18 октября 2021, 19:37
Американские инженеры разработали мобильный прибор, способный обнаруживать форму и координаты источников гамма-излучения. Они проверили его работоспособность для сценариев поиска потерянного радиоактивного источника в грузовом порту и разливов радиоактивной жидкости в лаборатории. Исследование опубликовано в Scientific Reports. Ионизирующее излучение, которое испускают радиоактивные источники, нельзя увидеть вооруженным глазом. Это становится серьезной проблемой, когда мы не знаем расположение, форму, активность и прочие характеристики источника. Подобное может происходить в случае аварий или утечек на атомных станциях или потере объектов, содержащих радиоактивные компоненты. Задача поиска усложняется тем, что ионизирующие излучения всех типов довольно сложно визуализировать. Мы можем довольно легко обнаружить источник света, так как излучение в видимом диапазоне можно сфокусировать на ПЗС-матрицу камеры, что позволяет получить двумерное изображение. Сегодня инженеры научились получать даже трехмерные изображения объектов, что активно используется в машинном зрении и медицине. Однако большинство доступных сегодня дозиметров лишь фиксируют факт попадания квантов излучения на их детекторы без указания направления, откуда они прилетели, что делает процесс поиска источника трудоемким. Даниэл Хеллфилд (Daniel Hellfeld) с коллегами из Национальной лаборатории имени Лоуренса и Калифорнийского университета в Беркли создали прибор для трехмерной радиологической визуализации источников гамма-излучения. Его особенностью стала высокая мобильность, позволяющая установить его на любую подвижную платформу: автомобиль, робота, беспилотник и даже переносить вручную. При этом у устройства быстрый отклик, позволяющий делать корректировку поиска в реальном времени. В основе работы устройства лежит измерение количества гамма-излучения, поглощенного детектором, в зависимости от его координат в пространстве. Компьютер обрабатывает эту информацию, чтобы восстановить координаты источника, из которых приходит это излучение. Авторы реализовали четыре режима измерения в зависимости от точечности или протяженности излучающего объекта, а также от энергии гамма-квантов. Последнее связано с тем, как происходит поглощение фотона: если низкоэнергетические кванты фиксируются в датчике через одиночный фотоэлектрический процесс, то высокоэнергетические предварительно участвуют в комптоновском рассеянии. Локализация одного или нескольких точечных источников в дискретном или непрерывном пространстве изображений производится в приборе с помощью итерационного алгоритма, а сигнал от распределенных источников обрабатывается алгоритмом максимизации апостериорных ожиданий. При построении карт устройство откладывает все добытые сигналы в виде точек в трехмерном пространстве. Дальше компьютер разбивает это пространство на воксели с разрешением около 20 сантиметров. Воксель считается занятым, если в него попало количество точек, большее некоторого параметра фильтрации. Такой подход опирается на предположение о том, что в воздухе нет источников гамма-излучения, и позволяет уменьшить шумы и многократно ускорить обработку визуализации. В конечном итоге авторы добились среднего времени построения карты, равного нескольким секундам. Само устройство, получившее название MiniPRISM, представляет собой матрицу CdZnTe-детекторов, объединенную с датчиками и бортовым компьютером, который производит построение карт с помощью Google Cartographer. Исследователи продемонстрировали работу своего устройства для двух сценариев. В первом случае инженеры имитировали поиск радиоактивного вещества в грузовом порту. Для этого они поместили точечный источник 137Cs активностью 1,84 милликюри снаружи стального грузового контейнера на высоте 2,5 метров в окружении множества других контейнеров. Исследователи смонтировали MiniPRISM на дрон, что позволило сформировать карту для территории площадью более четырех тысяч квадратных метров за семь минут. Распределение сигналов на карте с хорошей точностью соответствовало реальному источнику. Поделиться - 4
- 4