Разработка новых технологий и конструкций мобильных рентгеновских интроскопов (стр. 6 )

Количество сканеров «Ватсон», находящихся в эксплуатации у основных заказчиков

Министерство, ведомство РФ	Количество комплексов, шт.
МО	5
МВД	250
ФСБ, ФСО	12
ФТС	85
ФСИН	15

Дальнейшее развитие интроскопов, построенных на методе рассеянного излучения связано с разработкой мобильных средств, позволяющих получать изображение содержимого объекта контроля. Так, в 2008 г. была выпущена первая партия интроскопов «Ватсон-ТВ»). Комплекс «Ватсон-ТВ» позволяет обнаруживать предметы из материалов как с низкой (0,5 – 2,0 г/см3), так и с высокой плотностью (более 5 г/см3) за различными типами преград (сталь, алюминий, дерево).

Толщины преград, за которыми можно обнаружить предмет, изготовленный из материала с низкой плотностью, на фоне материала с высокой плотностью или в воздушной среде, а также из материала с высокой плотностью на фоне материала с низкой плотностью, хорошо рассеивающего рентгеновское излучение, составляют:

- 12 мм алюминия;

- 60 мм ДСП;

- 2,2 мм стали.

В случае, когда предмет, изготовленный из материала с высокой плотностью, располагается на фоне другого (или такого же) материала с высокой плотностью или в воздушной среде, толщины преград, которые позволяют обнаружить предмет, составляют:

- 8 мм алюминия;

- 40 мм ДСП;

- 1,5 мм стали.

Проникающая способность излучения для преград из алюминия и ДСП составляет . В случае стали она примерно в 1,5 раза больше. Это можно объяснить меньшим влиянием излучения, рассеянного самой преградой, так как, по данным наших измерений, при величине анодного напряжения 100 – 140 кВ и фильтре 2 мм алюминия (толщина стенки моноблока), интенсивность излучения, рассеянного обратно толстым образцом (), для стали составляет около 20% по сравнению с алюминием и около 10% по сравнению с легкими материалами (дерево, пластик, ДСП). Это означает, что для стали величина при нашей эффективной энергии излучения меньше примерно на порядок (). Соответственно минимально допустимое значение сигнал/шум будет достигнуто для алюминия и ДСП – при значении , а для стали – при значении .

Комплекс «Ватсон-ТВ» позволяет обнаруживать металлические предметы с диаметром 1/2 от диаметра сканирующего пучка. Предметы вытянутой формы (провод) выявляются, если их ширина составляет более 1/8 от диаметра пучка. Таким образом, мелкие предметы выявлялись, если они перекрывали не менее 20% площади сканирующего пучка.

В нашем случае это означало, что при расстоянии от фокуса трубки до объекта контроля 200 мм обнаруживается проволока диаметром 0,5 мм и круглый предмет (например, площадка с припоем на печатной плате) диаметром 2 мм. Примеры полученных изображений представлены на рис.15.

	Объект поиска, спрятанный внутри бампера легкового автомобиля
	Предметы за листом ДСП толщиной 20 мм: cправа - металлический предмет (скрепка) внутри сувенира (глиняная фигурка); в центре – ручка; слева – мультиметр
	Магнитола. Вид со стороны печатных плат
	Пачка сигарет внутри колеса, закрепленная на ободе колесного диска
	Стальные проволочные эталоны чувствительности № 13 за листом гипсокартона толщиной 12 мм. На расстоянии 150 мм за тест-объектом находится вторая «стенка» (лист гипсокартона)

Рис. 15. Возможности интроскопа «Ватсон-ТВ» по обнаружению и идентификации мелких предметов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1.  Теоретически определены и экспериментально подтверждены условия, необходимые для локализации типовых объектов в двуслойных конструкциях при обратном рассеянии по критерию сигнал/шум в диапазоне энергий от 10 до 100 кэВ. На основании математического уравнения задающего условия локализации типовых объектов получены выражения, определяющие максимальную толщину и чувствительность контроля для двуслойных конструкций.

2.  Исследованы разности альбедо различных материалов двуслойных конструкций в диапазоне энергий от 5 до 450 кэВ. Установлены оптимальные энергии квантов прямого излучения для различных комбинаций материалов двуслойных конструкций по критерию максимальной разности альбедо. Получены выражения, определяющие максимальную толщину, чувствительность контроля в зависимости от параметров рентгеновского излучателя.

3.  Разработаны математические модели преобразования энергии в импульсных рентгеновских аппаратах, построенных на основе трансформатора Тесла, с учетом эффекта близости, скин-эффекта, емкостных связей индуктивности первичного контура. Теоретически исследованы и экспериментально подтверждены зависимости влияния конструктивных, технических (габаритные размеры, количество витков, способ намотки), физических (коэффициент связи, рассогласованность частот, сопротивление, величины емкостей и индуктивностей) параметров трансформатора на КПД передачи энергии из емкостного накопителя первичного контура во вторичный.

4.  Предложен и исследован алгоритм оптимизации параметров трансформатора при передаче энергии на первой и второй полуволне. Установлено, что при передаче энергии на первой полуволне определяющими параметрами, влияющими на КПД трансформатора, являются рассогласованность частот контуров, паразитная емкость первичной индуктивности, диаметр трансформатора, количество витков в первичной и вторичной обмотках трансформатора.

5.  Установлено, что в силу ограничений (габариты, надежность, технологичность) не представляется возможным достигнуть более 60 % от теоретически возможного КПД при передаче энергии на первой и более 70 % при передаче энергии на второй полуволне.

6.  Исследовано и экспериментально подтверждено влияние величины разрядной емкости вторичного контура на суммарный выход рентгеновского излучения за период выработки полного ресурса импульсной рентгеновской трубки. Показано, что при просвечивании изделий из материала эквивалентного по ослаблению рентгеновского излучения стали толщиной более 20 мм и ограничении времени просвечивания целесообразно иметь ударную емкость более 40 пФ; при просвечивании изделий из материала эквивалентного по ослаблению рентгеновского излучения алюминию, толщиной, равной или менее 20 мм, целесообразно уменьшить ударную емкость до 25 пФ.

7.  Предложена концепция создания конструкций импульсных рентгеновских интроскопов на основе развития технологии изготовления высоковольтной элементной базы (разрядников, низкоимпедансных конденсаторов, рентгеновских трубок). Применение новых технических решений и высоковольтной элементной базы позволило увеличить ресурс аппаратов более чем в 10 раз, ресурс рентгеновской трубки в 3 раза, КПД преобразования накопленной энергии в рентгеновское излучение в 3 раза.

8.  На базе проведенного анализа, теоретических и экспериментальных исследований с целью развития метода рентгеновской интроскопии разработаны мобильные рентгеновские интроскопы различного применения, построенные на регистрации проникающего и рассеянного излучения:

8.1. Метод проникающего излучения:

1. Переносные импульсные рентгеновские интроскопы серии «Шмель» на 220 кВ, 250 кВ, 350 кВ для контроля сварных соединений;

2. Переносные импульсные рентгенотелевизионные интроскопы «Шмель-240ТВ» «Колибри - 150ТВ», портативный импульсный рентгеновский комплекс «Шмель-90/К» для противодействия терроризму, поиску наркотических и психотропных веществ.

8.2. Метод рассеянного излучения:

1. Ручной сканер скрытых полостей «Ватсон», для противодействия терроризму, поиску наркотических и психотропных веществ;

2. Мобильный интроскоп «Ватсон-ТВ» для противодействия терроризму, поиску наркотических и психотропных веществ.

9. Совокупный производственный выпуск интроскопов составил более 2 500 единиц в объеме около 1 млрд. рублей. Рентгеновские интроскопы производятся серийно и поставляются на предприятия ТЭК России и правоохранительным подразделениям различных служб и министерств России; 5 % от общего объема изготовленной техники поставляются в зарубежные страны.

Публикации по теме диссертации

1.  Буклей импульсный рентгеновский аппарат с повышенной лучевой отдачей /Труды НИКИМП. – М. – НИИИН. -1988. – с. 60-63.

2.  , , Меркулов средств и методов рентгеновской регистрации отдельных фаз быстропротекающих процессов в средах средней и малой плотности //Отчет по НИР. –Гос. рег. №.

3.  Буклей импульсные рентгеновские аппараты с расширенными функциональными возможностями для исследования биологических, физических, динамических характеристик //ПТЭ. -1990. – с. 20-21.

4.  , Алтухов возможности послойной диагностики объектов на базе импульсных рентгеновских аппаратов //II Межведомственная научно-техническая конференция «Контроль и диагностика общей техники». – М. – 1989. – т.2. – с. 46-48.

5.  , , Меркулов методики рентгеновской регистрации отдельных фаз быстропротекающего процесса //Отчет по НИР. – Гос. рег. №.

6.  , , Джикаев импульсный аппарат «Кавказ-300» для неразрушающего контроля // Дефектоскопия. -1989. - №11. – с. 5-15.

7.  , , Гусев рентгеновский аппарат «Кавказ-300» //ХIII Всесоюзная научно-техническая конференция по высокоскоростной фотографии, фотонике и метрологии быстропротекающих процессов. – М.: -1987/ - c.67.

8.  , Буклей рентгеновские аппараты «Кавказ-300», «Кавказ-500» //ПТЭ. - №6, - с.16-17.

9.  Altukhov A. A., Buckley A. A. X-ray complex for registration and diagnostics of high-speed dynamic process / 19th Intern. Congress on High-Speed Photography and Photonics. Cambridge, 1990.

10. , , Буклей рентгеновский аппарат: Авторское свидетельство № 1 1988, приоритет 24.03.88 г.

11. , , Импульсный рентгеновский аппарат: Авторское свидетельство № 1 1990, приоритет 19.04.89 г.

12. , , Импульсный рентгеновский аппарат: Авторское свидетельство № 1 1991, приоритет 28.07.89 г.

13. и др., Способ диагностики импульсных пучков заряженных частиц: Авторское свидетельство № 1 1991, приоритет 29.09.89 г.

14. , , Юрьев разрядник: Патент РФ на изобретение № 000 по заявке № от 9.04.1996 г.

15. , Полин рентгеновский генератор: Патент РФ на изобре-тение № 000 по заявке № от 01.01.2001 г.

16. , , Шурушкин эксплуатации рентгеновских аппаратов и перспективы их развития //Сборник трудов Международной деловой встречи «Диагностика-98». – Сочи, 1998. – С. 34

17. , Полин математической модели многоконтурных электромагнитных систем: Научный отчет. – М., 1998 г. Всесоюзный научно-технический центр, рег. номер НИОКР № 01.99.0009752.

18. , , Шмелев рынка рентгеновской досмотровой техники //Сборник трудов Международной конференции «Информатизация правоохранительных систем». – М., 1999. – С. 363-365

19. , Шмелев цифровой рентгеновский комплекс для дефектоскопии сварных соединений //Тезисы докладов 3-й Международной конференции «Диагностика трубопроводов». – М., 2001. – С. 143

20. , , Шурушкин применения аппаратов серии «Шмель» для рентгеновского контроля сварных соединений газонефтепроводов //Тезисы докладов 3-й Международной конференции «Диагностика трубопроводов». – М., 2001. – с. 146

21. , , Шмелев рентгеновский преобразователь СКАТ-300х400 //Сборник трудов 11-й Международной научной конференции «Информатизация и информационная безопасность правоохранительных органов». – М., 2002. – С. 481

22. , , Паршин ручной рентгеновский прибор для поиска вложений //Сборник трудов 11-й Международной научной конференции «Информатизация и информационная безопасность правоохранительных органов». – М., 2001. – С. 208

23. Буклей возможности создания малогабаритного рентгеновского устройства для получения изображения предметов за преградой с односторонним доступом к поверхности //Сборник трудов 14-й Международной научной конференции «Информатизация и информационная безопасность правоохранительных органов». – М., 2005. – С. 416

24. , Паршин рентгеновское устройство для получения изображения предметов за преградой с односторонним доступом к поверхности //Сборник трудов 14-й Международной научной конференции «Информатизация и информационная безопасность правоохранительных органов». – М., 2005. – С. 420

25. , Паршин путей создания переносного малогабаритного рентгеновского аппарата для проверки скрытых полостей с получением изображений предметов, находящихся за преградами: Итоговый отчет о НИЭР. – Москва, 2005 г., Всесоюзный научно-технический центр, рег. номер НИОКР № 000

26. , Паршин возможности создания комплекса оборудования для дистанционного обнаружения предметов на теле человека с использованием рассеянного рентгеновского излучения на основе результатов НИЭР «Ватсон-ТВ»: Итоговый отчет о НИР. – Москва, 2007 г., Всесоюзный научно-технический центр, рег. номер НИОКР № 000

27. Буклей и создание досмотровой техники, основанной на регистрации рассеянного рентгеновского излучения //Тезисы докладов 6-й Международной конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» – М., 2007. – С. 67

28. , Паршин результаты дистанционного досмотра на основе регистрации рассеянного излучения //Тезисы докладов 7-й Международной конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» – М., 2008. – С. 129

29. Буклей развития метода регистрации обратно рассеянного излучения

//Тезисы докладов 7-й Международной конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» – М., 2008. – С. 51

30. , , Козлов камера с выносным предварительным усилителем для систем автоматического экспонирования при рентгенодиагностике //Медицинская техника.- 2008.- №5(251).- с.13-15.

31. Буклей и создание портативной досмотровой рентгеновской техники и оборудования НК, разработка технологии их применения. //Контроль. Дагностика - 2009. –№ 4. – с.76-80

32. Буклей методов и создание мобильных рентгеновских интроскопов

//Тезисы докладов 8-й Международной конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» – М., 2009. – С. 19

33. Буклей условий, необходимых для локализации типовых объектов при обратном рассеянии многослойных конструкций //Тезисы докладов 8-й Международной конференции «Неразрушающий контроль и техническая диагностика в промышленности» – М., 2009. – С. 12

34. , , Козлов модель обратно рассеянного излучения при сканировании диагностируемого объекта узким рентгеновским пучком //Медицинская техника.- 2009.- №5(257).- с.11-16.