Detectarea munițiilor explozive cu tehnologia de retrodifuzare cu raze X - un nou proces ridică noi speranțe

NDT în aplicare, dezvoltare și cercetare

tehnologia

Detectarea munițiilor explozive cu tehnologia de retrodifuzare cu raze X - un nou proces ridică noi speranțe

rezumat

Tehnologiile de detectare a minelor terestre disponibile pentru uz practic astăzi au încă multe domenii problematice, cum ar fi rate ridicate de alarmă falsă, dovezi de detectare inadecvate, riscuri ridicate pentru personalul care operează etc. Această situație duce la un succes relativ redus în defrișarea numeroaselor câmpuri de mine care există în întreaga lume și este de temut că zone extinse din Africa, Asia și Balcani vor avea loc în viitorul previzibil. Utilizarea umană va rămâne retrasă, cu excepția cazului în care sunt dezvoltate și implementate noi metode de detectare și evacuare.

O nouă abordare tehnologică a detectării minelor terestre a fost angajată de YXLON International X-Ray GmbH. A fost dezvoltat un prototip de scaner mobil, care este echipat cu un puternic tub de raze X de 450 kV și care utilizează tehnologia de retrodifuzare cu raze X (RRT) pentru reprezentarea picturală a minelor terestre îngropate. Noua tehnologie deschide următoarele posibilități și avantaje:

  1. Adâncimea informațiilor este suficientă pentru identificarea minelor terestre îngropate în mod regulat.
  2. RRT poate detecta minele terestre fără metale
  3. Minele terestre din diferite tipuri de sol, inclusiv acoperirea vegetativă diferită, sunt detectate cu RRT.

Cu toate acestea, cel mai important argument în favoarea utilizării tehnologiei de retrodifuzare cu raze X este faptul că, spre deosebire de toate celelalte tehnologii, permite o reprezentare picturală a obiectelor îngropate fără ca obiectele să fie îndepărtate din locația lor originală. Aceasta este o consecință a faptului că semnalul de împrăștiere cu raze X de la fiecare element de volum iradiat din sol este direct proporțional cu densitatea sa materială. Tehnologia de retrodifuzare cu raze X are potențialul pentru rate reduse de alarmă falsă și pentru probabilități mari de detectare. Acest articol prezintă rezultatele obținute cu un scaner prototip pe câmpurile de testare din Bundeswehr.

1. Observații generale cu privire la problema minelor terestre

Minele terestre există sub forma minelor antipersonal (APM) și a minelor antitanc (ATM). Pe termen lung, Tratatul de la Ottawa va reduce numărul APM-urilor existente, deoarece producția, utilizarea, depozitarea și distribuția sunt interzise în statele care au ratificat tratatul. Deoarece minele cisterne nu sunt acoperite de contract, nu se poate prognoza o scădere a acestor mine. Noile tehnologii pentru detectarea minelor terestre îngropate vor trebui să joace un rol foarte important în următoarele câteva decenii.

Comentarii cu privire la tehnologiile de detectare existente
Un număr mare de tehnologii sunt utilizate sau în curs de dezvoltare, dar în prezent nu există niciun detector care să poată detecta în mod fiabil toate tipurile de mine cunoscute în toate condițiile externe.

Există o mulțime de informații despre tehnologiile existente sau tehnologiile aflate în stadiul de dezvoltare. O prezentare generală poate fi găsită de ex. în ref. [1]. Până în prezent, detectorul de mină și detectorul de metale sunt instrumentele cele mai utilizate. Cu acul de căutare, operatorul sapă în pământ la intervale regulate de 2-3 cm până când întâlnește rezistență. Nu numai că este foarte periculos, ci și consumă foarte mult timp. În condiții tipice de funcționare, o singură măturătoare poate căuta doar câțiva metri pătrați pe zi. Cu detectoarele de metale, ratele de succes sunt la fel de modeste. Prin definiție, detectoarele de metale nu detectează minele, ci părțile metalice din pământ. Acestea includ cuie, minereuri care conțin metal, fragmente de grenade în fostele zone de luptă etc. Toate acestea au ca rezultat o rată de alarmă falsă extrem de ridicată. Pentru a înrăutăți lucrurile, minele fără metal nu sunt descoperite.

Pe lângă o.a. Instrumentele portabile sunt tehnologii mai complexe de utilizat și dezvoltat; majoritatea necesită un vehicul de transport și fiecare are propriile sale puncte forte și puncte slabe. Radarul de penetrare la sol (GPR) are un anumit potențial de detectare, dar interpretarea semnalelor este dificilă. Detaliile din semnale trebuie îmbunătățite, iar solurile umede pot duce la rezultate mult reduse.

Cu activarea neutronilor termici (TNA), se detectează radiația gamma de 10,6 MeV a izotopului activat N-14. Această metodă are o rată mare de alarme false de la alte substanțe care conțin azot, iar minele fără azot nu sunt detectate. Cu rezonanța cvadrupolică nucleară (NQR), cantități foarte mici de explozivi pot fi, în principiu, detectate, dar cel mai frecvent utilizat exploziv TNT este foarte greu de detectat cu această metodă. Pentru a înrăutăți lucrurile, carcasele metalice pot proteja semnalele NQR. Sunt folosite și metode vizuale, dar nu reușesc să detecteze minele din vegetația adâncă. Din considerațiile de mai sus rezultă logic că o singură metodă nu poate îndeplini cerințele de detectare a minelor. În mai multe țări există planuri de dezvoltare a unor procese noi, mai fiabile, bazate pe o combinație de tehnologii. Dar, chiar dacă este combinată cea mai bună combinație posibilă, lipsește ceva: toate metodele sunt indirecte, iar informațiile finale rezultă dintr-o prelucrare și interpretare a semnalului mai mult sau mai puțin complicată. Cu alte cuvinte: un sistem de detectare a minelor ușor de utilizat necesită un proces de imagistică !

2. Bazele tehnologiei de retrodifuzare cu raze X.

Când razele X pătrund în materie, acestea sunt slăbite, adică absorbită sau împrăștiată. Pentru considerațiile din această lucrare, împrăștierea cu raze X (împrăștierea Compton) este efectul interesant. O prezentare a fizicii împrăștierii Compton poate fi găsită în manuale sau publicații de ansamblu, cum ar fi de ex. Ref. [2], dar și în publicații speciale care se ocupă cu utilizarea împrăștierii Compton pentru testarea materialelor [3-5]. Deși împrăștierea cu raze X poate fi cea mai puternică dintre toate procesele de atenuare, semnalele măsurate de detector sunt foarte slabe. Acest lucru se datorează faptului că deschiderile detectorului foarte limitate trebuie utilizate pentru o rezoluție spațială suficientă și absorbția razelor X în obiectul testat. Cele mai mari pierderi apar între centrul de împrăștiere și detector, deoarece, datorită efectului Compton, energia radiației cu raze X împrăștiate este mai mică decât pe drumul acolo.

Pentru anumite aplicații de testare în aviație, metodele RRT au devenit un dispozitiv [3]. Posibilitatea de a detecta coroziunea prezintă un interes deosebit pentru acest sector industrial. Tehnologia retrodifuzării cu raze X (RRT) are următoarele aspecte interesante:

  1. semnalul de dispersie măsurat este proporțional cu densitatea materialului a volumului iradiat
  2. RRT necesită doar acces unilateral la obiectul test
  3. sunt posibile contraste ridicate ale imaginii.
Aceasta înseamnă că RRT are un potențial ridicat în scopuri de imagistică în detectarea minelor terestre, care a fost recunoscut în urmă cu peste 30 de ani. Principalul rezultat din acea perioadă a fost că sistemele RRT bazate pe izotopi nu sunt potrivite în scopul detectării minelor terestre și că sistemele portabile cu raze X nu sunt fezabile. Spre deosebire de metodele radiografice radiografice normale, imaginile RRT sunt înregistrate punct cu punct. Un fascicul de raze X în formă de ac este deplasat peste podea cu un mecanism de scanare, iar un sistem de detectare cu mai multe canale permite achiziționarea paralelă a datelor pentru o serie de imagini felii. În multe cazuri, reprezentarea unui singur sau a câtorva straturi este suficientă pentru a putea face afirmații concludente despre obiectul testat.

3. Rezultate cu prototipul scanerului ComScan450

Pentru a demonstra capacitățile RRT pentru detectarea minelor terestre, YXLON a dezvoltat un scaner de demonstrație mobil care este conceput pentru a fi utilizat în locuri de testare militare. În acest prototip, capul scanerului este montat pe o remorcă, pe care o Unimog conduce peste obiectele îngropate. Un tub puternic cu raze X de 450 kV și un sistem de detectare cu mai multe canale sunt componentele centrale ale sistemului. Prototipul a fost utilizat de mai multe ori pe locul testului pentru a detecta și afișa diferite tipuri de mine terestre în condiții diferite de sol și vegetație. Unele rezultate selectate sunt prezentate mai jos.

3.1 Rezultate cu minele antipersonal
Cel mai mare număr de mine terestre îngropate sunt minele antipersonal. Atâta timp cât sunt la sol și deasupra vegetației, pericolul pe care îl prezintă poate fi estimat într-o oarecare măsură; Din păcate, cei mai mulți dintre ei au o adâncime de câțiva centimetri în pământ. Următorul exemplu prezintă imagini RRT ale unei mine PPM-2 îngropate. Diametrul minei este de aproximativ 12 cm și sunt prezentate imagini de strat de la 2 și 4 cm adâncime. Structurile învelișului minelor sunt clar vizibile în imaginea primului strat. Nicio mină (pietre, vegetație etc.) nu ar produce astfel de structuri în imaginea cu raze X! În imaginea celui de-al doilea strat, pot fi văzute structurile interne ale minei terestre. O comparație cu fotografia minelor terestre (Fig. 2) arată că sunt reproduse multe structuri interne (Fig. 3).

3.2 Rezultate cu minele antitanc
Minele antitanc (de ex. TM-62, vezi Fig. 4) se găsesc în multe zone ale lumii, de ex. în Kosovo, Afganistan etc. Când sunt îngropate, acestea sunt adesea dificil de detectat. Figura 5 prezintă imagini în felii RRT ale unui TM-62 de la 6 cm și 12 cm adâncime. O comparație cu fotografia arată că structurile cilindrice din imaginile stratului pot fi utilizate pentru identificare.

3.3 Comparație: mine inerte versus mine umplute cu TNT
Rezultatele din secțiunile anterioare au fost obținute cu mine umplute cu înlocuitori, mai degrabă decât cu explozivi. În unele experimente, a fost efectuată și o comparație a calității imaginii pentru ambele cazuri. În cele ce urmează (vezi Fig. 6) sunt prezentate rezultatele unei mine antitanc TM-62 cu umplutură inertă și cu umplutură TNT. Este evident că calitatea imaginii cablurilor umplute cu TNT este cel puțin echivalentă și tinde să fie și mai bună.

4. Rezumat și perspective

Rezultatele prezentate în această teză arată clar că tehnica retrodifuzării cu raze X este tehnica care nu numai că permite o reprezentare picturală a minelor terestre îngropate, dar prezintă și o multitudine de detalii în interiorul obiectelor. Cu RRT s-a găsit o tehnică care are un potențial ridicat pentru identificarea minelor. Doar o identificare precisă permite o bună definiție a măsurilor necesare pentru curățarea sau distrugerea minei găsite.

Limitarea fizică a adâncimii informaționale a RRT este dată de procesele de absorbție și împrăștierea multiplă în sol. Lucrul cu scanerul prototip de 450 kV a arătat că există o adâncime suficientă de informații pentru detectarea minelor terestre instalate în mod regulat (APM și ATM).

Rezultatele prezentate în această lucrare au fost obținute cu un scaner prototip, care a fost conceput pentru a fi utilizat în anumite domenii de testare militară. Pentru utilizare practică la căutarea de mine în țări precum Afganistan, Angola, fosta Iugoslavie etc., capul scanerului trebuie montat pe un vehicul de transport adecvat. Figura 7 prezintă viziunea unui astfel de sistem viitor.

mulțumire

Această lucrare privind depistarea minelor terestre ascunse a fost finanțată de Ministerul Federal al Apărării BMVg prin intermediul Oficiului Federal pentru Tehnologie și Achiziții de Apărare (BWB) din Koblenz.