Классификация и основные параметры досмотровой

Классификация и основные параметры досмотровой

Рентгеновской техники

 

С оперативно-технической точки зрения досмотровая рентгеновская техника должна:

· обнаруживать скрытые и запрещенные для свободного перемещения вложения в контролируемых объектах;

· не оказывать вредного воздействия на продукты питания, лекарственные препараты, фоточувствительные и иные материалы, находящиеся в объектах контроля;

· быть безопасной для обслуживающего персонала и окружения;

· иметь высокую производительность контроля;

· быть удобной в эксплуатации.

По виду объектов контроля среди досмотровой рентгеновской техники (ДРТ) выделяют установки:

- контроля содержимого ручной клади и багажа пассажиров;

- углубленного контроля отдельных предметов;

- контроля содержимого среднегабаритных упаковок;

- инспекционно- досмотровые комплексы (относятся к средствам контроля крупногабаритных грузовых упаковок, таких как вагоны, контейнеры, цистерны и т.п.);

- контроля содержимого международных почтовых отправлений;

- контроля физических лиц.

Последний тип систем рентгеновского контроля появился относительно недавно. Они позволяют избавиться от утомительной и неприятной для физического лица традиционной процедуры личного досмотра (см. раздел 8.6).

С точки зрения условий применения рентгеновские установки можно разделить на две большие группы:

- стационарные, устанавливаемые в специально оборудованных помещениях пунктов постоянного пропуска пассажиров, транспортных средств и товаров;

- мобильные, которые могут достаточно легко перемещаться и использоваться в полевых условиях.

Возможны и реально выпускаются в некоторых странах рентгеновские комплексы, которые занимают промежуточное положение между стационарными и мобильными. Они могут перемещаться, однако перебазирование требует довольно значительного времени и больших затрат. В состав комплекса входят сборные конструкции для размещения оборудования и персонала.

- По способам просвечивания объектов контроля и формирования изображений различают проекционные и сканирующие установки.

- В проекционных рентгеновскому облучению подвергается сразу весь объект. Прошедшее через объект излучение преобразуется в теневую картинку на специальном экране. В некоторых установках этого типа первичное изображение с помощью оптико- электронных преобразователей преобразуется в цифровое изображение и после соответствующей обработки выдается на монитор компьютера.

- В сканирующих установках последовательно просвечиваются отдельные участки объекта. Итоговое изображение формируется путем «сборки» результатов просвечивания отдельных участков. В сканирующих установках необходим механизм перемещения объекта вдоль источника рентгеновского излучения либо перемещения рентгеновского луча по поверхности объекта.

- В проекционных и сканирующих установках используются разные по форме пучки облучающих рентгеновских лучей, разные способы и алгоритмы формирования изображений.

- Для получения необходимых форм облучающих пучков лучей между источником излучения и объектом помещается диафрагму (коллиматор). На рис. 8.5 показаны формы рентгеновских лучей, используемые для облучения (просвечивания) объекта контроля в досмотровых установках. В проекционных установках используется широкий пучок, в сканирующих – веерообразный (плоский) или точечный.

Приказом ГТК РФ от 28 сентября 1998 г. № 667 были введены в действие Санитарные правила «Гигиенические требования к производству, эксплуатации и контролю рентгеновских установок для досмотра багажа и товаров», в которых по конструктивным особенностям, режиму эксплуатации и степени радиационной опасности различают три типа рентгеновских установок для досмотра багажа и товаров (РУДБТ).

К установкам 1-го типа относятся стационарные РУДБТ с закрытой досмотровой камерой, щелевым пучком излучения и движущимся объектом контроля. В установках этого типа досмотровая камера окружена стационарной радиационной защитой, обеспечивающей безопасные условия работы и исключающей возможность облучения людей прямым пучком излучения. Высокое напряжение на рентгеновскую трубку выдается только в период прохождения контролируемым объектом зоны контроля. Доза облучения контролируемого объекта при проведении контроля, как правило, не превышает 0,1 мГр.

 

 

Рис. 8.5. Формы рентгеновских пучков для просвечивания

 

К установкам 2-го типа относятся стационарные РУДБТ с закрытой досмотровой камерой, широким пучком излучения и неподвижным объектом контроля. Досмотровая камера окружена сплошной стационарной радиационной защитой, обеспечивающей безопасные условия работы. Высокое напряжение на рентгеновскую трубку выдается только в период проведения контроля. При этом досмотровая камера закрыта и облучение людей прямым пучком невозможно. Доза облучения контролируемого объекта при проведении контроля может превышать 1 Гр.

К установкам 3-го типа относятся мобильные РУДБТ, источник рентгеновского излучения в которых не имеет стационарной радиационной защиты. Ограничение облучения персонала достигается удалением его на достаточно большое расстояние от точки контроля, ограничением времени работы установки и использованием специальных переносных защитных конструкций.

В установках 3-го типа используется широкий пучок излучения.

- В рассмотренной классификации наиболее безопасными при эксплуатации являются установки 1-го типа, наиболее опасными – установки 3-го типа.

Основное требование к рентгеновским досмотровым установкам - максимальная информативность рентгеновского изображения при минимально возможной поглощенной дозе излучения просвечиваемым объектом.

Качество рентгеновского изображения в основном определяется контрастностью, яркостью, нерезкостью и разрешающей способностью.

Контрастность изображения тем выше, чем меньше уровень рассеянного излучения.

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

Яркость изображения –отношение силы света элемента излучающей поверхности к площади проекции этого элемента на плоскость, перпендикулярную направлению наблюдения. Яркость изображения зависит от мощности источника рентгеновского излучения, от свойств применяемых рентгеновских экранов и детекторов.

Разрешающая способность –способность давать четкие раздельные изображения двух близких друг к другу мелких объектов. Пределом разрешения называется наименьшее линейное или угловое расстояние между двумя объектами, начиная с которого их изображения сливаются. На практике принято оценивать величину разрешающей способности досмотровых установок числом различимых линий на 1 мм, причем толщина линий равна толщине промежутков между ними.

Чувствительность – на практике обычно определяется как размеры уверенного обнаружения на экране специального тест- объекта в виде медной проволочки определенного диаметра.

 

8.3. Рентгеновские аппараты сканирующего типа

 

Рентгеновские аппараты сканирующего типа (или конвейерные аппараты) обладают наиболее высокой производительностью.

Как правило, эти аппараты работают там, где оформляются большие пассажирские и грузовые потоки: в аэропортах, автомобильных пунктах пропуска, на складах временного хранения и т.д. Кроме таможенных нужд, они могут использоваться в правительственных учреждениях, службах безопасности и др. Существует целая серия таких аппаратов с различными типоразмерами досмотровых тоннелей (от десятков сантиметров до 1-2 метров), предназначенных специально для контроля объектов различных габаритов и веса: от почтовых отправлений и носимого багажа пассажиров до крупных ящиков.

В установках этого типа контролируемый объект устанавливается на ленту движущегося конвейера. С его помощью объект контроля перемещается через досмотровый тоннель, где «просвечивается» рентгеновскими лучами.

Рис. 8.6 иллюстрирует принцип работы установок сканирующего типа.

В число основных конструктивных узлов установки входят: рентгеновский излучатель (РИ) на основе рентгеновской трубки, конвейерная лента для перемещения объекта контроля, досмотровый тоннель, инфракрасные датчики включения и выключения РИ, детекторная линейка для регистрации прошедшего через объект излучения, блок цифровой обработки сигналов на основе ЭВМ.

Объект контроля устанавливается на конвейерную ленту и движется вместе с ней через досмотровый тоннель. Генератор рентгеновского излучения включается, когда объект контроля пересекает линию первого датчика (датчика включения). При этом неподвижный РИ с помощью коллиматора формирует узкий веерообразный пучок рентгеновских лучей, по вертикали имеющий угол около 60⁰. Эти лучи пронизывают объект контроля.

Рентгеновские лучи, прошедшие сквозь объект контроля, попадают на детекторную линейку, состоящую из миниатюрных элементов - фотодиодов и электронных усилителей. Каждый элемент детекторной линейки преобразует поступающее на него рентгеновское излучение в электрический сигнал. Амплитуда сигнала на выходе отдельного детектора тем выше, чем меньше было поглощение рентгеновского излучения, прошедшего через соответствующий участок объекта и попавшего на соответствующий элемент- детектор. Через фиксированные короткие промежутки времени эти сигналы регистрируются блоком цифровой обработки информации.

 

Рис. 8.6. Принцип работы рентгеновской установки сканирующего типа

 

Генератор РИ отключается после пересечения объектом контроля линии второго датчика. После соответствующей обработки электрических сигналов, полученных с детекторной линейки, формируется изображение на мониторе компьютера.

В разных аппаратах может быть установлено различное количество детекторов. Все зависит от размера досмотрового тоннеля и заданной разрешающей способности аппарата (возможности различать мелкие детали в объекте). Например, в аппарате «HI-SCAN 5170» насчитывается 640 отдельных элементов- детекторов.

В рентгеновских установках конвейерного типа процесс формирования электронного образа изображения объекта на дисплее ЭВМ предполагает последовательное просвечивание отдельных участков исследуемого объекта с последующей «сборкой» на экране изображения объекта в целом, поэтому такие досмотровые установки называют сканирующими.

В процессе движения объекта контроля с помощью детекторной линейки периодически регистрируется интенсивность прошедшего излучения в вертикальной плоскости, т.е. как бы делаются «снимки» множества вертикальных «разрезов» объекта. Цифровой блок обработки преобразует напряжение на выходе каждого детекторного элемента в код, величина которого зависит от интенсивности попавшего на детектор излучения.

После фиксации детекторной линейкой очередного вертикального «среза» на экране засвечивается вертикальная полоса пикселей (участков экрана), при этом яркость свечения отдельных пикселей определяется кодами, полученными для выходных напряжений соответствующих детекторных элементов. Изображение объекта получается в результате соединения на дисплее компьютера изображений отдельных «разрезов» в одну цельную картинку. Именно поэтому любой, кто наблюдал за формированием изображения на установке конвейерного типа, мог заметить, что изображение содержимого объекта контроля появляется на дисплее не сразу, а по частям. Развертка в горизонтальном направлении обеспечивается за счет перемещения объекта на транспортере по тоннелю. Число горизонтальных «разрезов» зависит от скорости движения и протяженности объекта контроля.

Детекторная линейка является важнейшим элементом рентгеновских установок сканирующего типа (рис. 8.7). Ее характеристики во многом определяют характеристики всей установки. Основная функция детекторной линейки - преобразовать рентгеновские лучи, не воспринимаемые органами чувств человека, в электрические сигналы, по которым на экране монитора компьютера можно создать теневую картинку объекта просвечивания.

В качестве первичных регистраторов рентгеновских лучей в детекторной линейке могут использоваться разные по принципу работы элементы. Известны сцинтилляционные, газоразрядные, полупроводниковые, химические и другие виды детекторов. В досмотровой рентгеновской технике чаще всего используются сцинтилляционные и полупроводниковые детекторы.

В сцинтилляционном детекторе рентгеновское излучение преобразуется сначала в световое, которое затем с помощью специального фотоприемника преобразуется в электрический сигнал, поступающий далее на электронную схему сбора и обработки данных. В качестве фотоприемника используется фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) или специальный фотодиод.

 

Рис. 8.7. Устройство детекторной линейки

 

Отдельный детектор представляет собой прозрачный кристалл (сцинтиллятор), люминесцирующий под воздействием рентгеновских лучей. Рентгеновский квант, падая на сцинтиллятор, взаимодействует с его атомами. При этом некоторое количество атомов вещества, составляющего сцинтиллятор, переходит в возбужденное состояние. Обратный переход атомов в нормальное состояние сопровождается испусканием квантов видимого света —люминесценцией. Люминесценция в сцинтилляторе происходит почти мгновенно (через 10^-9.¸.10^-7 с) после возбуждения. В качестве сцинтилляторов обычно используются кристаллы NaI или KI, с добавкой небольшого количества таллия (говорят: «активированные таллием»). Обычно их обозначают NaI(Tl) и KI(Tl) соответственно.

Фотоприемник представляет собой некоторую конструкцию, которая созданный сцинтиллятором световой поток преобразует в импульс электрического тока. Фотоприемник не просто преобразует световой поток в электрический ток, но и производит усиление этого тока.

Очевидно, что пары «сцинтиллятор –фотоприемник» должны быть светоизолированы друг от друга и от внешнего света, для чего в конструкции детекторной линейки имеются светоизолирующие прокладки. Фактически каждая пара сцинтиллятор –фотоприемник «упакована» в специальный контейнер, из которых и набирается детекторная линейка.

В рентгеновских сканирующих установках рентгеновский излучатель устанавливается на уровне плоскости конвейерной ленты. В результате, чтобы зарегистрировать «разрез» объекта контроля вертикальная детекторная линейка должна имеет высоту гораздо большую, чем высота объекта. Это хорошо видно на рис. 8.8.

Чтобы сделать рентгеновский аппарат более компактным по высоте, линейку детекторов выполняют из двух частей, соединенных между собой под прямым углом (о ее форме обычно говорят «L‑образная» или «Г‑образная»). Такая линейка использована практически во всех современных установках. Однако в них возникают дополнительные искажения, связанные с использованием горизонтальной части детекторной линейки.

Зависимость размеров досмотрового тоннеля от конструкции линейки показана на рис. 8.9. На рисунке объект в разрезе имеет прямоугольную форму и выделен более темным цветом. Если предположить, что в установке используется вертикальная линейка, то ее длина АD будет определяться «размахом» лучей, проходящих через крайние точки объекта контроля (рис. 8.9 б).

 

 

Рис.8.8. Линейные искажения предметов в конвейерных установках

 

Если использовать Г-образную линейку, то можно сократить высоту досмотрового туннеля до высоты просвечиваемого объекта (рис. 8.9 а). Возможный коэффициент уменьшения легко рассчитать по теореме о подобных треугольниках при известных расстояниях от источника излучения до детекторной линейки (FA) и объекта (FB), высоте объекта (AC).

Рассматривая рис. 8.8 и 8.9, нетрудно увидеть, что при просвечивании плоский прямоугольный предмет на горизонтальной оси рентгеновского излучателя будет восприниматься как черта, а при других положениях – как прямоугольник. Поэтому сигналы, выдаваемые детекторной линейкой, предварительно подвергаются компьютерной обработке, чтобы получить более реальные изображения просвечиваемых предметов. В то же время получаемые искажения в некоторых случаях играют «положительную» роль. Например, они дают возможность просматривать верхнюю стенку объекта на предмет сокрытия в ней недозволенных вложений. Именно поэтому в реальных аппаратах фокус рентгеновской трубки F может располагаться даже ниже плоскости конвейера.

 

 

Рис. 8.9. 3ависимость габаритов установки от конструкции

детекторной линейки

 

В аппаратах сканирующего типа применяются особые способы радиационной защиты. Защита собственно рентгеновского генератора обеспечивается свинцовым кожухом. Конструкция туннеля, через который перемещается багаж, выполняется из металлических листов толщиной 1,5 - 2,5 мм. Детекторная линейка снабжается свинцовым экраном. Загрузочно-разгрузочные арки туннеля закрываются резиновыми свинцовосодержащими лентами.

Датчики включения/выключения РИ также являются средством повышения радиационной безопасности. С их помощью рентгеновское излучение включается только на время прохождения объектом линейки детекторов. При этом человек может находиться в стороне от направления распространения рентгеновских лучей. Кроме того, в установках конвейерного типа используются частоты и интенсивности излучения, которые гарантирует сохранность даже фотопленки, находящейся в багаже пассажира, и относительно безопасны для оператора установки при случайном облучении. Так, в техническом описании аппарата «HI-SCAN5170-А» указано, что доза на объект за инспекцию не превышает 0,002 мЗв, что гарантирует сохранность самой чувствительной фотопленки даже после нескольких процедур сканирования.

В современных досмотровых установках наряду с монитором для вывода черно-белых изображений имеется монитор для формирования цветных изображений. Известно, что человек обычно способен различить на экране черно-белого монитора примерно 20 градаций серого цвета (от ярко-белого до черного), а цветов - несколько тысяч. Поэтому применение цветных изображений повышает информативность изображений.

Например, в рентгеновской установке «FISCAN SMEX-6585R» наряду с монитором для вывода черно-белых изображений имеется второй монитор – для вывода цветных изображений. При этом для отображения состава вещества контролируемых объектов используются следующие цвета:

· оранжевый – химические элементы с атомным номером менее 10 (взрывчатые вещества, лекарства, пластмасса, ткань, дерево, вода);

· зеленый - химические элементы с атомным номером от 10 до 17 (алюминий, кремний);

· светло-зеленый – смесь органического и неорганического вещества с преобладанием органического;

· синий – неорганические вещества с большим атомным весом (железо, медь, цинк, никель, сталь и др.). Чем больше плотность вещества, тем более темный синий цвет;

· коричнево-красный – очень высокая плотность (например, свинцовый лист или массивный металлический предмет).

В некоторых установках можно получать сразу два изображения для каждого просвечиваемого объекта. Причем, существует два способа их получения.

В первом случае дополнительное изображение получается за счет применения сдвоенных линеек детекторов, когда вторая линейка, расположенная непосредственно под первой, дополнительно фиксирует сигнал, прошедший через фильтр- пластину из медной фольги.

Фактически этот метод позволяет разделять материалы по эффективному атомному номеру.

Практически все вещества, из которых состоят реальные предметы, содержат в себе атомы различных химических элементов. Для них можно ввести понятие эффективного атомного номера Z_эфф, который определяется как усредненное значение порядковых номеров, составляющих вещество элементов периодической таблицы Д.И.Менделеева:

Z_эфф= ∑ z_im_i / ∑m_i,

где суммирование производится по всем i=1…N химическим элементам, входящим в вещество;

m_i —массовые доли химических элементов, входящих в вещество;

Z_i —их атомный номер.

Например, для воды (H₂O) Z_эфф равен 7,2; для двуокиси кремния (SiO₂) — 11,8; для соляной кислоты (HCl) — 16,6; для героина (C₂₁H₂₃NO₅) — 6,2 и т.д. Для многих веществ эффективные атомные номера могут различаться слабо или практически совпадать. Однако, при совместном анализе формы предмета, его внутреннего строения и размеров со значениями эффективного атомного номера появляется возможность существенно повысить распознаваемость предметов.

Для оценки эффективного атомного номера в конвейерных рентгеновских аппаратах применяют упомянутые выше «сдвоенные» линейки детекторов. Она представляют собой две обычные детекторные линейки, рабочие элементы которых расположены точно друг за другом относительно направления падения на них рентгеновских лучей. Между детекторными линейками проложена медная пластина, которая играет роль фильтра, «отсекающего» мягкую (т.е. не обладающую большой энергией и проникающей способностью) составляющую рентгеновского спектра. Таким образом, детектор первой линейки фиксирует интегральную интенсивность рентгеновских лучей всех энергий, то есть рентгеновское излучение, прошедшее как сквозь «легкие» (малое Z_эфф), так и сквозь «тяжелые» предметы (большое Z_эфф), а детектор второй линейки — интегральную интенсивность рентгеновских квантов, относящихся к коротковолновой части спектра (большие энергии), и прошедших сквозь «тяжелые» предметы.

Во втором случае дополнительное изображение получается в результате облучения объекта контроля под другим «углом». Это обеспечивается применением двух источников рентгеновского излучения, расположенных на определенном расстоянии и под определенным углом друг к другу, либо специальной рентгеновской трубки, имеющей два катода, две управляющих сетки, один общий анод и одну систему визуального изображения. Электронное управление каждым из двух генераторов или сетками одного генератора обеспечивает их попеременное включение. Соответственно рентгеновское излучение проходит через объект контроля под разными углами и фиксируется двумя детекторными линейками, принимающими излучения с разных направлений. Возможность быстрого переключения от одного изображения к другому позволяет в аппаратах такого типа выявлять предметы, расположенные в объекте в трудно распознаваемой проекции. Оператор может наблюдать и анализировать одновременно две проекции инспектируемого объекта на одном мониторе (стереоскопический метод) или последовательно каждую из проекций на одном мониторе.

Пульт управления конвейерной установки позволяет увеличивать отдельные участки изображения, выделять цветом разные по плотности предметы, выделять «миганием» особо плотные предметы, формировать негативное черно-белое изображение, изменять яркость изображения и т.п.

Рассмотрим конструкцию и параметры установок сканирующего типа на примере досмотровой рентгеновской установки «FISCAN SMEX-6585R».

Ее внешний вид показан на рис. 8.10. В конструкции установки можно выделить следующие основные узлы: транспортер (1), мониторы (2), генератор рентгеновского излучения и блок электроники (3), пульт управления (4), досмотровый тоннель со свинцовыми занавесками (5).

Конструкция установки «FISCAN SMEX-6585R» обеспечивает надёжную защиту операторов и специалистов по обслуживанию и ремонту от вредного излучения. Лимитная величина излучения: 0,75 мР/ч на удалении 10 см от внешней коробки системы.

Вход и выход в досмотровый тоннель закрываются специальными резиново-свинцовыми лентами для защиты от утечки рентгеновских лучей. Интенсивность излучения в любое время контролируется специальной электрической цепью, независимой от другой части системы. В случае неисправности цепи блокировки включить рентгеновский генератор невозможно.

Рис. 8.10. Основные узлы установки «FISCAN SMEX-6585R”

 

Установка характеризуется следующими техническими характеристиками:

напряжение электропитания – 220 В (+10% - 12%),

частота переменного напряжения – 50 Гц,

потребляемая мощность - около 1 кВА,

напряжение на аноде рентгеновской трубки - 140 кВ,

ток анода – 0,4 мА,

проницаемость - 15 мм листовой стали,

цветное и черно-белое отображение результата просвечивания (отдельно на своем мониторе),

разрешающая способность - 0,1 мм,

возможность увеличения изображения любой из 9 зон экрана,

конвейер – скорость 0,23 м/с,

размер перехода: ширина - 510 мм, высота - 715 мм.

 

8.4. Досмотровые флюороскопы

 

Существует класс досмотровых рентгеновских установок, главной особенностью которых является использование специального флюороскопического экрана для отображения результатов просвечивания контролируемого объекта. Этот экран покрыт специальным веществом-(люминофором), которое может преобразовывать энергию невидимых рентгеновских лучей в излучение в виде квантов видимого света, воспринимаемых глазом человека. При прекращении воздействия излучения на экран свечение прекращается. Каждый квант рентгеновского излучения попадая на экран, покрытый люминофором, порождает квант света. Чем больше энергия рентгеновских квантов попадающих на некоторую область экрана, тем ярче свечение этой области. Одним из лучших флюоресцирующих веществ для покрытия экранов считается смесь сульфида цинка (ZnS) с сульфидом кадмия (CdS), активированных серебром.

Свечение, возникающее под воздействием внешнего облучения и исчезающее в течение короткого времени после окончания воздействия, называют флюоресценцией. Поэтому установки, использующие такой экран, называют флюороскопами.

В 90-х годах таможенные органы России активно оснащались установками для флюороскопического рентгеновского контроля «Короб-А» (другое название «Флюрекс»), которые относится к стационарным проекционным рентгеновским установкам 2-го типа. Они предназначались для углубленного таможенного контроля багажа и ручной клади.

Принцип работы флюороскопической установки можно пояснить следующим образом (рис. 8.11).

 

Рис. 8.11. Принцип получения теневых изображений в рентгеновских

установках флюороскопического типа

Излучение от источника рентгеновских лучей проходит через контролируемый (просвечиваемый) объект и попадает на экран. На нем прошедшее через объект рентгеновское излучение преобразуется в световой рельеф (так называемое «теневое изображение»).

Лучи, прошедшие через различные участки просвечиваемого объекта, будут иметь разную интенсивность из-за неодинаковых значений коэффициентов ослабления рентгеновского излучения вследствие различной толщины и плотности предметов в просвечиваемом объекте. Поэтому участки экрана, находящиеся за толстыми предметами или предметами, изготовленными из сильно поглощающих веществ, светятся слабее по сравнению с участками, расположенными за тонкими предметами или предметами, сделанными из легких материалов. Иными словами, флюоресцентный экран играет роль преобразователя невидимого человеческим глазом «скрытого» рентгеновского изображения в видимый зрительный образ.

На рис. 8.11 в качестве объекта контроля показана коробка, внутри которой находится предмет (цилиндр) из плотного вещества. На участок экрана за плотным предметом будут воздействовать рентгеновские лучи меньшей интенсивности, чем на другие участки экрана, т. к. плотный предмет сильнее задерживает (поглощает) рентгеновские лучи. Поэтому на рисунке теневое изображение плотного предмета показано более темным, чем изображение остальной части коробки. Нетрудно увидеть, что размеры полученного изображения отличаются от реальных размеров контролируемого объекта, т. к. теневая картинка представляет собой его проекцию на экран.

В простейших флюороскопах глаза оператора (наблюдателя) располагаются на линии «Источник излучения – Объект - Флюоресцентный экран». Очевидно, что не вся энергия рентгеновских лучей будет поглощаться просвечиваемым объектом и флюоресцентным экраном. Чтобы защитить глаза оператора или телекамеру от остаточного рентгеновского излучения, за флюоресцентным экраном установливается защитное стекло с добавками свинца. В современных флюороскопах свечение экрана преобразуется в электрические сигналы, по которым создается изображение на телевизионном экране или мониторе компьютера. Очевидно, такие приборы более безопасны.

На флюоресцентном экране отображаются светотеневые контуры, геометрически подобные контурам предметов, находящихся в объекте. Коэффициент M увеличения изображения может быть рассчитан из соотношения подобия треугольников, общей вершиной которых является источник излучения F (рис. 8.12). Нетрудно убедиться в справедливости соотношения:

,

где l и L - расстояния от источника до предмета и до экрана; r и R - размер предмета и размер его изображения на экране соответственно.

Реальное значение увеличения изображения объектов в рентгеновских досмотровых аппаратах обычно не превышает нескольких раз.

 

 

Рис. 8.12. К расчету коэффициента увеличения изображения

 

Следует помнить, что контур изображения на экране передает проекцию разреза просвечиваемого объекта в плоскости, перпендикулярной направлению рентгеновских лучей. В связи с этим разные по объемной форме предметы на флюоресцентном экране могут давать одну и ту же теневую картинку (рис. 8.13).

Источник рентгеновского излучения должен иметь небольшие линейные размеры b, чтобы не вызывать искажений изображения на экране. При больших размерах источника через каждую «точку» объекта контроля от него будет проходить несколько лучей, т.е. будет получаться размытое изображение точки (рис. 8.14). Кроме того, изображения отдельных «точек» будут частично накладываться друг на друга.

Размер В теневого изображения источника вычисляется также из подобия треугольников:

, откуда , где М = L/l.

Рис. 8.13. Примеры форм теневых проекций

 

Рис. 8.14. Искажение изображения вследствие конечных

размеров источника излучения

 

Вследствие конечного размера источника разрешающая способность[1] d проекционного метода будет ограничена значением:

,

или, оценивая ее сверху: .

То есть минимальный размер фрагмента предмета, который может быть рассмотрен на изображении, не может быть меньше размера используемого источника рентгеновского излучения. Типичным значением разрешающей способности проекционного метода формирования изображения, применительно к рентгеновским досмотровым установкам таможенного контроля, является несколько десятых долей миллиметра.

Рассмотрим конструкцию и характеристики одной из отечественных установок флюороскопического типа на примере стационарной установки «Короб-А», предназначенной для углубленного рентгеновского контроля багажа пассажиров (рис. 8.15).

Рис. 8.15. Общий вид установки «Короб-А»

 

Установка в нижней части имеет тележку (1) с колесами, что позволяет, несмотря на большой вес, перемещать ее в помещениях. Рентгеновский генератор находится в защитном кожухе (2) напротив флюоресцентного экрана с тубусом (3). В средней части находится бункер (4) с двигающимся кожухом. В бункере имеется поворотный столик, на который помещается контролируемый объект. Слева и справа от панели управления (5) расположены два штурвала (6), с помощью которых можно поворачивать столик с объектом контроля и изменять положение объекта относительно рентгеновских лучей. Бункер рентгеновский генератор со всех сторон закрыты свинцовыми листами. Перед тубусом для наблюдений установлен специальный защитный экран.

Поворачивая объект (тем самым меняя направление просвечивания) мы получаем возможность для подробного изучения его внутреннего строения. В комплект установки входят подставки, позволяющие установить объект в наклонном состоянии.

Открытый бункер с установленным на поворотный столик объектом контроля показан на рис. 8.16.

Просвечиваемый объект располагается внутри коробообразной камеры (отсюда название установки «Короб») на поворотном столике. Кожух состоит из двух частей, причем задняя его часть подвижная и управляется электроприводом. Подвижная часть кожуха, отодвигаясь назад, обеспечивает доступ для загрузки досматриваемого объекта. Стенки кожуха выложены свинцовыми листами, обеспечивающими защиту персонала от неиспользованного рентгеновского излучения. Перед светозащитным просмотровым тубусом установлено свинцовое стекло. Включение высокого напряжения возможно только при полном закрытии подвижной части, что обеспечивается специальными блокировочными микровыключателями, установленными на стыках подвижной и неподвижной частей кожуха.

 

Рис. 8.16. Открытый бункер с объектом контроля