Detekcia výbušnej munície pomocou technológie röntgenového spätného rozptylu - nový proces zvyšuje nové nádeje
NDT v oblasti aplikácie, vývoja a výskumu
Detekcia výbušnej munície pomocou technológie röntgenového spätného rozptylu - nový proces zvyšuje nové nádeje
Zhrnutie
Technológie detekcie nášľapných mín, ktoré sú dnes k dispozícii na praktické použitie, majú stále veľa problémových oblastí, ako sú vysoká miera falošných poplachov, nedostatočné dôkazy o detekcii, vysoké riziká pre prevádzkový personál atď. Táto situácia vedie k relatívne malému úspechu pri odstraňovaní mnohých mínových polí, ktoré existujú na celom svete, a Je potrebné sa obávať, že veľké plochy pevniny v Afrike, Ázii a na Balkáne zostanú v dohľadnej budúcnosti z ľudského použitia stiahnuté, pokiaľ nebudú vyvinuté a implementované nové metódy detekcie a klírensu...
Spoločnosť YXLON International X-Ray GmbH zaviedla nový technologický prístup k detekcii nášľapných mín. Bol vyvinutý prototyp mobilného skenera, ktorý je vybavený výkonnou röntgenovou trubicou s napätím 450 kV a na ilustráciu zakopaných nášľapných mín využíva technológiu röntgenového spätného rozptylu (RRT). Nová technológia otvára nasledujúce možnosti a výhody:
- Hĺbka informácií je dostatočná na identifikáciu pravidelne pochovaných nášľapných mín.
- RRT dokáže detekovať nášľapné míny bez obsahu kovov
- Pomocou RRT sa zisťujú nášľapné míny v rôznych pôdnych typoch vrátane rozdielneho vegetačného krytu.
Najdôležitejším argumentom v prospech použitia technológie röntgenového spätného rozptylu je však skutočnosť, že na rozdiel od všetkých ostatných technológií umožňuje obrazové znázornenie zakopaných objektov bez toho, aby ich bolo potrebné odstrániť z pôvodného miesta. Je to dôsledok skutočnosti, že signál rozptylu röntgenových lúčov z každého ožarovaného objemového prvku v pôde je priamo úmerný jeho hustote materiálu. Technológia spätného rozptylu röntgenových lúčov má potenciál pre nízku mieru falošných poplachov a pre vysoké pravdepodobnosti detekcie. Tento článok predstavuje výsledky, ktoré boli dosiahnuté prototypom skenera na testovacích poliach Bundeswehru.
1. Všeobecné poznámky k problému nášľapných mín
Pozemné míny existujú vo forme protipechotných mín (APM) a protitankových mín (ATM). Z dlhodobého hľadiska bude Ottawská zmluva viesť k zníženiu počtu zavedených APM, pretože v štátoch, ktoré zmluvu ratifikovali, je zakázaná výroba, použitie, skladovanie a distribúcia. Pretože zmluva nie je predmetom tankových mín, nie je možné predpovedať pokles týchto baní. Nové technológie na detekciu pochovaných mín budú musieť v najbližších desaťročiach hrať veľmi dôležitú úlohu.
Pripomienky k existujúcim detekčným technológiám
Využíva sa alebo sa vyvíja veľké množstvo technológií, ale v súčasnosti neexistuje detektor, ktorý by dokázal spoľahlivo detekovať všetky známe typy mín za všetkých vonkajších podmienok.
Existuje veľa informácií o existujúcich technológiách alebo technológiách, ktoré sú vo fáze vývoja. Prehľad je uvedený napríklad v odkazoch [1]. Dodnes sú najbežnejšie používanými nástrojmi ihla na hľadanie mín a detektor kovov. S hľadacou ihlou operátor ryje do zeme v pravidelných intervaloch 2 - 3 cm, kým nenarazí na odpor. Je to nielen veľmi nebezpečné, ale aj mimoriadne časovo náročné. Za typických prevádzkových podmienok môže jediný zametač baní prehľadať iba pár metrov štvorcových denne. U detektorov kovov je miera úspešnosti podobne nízka. Podľa definície detektory kovov nezistia míny, ale kovové časti v zemi. Patria sem nechty, rudy obsahujúce kov, fragmenty granátov v bývalých bojových oblastiach atď. To všetko má za následok extrémne vysokú mieru falošných poplachov. Aby toho nebolo málo, nie sú objavené bane bez kovov.
Okrem vyššie spomenutých ručných nástrojov sa používajú a vyvíjajú aj zložitejšie technológie; väčšina vyžaduje nosné vozidlo a každé z nich má svoje silné a slabé stránky. Pozemný radar (GPR) má určitý detekčný potenciál, ale interpretácia signálov je zložitá. Podrobnosti v signáloch je potrebné vylepšiť a vlhká pôda môže viesť k výrazne zníženým výsledkom.
Pri tepelnej aktivácii neutrónov (TNA) sa deteguje gama žiarenie 10,6 MeV aktivovaného izotopu N-14. Táto metóda má vysokú mieru falošných poplachov z iných látok obsahujúcich dusík a bane bez dusíka sa nezistia. Pomocou jadrovej kvadrupólovej rezonancie (NQR) možno v zásade detegovať veľmi malé množstvo výbušnín, ale najčastejšie používanou výbušnou látkou TNT je táto metóda veľmi ťažká. Aby toho nebolo málo, signály NQR môžu tieniť kovové kryty. Používajú sa aj vizuálne metódy, ale nedokážu detekovať míny v hlbokej vegetácii. Z vyššie uvedených úvah logicky vyplýva, že jediná metóda nemôže splniť požiadavky na detekciu mín. V niekoľkých krajinách existujú plány na vývoj nových, spoľahlivejších procesov založených na kombinácii technológií. Ale aj keď sa podarí spojiť najlepšiu možnú kombináciu, stále niečo chýba: všetky metódy sú nepriame a konečné informácie sú výsledkom viac či menej komplikovaného spracovania a interpretácie signálu. Inými slovami: užívateľsky prívetivý systém detekcie mín vyžaduje proces zobrazovania !
2. Základy technológie röntgenového spätného rozptylu
Keď röntgenové lúče preniknú hmotou, sú oslabené, to znamená absorbované alebo rozptýlené. Z hľadiska úvah v tejto práci je zaujímavým efektom röntgenový rozptyl (Comptonov rozptyl). Popis fyziky Comptonovho rozptylu možno nájsť v učebniciach alebo prehľadných publikáciách, ako je odkaz [2], ale tiež v špeciálnych publikáciách, ktoré sa zaoberajú využitím Comptonovho rozptylu na testovanie materiálov [3-5]. Aj keď röntgenový rozptyl môže byť najsilnejší zo všetkých útlmových procesov, signály merané detektorom sú veľmi slabé. Je to tak kvôli skutočnosti, že pre dostatočné priestorové rozlíšenie sa musia použiť veľmi obmedzené otvory detektorov a kvôli absorpcii röntgenových lúčov v testovanom objekte. Najväčšie straty sa vyskytujú medzi rozptylovým stredom a detektorom, pretože v dôsledku Comptonovho javu je energia rozptýleného röntgenového žiarenia nižšia ako pri ceste tam.
Pre určité testovacie aplikácie v letectve sa metódy RRT stali neoddeliteľnou súčasťou [3]. Možnosť detekcie korózie je pre tento priemyselný sektor obzvlášť zaujímavá. Technológia röntgenového spätného rozptylu (RRT) má nasledujúce zaujímavé aspekty:
- nameraný rozptylový signál je úmerný hustote materiálu ožiareného objemu
- RRT vyžaduje iba jednostranný prístup k testovanému objektu
- sú možné vysoké kontrasty obrazu.
3. Výsledky s prototypom skenera ComScan450
Spoločnosť YXLON vyvinula mobilný demonštračný skener, ktorý je určený na použitie na vojenských testovacích miestach, aby dokázal schopnosti RRT pri detekcii nášľapných mín. V tomto prototype je hlava skenera namontovaná na prívese, ktorý Unimog vedie cez zakopané predmety. Výkonná röntgenová trubica 450 kV a viackanálový detekčný systém sú základnými súčasťami systému. Prototyp bol niekoľkokrát použitý v testovacej oblasti na detekciu a zobrazenie rôznych typov nášľapných mín v rôznych pôdnych a vegetačných podmienkach. Niektoré vybrané výsledky sú uvedené nižšie.
3.1 Výsledky s protipechotnými mínami
Najväčší počet pochovaných nášľapných mín sú protipechotné míny, pokiaľ sú na zemi a nad vegetáciou, dá sa nebezpečenstvo, ktoré predstavujú, stále odhadovať do istej miery; Bohužiaľ, väčšina z nich je niekoľko centimetrov hlboko v zemi. Nasledujúci príklad ukazuje obrázky RRT zakopanej míny PPM-2. Priemer bane je približne 12 cm a sú prezentované vrstvové obrázky z hĺbky 2 a 4 cm. Štruktúry banského krytu sú zreteľne viditeľné na obrázku prvej vrstvy. Žiadne nerasty (kamene, vegetácia atď.) By nemali na röntgenovom snímku za následok také štruktúry! Na obrázku druhej vrstvy je vidieť vnútorné štruktúry nášľapnej míny. Porovnanie s fotografiou nášľapnej míny (obr. 2) ukazuje, že je reprodukovaných veľa vnútorných štruktúr (obr. 3).
3.2 Výsledky s protitankovými mínami
Protitankové míny (napr. TM-62, pozri obr. 4) sa nachádzajú v mnohých oblastiach sveta, napríklad v Kosove, Afganistane atď. Keď sú pochované, je ťažké ich odhaliť. Na obrázku 5 sú znázornené rezové obrázky RRT TM-62 od hĺbky 6 cm a 12 cm. Porovnanie s fotografiou ukazuje, že na identifikáciu je možné použiť valcovité štruktúry vo vrstvových obrázkoch.
3.3 Porovnanie: Inertné bane verzus bane plné TNT
Výsledky v predchádzajúcich častiach boli získané pri baniach naplnených náhradnými látkami, a nie výbušninami. V niektorých experimentoch bolo tiež vykonané porovnanie kvality obrazu pre oba prípady. V nasledujúcom (pozri obr. 6) sú prezentované výsledky protitankovej míny TM-62 s inertnou náplňou a s náplňou TNT. Je zrejmé, že kvalita obrazu zvodov naplnených TNT je prinajmenšom ekvivalentná a býva ešte lepšia.
4. Zhrnutie a výhľad
Výsledky prezentované v tejto práci jasne ukazujú, že röntgenová technológia spätného rozptylu je technika, ktorá umožňuje nielen obrazové znázornenie zakopaných nášľapných mín, ale tiež ukazuje množstvo detailov v objektoch. Pri RRT sa našla technika, ktorá má vysoký potenciál na identifikáciu mín. Iba presná identifikácia umožňuje dobrú definíciu opatrení potrebných na vyčistenie alebo zničenie nájdenej bane.
Fyzické obmedzenie informačnej hĺbky RRT je dané absorpčnými procesmi a viacnásobným rozptylom v pôde. Práca s prototypom skenera 450 kV ukázala, že existuje dostatočná informačná hĺbka na detekciu pravidelne kladených mín (APM a ATM).
Výsledky prezentované v tejto práci boli dosiahnuté s prototypom skenera, ktorý bol navrhnutý pre použitie v určitých oblastiach vojenských testov. Pre praktické použitie pri hľadaní mín v krajinách ako Afganistan, Angola, bývalá Juhoslávia atď. Musí byť hlava skenera namontovaná na vhodnom nosnom vozidle. Obrázok 7 zobrazuje víziu takého budúceho systému.
vďakyvzdania
Tieto práce na odhaľovaní skrytých nášľapných mín boli financované spolkovým ministerstvom obrany BMVg prostredníctvom Spolkového úradu pre obranné technológie a obstarávanie (BWB) v Koblenzi.