Graniczny system obrazowania DualView Janusz Harasimowicz

Radiografia (fotony) I = I0 exp(–μρx) Problemy: - Nie można zobaczyć obiektów mniej gęstych za obiektami o dużej gęstości; - Nie można odróżnić cienkiego, silnie absorbującego obiektu od obiektu grubego, ale słabo pochłaniającego promieniowanie.

Radiografia DualView Dwie energie fotonów: Różne współczynniki μ  dwa różne obrazy; Analiza porównawcza  więcej informacji o obiekcie (większa rozróżnialność materiałów organicznych i nieorganicznych); Główne zastosowanie: kontrola bagażowa; Ograniczone zastosowanie z powodu niewielkiej penetracji wiązek niskoenergetycznych.

DualView: fotony + neutrony Neutrony oddziałują z materią w sposób komplementarny do fotonów  jeszcze więcej informacji niż w przypadku dwuenergetycznego systemu wiązek fotonowych. Commonwealth Science and Industrial Research Organisation (CSIRO) zaproponowało system DualView oparty o źródło fotonów (Co-60) i źródło szybkich neutronów (14 MeV), pozwalający na stworzenie obrazu zawierającego informację o gęstości i składzie materiału.

DualView: fotony + neutrony

Różnice w osłabianiu Neutrony: In / I0n = exp(–μnρx) Fotony: Ig / I0g = exp(–μgρx) Stosunek współczynników osłabienia neutronów i fotonów R: R = μn / μg = ln(In / I0n) / ln(Ig / I0g)

Różnice w osłabianiu

Różnice w osłabianiu Problem: Wiązki przechodzą przez obiekt składający się z różnych materiałów. Wyraz μρx należy zastąpić przez ∫μ(x)ρ(x)dx. W konsekwencji określane jest jedynie efektywne R. W prostym przypadku, gdy w sąsiedztwie interesującego punktu znajduje się jednorodny materiał, możliwe jest wprowadzenie korekcji na warstwy położone wyżej i niżej. Pozwala to na wyznaczenie właściwej wartości R rozważanego punktu.

Testy laboratoryjne Generator neutronów: Thermo MF Physics A-325 Źródło fotonów: 0,82 GBq (22 mCi) Co-60 Plastikowy scyntylator 20x20x75 mm Detektor neutronów (nie pokazany na rysunku), pozwalający na normalizację liczby zliczeń w jednostce czasu.

Testy laboratoryjne Typowe skany wykonywano dla zliczeń 100-s w każdym z 30 położeń obiektu prześwietlanego, przesuwanego każdorazowo co 10 mm.

Wyniki laboratoryjne

Prototyp

Prototyp Odległość źródła od środka ładunku prześwietlanego: około 2,5 m. Odległość źródła od matrycy detektorów: 4,5 m. Wysokość matrycy detektorów: 1,8 m. Pewien obszar ładunku nie jest prześwietlany.

Prototyp

Źródła promieniowania Komercyjny generator prędkich neutronów (14 MeV) Thermo MF Physics A-325, wytwarzający wiązkę 108 neutronów na sekundę. 0,8 GBq źródło gamma Co-60 (1,17 MeV i 1,33 MeV) o czasie życia 5,3 lat (half-life).

System detekcyjny Odczyt z plastikowych scyntylatorów za pomocą fotodiod silikonowych (zalety: niski koszt, niskie napięcie ~50 V, nie wymagają stabilizacji wzmocnienia). Odpowiedź energetyczna fotodiod silikonowych nie jest dobrze dopasowana do standardowych scyntylatorów plastikowych. Z tego względu wykorzystano specjalne scyntylatory o świetle pomarańczowym. Wymiary scyntylatorów: 20x20x75 mm.

System detekcyjny Konwencjonalne fotodiody nie pozwalają na wzmocnienie sygnału, dlatego konieczne było opracowanie specjalnych wzmacniaczy. Do detekcji zarówno neutronów i fotonów zastosowana została kolumna 80 detektorów. Detektory zostały zgrupowane w jedną matrycę 16 detektorów i dwie 32.

System detekcyjny

System detekcyjny

System detekcyjny

System detekcyjny

Skanowanie Pojedynczy detektor zbiera 7,5 oraz 250 zliczeń na sekundę odpowiednio dla neutronów i fotonów (bez prześwietlanego obiektu). Obiekty przesuwane były na platformie z prędkością 0,25 mm/s. W konsekwencji potrzebne były ponad 2h, by zebrać obraz 2 m obiektu. Dla każdego detektora zbierane było 256-kanałowe widmo (kasowane co 10 mm).

Obraz Wykorzystano specjalne, nieliniowe filtry w celu polepszenia jakości obrazu gęstości i wartości R. Do obrazu gęstości zastosowano filtr wyostrzający, by uzyskać wyraźniejsze krawędzie i granice między obiektami. Do obrazu wartości R zastosowano filtr wygładzający, by zminimalizować szum wynikający z niskiej liczby neutronów.

Obraz

Wyniki Górny obraz: tylko fotony. Dolny: neutrony i fotony. Metalowa rama i silnik widoczne są na niebiesko. Paliwo, gumowe opony, plastikowe siedzenie, światła itp. widoczne na pomarańczowo. Olej w misce olejowej widoczny jest na zielono.

Wyniki

Wyniki Górny obraz: tylko fotony. Dolny: neutrony i fotony. Kolor niebieski reprezentuje obiekty pochodzenia nieorganicznego, kolor pomarańczowy organicznego (tu: narkotyki).

Komercyjny produkt Komercyjny prototyp zainstalowany został na lotnisku w Brisbane. Generator neutronów: Thermo MF Physics A-711 deuter-tryt (1010 neutronów/sek.). Źródło fotonów: 185 GBq Co-60. System detekcji neutronów zawiera 704 scyntylatorów plastikowych, a system detekcji fotonów 352 detektory CsI(Tl).

Komercyjny produkt

Komercyjny produkt Poziom promieniowania poza strefą wyłączoną: 0,5 μSv/h. Całkowita dawka zaabsorbowana przez ładunek prześwietlany: 12 μSv (jest to równoważne dawce od naturalnego promieniowania kosmicznego zaabsorbowanej w samolocie lecącym przez około 2h na wysokości 10 000 m).

Obrazy raz jeszcze

Obrazy raz jeszcze

Obrazy raz jeszcze

Obrazy raz jeszcze