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Die radiologische Untersuchung von Holz ist hinsichtlich der Durchführung
und Auswertung komplex. Im Gegensatz zu künstlich hergestellten Materialien zeichnet
sich Holz besonders durch seine Heterogenität und Individualität aus, kein Stück ist wie das
andere. Dies erschwert bei der radiologischen Inspektion die Fehlerdetektion, da diese teilweise
schwer von natürlichen Wachstumsmerkmalen zu unterscheiden sind. Insektenfraßgänge
und Hohlräume durch biologischen Abbau sind deutlich erkennbar, schwieriger
wird es bei feinen Rissen und Anzeichen für Fäulnis. Metallische Einbauten wie Nägel und
Bolzen sind natürlich gut zu erkennen, großflächigere Platten können jedoch den Einblick
in die benachbarten Gebiete versperren. Klebstoffschichten sind im Röntgenbild nur dann
sichtbar, wenn sie exakt parallel zum Strahlengang getroffen werden. Verschiedene
Strukturmerkmale treten also radiologisch recht unterschiedlich in Erscheinung, deshalb
liegt es nahe, zu deren Erkennung mehr als nur eine Durchstrahlungstechnologie
anzuwenden. Während bei immobilen Objekten, d.h. Bauwerken und Bäumen, mobile
Durchstrahlungstechniken mit Röntgen- oder Gammastrahlen (Se-75) in Frage kommen,
stehen im Labor auch (schnelle) Neutronen alternativ zur Verfügung. Die verschiedenen
Techniken, einschließlich der Tomographie mit Neutronen, werden an zwei größeren Prüfteilen
demonstriert, einer Brettschichtholzprobe und einem Knotenpunkt aus einer Holzbrücke
mit eingebauter Stahlplatte. Neutronen lassen Materialunterschiede differenzierter hervortreten
und durchdringen sperrige Metallteile besser, trotz verringerter Bildqualität. An
Verbesserungen wird derzeit gearbeitet.
Radiological inspections, in general, are the nondestructive testing (NDT) methods to detect the bulk of explosives in large objects. In contrast to personal luggage, cargo or building components constitute a complexity that may significantly hinder the detection of a threat by conventional X-ray transmission radiography. In this article, a novel X-ray backscatter technique is presented for detecting suspicious objects in a densely packed large object with only a single sided access. It consists of an X-ray backscatter camera with a special twisted slit collimator for imaging backscattering objects. The new X-ray backscatter camera is not only imaging the objects based on their densities but also by including the influences of surrounding objects. This unique feature of the X-ray backscatter camera provides new insights in identifying the internal features of the inspected object. Experimental mock-ups were designed imitating containers with threats among a complex packing as they may be encountered in reality. We investigated the dependence of the quality of the X-ray backscatter image on (a) the exposure time, (b) multiple exposures, (c) the distance between object and slit camera, and (d) the width of the slit. At the end, the significant advantages of the presented X-ray backscatter camera in the context of aviation and port security are discussed.
Critical parts in aircraft manufacturing such as stringers are very commonly used in modern aircraft structures to resist the compressive loads caused by the aerodynamic effects. They are generally made-up of thin aluminium (Al) metal sheets and are one of the key components in the aircraft wings. Any defects in the stringer leads to weakening of the stiffness of the whole wing structure and consequently, failures may occur. Hence, the structural integrity of the stringers should be evaluated using reliable non-destructive testing (NDT) methods. Due to the complex shaped structure of the stringer, the one-sided access NDT method such as X-ray backscatter technique is more preferable for the non-destructive imaging. In this paper, we present a new X-ray backscatter technique to image the internal sections of the stringer with only a single-sided access. The whole object was inspected by changing the viewing direction of the X-ray backscatter camera. For the first time, the X-ray backscatter measurements were conducted using high-energy (> 0.5MeV) X-rays and proved the applicability of the present technique to inspect thick carbon-fiber laminated components. In order to improve the inspection time and image quality of the backscatter image, we used high-resolution (180ìm) digital detector arrays (DDAs). At the end, important applications of the presented X-ray backscatter technique to the aerospace industry are discussed.
Radiologic evaluation techniques are nondestructive testing (NDT) used to detect the bulk of explosives and contraband materials in large objects. As compared to conventional low-energy (<450 key) X-ray imaging, high-energy (>1 MeV) digital X-ray radiography is required for the NOT of large containers because of the need for high penetration through thick materials, sensitivity, and the ability to distinguish between low-and high-Z materials. Mobile, high-energy, and high-resolution radiologic techniques are useful to detect contraband and threat materials in digital radiographic images of containers with complex packing. This paper presents a mobile, high-energy X-ray radiographic technique for the in-field nondestructive inspection of cargo containers. The developed experimental technique consisted of a betatron as a high-energy (7.5 MeV) X-ray source and a high-resolution (400 mu m) matrix detector for the digital X-ray imaging. In order to evaluate the detection efficiency and image quality of the measurement technique, a test specimen was proposed that was made of a 3 mm thick steel container with an inner dimension of 60 x 30 x 40 cm(3) comprising different low-and high-Z materials. Image quality indicators were used to assess the essential image quality parameters such as image basic spatial resolution, effective attenuation coefficient, and signal-to-noise ratio (SNR). Experimental investigations were performed on a 6.1 m sea freight container with mockup dangerous materials in complex packing. Preliminary experimental results showed that the proposed technique was able to distinguish between liquids and solids, as well as detect contraband materials. Furthermore, a remarkable SNR of 400 was achieved in the measured digital X-ray images. The influence of temperature on X-ray radiation dose rate at different X-ray energies was also investigated. Finally, important applications of the proposed technique in the context of maritime security are discussed.
The research and development (R&D) in the field of safety and security of sea-freight Containers has gained more importance after the U.S. house resolution 1 (H.R.1). According to this law, all the freight Containers which are transported from non-U.S. port of origin to U.S. ports should be inspected 100% against explosive and contraband materials using non-intrusive imaging equipment and radiation detectors. As the port of Hamburg and Bremerhaven are the leading Container ports in Europe, it is essential to develop reliable and high-resolution detection technologies for the non-destructive inspection of large sea-freight Containers.
Innovative X-ray backscatter technique for security applications: Detection of dangerous materials
(2014)
Radiological inspections, in general, are NDT&E methods to detect the bulk of explosives without invasion into the object of analysis. In contrast to personal luggage, cargo or structural components constitute a complexity that may significantly hamper the detection of a threat by conventional transmission radiography. A novel approach of interrogating a large object to a certain depth only with a single sided access will be presented. It consists of an X-ray backscatter camera with a special twisted slit collimator for imaging backscattered objects. The new X-ray backscatter camera is not only imaging the objects due to their densities but also by taking into account the influences of surrounding objects. Additionally, it does not only image illuminated features but also depicts shadows from absorbing materials. This is a unique characteristic of the developed X-ray backscatter camera. Experimental mock-ups are conducted imitating container with threats among a complex packing as they may be encountered in reality. At the end, the significant advantages of the presented X-ray backscatter camera in the context of aviation and port security will be discussed.
Zur Durchstrahlung großer, dichter Objekte reichen die Energien, die mit normalen Röntgenröhren erzielt werden können, ab gewissen Schichtdicken nicht mehr aus. Als hochenergetische Strahlenquellen stehen Kobalt-60 und Elektronenbeschleuniger zur Verfügung. Als Einschränkung der Hochenergieradiographie ist der geringere Kontrast besonders beim Vorhandensein leichterer Objekte umgeben von Körpern bestehend aus schweren Elementen anzusehen. Es ist daher zu erwarten, dass Objekte aus organischen Substanzen hinter dicken Schwermetallwänden oder in Bohrungen von Metallblöcken schwer zu erkennen sind. Im Gegensatz zu einem Gammastrahler wie Kobalt-60 mit den beiden Spektrallinien um 1,3 MeV besitzt die Bremsstrahlung aus einem Beschleuniger einen wesentlichen Anteil an niederenergetischer Strahlung, der fließend zu höheren Energien übergeht. Es wird hier untersucht, welche Signaturen von leichten Materialien in einer Umgebung aus Schwermetall bis zu welcher Dicke und bis zu welchem Komplexizitätsgrad erkennbar sind. Mit einem Betatron (JME X-ray Betatron 7,5 MeV) und einem Matrixdetektor (Perkin Elmer XRD 1621) wurden Aufnahmen von unterschiedlichen leichten Objekten angefertigt, die zunehmend in eine Umgebung aus Schwermetallen gestellt wurden. Mit unterschiedlichen Energieeinstellungen wurde untersucht, inwieweit eine Materialerkennung hinter welcher Abschirmung möglich ist. Die experimentellen Ergebnisse werden mit Simulationen verglichen, die mit einer Software zur Modellierung von Durchstrahlungsverfahren (aRTist) erzeugt wurden. Dabei wird dem Problem der Aufhärtung bei Anwendung von Bremsstrahlung Rechnung getragen. Die Ergebnisse können sowohl zur Erkennung von Fremdkörpern in Maschinen oder Pumpen als auch zur Überprüfung von Frachtladungen im Bereich der öffentlichen Sicherheit und bei Zollkontrollen dienen.
Zur Durchstrahlung großer, dichter Objekte reichen die Energien, die mit normalen Röntgenröhren erzielt werden können, ab gewissen Schichtdicken nicht mehr aus. Als hochenergetische Strahlenquellen stehen Kobalt-60 und Elektronenbeschleuniger zur Verfügung. Als Einschränkung der Hochenergieradiografie ist der geringere Kontrast besonders beim Vorhandensein leichterer Objekte umgeben von Körpern bestehend aus schweren Elementen anzusehen. Es ist daher zu erwarten, dass Objekte aus organischen Substanzen hinter dicken Schwermetallwänden oder in Bohrungen von Metallblöcken schwer zu erkennen sind. Im Unterschied zu einem Gammastrahler wie Kobalt-60 mit den beiden Spektrallinien um 1,3 MeV besitzt die Bremsstrahlung aus einem Beschleuniger einen wesentlichen Anteil an niederenergetischer Strahlung, der fließend zu höheren Energien übergeht. Es wird hier untersucht, welche Signaturen von leichten Materialien in einer Umgebung aus Schwermetall bis zu welcher Dicke und bis zu welchem Komplexitätsgrad erkennbar sind. Mit einem Betatron (JME X-ray Betatron 7,5 MeV) und einem Matrixdetektor (Perkin Elmer XRD 1621) wurden Aufnahmen von unterschiedlichen leichten Objekten angefertigt, die zunehmend in eine Umgebung aus Schwermetallen gestellt wurden. Mit unterschiedlichen Energieeinstellungen wurde untersucht, inwieweit eine Materialerkennung hinter welcher Abschirmung möglich ist. Die experimentellen Ergebnisse werden mit Simulationen verglichen, die mit einer Software zur Modellierung von Durchstrahlungsverfahren (aRTist) erzeugt wurden. Dabei wird dem Problem der Aufhärtung bei Anwendung von Bremsstrahlung Rechnung getragen. Die Ergebnisse können sowohl zur Erkennung von Fremdkörpern in Maschinen oder Pumpen als auch zur Überprüfung von Frachtladungen im Bereich der öffentlichen Sicherheit und bei Zollkontrollen dienen.