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In the context of the German aviation security research and development project SILUFRA (secure air freight transport chains), BAM has developed a high-resolution and high-energy X-ray imaging technology for the reliable detection of dangerous and illicit materials in densely packed air freight containers. In the developed technology, a novel combination of high-energy (2-7.5 MeV) X-ray betatron as the radiation source and a high-resolution digital detector array (DDA) for the X-ray imaging was utilized to improve the probability of detecting contraband and explosive materials by enhancing the spatial and contrast resolution in the digital X-ray image. In addition, flexible rotations of the high-energy X-ray source and the digital detector array can lead to clarify the suspicious region of interest (ROI) in air freight containers efficiently. Thus, reduces the false alarm rates and the need for expensive manual inspections of the whole container load. In order to evaluate the detection efficiency, we carried out the experimental investigations on a real air freight container loaded with typical cargo materials such as heavy automobile components and electronic products as well as mock-up dangerous and contraband materials. Furthermore, the material discrimination in the radiographic images was evaluated based on the dual high-energy X-ray imaging method. Finally, important applications of the proposed imaging technology to the air cargo security are discussed
In order to enhance the supply chain security at airports, the German federal ministry of education and research has initiated the project ESECLOG (enhanced security in the air cargo chain) which has the goal to improve the threat detection accuracy using one-sided access methods. In this paper, we present a new X-ray backscatter technology for non-intrusive imaging of suspicious objects (mainly low-Z explosives) in luggage's and parcels with only a single-sided access. A key element in this technology is the X-ray backscatter camera embedded with a special twisted-slit collimator. The developed technology has efficiently resolved the problem related to the imaging of complex interior of the object by fixing source and object positions and changing only the scanning direction of the X-ray backscatter camera. Experiments were carried out on luggages and parcels packed with mock-up dangerous materials including liquid and solid explosive simulants. In addition, the quality of the X-ray backscatter image was enhanced by employing high-resolution digital detector arrays. Experimental results are discussed and the efficiency of the present technique to detect suspicious objects in luggages and parcels is demonstrated. At the end, important applications of the proposed backscatter imaging technology to the aviation security are presented.
This paper presents a new X-ray backscatter technique (XBT) for non-destructive imaging of aerospace materials with only a single-sided access. It uses a special twisted slit collimator to inspect the whole object 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 (>500 keV) X-ray sources. Experiments were performed on thick complex structured aluminium components, stringers and honeycomb structures to validate the applicability of the present technique to image small changes in the material properties and also to detect low-density material inclusions. In order to reduce the inspection time from hours to several seconds and to improve the image quality of the X-ray backscatter image, the backscattered signals were measured using a digital detector array with high spatial resolution (200 µm). The influence of the energy of the X-ray source and the slit width of the camera on the X-ray backscatter image were also investigated. In the proposed technique, the whole object is irradiated by an un-collimated X-ray beam resulting in a low image acquisition time of 3 min that facilitates the use of XBT for the real time NDT&E of aerospace materials.
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.
For the radiographic investigation of large cargo Containers the energies of conventional Xray tubes are inadequately for certain layer thicknesses. In that case the high energy radiation sources like electron accelerators and gamma radiators (60CO) are adequate for the non invasive inspection of large Containers because of the high penetration through thick materials. Multiple imaging even enables to distinguish between different materials. The main challenging task in air and sea cargo Container inspection is to improve the detectability of contraband and dangerous materials which are hidden in the heterogeneously packed Containers by detailed analysis of cluttered radiographic images. So it is to be expected that objects of organic substances like certain explosives or their precursors are hard to identify behind thick walls of heavy metal objects such as engine-blocks with flat bottom holes. The primary aim here is to investigate the detectability of dangerous materials (typically of light elements) in cargo Containers using high energy X-ray digital radiography.
Die Arbeitsgruppe 5 der Europäischen Föderation für Zerstörungsfreie Prüfung (EFNDT Working Group 5 'Public Security and Safety', EFNDT WG 5) verfolgt weiterhin das Ziel, organisatorisch weit auseinanderliegende Zuständigkeiten und Arbeitsgebiete zusammenzuführen, die weitgehend mit gleichen, zumindest ähnlichen Prinzipien und Methoden arbeiten. Auf der Suche nach neuen Wegen stoßen beide Seiten auf Gemeinsamkeiten. Dies gilt auch für neue Ansätze und Bewertungsmethoden von Techniken, mit denen Risiken vermindert werden sollen. Hierzu hat in Berlin ein Workshop im Oktober 2012 stattgefunden, auf dem parallele Projekte zur Container- und Frachtsicherheit zusammengeführt werden konnten. Herausgestellt wurde die Komplementarität der laufenden Projekte, gemeinsame Aspekte sollen künftig auch zusammen bearbeitet werden. Darüber hinaus wurden neue Methoden und Vorgehensweisen vorgestellt, aber auch die Sichtweise der Europäischen Kommission mit ihren Vorstellungen zu einem europäischen Markt für Sicherheitstechnik dargestellt. Angesprochen wurden bestehende und vorgeschlagene europaweite Regulierungen und das europäische Referenznetz zum Schutz kritischer Infrastrukturen (ERNCIP), welches ein Netzwerk von Laboratorien für den Test von Sicherheitstechnik zum Ziel hat. Auf technischem Sektor standen Methoden im Vordergrund, mit denen die Gesamtmenge eines Gefahrstoffes wie z. B. Sprengstoff erkannt werden kann, und nicht nur Spuren als indirekter Hinweis. Die Arbeitsgruppe konnte somit erstmalig ein neutrales Forum für parallel laufende Projekte zur öffentlichen Sicherheit zur Verfügung stellen. Die auf den Workshops 2010 bis 2012 in Berlin gehaltenen Vorträge sind auf der Webseite des EFNDT WG 5 im geschützten Bereich zu finden. Nicht alles davon ist geeignet, es der allgemeinen Öffentlichkeit zugänglich zu machen. Deshalb sind alle Vorträge aus den Workshops in einem passwortgeschützten Verzeichnis abgelegt. Die Erteilung des Passwortes erfolgt über den Convenor der Arbeitsgruppe durch die EFNDT. Eine Erweiterung dieser Struktur zu einem Austauschforum ist vorgeschlagen. Zur Teilnahme daran sind nicht nur Mitglieder in den Gesellschaften für zerstörungsfreie Prüfung eingeladen, sondern auch diejenigen, die in den Anwendungsgebieten zur öffentlichen Sicherheit tätig sind.
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.
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.
Der große praktische Vorteil der Rückstreuradiografie allgemein ist, dass kein Bilddetektor am Objekt auf der der Strahlenquelle gegenüberliegenden Seite aufgestellt werden muss. Dieses ist immer dann gegeben, wenn sich das Untersuchungsobjekt in oder an einer Wand befindet oder es so groß ist, dass eine Durchstrahlung aufgrund der zu durchdringenden Schichtdicken nicht infrage kommt. Von der üblichen Methode, das Objekt mit einem wandernden ausgeblendeten Einzelstrahl ('Bleistiftstrahl') abzutasten und die gesamte rückgestreute Strahlung großflächig zu registrieren, unterscheidet sich das hier verwendete Verfahren grundsätzlich. Das Objekt wird voll von einem (unkollimierten) Kegelstrahl angestrahlt. Das Bild wird mit einer Kamera aus absorbierendem Material (Wolfram, Blei) aufgenommen, die einen Matrixdetektor als Bildempfänger enthält. Die 'Optik' besteht aus einer besonders geformten Schlitzblende, die nach einem erweiterten Lochkameraprinzip arbeitet, das auch dickere Blendenmaterialschichten zulässt. Die voneinander unabhängige Positionierung von Kamera und Strahlenquellen erlaubt unterschiedliche Einstrahlgeometrien, die verschiedene Ergebnisbilder liefern. So erscheint ein komplexer Gegenstand vor einer rückstreuenden Wand völlig anders, als wenn er frei im Raum steht. Röntgenrückstreubilder müssen deshalb abhängig von ihrer 'Ausleuchtung' mit der Röntgenstrahlung und näheren Umgebung interpretiert werden.