способ томографического контроля крупногабаритных грузов
Классы МПК: | G01N23/04 с последующим получением изображения |
Автор(ы): | Васильченко Ю.В., Дудкин Г.Н., Падалко В.Н. |
Патентообладатель(и): | Научно-исследовательский институт ядерной физики Томского политехнического университета |
Приоритеты: |
подача заявки:
1993-04-23 публикация патента:
27.01.1997 |
Использование: неразрушающий радиационный контроль с использованием природного потока космических мюонов. Сущность изобретения: с помощью пар координатно-чувствительных детекторов, расположенных вокруг объекта, задают квазипараллельные пучки мюонов под разными направлениями. Определяют координаты входа мюонов в объект, координаты выхода мюонов из объекта и по ослаблению потоков космических мюонов под разными направлениями воспроизводят томографическую картину содержимого закрытого транспортного средства без относительного сканирования объекта и детектора. Способ позволяет осуществлять контроль средней плотности и томографию объектов с разрешением порядка единиц сантиметров без применения дорогостоящих ускорительных установок, специальных помещений, отвечающих нормам радиационной безопасности, и может использоваться для создания установок контроля ввоза - вывоза груза для военных баз, военных заводов, закрытых городов. 5 ил. 1 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6
Формула изобретения
Способ томографического контроля крупногабаритных грузов, заключающийся в просвечивании груза проникающим излучением по нескольким направлениям, проведении трансмиссионных измерений по этим направлениям, получении теневых проекций исследуемого объекта, реконструкции из теневых проекций флуктуаций плотности внутри исследуемого груза, отличающийся тем, что в качестве проникающего излучения используют природный поток космических мюонов, а квазипараллельные пучки космических мюонов под разными направлениями задают парами координаточувствительных детекторов, расположенных на входе и выходе излучения из объекта.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к технике неразрушающего радиационного контроля и может быть использовано для идентификации объектов, находящихся в контейнерах, железнодорожных вагонах или иных крупных транспортных средствах по их геометрическим размерам и плотности. Известно, что разработаны и широко применяются для самых разнообразных целей (от медицины до контроля содержимого багажа и крупногабаритных грузов) методы радиационной компьютерной томографии (КТ). Компьютерная томография представляет собой метод, с помощью которого каждый слой объекта может рассматриваться совершенно отдельно, то есть при полном отсутствии влияния соседних слоев. Трудность заключается в том, что при измерении некоторой физической характеристики в окрестности заданной внутренней области объекта излучение должно проходить через ряд окрестностей других точек. Эта трудность устраняется тем, что проводятся трансмиссионные измерения на множестве траекторий, проходящих через слои, представляющие интерес, а затем путем применения специальных математических методов, получают двумерное изображение интересующих слоев (Бейтс Р, Мак-Доннели М, Восстановление и реконструкция изображений. Перевод с английского, М. Мир, 1989). Физическая сущность метода радиационной компьютерной томографии заключается в следующем. Пусть f(x) функция, характеризующая поглощение рентгеновских лучей веществом объекта, тогда относительное уменьшение интенсивности рентгеновского излучения на малом![способ томографического контроля крупногабаритных грузов, патент № 2072513](/images/patents/400/2072033/916.gif)
![способ томографического контроля крупногабаритных грузов, патент № 2072513](/images/patents/400/2072033/916.gif)
![способ томографического контроля крупногабаритных грузов, патент № 2072513](/images/patents/400/2072033/916.gif)
Обозначим через Io начальную интенсивность пучка в направлении L, а через I1 его интенсивность после прохождения через тело. В силу формулы (I)
![способ томографического контроля крупногабаритных грузов, патент № 2072513](/images/patents/400/2072513/2072513-2t.gif)
то есть в результате сканирования получаются линейные интегралы функции f по каждой из прямых L. По совокупности этих интегралов нужно восстановить f, причем процедура восстановления должна соответствовать схеме сканирования. Реконструкция пространственного коэффициента ослабления излучения материалом контролируемого объекта производится в результате вычислительной обработки данных теневых проекций, полученных при просвечивании объекта в различных направлениях. Томографическая картина получается за счет того, что флуктуации плотности внутри контролируемого объекта приводят к значительным пространственным различиям в коэффициентах ослабления. Для целей КТ применяют три схемы сканирования (Наттерер Ф. Математические аспекты компьютерной томографии. Перевод с английского, М. Мир, 1990, с. 8-10):
1) параллельная схема используется один источник излучения, с другой стороны объекта один детектор излучения, которые движутся параллельно друг другу и поворачиваются в процессе сканирования вокруг излучаемого объекта;
2) веерная схема источник излучения движется по дуге окружности вокруг объекта, испуская веер рентгеновских лучей, которые регистрируются цепочкой детекторов, веерная схема обеспечивает более высокую скорость сканирования, для получения трехмерной картины интересующего объекта применяют третью схему;
3) конусная схема источник излучения движется по окружности вокруг объекта, испуская конус рентгеновских лучей, которые регистрируются площадкой детекторов. Для томографии крупногабаритных деталей и грузов в качестве источников излучения применяют ускорители электронов, как правило линейные ускорители (КлюевВ.В. Соснин Ф.Р. Гусев Е.А. и др. Неразрушающий контроль с источниками высоких энергий, М. Энергоатомиздат, 1989, с. 143-148), на энергию до 10-15 МэВ и один из описанных выше способов сканирования. Для ускорения процедуры сканирования фирма HEIMANN GmbH используют два линейных ускорителя электронов с конусными пучками, расположенными ортогонально друг к другу, две матрицы детекторов и систему протяжки груза (проспект фирмы HEIMANN GmbH). Такая томографическая установка позволяет контролировать содержимое вагона размером 2,5х2,5х12 м со скоростью 0,4 м/с, с пространственным разрешением порядка единиц мм, с проникающей способностью по стали 300 мм. Недостатком такой томографической установки является ее сложность, а также малая проникающая способность по стали. Действительно, если в вагоне содержится плотный груз (например слитки железа, свинца, меди и т.д.), а в середине спрятан контейнер с наркотиками, то наркотики обнаружить не удастся. Другой пример: в вагоне также содержится плотный груз, а в середине спрятан еще более плотный груз (например слитки золота, урана и т.д.). Чтобы просвечивать такой груз, необходимо увеличивать энергию ускоренных электронов до 20 30 МэВ и дозу облучения до значительных величин. Несмотря на эти недостатки, такими томографическими установками за рубежом оборудованы все крупные международные речные, морские, воздушные, железнодорожные порты. Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем:
Как и в известном способе, контроль осуществляют просвечиванием объекта проникающим излучением в нескольких направлениях и регистрацией прошедшего излучения, однако, в отличие от известного способа, томографический контроль проводят с использованием природного потока космических мюонов. Для этого с помощью пар координатно-чувствительных детекторов, расположенных вокруг объекта, задают квазипараллельные пучки мюонов под разными направлениями, определяют координаты входа мюонов в объект, координаты выхода мюонов из объекта, и по ослаблению потоков космических мюонов под разными направлениями воспроизводят томографическую картину содержимого закрытого транспортного средства без относительного сканирования объекта и детектора. Природное космическое излучение на уровне моря состоит в основном из мюонов, имеющих энергетический спектр от сотен МэВ до десятков ГэВ, со средней энергией
![способ томографического контроля крупногабаритных грузов, патент № 2072513](/images/patents/400/2072513/2072513-3t.gif)
![способ томографического контроля крупногабаритных грузов, патент № 2072513](/images/patents/400/2072033/920.gif)
![способ томографического контроля крупногабаритных грузов, патент № 2072513](/images/patents/400/2072033/920.gif)
![способ томографического контроля крупногабаритных грузов, патент № 2072513](/images/patents/400/2072076/8776.gif)
![способ томографического контроля крупногабаритных грузов, патент № 2072513](/images/patents/400/2072076/8776.gif)
![способ томографического контроля крупногабаритных грузов, патент № 2072513](/images/patents/400/2072044/177.gif)
![способ томографического контроля крупногабаритных грузов, патент № 2072513](/images/patents/400/2072513/2072513-4t.gif)
Класс G01N23/04 с последующим получением изображения