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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.
A comparative study on the performance of digital detector systems for high energy applications
(2014)
For cast components reaching or exceeding total material thicknesses of 150mm, high energy sources such as linear accelerators or Betatrons are required in order to obtain reasonable exposure times. In this study, the performance of digital detector systems, involving imaging plates (IP) and digital detector arrays (DDA), was evaluated with respect to the testing class B requirements as formulated in the standard EN ISO 17636-2. As a reference, traditional radiographic film and a Cobalt-60 source was used. With film exposures, testing class B was achieved with Co-60 and Betatron (7.5 MV) at longer exposure times. The preliminary results show that the testing class B was not obtained with the examined digital detector arrays (DDA) and the high resolution imaging plates (IP) , even at 40, 60 and 80 minutes exposure time with a 7.5 MV Betatron. Class A was achieved using high resolution imaging plates with optimized metal filters between object and IPs and a high resolution DDA with intermediate Cu filters. Class A was also achieved applying a DDA with lower basic spatial resolution than required by Table B.13 of EN ISO 17636-2, but using the compensation principle as described in this standard. The next generation of digital detector arrays might potentially be able to obtain class B performance with the expected spatial resolution and sensitivity improvements.
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.
In this contribution, we present a dual high-energy X-ray imaging technique for cargo container inspection using the 'spectral high-energy X-ray attenuation method'. This method is based on attenuation of continuous highenergy spectra. The developed experimental technique consists of a betatron as high-energy (up to 7.5 MeV) X-ray source and a matrix detector with high spatial resolution (400 ìm) for digital X-ray imaging. In order to evaluate the material discrimination capability using dual high-energy X-ray imaging, a test specimen is proposed, comprising step wedges of different low and high atomic number (Z) materials. The selected X-ray spectra for the dual-energy experiments correspond to 3 MV and 7.5 MV acceleration potential of the betatron. We evaluated the ratio between low- and high-energy X-ray attenuation coefficients quantitatively based on simulated poly-energetic high-energy X-ray source spectra and the detector sensitivity using the 'analytical Radiographic Testing inspection simulation tool' (aRTist) developed at BAM. The simulated effective attenuation coefficients are compared with corresponding experimental results in order to establish a method for identification of low- and high-Z materials in the container. Finally, important applications of the proposed technique in the context of aviation security 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.