7 Досмотровый рентгеновский комплекс

Контрабанда может закладываться внутри материала строительных полуфабрикатов. Для этого в указанных объектах изготовляются пустоты, куда и закладываются предметы контрабанды, а затем место вложения соответствующим образом заделывается. Если физические свойства вложения отличаются от физических свойств материала полуфабриката, то такая аномалия будет надёжно выявляться (см. рис. 21).

Рис. 21. Схема проведения контроля

1 – монолит объекта контроля, 2 – вложение, 3 – излучатель, 4 – приемник.

Прибор должен работать как в механизированном, так и “ручном” режимах контроля с выяв­лением в объектах контроля минимальных аномалий рас­крытием свыше 1 мм.

Используем радиационный метод НК для оценки аномальной области объекта контроля (места заложения сокрытия).

В процессе выполнения работы необходимо:

• рассмотреть процесс прохождения рентгеновских лучей объекта контроля;

• изучить последовать вывода выражения для определения объёма аномальной области объекта контроля и вывести окончательное расчётное выражение;

• провести анализ зависимости объема V_а аномалии, которые можно выявить, при вариации размеров коллиматора и скорости перемещения ν объекта контроля относительно коллиматора.

Если излучение проходит через аномальную область (место заложения сокрытия) с коэффициентом линейного поглощения μ_а и размером x в направлении распространения излучения, интенсивность излучения будет равна:

I_а = I_{0 ·}(R₀ /R)²_· , (7.1)

где: I₀ – интенсивность излучения, создаваемая источником; R₀ – фокусное расстояние; R – расстояние от фокусного пятна до края аномальной области; h – толщина контролируемого объекта; ε – толщина аномалии.

Рассмотрим связь между входными параметрами схем регистрации и параметрами объекта контроля. Пусть источник создаёт на входе объекта контроля плотность потока фотонов φ_по, который перпендикулярен плоскости объекта контроля. Радиационный дефектоскоп имеет коллиматор с прямоугольным окном размерами d (высота) и b (ширина). Объект контроля, выполненный из материала с коэффициентом μ линейного ослабления излучения источника и имеющий внутреннюю полость в виде куба размером ε << h, где h – толщина объекта контроля, перемещается со скоростью ν относительно коллиматора. Тогда средняя скорость счёта регистрируемых импульсов:

υ₀ · [( μ · ε³)/(d · b) + 1] при 0 ≤ t ≤ d/ ν,

υ= (7.2)

υ₀ при других t,

где: υ₀ – эффективное число статистических импульсов при сканировании участков без аномалий объекта контроля при условии, что вклад рассеянного ОК излучения в сигнал сведён к минимуму; Q_D – обобщённый квантовый выход детектирующей системы.

υ₀ = Q_D · φ_по· A_k . (7.3)

При поступлении нормированных импульсов с частотой υ на интегрирующую ячейку сигнал на ней напряжение u(t) описывается соотношением:

u₀ · {[( μ · ε³)/(d · b)] · (1 – e^-t/τ) + 1} при 0 ≤ t ≤ d/ν,

u(t)= (7.4)

u₀ · {[( μ · ε³)/(d · b)] · (1 – e^-t/τ) · e^-(t-d/τ)/τ + 1} при t > d/ν.

Пусть ρ_N – случайные величины с нулевым среднем, т. к. аномалии вносят незначительные возмущения в регистрируемый поток.

ρ_N = ‌ N - N₀ ‌ / N₀, ρ_u = ‌ (u – u₀) ‌ / u₀. (7.5)

Если N₀ или u₀ – средние величины на участках, не содержащих аномалий, то σ(ρ_N) = δ_N, а σ(ρ_u) = δ_u. В дальнейшем предполагается, что аппаратурная погрешность не превышает статистическую и σ_р = σ_а.

Для счётных схем регистрации при времени накопления сигнала t = d / ν отношение сигнал/шум:

q = Δυ /σ_N = ρ_N /σ(ρ_N) = μ·V_а ·k, (7.6)

где: V_а = ε³ – объём аномалии; Π = b· ν – производительность контроля по площади; k = 0,5…1 – коэффициент, учитывающий, что в момент окончания и начала отсчёта в канал регистрации поступает информация не от всей аномалии.

Критерием выявляемости аномалии считается условие q ≥ К (где, например, К = 3), тогда (7.6) c учетом (7.3):

K = μ·V_а ·k (7.7)

где: A_k = d ∙ b – площадь коллиматора.

Преобразуем (7.7) для токовых схем регистрации при τ = 0,8∙ d / ν и t = d / ν:

V_а ≥ (7.8)

Оценим объем V_а аномалий, которые можно выявить, а алюминиевом объекте контроля с помощью радиометрического дефектоскопа, работающего в токовом режиме при помощи дозы излучения в зоне преобразователя 400 мкР/с, его квантовой эффективности Q_D = 0,8, энергии рентгеновских фотонов Е = 100 кэВ, размере коллиматора b, скорости контроля ν.

Для фотонов с энергией Е = 100 кэВ для объекта контроля из алюминия μ = 0,5 см^-1, а мощности дозы излучения 400 мкР/с соответствует φ_п = 4·10⁴ фотонов/(мм²·с).

В работе требуется установить зависимости: V_а = f(ν), (b = const); V_а = f(b), (ν = const). Исходные данные для проведения расчётов приведены в таблицах 7.1, 7.2.

Таблица 7.1

Ширина коллиматора b, мм	Скорость перемещения ОК относительно коллиматора v, мм/с
4	115	120	125	130	135

Таблица 7.2

Скорость перемещения ОК относительно коллиматора v, мм/с	Ширина коллиматора b, мм
125	3	3,5	4	4,5	5

Произведём расчёт для первого случая, когда ширина коллиматора b неизменна, скорость перемещения объекта контроля относительно коллиматора v варьируется.

Производительность контроля по площади:

Π = b[мм]· ν[мм/с] = [мм²/с].

Π₁ = b· ν₁ = 4· 115 = 460 [мм²/с].

Π₂ = b· ν₂ = 4· 120 = 480 [мм²/с].

Π₃ = b· ν₃ = 4· 125 = 500 [мм²/с].

Π₄ = b· ν₄ = 4· 130 = 520 [мм²/с].

Π₅ = b· ν₅ = 4· 115 = 540 [мм²/с].

Во втором случае неизменна скорость перемещения объекта контроля относительно коллиматора v, а ширина коллиматора b варьируется.

Производительность контроля по площади:

Π₁ = b₁· ν = 3· 125 = 375 [мм²/с].

Π₂ = b₂· ν = 3,5· 125 = 437,5 [мм²/с].

Π₃ = b₃· ν = 4· 125 = 500 [мм²/с].

Π₄ = b₄· ν = 4,5· 125 = 562,5 [мм²/с].

Π₅ = b₅· ν = 5· 125 = 625 [мм²/с].

Преобразуем формулу (7.8) и выведем расчётную формулу для определения объёма аномалий V_а, которые можно выявить в алюминиевом объекте контроля с помощью радиометрического прибора, работающего в токовом режиме:

V_а ≥

V_а ≥ (7.9)

V_а ≥ (7.10)

Оценим объём аномалий V_а для первого случая, когда ширина коллиматора b неизменна, а скорость перемещения объекта контроля относительно коллиматора v варьируется.

V_а1 ≥

V_а2 ≥

V_а3 ≥

V_а4 ≥

V_а5 ≥

Построим график зависимости V_а = f(ν), (b = const) (см. рис. 22).

Оценим объём аномалий во втором случае, когда неизменна скорость перемещения объекта контроля относительно коллиматора v, а ширина коллиматора b варьируется.

V_а1 ≥

V_а2 ≥

V_а3 ≥

V_а4 ≥

V_а5 ≥

Рис. 22. График зависимости V_а = f(ν), (b = const)

Построим график зависимости V_а = f(b), (ν = const) (см. рис.23).

Рис. 23. График зависимости V_а = f(b), (ν = const).

Анализируя полученные зависимости, устанавливаем следующее. Объём, выявляемых аномалий V_а для случая, когда ширина коллиматора b неизменна, а скорость перемещения объекта контроля относительно коллиматора v варьируется, линейно возрастает. Таким образом, для выявления аномалий малого размера, необходимо снижать скорость контроля.

Объём, выявляемых аномалий для случая, когда неизменна скорость перемещения ОК относительно коллиматора v, а ширина коллиматора b варьируется, линейно возрастает. Таким образом, для выявления аномалий малого размера, необходимо ширину коллиматора уменьшать.

Принцип действия радиационного прибора поясняется структурной схемой, представленной на рис. 24.

1

2

4

5

3

6

Рис. 24. Структурная схема радиационного прибора

Конструктивно радиационный прибор выполнен в виде пяти со­ставных частей: источника излучения 1, приёмника излучения 2, блока питания излучателя 3, блока питания приёмника 4, электронного блока 5 и сканирую­щей системы 6.

Работа радиационного прибора производится в соответствии с структурной схемой (см. рис. 24) следующим образом. Источник излучения 1, в качестве которого используется рентгеновский аппарат РУП-60-20, излучает на­правленный пучок рентгеновских лучей.

Излучение, распространяясь в изделии, изменяет свои характеристики: интенсивность, энергию, спектральный состав, направление выхода квантов и др. Наличие аномалии приводит к изменению характеристик излучения, проходящего безаномальный участок. Эти изме­нения в интенсивности излучения, прошедшего изделие, реги­стрируются приёмником излучения 2, в качестве которого ис­пользован фотоэлектронный умножитель.

Для увеличения контраста при контроле аномалий ма­лого размера применена специальная оптическая насадка, состоящая из полевой ирисовой диафрагмы, фор­мирующая поле зрения и угловую апертуру приёмника излуче­ния. Электрический сигнал с фотоприемника по­ступает в электронный блок 5 на усилитель.

Для осуществления сканирования изделия применяется система сканирования 6.

На рис. 25. приведен досмотровый рентгеновский комплекс. Он воплощает в себе структурную схему радиационного прибора (рис. 24), а также вспомогательные элементы, позволяющие монтировать его на смотровой площадке таможенной службы (несущая консоль приёмно-излучательного тракта, измерительная база, система сканирования). На рис. 25 не изображена система защиты обслуживающего персонала от излучения, которая должна присутствовать для данного прибора.

При работе на комплексе дополнительно проводятся работы установке и закреплению определенным образом объекта исследования на сканирующей системе, а также операции по соответствующему включению и юстировки аппаратуры контроля, привода сканирующей системы и т. п.

Рис. 25. Досмотровый рентгеновский комплекс.

1 – объект контроля, 2 – осветитель, 3 – несущая консоль приёмно-излучательного тракта, 4 – измерительная база, 5 – система сканирования, 6 – электронный блок