентгеновского излучения процессор детекторной линейки измеряет фоновые величины (шумы и помехи) всех каналов детекторной линейки, переводит их в цифровую форму и фиксирует в блоке памяти. При включении рентгеновского излучения эти фоновые сигналы вычитаются из общего сигнала теневого изображения, создавая качественное, чёткое (без аппаратурных шумов) изображение контролируемого объекта на чёрно-белом или цветном мониторе. Система получения изображения позволяет оператору проводить анализ теневого изображения, используя возможности электронных схем обработки записанной в памяти "картинки", обеспечивающих изменение её контрастности, выделяя более плотные предметы или создавая негативное изображение объекта.