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DACH Tagung 11.-13. Mai 2015, Salzburg BAM 8.3 Radiologische Verfahren

Röntgenrückstreu-Radiogra phie zur Detektion vonGefahrstoffen für die Luftfahrtsicherheit

N. Wrobel , S. Kolkoori, U.Zscherpel, U. Ewert

BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfungBerlin, Deutschland

Fachbereich 8.3 Radiologische Verfahren


Containersicherheit

Flughafensicherheit Luftfrachtsicherheit

Logistik

Detektion von Explosivstoffen in Gepäck und Cargo-Containern mit einseitigen Zugang

Identifizierung von gefährlichen Flüssigkeiten in einer komplexen Umgebung

Notwendigkeit für neue Röntgenrückstreu-Bildgebung

Motivation

2


Bleistift-strahl Detektor

Objekt

Röntgenquelle

Objekt

Lochblenden-kamera

Detektor

„Bleistiftstrahl“-Technik Lochblenden-Kamera

Großflächige und empfindlicheDetektoren

Festgelegte Geometrie und eineEinstrahlrichtung

Diaphragma so dünn wie möglichfür große Blickwinkel

lange Messzeiten

wenig geeignet für X-rays >200keV

Bestehende Methoden und ihre Grenzen

(A) (B)


Gliederung

• Prinzip zur Bildgebung mit der Röntgenrückstreu-technik

• Konstruktion der portablen Röntgenrückstreu-Kamera

• Experimenteller Aufbau und Datenerfassung

• Experimentelle Validierung der entwickelten Technik für die Luftsicherheit

Detektion gefährlicher Materialien in Gepäck, Cargo und elektronischen Bauteilen

• Zusammenfassung und Ausblick

Gliederung :

3


Röntgenröhre

Testobjekt

spezieller Schlitzkollimator

Matrix-Detektor

Rückstreubild

“Rückstreu-Kamera”

gestreuterStrahl

einfallender Kegelstrahl

Prinzip der Bildgebung mit der Röntgenrückstreu-Technik:

Prinzip der Bildgebung

Schlitzkollimator für die Bildgebung, Deutsches Patent, DE 10 2005 029 674, BAM.


Geschwungener Schlitzkollimator

* K. Osterloh et al., Schlitzkollimator für Röntgenrückstreu-Bildgebung, Patent, DE 10 2005 029 674, BAM.

50 cm

50 cm

50 cm

Passage der gestreuten Strahlung durch einen speziell geschwungenen Schlitz in Analogie zu einer Mehrfachlochblende

4


Eigenschaften der Rückstreu-Kamera

Variable Schlitzbreite (0.1 mm-2 mm)Gewicht : ~ 50 kgMaterial: Wolfram

Belichtungszeit: < 60 sec Strahlungsenergie: 50 keV to 1 MeV

Anwendung: Sicherheit in der Luftfahrt

Rückstreu-Kamera Rückansicht

Diaphragma mit einer geschwungenen Schlitzblende

weitwinklige Blendenöffnung

kurze Belichtungszeit (< 60 s)

geeignet für die Abschirmung von hoch energetischer Röntgenstrahlung und Gamma-Strahlung

verbesserte Bildqualität

Schlitz-öffnung

Detektor-Abschirmung

Passage der zurückgestreuten Strahlung

Konstruktion der Schlitzkamera

S. Kolkoori et al., Journal of Instrumentation, Vol.8 , pp: 1-17, 2013

Matrix-Detektor

Pixelgröße: 143µm


Experimenteller Aufbau

Röntgenröhre 420kV(GE ISOVOLT TitanE)

Testobjekt

Rückstreu-Kamera

Detektor-Abschirmunug

Einflussfaktoren auf die Qualität der Rückstreubilder:

a. Schlitzöffnung c. Strahlungsenergieb. Blickwinkel der Kamera d. Belichtungszeit

5


Experimentelle Ergebnisse

Testobjekt Rückstreubild

Möglichkeit zur Abbildung von Materialien mit geringer und hoher Dichte/Kernladungszahl, von Metallen und Plastik (organische und anorganische Materialien)

420 kV, 10 mA, 5 min, Schlitzbreite: 0.8 mm

1. Holz

2. PE Vial mit Wasser

3. Spirale (Fe)

4. Stahlblock

5. Plexiglas

6. Wachs

7. Cu

8. Al

9. Pb

10. Cu-Draht

11. PVC mit Löchern

12.Elektronikbauteil

13. Batterien

14. Plastikrohr

15. Stahl-Klemme

1 2 3

4 56

7

89

10

11

12 13 14

15

verschiedene Blickwinkel


Anwendung in der Gepäckprüfung

verstecktes gefährliches Material

RöntgenrückstreubildRegion of Interest

Röntgenquelle

Rückstreu-Kamera

Koffer

6


Rückstreu-Untersuchungen an Cargo

Holzbehälter

RückstreubildExperimenteller Aufbau

Detektion von verdächtigen Objekten und Bedrohungen in Cargo ist möglich mit dieser Technik


Festplatte mit versteckten Bedrohungen Rückstreubild hinter 2mm Al

versteckte gefährliche Gegenstände und Materialien in Elektronik-Bauteilen können detektiert werden

Untersuchung von Elektronik-Bauteilen

1

2

7


Nitromethan Glycerin

Al-Platte mit Schweißnaht

Paket

leere Flasche

Nitromethan GlycerinGlycerin

Gefährliche Materialien können in einer komplexen Umgebung identifiziert werden

Gute Unterscheidung zwischen Feststoffen und Flüssigkeiten

Al-Platte Al-Platte

Anwendungen in der Frachtprüfung


Inspektion von Objekten in einer komplexen Umgebung

Al-Platte mit Schweißnaht

Al-Platte mit Löchern

Röntgenrückstreu-Bild

Bildgebung der Glasflaschen mit gefährlichem Material auch möglich in einer komplexer, dicht gepackter Umgebung

Surrogat für fl. Explosivstoffe

8


1. einfallende Strahlung 2. äußere Hülle3. dichtes Material im

Inneren 4. zurückgestreute

Strahlung 5. Detektorsignal

freistehendes Mobiltelefon Rückstreubild

Mobiltelefon vor Wassergefäß

Innenliegende Details aus absorbierendem Material werden als Silhouette sichtbar

Einflüsse aus der Umgebung müssen bei der Bildgebung berücksichtigt werden

Spezielle Vorteile der Rückstreu-kamera

1. einfallende Strahlung 2. äußere Hülle3. dichtes Material im

Inneren 4. zurückgestreute

Strahlung 5. Detektorsignal6. Wassergefäß


Zusammenfassung

Neue Inspektions-Technik bei nur einseitigem Zugang

Fähigkeit zur Detektion von gefährlichen Materialien in der Gepäckprüfung, Frachtprüfung und bei Elektronik-Bauteilen

Entwicklung einer Mehrfachschlitzblenden-Kamera für dieRöntgenrückstreu-Technik

Dual-Energy Röntgenrückstreu-Bildgebung für die Materialdiskriminierung

Möglichkleit zur Identifizierung von internen Details aus absorbierendem Material

Ausblick

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Danksagung

Diese Arbeit wurde finanziell unterstützt durch das Ministerium für Bildung und Forschung BMBF (FKZ: 13N12642).

Dank an Dr. K. Osterloh und S. Rotsch für hilfreiche Diskussionen.

Vielen Dank für Ihre

Aufmerksamkeit!

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