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Für die öffentliche Sicherheit wird gesorgt, indem Gefahren rechtzeitig entdeckt werden. Deren Ursprung kann im technischen oder menschlichen Versagen liegen, womit im englischen Sprachraum zwischen 'Safety' und 'Security' unterschieden wird. Hinsichtlich der Folgen verschwimmt aber dieser Unterschied, obwohl für deren Verhinderung unterschiedliche Zuständigkeiten existieren. Bezüglich des gemeinsamen Interesses und auch überlappender Methoden und Vorgehensweisen würden beide Seiten gewinnen können, wenn es eine Brücke zwischen ihnen gäbe. Eine solche zu schaffen hat sich die EFNDT Arbeitsgruppe (Working Group) 5 zur Aufgabe gestellt. Gestaltet werden soll sie durch gemeinsame Veranstaltungen und Seminaren, die zur Bildung von Konsortien und der Durchführung gemeinsamer Projekte führen sollen.
Verleimte Holzproben wurden je nach Größe mit thermischen (ANTARES) bzw. schnellen Neutronen (NECTAR) an der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) der Technischen Universität München in Garching untersucht. Entweder ließen die durchstrahlbare Schichtdicke oder die eingeschränkte Strahlgeometrie es nicht zu, das Probenteil allseitig zu durchstrahlen.
Um dennoch innere Strukturen wie Leimschichten zumindest mit einem eingeschränkten Winkelbereich tomographisch darzustellen, wurde mit Hilfe des Slice-Theorems erfolgreich rekonstruiert. Ein Brett von 2 cm Dicke wurde mit thermischen Neutronen erfolgreich untersucht, ein größeres mit schnellen.
The preservation of human achievements and progress is undoubtedly a pillar of our society. This includes detecting threats in time to prevent disasters that may occur from forces of nature, defective technology, human failure or malicious intent. In this respect, there is arguably no difference between safety and security, though different institutions are involved in the regulation and control of them. However, the unifying rationale ought to result in the building of bridges between them. This is the Working Group's mission.
Neutrons are absorbed particularly by hydrogen containing materials so
they can be used as a tool for visualising heterogeneous density distributions of organic materials. Penetration limits are set by the layer thicknesses and the neutron energies applied. In case of specimens with a flat shape the situation may be encountered that the object only could be penetrated in selected directions. In addition, the overall size may exceed the beam diameter and thus the viewing window if a certain region of interest should be studied by tomography without destroying the integrity of the specimen.
This study shows the capabilities and limits of thermal and fast neutrons to investigate flat wooden specimens such as boards and girders by neutron tomography under such circumstances. Taking projections was impaired either by the limits of penetrability or by the total size of the object. As a consequence, projections were included for reconstruction only from a limited angular range of 90°. It could be shown that an approach based on the slice theorem was capable to visualise structural features along the beam directions while simply omitting the perpendicular ones without causing additional artefacts.
Small samples with a thickness of up to 2 cm but several times broader could be studied with the ANTARES facility of the FRM II neutron source in Garching providing thermal neutrons while larger objects required a beam of higher energy as available in the NECTAR facility of the same institution. The fast (fission) neutrons (1.5 – 2 MeV) of this site allowed investigating an area of interest inside a girder with a cross section of 23.5 x 49 cm². Internal features such as inclusions could be detected as well as a heterogeneous density distribution in glue layers.
An algorithm has been developed to remove reliably dotted interferences impairing the perceptibility of objects within a radiographic image. This particularly is a major challenge encountered with neutron radiographs collected at the NECTAR facility, Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II): the resulting images are dominated by features resembling a snow flurry. These artefacts are caused by scattered neutrons, gamma radiation, cosmic radiation, etc. all hitting the detector CCD directly in spite of a sophisticated shielding. This makes such images rather useless for further direct evaluations.
One approach to resolve this problem of these random effects would be to collect a vast number of single images, to combine them appropriately and to process them with common image filtering procedures. However, it has been shown that, e.g. median filtering, depending on the kernel size in the plane and/or the number of single shots to be combined, is either insufficient or tends to blur sharp lined structures. This inevitably makes a visually controlled processing image by image unavoidable. Particularly in tomographic studies, it would be by far too tedious to treat each single projection by this way. Alternatively, it would be not only more comfortable but also in many cases the only reasonable approach to filter a stack of images in a batch procedure to get rid of the disturbing interferences.
The algorithm presented here meets all these requirements. It reliably frees the images from the snowy pattern described above without the loss of fine structures and without a general blurring of the image. It consists of an iterative, within a batch procedure parameter free filtering algorithm aiming to eliminate the often complex interfering artefacts while leaving the original information untouched as far as possible.
The effective high neutron scattering absorption coefficient of hydrogen (48.5 cm²/g) due to the scattering allows neutrons to reveal hydrocarbon structures with more contrast than X-rays, but at the same time limits the sample size and thickness that can be investigated. Many planar shaped objects, particularly wood samples, are sufficiently thin to allow thermal neutrons to transmit through the sample in a direction perpendicular to the planar face but not in a parallel direction, due to increased thickness. Often, this is an obstacle that prevents some tomographic reconstruction algorithms from obtaining desired results because of inadequate information or presence of distracting artifacts due to missing projections. This can be true for samples such as the distribution of glue in glulam (boards of wooden layers glued together), or the course of partially visible annual rings in trees where the features of interest are parallel to the planar surface of the sample. However, it should be possible to study these features by rotating the specimen within a limited angular range. In principle, this approach has been shown previously in a study with fast neutrons [2]. A study of this kind was performed at the Antares facility of FRM II in Garching with a 2.6×107/cm² s thermal neutron beam. The limit of penetration was determined for a wooden step wedge carved from a 2 cm×4 cm block of wood in comparison to other materials such as heavy metals and Lucite as specimens rich in hydrogen. The depth of the steps was 1 cm, the height 0.5 cm. The annual ring structures were clearly detectable up to 2 cm thickness. Wooden specimens, i.e. shivers, from a sunken old ship have been subjected to tomography. Not visible from the outside, clear radial structures have been found that are typical for certain kinds of wood. This insight was impaired in a case where the specimen had been soaked with ethylene glycol. In another large sample study, a planar board made of glulam has been studied to show the glued layers. This study shows not only the limits of penetration in wood but also demonstrates access to structures perpendicular to the surface in larger planar objects by tomography with fast neutrons, even with incomplete sets of projection data that covers an angular range of only 90° or even 60°.
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.
Die Arbeitsgruppe 5 'Public Security and Safety NDT Technologies
(PSSndtT)' der Europäischen Föderation für Zerstörungsfreie Prüfung (EFNDT) hat
sich zur Aufgabe gestellt, vorhandene ZfP-Techniken darauf hin zu überprüfen, ob
und inwieweit sie für einen Einsatz im Bereich der öffentlichen Sicherheit
('Security') geeignet sind. Ausgangspunkt war die Suche nach Antipersonenminen
in ehemaligen Kriegsgebieten. Die zunehmende Bedrohung der Allgemeinheit
durch den Terrorismus veranlasste den EFNDT, ZfP-Anwendungen auf die
allgemeine öffentliche Sicherheit auszuweiten. Der Blick auf die Praxis und die Erfahrungen
in der ZfP kann neue Wege eröffnen und erspart mögliche parallele Eigenentwicklungen.
Umgekehrt wird man immer auch vom praktischen Feldeinsatz
mobiler Inspektionstechnik lernen, besonders unter erschwerten Einsatzbedingungen
in Bezug auf erschwerte Zugänglichkeit und eingeschränkt verfügbare Zeitrahmen.
Es wird über die bisherigen Aktivitäten und Perspektiven berichtet.
Ein gemeinsames Anliegen sowohl der technischen Sicherheit im Sinne von
'Safety' als auch der öffentlichen im Sinne von 'Security' als Schutz vor Anschlägen
und Verbrechen ist die Einschätzung bzw. die Bewertung vorbeugender Maßnahmen,
die der rechtzeitigen Erkennung einer Bedrohung dienen. An einem Beispiel
soll gezeigt werden, wie umgekehrt die ZfP auch von Konzepten zur Maßnahmenbewertung
in Sicherheitskontrollen profitieren könnte, besonders dann, wenn
eine einzelne Methode nicht hinreicht, um ein drohendes Schadensereignis zu erkennen.
Ohne Schäden in die Tiefe - Zerstörungsarme und zerstörungsfreie Verfahren zur Untersuchung von Holz
(2010)
Radiographie von Holz
(2009)
Wood is the material that has accompanied the whole development of mankind in various applications, for manufacturing tools and weapons, for buildings and constructions and also as fuel. It has various appearances and is subjected to decomposing changes, so there are sufficient arguments for non-destructive testing of wooden objects in the same way as is common practice with other technologically used materials. However, even today wood is rarely tested. Moreover, artefacts of cultural heritage containing wood are rare and delicate, so dismantling these for studying purposes is undesirable. Radiological inspection technologies are the methods of choice to provide a non-destructive insight. Interrogations of a specimen with various kinds of radiation provide different answers about their internal structures. High-quality detailed images are achievable with X-rays or gamma radiation in cases where heavy metals or other dense materials are not involved. Neutrons behave complementarily; they are avidly absorbed by light elements such as hydrogen on the one hand and yet are capable of easily penetrating heavy metals on the other. This provides an alternative for X-ray radiography and tomography when material characteristics are of primary interest rather than structural details, or when shielding with plates or sleeves of heavy metal severely impedes inspections with X-ray or gamma radiation technologies. However, due to the moderating effect of wooden samples it is essential to use fast neutrons for radiography and tomography of voluminous objects. Some typical examples described here will show the difference between neutron and X-ray photon-based radiographic technologies.
"Um Holz auf Schäden hin zu untersuchen, müssen Verfahren auch vor Ort durchführbar sein. Mit Hilfe von mobilen, tragbaren Röntgenblitzröhren und digitalen Radiografiesystemen ist dies möglich. Um die Anzeichen einer Schädigung im digitalen Röntgenbild zu erkennen, ist eine Bildbearbeitung notwendig. Hier werden die Ergebnisse von Röntgenuntersuchungen mit Blitzgeneratoren, einem digitalen Radiografiesystem auf Halbleiterbasis und einer automatisch ablaufenden Bildbearbeitung vorgestellt. Bei den Beispielen handelt es sich jeweils um eine Probe aus Nadelholz und Laubholz, die von geschädigten Bäumen und Bauwerken entnommen wurden. Dem einbaufrischen Bauteil wurden künstliche Strukturen eingebracht. Die aufgeführten Beispiele demonstrieren, wie mit transportablen Geräten innere Schäden im Holz zerstörungsfrei aufgespürt werden können." (gekürztes Autorenreferat) Schadstellen und Fäulnis in trockenen Bäumen und in trockenen Holzbalken lassen sich mit den Mitteln der digitalen Radiographie darstellen. Diese Aufnahmetechniken kommen mit geringeren Strahlendosen als bei einer herkömmlichen Filmbelichtung aus. Die Verwendung digitaler Detektoren, kombiniert mit einer PC-basierten Bildbearbeitung, erlaubt eine schnelle Auswertung vor Ort. Die automatisierte Bildfilterung gestattet eine zügige Durchführung auch ohne tiefgehende Kenntnisse in der digitalen Bildauswertung. Diese spielt hier eine tragende Rolle, wobei die in den Rohbilddaten enthaltenen relevanten Informationen gegenüber denjenigen, die im Augenblick weniger oder nicht interessieren, hervorgehoben werden. Risse werden längs der Einstrahlrichtung gut sichtbar, senkrecht dazu verlaufende allerdings wegen mangelnder Kontrastunterschiede nicht. An dieser Stelle bietet sich die Ultraschall-Echotechnik als komplementäres Verfahren an.
Digital detectors such as phosphor imaging plates (IP) and digital detector arrays (DDA) allow radiographic inspection with higher efficiency and improved image quality in comparison to the classic film technique. Mobile X-ray flash tubes are used routinely for veterinarian and security applications. New high sensetive IPs and DDAs enable to apply them for inspection of light materials with low X-ray attenuation as in aluminium, plastics and composites. A versatile computed tompgraphy (CT) system was developed for in situ inspection of large aircraft components under production conditions. A gate based planar computed tomograph wsa developed and testes for inspection of integrety of the stringer incorporation. Successful test trials were performed to prove the detection rate of cracks in embedded stringers. Honey comb structures of aircrafts have to be inspected for water inclusions during in-service inspections. Thermography is a powerful method for in house inspections when variations in temperature caused e. g. by sunshine can be excluded. A new X-ray diaphragm was developed for mobile back scatter measurements of large components. This method is insensitive to heat alterations in the field and thus can be applied also outdoors.