CC BY
33
Литература
1. Fenimore E.E. Coded Aperture Imaging with Uniformly Redundant Arrays [текст] / Fenimore E.E. Cannon T.M. // Applied Optics,
1978, v.17, No.3, pp.337-347.
2. Proctor R.J. The Design of Optimum Coded Mask X-Ray Telescopes [текст] / Proctor R.J., Skinner G.K., Willmore A.P. // Monthly Notes of Royal Astronomical Society, 1979, v.187, pp. 663-643.
3. Gottesman S. R. New family of binary arrays for coded aperture imaging [текст] / S. R. Gottesman, E. E. Fenimore // Applied Optics, 1989. - Vol. 28, No. 20. - pp. 4344-4352.
4. T.M. Cannon Tomographical Imaging Using Uniformly Redundant Arrays [текст] / T.M. Cannon, E.E. Fenimore // Applied Optics,
1979, v. 18, No.7, p.1052-1057.
5. R.Accorsi. Deaign of Near-Field Coded Aperture Cameras for High-Resolution Medical and Industrial Gamma-Ray Imaging [текст] // Massachusetts Institute of Technology. Ph.D. Thesis. July, 31, 2001.
6. Coded Aperture Imaging with Application to Fast Neutron Analysis and to Nuclear Medicine Imaging: Technique with Applicability to Supply Reduction and to Demand Reduction [текст]: 2001 ONDCP Technology Symposium. June 25-28, San Diego, California: R.Accorsi, F.Gasparini, R.C.Lanza.
7. Geant4: a toolkit for the simulation of the passage of particles through matter [электронный ресурс]. - Electronic text data. Geneva: Switzerland, 2009. - Mode of the access: http://geant4.cern.ch.
У статті вирішується завдання дослідження програмно-аналітичної моделі детектору прихованих порожнин, розробленої для моделювання різних геометрій перешкод та закладок з ціллю оцінки можливості використання зареєстрованої швидкості рахунку для детектування наявності закладок, та їх ідентифікації Ключові слова: детектор прихованих порожнин, моделювання, ідентифікація
□------------------------------------□
В статье решается задача исследования программно-аналитической модели детектора скрытых пустот, разработанной для моделирования разных геометрий преград и закладок с целью оценки возможности использования регистрируемой скорости счета для определения наличия закладок и их идентификации
Ключевые слова: детектор скрытых пустот, моделирование, идентификация
□------------------------------------□
In the article the study of software simulation of hidden cavities’ detector is performed. The model is designed to simulate the detector response for different geometries of obstacles and types of objects behind these obstacles, with the goal of determining the possibility of detection and identification of objects using the registered count rate only
Keywords: hidden cavities’ detector, simulation, identification
УДК 539.12.07
ОБНАРУЖЕНИЕ И ИДЕНТИФИКАЦИЯ СКРЫТЫХ ПРЕДМЕТОВ ПО СКОРОСТИ СЧЕТА СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫМ ДЕТЕКТОРОМ
Е. Г. Я рощу к
Младший научный сотрудник* Контактный тел.:093-360-76-60 E-mail: [email protected] Е.А. Краснощеков Младший научный сотрудник* Контактный тел.: 066-986-84-43 E-mail: [email protected] А.В. Калюжный Заведующий лабораторией* Контактный тел.: 095-344-80-32 E-mail: [email protected] П.Ю. Войлов Заведующий лабораторией* Контактный тел.: 066-770-98-44 E-mail: [email protected] *Научно - исследовательский и проектно - конструкторский
институт «Искра» ул. Звейненка, 145с, г. Луганск, 91033
Введение
При проведении досмотрового контроля транспортных средств, для быстрого обнаружения не-
санкционированных вложений внутри естественных (технологических) и искусственных полостей транспортных средств, государственными силовыми структурами все чаще применяются портативные
3
носимые радиоизотопные приборы. Принцип их работы основан на регистрации аномального изменения плотности потока гамма-излучения рассеянного в обратную сторону при сканировании вдоль поверхности контролируемого объекта [1, 2]. Достоинствами приборов такого класса, являются: односторонний доступ к объекту контроля, простота в использовании, высокая вероятность обнаружения, возможность работы с преградами из различных материалов. Основной недостаток - наличие источника ионизирующего излучения.
Отличительной особенностью приборов подобного класса является то, что они работают в счетном режиме. Инновационной идеей является применение в алгоритме работы прибора как счетного, так и спектрометрического режима, который позволит не только определить наличие несанкционированной закладки в определенном месте, но и идентифицировать ее по спектральным характеристикам. Для этого необходима полная модернизация или даже разработка нового поколения приборов подобного класса.
В процессе разработки, тестирования и усовершенствования такого досмотрового прибора (детектора скрытых пустот), необходимо иметь значительный объем экспериментальных данных, представляющих большой диапазон геометрий измерений. Очевидно, экспериментальное получение такого объема данных связано с огромными временными и материальными затратами, причем некоторые типовые ситуации получить в реальных условиях иногда не представляется возможным. Единственной альтернативой в данном случае является имитационное моделирование, с помощью которого можно (с известной погрешностью) получить отклик системы в любой геометрии эксперимента.
Целью данной статьи является выяснение возможности определения наличия закладок, и их идентификации, за различными типами преград, используя регистрируемую скорость счета импульсов.
Для достижения поставленной цели решается задача исследования программно-аналитической модели детектора скрытых пустот, разработанной для моделирования различных геометрий преград и закладок (для различных материалов), заключающаяся в имитации процесса измерения, построении и анализе доверительных интервалов скоростей счета, полученных в результате имитационных экспериментов.
Экспериментальная часть
Для проведения имитационного моделирования была разработана программно-аналитическая модель детектора скрытых пустот в среде GEANT4 (институт СЕЯ^[3]. Моделируемая геометрия включает в себя следующие объекты: преграда из некоторого материала (моделировались алюминий, полипропилен, силикатный кирпич, бетон, сталь и дерево), в которой на некоторой глубине находится воздушная полость (прямоугольный параллелепипед размерами 75x75x75 мм).
В полости, в зависимости от опыта, может помещаться закладка (также прямоугольный параллелепипед, размерами 50x50х 50мм, моделировались кокаин,
серебро и платина), причем одной своей гранью закладка соприкасается с преградой.
Моделировался сцинтилляционный детектор (кристалл №1, 040мм, Ь = 5мм) в дюралевом корпусе (толщина 1мм) со светоотражающей засыпкой (порошок MgO толщиной 1мм), в свинцовой защите (толщина 10мм, кроме грани соприкасающейся с преградой). Детектор располагался на одной оси с закладкой. Между детектором и преградой находится слой из полипропилена толщиной 2 мм имитирующий корпус прибора.
Источник 133Ва находится в осевом цилиндрическом канале (04мм) свинцового коллиматора (055мм), расположенного под углом 45° к плоскости корпуса прибора и детектора и на расстоянии 80 мм от оси последнего. Такой угол выбран в результате предварительного моделирования, поскольку для данного расположения элементов геометрии дает максимально полный сбор детектором рассеянного излучения и минимальный - прямого.
Схема модели представлена на рис. 1.
Рис. 1. Схема моделируемой системы
Помимо указанных материалов закладки, моделировались также случаи отсутствия закладки в воздушной полости, а также отсутствия самой полости (сплошная преграда). Толщина преграды была 5, 10 и 15 мм.
Моделировался источник активностью 2.08 х107Бк. Гипотеза нормальности распределения скорости счета для одинаковых геометрий не была отвергнута, для построения доверительных интервалов было проведено по 10 опытов в каждой геометрии. Полученные результаты сравнения расчетных интервалов представлены на рис. 2-7, на которых используются следующие обозначения:
- линия - полость (с закладкой) расположена на глубине 5 мм;
- пунктир - полость расположена на глубине 10
мм;
- штрих пунктир - полость расположена на глубине 15 мм;
- штрих - преграда без закладок.
без закладки —
воздушная
полость
• ---- кокаин
А*
__________________I________________I_________________
О 1хЮ3 2хЮ3 Зх1Ср
Рис. 2. Доверительные интервалы в преграде из алюминия
Из рис. 2 (алюминий) видно, что при глубине заложения 5 мм для платины, серебра, кокаина можно определить само наличие закладки, а также можно идентифицировать кокаин (но не отделить серебро от платины). При глубине заложения 10 мм и 15 мм кокаин по-прежнему хорошо различим, однако невозможно разделить серебряную, платиновую закладки друг от друга и от пустой полости, однако все они достаточно хорошо различимы от сплошной преграды.
без закладки-----
воздушная
полость
кокаин
А§
Pt
О 1к103 2хШ3 ЗхЮ3 4x103
Рис. 3. Доверительные интервалы в преграде из полипропилена
Из рис. 3 (полипропилен) видно, что при глубине закладок 5 мм хорошо различимы друг от друга все типы представленных закладок. При глубине закладок 10 мм невозможно разделить закладки из платины и серебра от полости без закладки. Закладка из кокаина плохо различима от сплошной преграды, но хорошо различима относительно остальных закладок. При глубине 15 мм плохо различимы закладки из серебра и платины, и кокаин неотличим от преграды (однако хорошо отличим от полости).
'5.2-
без закладки ........
воздушная
полость
' кокаин
Ag
0 500 1x103 15x103 2x103 2 5х103
Рис. 4. Доверительные интервалы закладок в преграде из силикатного кирпича
Из рис. 4 (кирпич) видно, что при глубине закладок 5 мм закладки различимы друг от друга, кроме платины и серебра.
При глубине 10 мм закладки из воздуха, серебра и платины не различимы друг от друга, а закладка из кокаина хорошо разделима от других типов закладок.
При глубине 15 мм закладки из платины, серебра и воздушная и воздушная полость близки друг к другу, однако закладка из кокаина по-прежнему хорошо различима относительно других закладок.
5 4- без закладки ......
воздушная ........ полость
52- ‘ - *— кокаин
А?
:________________I________________I_________________
О 1И03 Ш® ЗхШ3
Рис. 5. Доверительные интервалы закладок в преграде из бетона
Из рис. 5 видно, что при глубине закладок 5 мм закладки различимы друг от друга, кроме платины и серебра.
При глубине 10 мм и 15 мм закладки из воздуха, серебра и платины не различимы друг от друга. Закладка из кокаина хорошо разделима от других типов закладок.
без закладки .................
.............. воздушная
полость
■ • - — ---- кокаин
Ag
200 400 600 800 1х103
Рис. 6. Доверительные интервалы закладок в преграде из стали
Из рис. 6 видно, что при геометрии 5 мм и 10 мм закладки из воздуха, серебра и платины не различимы друг от друга, а кокаин от преграды и других типов закладок при глубине 15 мм. При геометрии 15 мм все типы закладок не различимы или плохо различимы друг от друга, а особенно, что важно, от преграды.
54- без закладки
______ воздушная
— полость
52 - кокаин
___ ___ ______ Ag
__________________I__________________I_________________
о Ыа5' ШШ* ШЙ®
Рис. 7. Доверительные интервалы закладок в преграде из дерева
Из рис. 7 видно, что при глубине закладок 5 мм хорошо различимы друг от друга все типы представленных закладок (у кокаина и преграды есть небольшое
пресечение доверительных интервалов). При глубине 10 мм закладки из воздуха, серебра и платины не различимы друг от друга, однако закладка из кокаина хорошо разделима от других типов закладок. При глубине закладок 15 мм закладки различимы друг от друга, кроме платины и серебра.
Выводы
По полученным результатам моделирования можно сделать следующие выводы:
- применение метода скоростей счета для определения наличия и идентификация кокаина в данной группе исследуемых материалов и геометрий, оправданно для всех рассматриваемых преград, кроме стальной;
- применение метода скоростей счета для определения наличия серебра и платины при толщинах преграды 5 мм для данного набора материалов возможно, однако невозможно отделить серебро от платины; при толщинах 10 мм и 15 мм можно говорить лишь о наличии полости или закладки вообще (то есть платина и серебро неотделимы от воздушной полости);
- за стальной преградой 15 мм невозможно определить ни наличие самой полости, ни закладки в ней.
Дальнейшие исследования могут быть направлены на расширение исследуемого набора материалов и геометрий, а также на исследование возможности идентификации материала закладки по спектру регистрируемого рассеянного излучения.
Литература
1. Дубровкина М.В. Перспективы применения детектора
скрытых пустот на основе эффекта обратного рассеяния гамма-излучения при контроле транспортных средств // Дубровкина М.В. Калюжный А.В. // Сучасні інформаційні та інноваційні технології на транспорті MINTT-2010: Збірка наукових праць Міжнародної науково-практичної конференції - Херсон: Видавництво Херсонського державного морського інституту, 2010. - С. 27-31.
2. Калюжный А.В. Исследование методов контроля скры-
тых пустот различными способами / А.В. Калюжный // Адаптивні системи автоматичного управління: Міжвідомчий науково - технічний збірник. - Днепропетровск: Системні технології, 2007. - Выпуск 10 (30). - С. 54-62.
3. Инструментарий для имитации прохождения частиц че-
рез вещество Geant4 [Электронный ресурс]. - Электрон-
ные текстовые данные (7065 bytes). - Режим доступа: http://geant4.web.cern.ch/geant4 Friday, 26 March 2010 14:14:22.
Е
