DACH

Lizenz: ht

Norm

Kurzf

Die Erdurch Fall istvon derschwRadiogZugangSchlitzdieser ObjektAngestMateriRöntgeLuftfrabeinhadetektiSpektrsowie erreichTechni

H-Jahrestagu

ttp://creativecomm

RönDete

ma WROBE1 BAM

fassung

rkennbarkeüberlappent. Im Vergle

dicht gepackwert. Die vographie zur g. Hierzu wzkollimator besonderen

te, sondern trahlte inneialien, welchenrückstreuachtcontainealtete, um ieren. Die brum an Maebenfalls e

hen. Abschlik für Unter

ung 2015 –

mons.org/license

ntgenrüektion

L

EL 1, SanjeeM Bundesa

it von Gefnde Objekte eich zum Pekten Luftfr

orliegende AUntersuchu

wird eine Rund Matrix

n Kamera edie Einflü

ere Details hes ein einz

u-Kamera daer durchgehier verste

bisher erzielaterialien (zeine Untersließend wirrsuchungen

Di.2.C.2

s/by-nd/3.0/de/

ückstrn von GLuftfah

evareddy KOanstalt für M

(norma

fahrstoffen wie es bei

ersonengeprachtcontainArbeit präseung großer Röntgenrückxdetektor füerfolgt nichüsse aus de

werden abzigartiges Carstellt. Daeführt, weleckte Gefahlten Ergebnz.B. Metallscheidung zd der Vortein der Luft

1

reu-RaGefahhrtsich

OLKOORI

Materialforsa.wrobel@b

in einem Di der Handgpäck ist die Anern durch entiert einenObjekte mikstreu-Kamfür die Bildht nur aufgrer Umgebunbgebildet a

Charakteristiazu wurden cher u.a.

ahrstoffe innisse dieser le, Kunststozwischen Fleil und Anwt- und Seeve

adiogrhrstoffherhei

1, Uwe ZSCschung und bam.de)

DurchstrahlgepäckkontrAuswertung

die höhern neuen Ansit gewisser

mera mit eindgebung einrund der Dng spielen aber auch Sikum in derExperimenElektronik

nnerhalb sicTechnik zeoffe, Organlüssigkeitenwendungsmerkehrssiche

raphiefen fürit

CHERPEL 1

–prüfung, B

ungsbild wrolle an Flug von Durchre Komplexsatz in der REindringtie

nem spezielngesetzt. DiDichte der z

hierbei ebeSchatten voBildgebung

nte an einemBauteile u

chtbar zu eigen die Fänisches Man und Fests

möglichkeiteerheit disku

e zur r die

1, Uwe EWEBerlin

wird eingescughäfen häuhstrahlungsxität des IRöntgenrücefe bei einsell geschwuie Bildgebuzu untersucenfalls eineon absorbieg der entwim dicht gepund Gegenmachen bz

ähigkeit ein aterial) abzustoffen in Ben der verwutiert.

ERT 1

chränkt ufig der sbildern Inhaltes ckstreu-eitigem

ungenen ung mit henden

e Rolle. erenden ckelten packten nstände zw. zu breites

ubilden Bild zu

wandten

Mor

e In

fo a

t Ope

n A

cces

s D

atab

ase

ww

w.n

dt.n

et/?

id=

1902

9

DACH Tagung 11.-13. Mai 2015, Salzburg BAM 8.3 Radiologische Verfahren

Röntgenrückstreu-Radiogra phie zur Detektion vonGefahrstoffen für die Luftfahrtsicherheit

N. Wrobel , S. Kolkoori, U.Zscherpel, U. Ewert

BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfungBerlin, Deutschland

Fachbereich 8.3 Radiologische Verfahren

DACH Tagung 11.-13. Mai 2015, Salzburg BAM 8.3 Radiologische Verfahren

Containersicherheit

Flughafensicherheit Luftfrachtsicherheit

Logistik

Detektion von Explosivstoffen in Gepäck und Cargo-Containern mit einseitigen Zugang

Identifizierung von gefährlichen Flüssigkeiten in einer komplexen Umgebung

Notwendigkeit für neue Röntgenrückstreu-Bildgebung

Motivation

2

DACH Tagung 11.-13. Mai 2015, Salzburg BAM 8.3 Radiologische Verfahren

Bleistift-strahl Detektor

Objekt

Röntgenquelle

Objekt

Lochblenden-kamera

Detektor

„Bleistiftstrahl“-Technik Lochblenden-Kamera

Großflächige und empfindlicheDetektoren

Festgelegte Geometrie und eineEinstrahlrichtung

Diaphragma so dünn wie möglichfür große Blickwinkel

lange Messzeiten

wenig geeignet für X-rays >200keV

Bestehende Methoden und ihre Grenzen

(A) (B)

DACH Tagung 11.-13. Mai 2015, Salzburg BAM 8.3 Radiologische Verfahren

Gliederung

• Prinzip zur Bildgebung mit der Röntgenrückstreu-technik

• Konstruktion der portablen Röntgenrückstreu-Kamera

• Experimenteller Aufbau und Datenerfassung

• Experimentelle Validierung der entwickelten Technik für die Luftsicherheit

Detektion gefährlicher Materialien in Gepäck, Cargo und elektronischen Bauteilen

• Zusammenfassung und Ausblick

Gliederung :

3

DACH Tagung 11.-13. Mai 2015, Salzburg BAM 8.3 Radiologische Verfahren

Röntgenröhre

Testobjekt

spezieller Schlitzkollimator

Matrix-Detektor

Rückstreubild

“Rückstreu-Kamera”

gestreuterStrahl

einfallender Kegelstrahl

Prinzip der Bildgebung mit der Röntgenrückstreu-Technik:

Prinzip der Bildgebung

Schlitzkollimator für die Bildgebung, Deutsches Patent, DE 10 2005 029 674, BAM.

DACH Tagung 11.-13. Mai 2015, Salzburg BAM 8.3 Radiologische Verfahren

Geschwungener Schlitzkollimator

* K. Osterloh et al., Schlitzkollimator für Röntgenrückstreu-Bildgebung, Patent, DE 10 2005 029 674, BAM.

50 cm

50 cm

50 cm

Passage der gestreuten Strahlung durch einen speziell geschwungenen Schlitz in Analogie zu einer Mehrfachlochblende

4

DACH Tagung 11.-13. Mai 2015, Salzburg BAM 8.3 Radiologische Verfahren

Eigenschaften der Rückstreu-Kamera

Variable Schlitzbreite (0.1 mm-2 mm)Gewicht : ~ 50 kgMaterial: Wolfram

Belichtungszeit: < 60 sec Strahlungsenergie: 50 keV to 1 MeV

Anwendung: Sicherheit in der Luftfahrt

Rückstreu-Kamera Rückansicht

Diaphragma mit einer geschwungenen Schlitzblende

weitwinklige Blendenöffnung

kurze Belichtungszeit (< 60 s)

geeignet für die Abschirmung von hoch energetischer Röntgenstrahlung und Gamma-Strahlung

verbesserte Bildqualität

Schlitz-öffnung

Detektor-Abschirmung

Passage der zurückgestreuten Strahlung

Konstruktion der Schlitzkamera

S. Kolkoori et al., Journal of Instrumentation, Vol.8 , pp: 1-17, 2013

Matrix-Detektor

Pixelgröße: 143µm

DACH Tagung 11.-13. Mai 2015, Salzburg BAM 8.3 Radiologische Verfahren

Experimenteller Aufbau

Röntgenröhre 420kV(GE ISOVOLT TitanE)

Testobjekt

Rückstreu-Kamera

Detektor-Abschirmunug

Einflussfaktoren auf die Qualität der Rückstreubilder:

a. Schlitzöffnung c. Strahlungsenergieb. Blickwinkel der Kamera d. Belichtungszeit

5

DACH Tagung 11.-13. Mai 2015, Salzburg BAM 8.3 Radiologische Verfahren

Experimentelle Ergebnisse

Testobjekt Rückstreubild

Möglichkeit zur Abbildung von Materialien mit geringer und hoher Dichte/Kernladungszahl, von Metallen und Plastik (organische und anorganische Materialien)

420 kV, 10 mA, 5 min, Schlitzbreite: 0.8 mm

1. Holz

2. PE Vial mit Wasser

3. Spirale (Fe)

4. Stahlblock

5. Plexiglas

6. Wachs

7. Cu

8. Al

9. Pb

10. Cu-Draht

11. PVC mit Löchern

12.Elektronikbauteil

13. Batterien

14. Plastikrohr

15. Stahl-Klemme

1 2 3

4 56

7

89

10

11

12 13 14

15

verschiedene Blickwinkel

DACH Tagung 11.-13. Mai 2015, Salzburg BAM 8.3 Radiologische Verfahren

Anwendung in der Gepäckprüfung

verstecktes gefährliches Material

RöntgenrückstreubildRegion of Interest

Röntgenquelle

Rückstreu-Kamera

Koffer

6

DACH Tagung 11.-13. Mai 2015, Salzburg BAM 8.3 Radiologische Verfahren

Rückstreu-Untersuchungen an Cargo

Holzbehälter

RückstreubildExperimenteller Aufbau

Detektion von verdächtigen Objekten und Bedrohungen in Cargo ist möglich mit dieser Technik

DACH Tagung 11.-13. Mai 2015, Salzburg BAM 8.3 Radiologische Verfahren

Festplatte mit versteckten Bedrohungen Rückstreubild hinter 2mm Al

versteckte gefährliche Gegenstände und Materialien in Elektronik-Bauteilen können detektiert werden

Untersuchung von Elektronik-Bauteilen

1

2

7

DACH Tagung 11.-13. Mai 2015, Salzburg BAM 8.3 Radiologische Verfahren

Nitromethan Glycerin

Al-Platte mit Schweißnaht

Paket

leere Flasche

Nitromethan GlycerinGlycerin

Gefährliche Materialien können in einer komplexen Umgebung identifiziert werden

Gute Unterscheidung zwischen Feststoffen und Flüssigkeiten

Al-Platte Al-Platte

Anwendungen in der Frachtprüfung

DACH Tagung 11.-13. Mai 2015, Salzburg BAM 8.3 Radiologische Verfahren

Inspektion von Objekten in einer komplexen Umgebung

Al-Platte mit Schweißnaht

Al-Platte mit Löchern

Röntgenrückstreu-Bild

Bildgebung der Glasflaschen mit gefährlichem Material auch möglich in einer komplexer, dicht gepackter Umgebung

Surrogat für fl. Explosivstoffe

8

DACH Tagung 11.-13. Mai 2015, Salzburg BAM 8.3 Radiologische Verfahren

1. einfallende Strahlung 2. äußere Hülle3. dichtes Material im

Inneren 4. zurückgestreute

Strahlung 5. Detektorsignal

freistehendes Mobiltelefon Rückstreubild

Mobiltelefon vor Wassergefäß

Innenliegende Details aus absorbierendem Material werden als Silhouette sichtbar

Einflüsse aus der Umgebung müssen bei der Bildgebung berücksichtigt werden

Spezielle Vorteile der Rückstreu-kamera

1. einfallende Strahlung 2. äußere Hülle3. dichtes Material im

Inneren 4. zurückgestreute

Strahlung 5. Detektorsignal6. Wassergefäß

DACH Tagung 11.-13. Mai 2015, Salzburg BAM 8.3 Radiologische Verfahren

Zusammenfassung

Neue Inspektions-Technik bei nur einseitigem Zugang

Fähigkeit zur Detektion von gefährlichen Materialien in der Gepäckprüfung, Frachtprüfung und bei Elektronik-Bauteilen

Entwicklung einer Mehrfachschlitzblenden-Kamera für dieRöntgenrückstreu-Technik

Dual-Energy Röntgenrückstreu-Bildgebung für die Materialdiskriminierung

Möglichkleit zur Identifizierung von internen Details aus absorbierendem Material

Ausblick

9

DACH Tagung 11.-13. Mai 2015, Salzburg BAM 8.3 Radiologische Verfahren

Danksagung

Diese Arbeit wurde finanziell unterstützt durch das Ministerium für Bildung und Forschung BMBF (FKZ: 13N12642).

Dank an Dr. K. Osterloh und S. Rotsch für hilfreiche Diskussionen.

Vielen Dank für Ihre

Aufmerksamkeit!

10