Откриване на експлозивни оръжия с технология за рентгеново разсейване - нов процес поражда нови надежди

NDT в приложението, разработването и изследванията

експлозивни

Откриване на експлозивни оръжия с технология за рентгеново разсейване - нов процес поражда нови надежди

Обобщение

Технологиите за откриване на наземни мини, достъпни за практическо използване днес, все още имат много проблемни области като високи честоти на фалшиви аларми, неадекватни доказателства за откриване, високи рискове за експлоатационния персонал и др. Тази ситуация води до сравнително малък успех при разчистването на многото минни полета, които съществуват по целия свят, и трябва да се опасяваме, че големи площи земя в Африка, Азия и Балканите ще могат в обозримо бъдеще Човешката употреба ще остане оттеглена, освен ако не бъдат разработени и внедрени нови методи за откриване и евакуация.

Нов технологичен подход за откриване на наземни мини е извършен от YXLON International X-Ray GmbH. Разработен е прототип на мобилен скенер, който е оборудван с мощна рентгенова тръба 450 kV и използва рентгенова технология за обратно разсейване (RRT) за изобразително представяне на заровени мини. Новата технология отваря следните възможности и предимства:

  1. Дълбочината на информацията е достатъчна за разпознаване на редовно заровени мини.
  2. RRT може да открива наземни мини без метал
  3. С RRT се откриват наземни мини в различни типове почви, включително различна растителна покривка.

Най-важният аргумент в полза на използването на технология за рентгеново разсейване на рентгенови лъчи обаче е фактът, че за разлика от всички други технологии, той дава възможност за изобразяване на погребаните предмети, без обектите да се налага да бъдат премахнати от първоначалното им местоположение. Това е следствие от факта, че рентгеновият разсейващ сигнал от всеки облъчен обемен елемент в почвата е право пропорционален на материалната му плътност. Рентгеновата технология за обратно разсейване има потенциал за ниски честоти на фалшиви аларми и за висока вероятност за откриване. Тази статия представя резултати, постигнати с прототип на скенер на тестови полета на Бундесвера.

1. Общи бележки по проблема с наземните мини

Мините съществуват под формата на противопехотни мини (APM) и противотанкови мини (ATM). В дългосрочен план Договорът от Отава ще намали броя на наличните APM, тъй като производството, използването, съхранението и разпространението са забранени в държавите, които са ратифицирали договора. Тъй като танковите мини не са обхванати от договора, не може да се прогнозира намаляване на тези мини. Новите технологии за откриване на заровени мини ще трябва да играят много важна роля през следващите няколко десетилетия.

Коментари за съществуващите технологии за откриване
Голям брой технологии се използват или се разработват, но в момента няма детектор, който да може надеждно да открие всички известни видове мини при всякакви външни условия.

Има много информация за съществуващи технологии или технологии, които са в етап на развитие. Преглед може да се намери напр. в справка [1]. И до днес иглата за търсене на мини и металотърсачът са най-често използваните инструменти. С иглата за търсене операторът рови в земята на равни интервали от 2-3 см, докато срещне съпротивление. Това не само е много опасно, но и отнема много време. При типични експлоатационни условия един чистач може да търси само няколко квадратни метра на ден. С металотърсачите степента на успех е също толкова скромна. По дефиниция металотърсачите не откриват мини, а метални части в земята. Те включват гвоздеи, руди, съдържащи метал, фрагменти от гранати в бивши бойни зони и др. Всичко това води до изключително висока честота на фалшива тревога. За да се влошат нещата, неметалните мини не се откриват.

В допълнение към o.a. Ръчните инструменти са по-сложни технологии за използване и развитие; повечето се нуждаят от превозвач и всеки има своите силни и слаби страни. Радарът за проникване в земята (GPR) има известен потенциал за откриване, но интерпретирането на сигналите е трудно. Детайлите в сигналите се нуждаят от подобрение, а влажните почви могат да доведат до значително намалени резултати.

При активиране на термични неутрони (TNA) се открива 10,6 MeV гама-лъчение на активирания изотоп N-14. Този метод има висока честота на фалшиви аларми от други вещества, съдържащи азот, и мини без азот не се откриват. При ядрен квадруполен резонанс (NQR) по принцип могат да бъдат открити много малки количества експлозиви, но най-често използваният взривен тротил е много трудно да се открие с този метод. За да се влошат нещата, металните корпуси могат да екранират NQR сигналите. Използват се и визуални методи, но не успяват да открият мини в дълбока растителност. От горните съображения логично следва, че един метод не може да отговори на изискванията за откриване на мини. В няколко страни има планове за разработване на нови, по-надеждни процеси, базирани на комбинация от технологии. Но дори и да се състави възможно най-добрата комбинация, все пак нещо липсва: всички методи са косвени и крайната информация е резултат от повече или по-малко сложна обработка и интерпретация на сигнала. С други думи: лесна за използване система за откриване на мини изисква процес на изобразяване !

2. Основи на технологията за рентгеново разсейване

Когато рентгеновите лъчи проникнат в материята, те са отслабени, т.е. погълнати или разпръснати. За съображенията в тази работа, разсейването на рентгенови лъчи (комптоново разсейване) е интересният ефект. Представяне на физиката на разсейването на Комптън може да се намери в учебници или обзорни публикации като напр. [2], но също така и в специални публикации, които се занимават с използването на разсейване на Комптън за тестване на материали [3-5]. Въпреки че разсейването на рентгеновите лъчи може да бъде най-силното от всички процеси на затихване, измерваните от детектора сигнали са много слаби. Това се дължи на факта, че трябва да се използват много ограничени отвори на детектора за достатъчна пространствена разделителна способност и поради поглъщането на рентгеновите лъчи в тестовия обект. Най-големите загуби възникват между разсейващия център и детектора, тъй като поради ефекта на Комптън енергията на разсеяното рентгеново лъчение е по-ниска, отколкото по пътя до там.

За някои тестови приложения в авиацията методите на RRT се превърнаха във фиксирано устройство [3]. Възможността за откриване на корозия е от особен интерес за този индустриален сектор. Рентгеновата технология за обратно разсейване (RRT) има следните интересни аспекти:

  1. измереният разсейващ сигнал е пропорционален на материалната плътност на облъчения обем
  2. RRT изисква само едностранен достъп до тестовия обект
  3. възможни са високи контрасти на изображението.
Това означава, че RRT има висок потенциал за целите на изобразяване при откриване на наземни мини, което беше признато преди повече от 30 години. Основният резултат от това време беше, че RRT системите, базирани на изотопи, не са подходящи за целите на откриването на наземни мини и че ръчните рентгенови системи не са осъществими. За разлика от нормалните рентгенови рентгенови методи, RRT изображенията се записват точка по точка. Игловиден рентгенов лъч се премества по пода със сканиращ механизъм, а многоканалната детекторна система позволява паралелно събиране на данни за поредица от срезови изображения. В много случаи представянето на един или няколко слоя е достатъчно, за да може да се направят убедителни твърдения за тестовия обект.

3. Резултати с прототипа на скенера ComScan450

За да докаже възможностите на RRT за откриване на наземни мини, YXLON разработи мобилен демонстрационен скенер, който е предназначен за използване във военни полигони. В този прототип скенерната глава е монтирана на ремарке, което Unimog задвижва над погребаните предмети. Мощната рентгенова тръба 450 kV и многоканалната детекторна система са основните компоненти на системата. Прототипът е използван няколко пъти на тестовата площадка за откриване и показване на различни видове наземни мини при различни почвени и растителни условия. Някои избрани резултати са представени по-долу.

3.1 Резултати с противопехотни мини
Най-голям брой погребани наземни мини са противопехотните мини. Докато са на земята и над растителността, опасността, която те представляват, все още може да бъде оценена до известна степен; За съжаление повечето от тях са на дълбочина няколко сантиметра в земята. Следващият пример показва RRT изображения на заровена мина PPM-2. Диаметърът на мината е приблизително 12 cm и са представени слоеви изображения с дълбочина 2 и 4 cm. Структурите на капака на мината са ясно видими на изображението от първия слой. Никоя неминирана (камъни, растителност и т.н.) не би създала такива структури в рентгеновото изображение! На изображението от втория слой могат да се видят вътрешни структури на наземната мина. Сравнение със снимката на наземната мина (фиг. 2) показва, че се възпроизвеждат много вътрешни структури (фиг. 3).

3.2 Резултати с противотанкови мини
Противотанкови мини (напр. TM-62, виж фиг. 4) се намират в много райони на света, напр. в Косово, Афганистан и др. Когато са погребани, те често са трудни за откриване. Фигура 5 показва RRT срезови изображения на TM-62 от 6 см и 12 см дълбочина. Сравнението със снимката показва, че цилиндричните структури в слоевите изображения могат да се използват за идентификация.

3.3 Сравнение: Инертни мини срещу мини, пълни с TNT
Резултатите в предишните раздели са получени с мини, пълни с заместители, а не с взривни вещества. В някои експерименти беше направено сравнение на качеството на изображението и за двата случая. По-нататък (вж. Фиг. 6) са представени резултатите от противотанкова мина TM-62 с инертен пълнеж и с TNT пълнеж. Очевидно е, че качеството на изображението с изпълнени с TNT проводници е поне еквивалентно и има тенденция да бъде още по-добро.

4. Обобщение и перспективи

Резултатите, представени в тази дисертация, ясно показват, че техниката на рентгеновото разпръскване е техниката, която не само позволява изобразително представяне на заровени мини, но също така показва множество подробности в обектите. С RRT е открита техника, която има висок потенциал за идентификация на мините. Само прецизната идентификация позволява добра дефиниция на мерките, необходими за разчистване или унищожаване на намерената мина.

Физическото ограничение на информационната дълбочина на RRT се дава от процесите на поглъщане и многократното разсейване в почвата. Работата с прототипния скенер 450 kV показа, че има достатъчно дълбочина на информация за откриване на редовно поставени противопехотни мини (APM и ATM).

Резултатите, представени в тази дипломна работа, са постигнати с прототип на скенер, който е проектиран за използване в определени военни тестови полета. За практическа употреба при търсене на мини в страни като Афганистан, Ангола, бивша Югославия и др., Скенерната глава трябва да бъде монтирана на подходящо превозно средство. Фигура 7 показва визията за такава бъдеща система.

Денят на благодарността

Тази работа по откриването на скрити противопехотни мини е финансирана от Федералното министерство на отбраната BMVg чрез Федералната служба за отбранителни технологии и обществени поръчки (BWB) в Кобленц.