Transcript Snímek 1

4.3.1 Princíp činnosti a konštrukcie röntgenov
Činnosť
röntgenov
je
založená
na
absorpcii
rozptýleného
röntgenového žiarenia v materiály skúmaných objektov. Na jednej strane
skúmaného objektu je zdroj röntgenového žiarenia a na strane protiľahlej (u
spätného rozptylu na tej istej strane) detekčná časť.
Rôntgenové žiarenie je časťou elektromagnetického spektra s veľmi
krátkou vlnovou dĺžkou - zhruba 20 až 10-5 nm (energia fotónov 0,05 až 100
MeV). Pritom označenie „röntgenov“ a „gama-žiarenie“ sa týka pôvodu tohto
žiarenia: röntgenové žiarenie je spojené s elektrónovými procesmi, gama-
žiarenie sprevádza procesy v jadre. Pokiaľ ide o vlnové dĺžky, oba obory sa
značne prekrývajú.
1
Zdroj žiarenia
Zdrojom žiarenia u röntgenov sú na vysoké vákuum vyčerpané
röntgentky. Najkratšia možná vlnová dĺžka tohto žiarenia (odpovedajúca
najviac energetickému žiareniu, najvyššej energii fotónov a teda i najvyššej
prenikavosti žiarenia) je daná urýchľujúcim napätím na röntgentke.
Röntgenky obsahujú dve elektródy: žeravenú katódu a chladenú
anódu. Elektróny sú vytrhované z katódy, urýchľované silným elektrickým
poľom a dopadajú vysokou rýchlosťou na anódu. Pri dopade sa ich vysoká
kinetická energia mení na vysokoenergetické kvantum elektromagnetického
žiarenia - röntgenovský fotón. Výsledné, tzv. brzdné (impulzové, nárazové)
žiarenie má spojité spektrum.
2
Urýchľujúce napätie U medzi katódou a anódou sa pohybuje od 40
kV (stolné röntgeny pre prehliadku dopisov a malých balíkov) až do 160 kV
(pásové röntgeny). Obrie röntgeny na prehliadku paletizovaných nákladov a
kontajnerov
používajú
napätie
ešte
vyššie
(zhruba
400
kV),
pre
zabezpečenie prieniku žiarenia i materiály s veľmi vysokou hustotou. Pri
vysokom napätí sa nám ale z röntgenového obrazu strácajú nie príliš silné
vrstvy organických materiálov, ktoré vysoko energetické žiarenie takmer celé
neabsorbujú.
Takže čím je vyššie napätie na röntgentke, tým kratšie vlnové dĺžky
röntgenového žiarenia a tým je i prenikavejšie žiarenie. Tým skôr však
nerozoznáme slabú vrstvu organického materiálu.
3
Detekčná časť
Detekčná časť vo väčšine prípadov (u pásových röntgenov
výlučne) prevádza dopadajúce röntgenové žiarenie na elektrické signály.
Z
nich sa
potom po
príslušnom,
rôzne zložitom
elektronickom
(počítačovom) spracovaní vytvára klasický televízny obraz. Detekčná časť
(s výnimkou röntgenov so spätným rozptylom) je tvorená sústavou
detekčných elementov, z ktorých každý poskytuje oddelený signál.
Detekčné
elementy
bývajú
polovodičové
alebo
scintilačné
s
fotodiódami. (V polovodičových detektoroch produkuje dopadajúce
röntgenové žiarenie pár elektrón - diera. U scintilačných materiálov
spôsobuje absorpcia radiácie zase excitáciu elektrónov ich atómov. Keď
tieto elektróny padajú späť do pôvodného stavu, je prebytočná energia
vyžarovaná vo forme svetla. To je detekované fotónkami.)
4
Táto detekčná sústava tvorí u röntgenov s nehybným skúmaným
objektom obdĺžnikovú plochu. U pásových röntgenov sú detekčné elementy
usporiadané do stĺpca, prípadne do zvislej rady lomenej v tvare obráteného
písmena L, aby nedochádzalo k „zrezávaniu rohov“, u väčšiny objektov.
Röntgenové žiarenie z röntgentky je obmedzené oloveným tienením, ktoré má
len zvislú pozdĺžnu štrbinu, ktorá sa nachádza na strane pásu oproti rade
detekčných
elementov.
Skenovanie
vo
vodorovnom
smere
zaisťuje
rovnomerný priamočiary pohyb skúmaných objektov po dopravníkovom páse,
čo umožňuje vykonanie lepšieho obrazu (viď. spätný rozptyl).
Röntgeny s ručným vkladaním používajú obyčajne lacnejšie riešenie
- fluorescenčné tienidlá so zrkadlom.
5
Iba u prenosných či malých laboratórnych röntgenov sa prípadne
stále ešte jednorázovo vyrába röntgenový snímok na príslušne citlivý, rýchlo
vyvolateľný (polaroidný) fotografický materiál vo veľmi plochej kazete
alebo na mnohonásobne použiteľné elektroluminiscenčné panely. Tieto
spôsoby sú pre pyrotechnikov výhodné pre možnosť vsunutia veľmi plochých
kaziet (panelov) do malej medzery napríklad medzi podozrivým odpadkovým
košom a stenou a vyrobiť tak snímok v požadovanom smere bez
manipulácie s košom. Sú však ochudobnené omnoho ďalších technických
vymožeností.
6
Interakcia žiarenia s materiálom skúmaného objektu
Röntgenové žiarenie je vysoko prenikavé, napriek tomu pôvodná
intenzita dopadajúceho žiarenia Io [Wm-2] klesne po priechode látkou hrúbky d
[m] podľa približného empirického vzťahu na hodnotu I = Io e-md, kde m [m-1] je
celkový lineárny koeficient zoslabenia.
Ten je daný súčtom: m = mf + mc + mp, kde mf je koeficient
zoslabenia daný fotoelektrickým javom, mc - Comptnovým rozptylom a mp
tvorbou elektrónových párov.
Fotoelektrický jav a tvorba elektrónového páru sú javy absorpčné,
časť röntgenového žiarenia je materiálom pohltená. Pri Comptonovom alebo
spätnom rozptyle je daná časť žiarenia rozptyľovaná približne rovnomerne do
všetkých smerov.
7
4.3.2 Pásové röntgeny I. generácie
Pásové röntgeny sú základom väčšiny bezpečnostných prehliadok
batožiny, využíva sa pri nich najviac rôznych fyzikálnych princípov a
predovšetkým najnovšie generácie existujú len v pásovom prevedení,
preberieme generácie röntgenov práve pre röntgeny pásové.
Za röntgeny I. generácie možno považovať všetky röntgeny, ktoré
aspoň orientačne neurčujú druhy látok, ako je tomu u nižšie popisovaných
röntgenov II a III. generácie. Medzi röntgeny I. generácie patria niektoré
cenovo prístupnejšie pásové röntgeny, niektoré obrie „preťahovacie“
röntgeny a zatiaľ, bohužiaľ, všetky röntgeny prenosné, malé stolové alebo
röntgeny s ručnou manipuláciou.
8
Prevedenie röntgenov s dopravníkovým pásom má pre prehliadku
väčšej batožiny viac výhod i v prípade I. generácie. Uľahčuje to samozrejme
prácu obsluhy
pri prehliadke väčšieho
množstva rozmernejšej a ťažšej
batožiny a umožňuje to zvýšiť počet odbavených kusov za jednotku času.
Musíme si ale tiež uvedomiť, že pre získanie röntgenového obrazu
(trojrozmerného telesa) neskresleného v oboch dvoch smeroch by sme
potrebovali ožarovať toto teleso rovnobežným zväzkom röntgenových lúčov.
Tomu sa lepšie približujeme pri malých rozmeroch zobrazovaných telies,
kedy vzdialenosť rontgenky od telesa býva podstatne väčšia ako rozmery
telesa.
9
U pásových röntgenov ale bývajú rozmery kontrolovanej batožiny
väčšie a röntgentky nie je možné umiestniť do väčšej vzdialenosti. Röntgeny s
pásovým dopravníkom však umožňujú využiť systém skenovania (popísaný
vyššie v častí „Detekčná časť“), ktorý odstraňuje deformácie obrazu vo
vodorovnom smere. Toto skenovanie zároveň zvyšuje kvalitu obrazu, pretože
na detekčnú časť dopadá v daný okamih prakticky len žiarenie prejdené v danej
zvislej rovine a nie ešte súčasne časť Comptnového žiarenia z celého telesa,
ktoré má smer k detekčnej sústave.
10
4.3.3 Pásové röntgeny II. generácie
Pásové
röntgeny
druhej
generácie
umožňujú
rozlišovať
medzi
organickými, anorganickými a kovovými materiálmi. Rozlíšenie sa znázorňuje buď
farbami alebo pomocou dvoch čiernobielych monitorov.
Obr. 4.5 Zobrazenie batožiny metódou dvojitej energie röntgenom II. generácie
(vľavo), len s rozlíšením organických, anorganických a kovových materiálov alebo III. generácie (vpravo)
s automatickým označením výbušniny – červenou farbou
11
a)
Dvojaká energia
Značne rozšíreným spôsobom, zvyšujúcim schopnosti röntgenov pri
vyhľadávaní záujmových položiek, je využívanie tzv. princípu „dual-energy“,
alebo dvojaká energia röntgenového žiarenia. Táto metóda umožňuje
rozpoznávať druhy materiálov v kontrolovaných predmetoch. Tu metódu
dvojakej energie popisujeme v rámci röntgenov II. generácie, v technicky
prepracovanejšom prevedení
umožňuje i rozpoznávanie pravdepodobných
výbušnín a drog a patrí potom do III. generácie.
Podstatou metódy dvojakej energie je využitie toho, že veľkosť
všetkých troch koeficientov absorpcie röntgenového žiarenia závisí nielen na
druhu látky (konkrétne na jej hustote a priemernom protónovom čísle), ale i na
vlnovej
dĺžke
röntgenového
žiarenia.
Teda
na
energii
jednotlivých
röntgenových fotónov.
12
Pri metóde dvojakej energie sa urobia dve „zhodné" snímky
kontrolovaného objektu, líšiace sa len hodnotou energie röntgenových
fotónov. Teda vlnovými dĺžkami röntgenového žiarenia. Zo vzájomného
porovnania týchto dvoch snímok potom počítač odhadne hustotu a priemerné
protónové číslo materiálov. Výsledok zobrazí na jednom monitore, na ktorom
druhy materiálov odlíši farebne. Moderné pásový röntgeny využívajúce
metódu „dual energy“, prípadne metódu „multi-energy“, mávajú napríklad
dvojnásobný počet detekčných elementov než štandardné röntgeny s tým, že
jednotlivé časti detekčnej plochy snímajú röntgenové žiarenie spadajúce vždy
do daného energetického rozsahu.
13
Menšie röntgeny metódu dual-energy nevyužívajú, bolo by to
relatívne príliš nákladné. Ich prípadné farebné displeje len priraďujú farby
odtieňom šedej. Väčšina pásových röntgenov s klasickou „dual energy“,
priraďuje farby látkam s vyšším (kovy) a nižším (výbušniny, drogy, plasty,
papier, textil) protónovým číslom. Nanešťastie organické položky vyrobené z
textilu, papieru, plastov a potravín dominujú obsahu kontrolovanej batožiny.
Efektívnosť týchto systémov je veľmi obmedzená chýbaním rozlíšenia v
organickej oblasti a ich neschopnosti presne identifikovať záujmové materiály,
ktoré sú umiestnené v preplnenom, neusporiadanom prostredí alebo za inými
položkami. Napríklad organická položka môže byť nesprávne identifikovaná
systémom s dvojitou energiou ako neorganická alebo kovová, ak je
umiestnená za nejakou kovovou položkou.
14
b) Spätný rozptyl
Ďalšou možnosťou, ako zvýšiť schopnosti röntgenov pre prehliadku
batožiny, je využiť spätný rozptyl röntgenového žiarenia (Comptonov rozptyl
alebo tzv. „backscatter") (www.as-e.com). Pri ňom je kontrolovaný objekt v
smere zvislom skenovaný tenkým röntgenovým lúčom. Atómy kontrolovaného
objektu rozptyľujú malú časť žiarenia všetkými smermi. Na rovnakej strane ako
röntgentka je i detekčná sústava. Tá sníma len žiarenie spätne rozptýlené
(presnejšie jeho časť), atómy kontrolovaného objektu, ktoré sú v daný okamih
ožarované. Podľa veľkosti signálu detekovaného v tento okamih potom na
monitore svieti i polohou zodpovedajúci svetelný bod. Comptonov jav je
prevládajúcim pre látky s nízkym protónovým číslom.
15
Na obraze zo spätne rozptýleného žiarenia budú teda látky s nízkym
protónovým číslom (výbušniny, drogy, plasty, papier, kože) zobrazené ďaleko
intenzívnejšie (voči látkam ťažším ako kovy), než je tomu u klasického zobrazenia
prejdeného žiarenia. Takto môžeme dosiahnuť podobného výsledku ako u metódy
dvojakej energie. Spolu s obrazom spätného rozptylu sa súčasne robí i klasický
obraz žiarenia prechádzajúceho (okrem röntgenu osôb).
Obr. 4.6 Schéma röntgenu so spätným rozptylom
(a- röntgenová trubica, b,c) kolimátor, (tienenie), d) štrbina, e) koleso so štrbinami, f) tenký, kolmo
skenujúci lúč, g) detektor spätného rozptylu, h) časť spätne rozptýleného žiarenia, i) dopravníkový pás, j)
16
detektor prechádzajúceho žiarenia)
Výhodou oproti metóde dvojakej energie je to, že i keď bude napríklad
za balíčkom výbušniny silnejšia kovová doska, systém detekcie spätného
rozptylu na strane balíčka výbušninu kvalitne zobrazí (preto sa montujú tieto
systémy dva na jeden dopravníkový pás - každý z jednej strany). Naproti tomu u
systému s dvojakou energiou môže takáto doska výbušninu či drogu celkom
zamaskovať, bez ohľadu na poradie balíčku a dosky. Na druhú stranu i pomerne
tenká vrstva kovu, pokiaľ sa bude nachádzať z oboch strán záujmovej organickej
položky, môže žiarenie od tejto položky spätne rozptýlené blokovať a tak ju vo
výslednom obraze celkom eliminovať.
Rovnako ako klasické systémy s dvojakou energiou i tieto systémy
prezentujú bežné organické materiály a záujmové materiály v organickej oblasti
((drogy, výbušniny) bez vzájomného odlíšenia.
17
Pásové röntgeny so spätným rozptylom sú podstatne menej rozšírené
než systémy s dvojakou energiou, ktoré doznal ďalšieho značného vývoja a
dosiahli III. generáciu. Javia sa ale do budúcnosti ako ich vhodný doplnok (viď.
kapitola „Röntgeny tretej generácie,“).
Obr. 4.7 Röntgenová metóda spätného rozptylu nám u osôb zobrazí ukryté zbrane
18
V kategórii obrích röntgenov pre kontrolu nákladných automobilov a
pod. má táto metóda veľké perspektívy (www.as-e.com) a oproti klasickej
dvojakej energii nesporné výhody, ako pre skenovanie lúčom tak najmä pre
detekciu organického materiálu (osoby, kontraband z ľahších prvkov) pri
pravej alebo ľavej strany nákladného priestoru. Dvojaká energia stráca pre
väčšie množstvo kovov na účinnosti.
Ďalšie možné využitie je pre povrchové skenovanie osôb, kedy
poskytuje kvalitný obraz. Zobrazované sú teda predmety ukryté pod odevom
alebo v odeve, ako zbrane, včítane keramických, balíčky s drogou alebo
výbušninou a pod. Nasadenie ale naráža na všeobecný odpor verejnosti a
rastie tu konkurencia v podobe milivízie (viď. príslušná kapitola), ale i
ultrazvuku.
19
4.3.4 Pásové röntgeny III. Generácie
Vyššie popisované röntgeny s klasickým systémom dvojakej energie či
spätného rozptylu rozoznávali iba dve (maximálne tri - organické, anorganické a
kovové) rôzne materiálové kategórie - látky organické a anorganické, a to na
röntgenovej snímke len z jedného smeru. Ako i prax ukázala, toto pre spoľahlivú
a uspokojivú detekciu, najmä automatickú, stále nestačí. Riešenie ponúkajú
röntgeny tretej generácie, buď ďalej zdokonaľujú princíp dvojakej energie alebo
súčasne spracovávajú snímky kontrolovaného objektu z viacerých strán.
Röntgeny III. generácie dokážu rozlíšiť látky s hustotou a
protónovým číslom výbušnín alebo drog od ostatných organických
materiálov.
20
a)
Röntgeny s dvojakou energiou
Vypracované röntgeny s dvojakou energiou sú schopné presnejšieho
určovania hustoty a priemerného protónového čísla skúmaných látok a to do tej
miery, že sú schopné odlíšiť látku, ktorá týmito parametrami zodpovedá
niektorému typu výbušniny či drogy od ostatných organických materiálov v
kontrolovanej batožine. Jeden možný spôsob spolieha na zdroj röntgenového
žiarenia o dvoch rôznych energiách, iný spočíva vo výkonnejšom spracovaní dát
z vylepšenej zdvojenej detekčnej sústavy (jednej sústavy s energetickými
filtrami). Ešte dokonalejšie je vyrobenie röntgenových obrazov objektu metódou
dvojakej energie z dvoch navzájom kolmých smerov (pri jednom priechode
objektu röntgenom).
21
Existujú aj röntgeny s dvojakou energiou doplnené o hardwarový a
softwarový modul využívajúci spätne rozptýlené Comptonovo žiarenie z už
existujúceho zdroja. Toto zvyšuje citlivosť systému na tenké položky zo
záujmových materiálov bez toho, aby to ovplyvňovalo priechodnosť systému
(dobu potrebnú na kontrolu jedného objektu).
22
Automatická detekcia
Pri veľkom množstve kontrolovanej batožiny za smenu nevydrží byť
žiadny človek dostatočne bdelý. Preto je nevyhnutné, aby viac vyťažené röntgeny
boli vybavené automatickou detekciou. Automatická detekcia sa dočkala
značného rozšírenia v spojení so systémami s dvojakou energiou, spätným
rozptylom, ale hlavne s röntgenmi III. a vyššej generácie.
Základný princíp je jednoduchý: Keď počítač zistí, že látka, ktorej hustota
a priemerné protónové číslo zodpovedá nejakému typu výbušniny či drogy,
zaujíma na röntgenovom obraze plochu, ktorej intenzita stmavnutia (rastie s
hrúbkou položky) a zároveň celková veľkosť (rastie s veľkosťou položky)
presiahne dané, dopredu nastavené hranice, označí daný objekt za podozrivý.
Úroveň týchto hraníc si môže obsluha sama nastaviť. Pri vysokých úrovniach
hrozí, že skôr automatickou detekciou prejde nejaká nebezpečná položka menšej
veľkosti. Pri nízkych úrovniach bude zase obsluha musieť príliš veľký počet
obrazov preskúmavať osobne.
23
Röntgeny III. generácie s dvojakou energiou majú pri automatickej
detekcii rozhodovaciu dobu prijateľne nízku okolo 2 až 5 sekúnd na batožinu.
To ich, spolu s relatívne prijateľnou cenou, predurčuje pre prvý stupeň kontroly
objektov, ktorý je potom automatický. V praxi automatická detekcia röntgenov
III.
generácie
rozhodovania
vyčlení
bez
približne
obsluhy
bezproblémových,
t.j.
akýchkoľvek
s
80%
najväčšou
požiadaviek
kontrolovaných
pravdepodobnosťou
pozorovania
objektov
a
ako
neobsahujúce
výbušniny, drogy, zbrane či jadrový materiál. Len obrazy zostávajúcich 20%
objektov musí obsluha preskúmať a rozhodovať, čo s nimi.
24
b) Röntgeny s počítačovou tomografiou
Najmä u väčšej batožiny s pestrým obsahom sú výraznejšie problémy s
tým, že snímka záujmovej položky (výbušniny, drogy) je prekrývaná snímkou
väčšieho počtu neškodných položiek nachádzajúcich sa pred ňou a za ňou. S
týmto
problémom
sa
výborne
vysporiadávajú
bezpečnostné
röntgeny
s
počítačovou tomografiou (computed tomographic či často skrátene CT).
(www.invision-tech.com) Tu sú zaradené medzi röntgeny III. generácie, ale najmä
modernejšie prevedenie s rýchlejším vyhodnotením by sa dalo zaradiť i do
generácie vyššej. „Obyčajný“ pásový röntgen najskôr vyrobí „klasickú“ snímku
kontrolovanej batožiny a obsluha si zvolí miesta priečneho rezu , ktorých kvalitné
zobrazenie chce urobiť. Batožina sa potom automaticky posunie a zastaví sa vo
vlastnej „tomografickej" časti röntgenu pre vyrobenie snímky prvého rezu. V tejto
priečnej rovine sa okolo tunelu s pásom plynulo otáča koleso. To na jednom konci
nesie zdroj röntgenového žiarenia a na protiľahlom detekčnú časť.
25
a)
b)
c)
Obr. 3.8 Batožina s výbušninou a jej röntgenové snímky počítačovou tomografiou
a) List plastickej výbušniny v batožine, b) Konvenčná röntgenová snímka s výberom
miest priečnych rezov, c) CT snímka batožiny s automatickým označením výbušniny)
26
Systém tak v priebehu pár sekúnd vyrobí mnoho snímok daného rezu,
ale vždy v inom smere. Na základe vzájomného porovnania týchto snímok
môže počítač určiť útlm röntgenového žiarenia v každej pomyselnej „tehličke“
danej vrstvy. Pretože môžeme predpokladať, že v tejto malej tehličke je
materiál homogénny, poznáme jeho tzv. CT hustotu, danú jeho hmotnostnou
hustotou a priemerným protónovým číslom. Môžeme teda nielen určiť druh
materiálu každej skúmanej vrstvy a i celú vrstvu kvalitne zobraziť. Kolesá sa
otáčajú s geometrickou presnosťou okolo 0,1 mm.
27
Okrem klasického obrazu, obrazu jednotlivých vrstiev s farebným
rozlíšením rôznych materiálov, môžu bezpečnostné röntgeny s CT zobrazovať
tiež virtuálny trojdimenzionálny obraz skúmaného objektu s farebným
odlíšením záujmových materiálov.
Nákupná cena týchto röntgenov je však vysoká a doba potrebná pre
automatickú kontrolu jedného objektu je tiež relatívne väčšia - až okolo 15
sekúnd. Preto sú vhodnejšie skôr pre druhý či tretí stupeň kontroly menšieho
počtu objektov, vytipovaných predchádzajúcimi stupňami kontroly.
28
4.3.5 Pásové röntgeny IV. Generácie
Do röntgenov IV. generácie môžeme počítať aj röntgeny s
počítačovou tomografiou, ktoré ako prvé na svete splnili prísne kritériá pre
spoľahlivosť detekcie výbušnín.
Nastupujú tu ale aj ďalšie dva zaujímavé princípy. Jedným z nich je
röntgenovanie
(zvierajúcich
batožiny
vzájomné
dvojakou
uhly
60°)
energiou
a
z
troch
následne
rôznych
súčasné
smerov
počítačové
vyhodnotenie snímok. (www.vividusa.com) Sú teda potrebné tri páry zdroj detekčná sústava. Tieto páry sú rozmiestnené pozdĺž pásu za sebou. Pri
prehliadke sa pás nemusí zastavovať a röntgen dobre detekuje i tenké pláty
plastických výbušnín tienených kovmi.
29
Druhým princípom je röntgenová difrakcia. (www.heimannsystems.com)
Pred ňou je zaradený röntgen III. generácie s dvojakou energiou. Ten má však,
ako sme si vysvetlili, značný počet falošných poplachov. Batožina s podozrivou
položkou sa potom na páse zastaví u röntgenovej difrakcie. Tu nadíde nad
podozrivú položku zdroj tenučkého, ale intenzívneho röntgenového lúča. Ten z
hora podozrivú položku presvecuje. Pod pásom, na druhej strane, je detekčná
sústava. Tá však nesníma intenzívny röntgenový lúč priamo vo svojom strede,
ale len slabé, tzv. difrakčné krúžky, spôsobené röntgenovým žiarením
difraktovaným na atómovej štruktúre podozrivej položky. Z týchto krúžkov
potom možno určiť, či sa jedná o výbušninu alebo nejakú inú, neškodnú látku
(čokoláda, syr a pod.).
30
4.3.6 Bezpečnosť a ochrana zdravia pri použití röntgenov
S bezpečnostnou prehliadkou pomocou röntgenov sú úzko spojené
obavy majiteľov kontrolovanej batožiny, či ich obsah nebude röntgenovým
žiarením nejakým spôsobom znehodnotený. Veď pásové röntgeny „presvietia“ i
oceľ o hrúbke okolo 20 mm (obrie röntgeny okolo 50 mm).
Toto nebezpečenstvo hrozí napríklad pri röntgenoch s fluorescenčným
tienidlom s kontinuálnym ožarovaním prehliadaného objektu a pod. U všetkých
moderných pásových röntgenov sú tieto obavy ale značne prehnané, pretože
celková dávka ožiarenia, ktorú obdrží batožina pri jednom priechode pásovým
röntgenom, je vďaka nízkej celkovej intenzite žiarenia dosť malá.
31
Typická dávka ožiarenia jednej batožiny je menšia ako 0,1 mR (1
TSv) na prehliadku (u niektorých typov röntgenov 0,2 mR). Vedľajšie
vyžarovanie prístrojov do okolia nepresahuje 0,5 mR/hod. merané 5 cm od
povrchu skrine prístroja. Pre porovnanie: pri lete vo výške 9 km je úroveň
radiácie 0,1 mR/hod, prirodzená radiácia na Zemi je závislá na kraji, je ale na
úrovni 0,01 mR/hod a pri röntgenu hrudníku dostaneme 30 mR.
Bezpečnostnou prehliadkou pásovým röntgenom sa nepoškodia
magnetické záznamové médiá (pásky a disky), elektronika, lieky ani
fotografické filmy väčšinou až do ASA/ISO 1 600, 33 DIN včítane.
Z hradiska ochrany zdravia trvalej obsluhy nie je síce nutné, ale je
vhodnejšie vzdialenejšie kontrolné stanovisko (monitory a riadiaci panel).
32
4.4 Detektory rádioaktívneho žiarenia
Detektory
bezpečnostnej
rádioaktívneho
prehliadky
pre
žiarenia
vyhľadávanie
sa
používajú
rádioaktívneho
ako
doplnok
materiálu
-
kontrabandu, ukrytého v batožine. Bývajú scintilačné alebo polovodičové,
založené na rovnakých základných princípoch ako detekčné elementy röntgenov.
Tu sa však samozrejme nejedná o žiadnu radu či mozaiku elementov
vytvárajúcich obraz, ale len o jeden detekčný prvok, ktorý je ale citlivejší v širšej
oblasti elektromagnetického spektra a ktorý detekuje prenikavé žiarenie vydávané
rádioaktívnym materiálom nachádzajúcim sa v blízkosti detektoru.
V rámci automatickej kontroly sa detektor umiestňuje v blízkosti pásu, čo
nebýva ďaleko od röntgenu. Musí sa preto dať pozor na možné falošné poplachy,
spôsobené spätne rozptýleným žiarením od prípadného väčšieho množstva
materiálu s nižším protónovým číslom nachádzajúceho sa v susednej batožine,
ktorá je práve presvecovaná röntgenom.
33
Ionizujúce žiarenie sa detekuje a jeho veličiny sa merajú v príslušných
jednotkách s využitím fyzikálnych vlastností zariadení a ich reakcií s rôznymi
látkami.
Dozimetrické prostriedky umožňujú získavať postačujúce informácie
o stupni ožiarenia osôb a radiačnú situáciu v priebehu zásahu na mieste udalosti
a
zdroj
ionizujúceho
žiarenia.
Výsledky
získané
meraním
pomocou
dozimetrických prostriedkov sú základom pre hodnotenie účinkov ionizujúceho
žiarenia na ľudský organizmus.
Známe sú tri základné druhy rádioaktívneho žiarenie a to alfa, beta a gama.
34
Žiarenie alfa je prúd častíc alfa t.j. héliových jadier. Častice alfa vyletujú z jadier
rádionuklídu s veľkou kinetickou energiou, ktorá dosahuje hodnoty niekoľkých
miliónov elektrón voltov, čo predstavuje rýchlosť 10 000 km/s. Častice alfa môžu
prenikať veľmi slabou vrstvou látky, ale už 0,05 mm sľudy alebo hliníka pohltí
takmer všetky častice alfa. Maximálny dolet častíc alfa vo vzduchu je okolo 7
cm. Častice alfa pri prechode látkou reagujú s elektrónovými obalmi ich atómov
a elektrón buď prechádza po interakcii na vyššiu energetickú hladinu, alebo
dôjde k jeho odtrhnutiu a tzv. ionizácii. Pri týchto procesoch sa rýchlosť alfa
častice rýchle zmenšuje a po jej dráhe dochádza k ionizácii okolitého prostredia.
Počet vzniknutých iónov vo vzduchu dosahuje niekoľko desiatok tisíc na dráhe
jedného centimetra letiacej alfa častice. V elektrickom a magnetickom poli sa
žiarenie alfa slabo odchyľuje.
35
Žiarenie beta je prúd letiacich elektrónov, ktorých rýchlosť sa blíži rýchlosti svetla
(300 000 km/s). Pri premene atómov jedného rádionuklidu sú vysielané elektróny
s rôznou energiou. V elektrickom a magnetickom poli sa časti beta do značnej
miery odkláňajú, avšak v opačnom smere ako častice alfa. Hmotou sú menej
pohlcované a to znamená, že majú väčšiu prenikavosť ako častice alfa.
Napríklad dolet častíc beta je vo vzduchu niekoľko metrov.
36
Žiarenie gama sa tiež nazýva fotónové žiarenie a je to v podstate
krátkovlnné elektromagnetické žiarenie, ktoré sa šíri rýchlosťou svetla.
Fotóny gama sú bez elektrické náboja a preto sa neodkláňajú pri prelete
elektrickým alebo magnetickým poľom. Žiarenie gama pri prechode hmotou
len veľmi slabo reaguje s prítomnými atómami, preto sa málo zoslabuje.
Dolet vo vzduchu môže byť až niekoľko sto metrov, v pevných látkach
niekoľko centimetrov až decimetrov v závislosti na objemovej hmotnosti látky
a energii fotónov gama. Pri absorpcii gama fotónov v látke vznikajú
sekundárne elektróny, ktoré vyvolávajú ionizáciu v najbližšom okolí.
37
Pre meranie alebo zisťovanie rádioaktívnych látok, kde sa ionizačné
žiarenie detekuje na základe jeho ionizačných účinkov, sa používajú detektory. V
detektore sa mení energia dopadajúceho ionizujúceho žiarenia na elektrický
signál tak, aby mohol byť spracovaný, zaregistrovaný a vyhodnotený.
Detektory môžeme rozdeliť na dva základné druhy a to kontinuálne a
integrálne.
Kontinuálne detektory podávajú priebežnú informáciu o okamžitej hodnote
detekovaného žiarenia. Po ukončení ožarovania detektora klesne výstupný
signál na nulu.
Pri integrálnych detektoroch sa hodnota signálu zväčšuje s časom, počas
ktorého je detektor ožarovaný t.j. úmerne dávke, expozícii a pod. Po ukončení
ožarovania zostáva informácia uchovaná v detektore po celú dobu, ktorou bol
detektor žiareniu vystavený. Integrálne detektory sa uplatňujú najmä v osobnej
dozimetrii a radiačnej chémii.
38
Podľa princípu detekcie sa najpoužívanejšie detektory ionizujúceho žiarenia
môžu rozdeliť do troch hlavných skupín:
 Elektrické detektory sú založené na látkach, ktoré pôsobením
ionizujúceho žiarenia menia niektoré svoje elektrické vlastnosti napr.
vodivosť.
K
tomuto
druhu
detektorov
patria
ionizačné
komory,
proporcionálne a Geiger-Mullerove počítače, kryštálové a polovodičové
detektory.
 Scintilačné
detektory
sú
založené na
látkach, v ktorých
pôsobením ionizujúceho žiarenia vzniká luminiscenčná scintilácia. Svetelný
signál sa prevádza na elektrický a ďalej sa spracúva.
 Samostatné detektory sú založené na látkach, ktoré dlhodobo menia
svoje vlastnosti (farbu, zloženie, objem) pôsobením ionizujúceho žiarenia.
39
Malé intenzity ionizujúceho žiarenia sa merajú Gejger-Mullerovými trubicami
(GM trubicami), ktoré sú schopné zaznamenať takmer každú alfa a beta a asi
každý desiaty fotón gama. GM trubicu tvoria dve elektródy umiestnené v
sklenenej alebo hliníkovej trubici, ktorá obsahuje zriedený plyn. Pri použití
scintilačných detektorov dopadá ionizujúce žiarenie na kryštály a vyvoláva
v nich slabé svetelné záblesky (scintiláciu). Scintilácia je podmienená
existenciou luminiscenčných centier, ktorá vzniká vniknutím iónov cudzieho
prvku do kryštálovej mriežky iónového kryštálu.
40
4.5 Detektory stopových častíc
(detektory výbušnín a drog)
Detektory stopového (nepatrného) množstva častíc záujmových látok sa
v rámci bezpečnostných prehliadok používajú na zisťovanie prítomnosti a k
prípadnému určeniu druhu predovšetkým výbušnín a drog. V bezpečnostnej praxi
sú detektory stopových častíc obyčajne nazývané detektory výbušnín (či
detektory drog). Nie sú vôbec iba predbežnými analyzátormi fyzicky nájdeného
materiálu podozrivého z toho, že sa jedná o výbušninu či drogu. Naopak
pomáhajú obsluhe pri kontrole objektov nájsť prípadne ukryté výbušniny či drogy
alebo i upozorniť na to, že v poslednej dobe, hoci aj pred niekoľkými dňami,
prišiel kontrolovaný objekt do styku s týmito záujmovými látkami.
42
Napríklad osoba manipulujúca s výbušninou či drogou má mikroskopickými
zvyškami týchto látok kontaminované ruky. Tieto zvyšky by boli druhý deň
pravdepodobne detekované, i keby si medzi tým umyla ruky. Hlavným hnacím
záujmom pri vývoji týchto detektorov bola detekcia výbušnín. Vyvinuté princípy
sa ale vo väčšine prípadov dali využiť, rovnako ako pri röntgenoch, aj pri detekcii
drog, niekedy aj iných látok.
Obr. 4.10 Odber vzoriek pre detekciu stopových častíc výbušniny
43
Odber vzoriek
Spoločnou a veľmi podstatnou fázou detekcie všetkých týchto
detektorov je odber vzoriek. Teda akým spôsobom nazhromaždiť a dostať do
prístroja častice hľadaných látok z vnútrajšku či povrchu kontrolovaného objektu.
Hľadaná látka sa môže nachádzať vo forme pár, aerosólu či častíc prichytených
na povrchu.
Ak pominieme metódu „mokrej“ chémie, tak pôvodne bolo hlavným
spôsobom odberu vzoriek pre fyzikálne prístroje nasávanie pár z tesného okolia
povrchu kontrolovaného objektu, hlavne v blízkosti rôznych štrbín do vnútrajšku
objektu alebo pomocou výmenných dutých ihiel priamo z vnútrajšku objektu. Toto
je výborná metóda pre látky s vyššou tenziou pár pri danej teplote objektu (látky
viac prchavé).
44
Vysokú tenziu pár majú napríklad nitroglycerín (NG -používaný v dynamite),
ethylen glykol dinitrát (EGDN). V drvivej väčšine prípadov malý prúd pár stačiaci
k ich zaregistrovaniu a prípadne i analýze - uniká z batožiny, v ktorej sú ukryté.
Pentrit alebo hexogén obsiahnutý v plastických výbušninách sa pri izbovej teplote
vyparujú tak nepatrne, že ich pary sú prakticky nedetekovateľné.
Obr. 4.11 Prechádzajúci tunelový detektor osôb s odberom vzoriek nasávaním pár
45
S rastúcim používaním plastických trhavín sa ukázala nutnosť ešte
ďalšieho spôsobu odberu vzorky. Čisté vojenské výbušniny ako oktogén,
hexogén a plastické trhaviny z nich vyrobené, ale i priemyslové typy trhavín na
báze dusičnanu amónneho, majú tenziu pár malú. Oklamať detektor môže i
obklopenie výbušniny účinným sorbentom (aktívne uhlie).
Medzi najznámejšie plastické výbušniny patrí Semtex, vojenská C-4 či
Detasheet, dodávaná v štvrť palca hrubých plátoch. C-4 obsahuje výbušnú
zložku hexogén (RDX), Detasheet obsahuje pentrit (PETN) a Semtex môže
obsahovať obe tieto zložky, záleží na jeho druhu. Plastické výbušniny a
nitrotoluény majú tenziu pár veľmi malú, rádovo v koncentrácii niekoľkých častíc
na bilión až miliardu. Detekcia ich pár pri bežných teplotách je teda prakticky
nemožná. Preto sa do nich pri výrobe pridávajú značkovače výbušnín
odporúčané medzinárodnou civilnou leteckou organizáciou (International Civil
Aviation Organization - ICAO), ktorých tenzia pár je už vysoká.
46
Podľa v roku 1998 ratifikovaných Montrealských dohôd o značkovaní
plastických a gélových výbušnín musia byť značkované ako tieto druhy výbušnín
určené pre bežné použitie, tak i tieto druhy výbušnín uložené vo vojenských
skladoch a určené pre bojové použitie. Neznačkované výbušniny sa môžu
vyrábať a skladovať len pre vymenované účely a podliehajú špeciálnej evidencii.
Rovnako nebude vždy možné spoliehať na toto značkovanie plastických
výbušnín. Spoľahlivejšia je ich detekcia ako pevnej kontaminácie. Vhodným
spôsobom pre odber vzorky je v prípade plastických výbušnín oter
povrchu kontrolovaného objektu špeciálnym filtrom. U objektu, ktorý s nimi
prišiel v poslednej dobe do styku, je totiž veľmi vysoká pravdepodobnosť, že na
jeho povrchu budú drobné zvyšky častíc týchto výbušnín. Povrch sa tiež môže
otrieť bavlnenou rukavičkou, z ktorej sa potom vzorka nasaje na filter. V prípade
kvapaliny sa v nej filter mierne namočí (týka sa hlavne detekcie drog).
47
Ako efektívna sa ukazuje kombinácia dvoch spôsobov odberu vzoriek:
súčasný oter povrchu a nasávanie okolitého vzduchu pomocou ručného vysávača
cez vhodný filter (či špeciálny kolektor). Tieto vysávače majú filter na vstupe
sacieho otvoru, takže keď týmto vysávačom prechádzame po povrchu
kontrolovaného objektu, dochádza k odberu vzorky oterom. Naviac je cez tento
filter nasávaný vzduch obsahujúci pary i povrchový prach a hľadané častice sa na
ňom
zachytávajú.
Možnosti
detekcie
môže
zvýšiť
zahriatie
povrchu
kontrolovaného objektu tepelným žiaričom. Dosiahnutá teplota (napr. 67 °C) sa
kontroluje infračerveným senzorom. Odber vzoriek môže trvať niekoľko sekúnd
až, u veľkých objektov alebo rozľahlejších plôch, niekoľko minút.
48
Po odobratí vzorky sa uskutočňuje jeho desorpcia z filtra. Filter
(kolektor),
nachádzajúci sa
v
automatickej desorpčnej jednotke,
je
zahrievaný a je cez neho hnaný prúd vzduchu. To spôsobuje vyparovanie
častíc drog a výbušnín a ich strhávanie prúdom vzduchu do analyzačného
prístroja. Výška teploty musí zaistiť dostatočnú desorpciu všetkých
detekovaných látok, nesmie však prekročiť teplotu ich rozkladu. Teplota
desorpcie sa volí okolo 230°C.
49
4.5.1 Detekcia výbušnín a drog chemickou reakciou
Detekcia výbušnín a drog klasickou „mokrou“ chémiou je samozrejme
najstaršou metódou ich detekcie aj u radovej polície. Väčšina súprav je určená len
pre preukázanie, že nájdená látka je určitou výbušninou či drogou. Niektoré
moderné chemické detekčné súpravy sú však priamo určené k vyhľadávaniu
zvyškových stopových častíc, teda k bezpečnostnej prehliadke.
Obr. 4.12 Odber vzoriek oterom pre detekciu výbušnín chemickou reakciou
50
Pre detekciu výbušnín aj drog majú tieto prostriedky najčastejšie formu
súpravy činidlových roztokov alebo súpravy sprejov.
Filtračným (či lepiacim) papierikom sa odoberie vzorka z povrchu
kontrolovaného objektu a z kvapátok či sprejov sa na neho nanášajú chemikálie
podľa návodu. Podľa výsledných sfarbení sa usudzuje na prítomnosť častíc
výbušnín či drog . Treba poznamenať, že chemické súpravy obsahujú i žieraviny
a majú obmedzenú dobu skladovania. Ich veľkou výhodou je nízka nákupná
cena. Nevýhodou nízka citlivosť a selektívnosť.
Tenkovrstvová chromatografia je detekčná metóda založená na
rôznom
postupe
jednotlivých
druhov
molekúl
analyzovanej
látky
chromatografickým prúžkom. Aj keď je, ako ďalej uvidíme, prípadná pozitívna
detekcia signalizovaná príslušným sfarbením koncového detekčného elementu
chemickou reakciou, nie je to klasická chemická metóda, pretože hlavná časť
detekcie prebieha (fyzikálno-chemicky) ešte pred týmto prípadným sfarbením.
51
Možným prevedením tenkovrstvovej chromatografie sú stierky-detektory
jednorázového použitia, veľkosti ceruzky, štyroch druhov, z ktorých každý vždy
preukáže pripadnú prítomnosť príslušného druhu drogy (kokaín, opiáty, konope,
amphetamíny). Povrch prehliadaného objektu sa otrie stieracou časťou
detektoru, na ktorej sa zachytia prípadné čiastočky drogy. Analýza potom trvá
okolo 2 minút.
Poznámka: Tieto stierky možno využiť i dopravnou políciou pre
orientačnú skúšku, či kontrolovaná osoba (vodič) nie je pod vplyvom drog.
Vzorka sa odoberá oterom o spotenú časť tela a ak sú v pote obsiahnuté stopy
danej drogy, okienko sa po chvíli sfarbí. K chybe dochádza len vtedy, pokiaľ sa
stopy drogy ešte nestačili dostať do potu alebo naopak pokiaľ sa daná osoba
dlho neumývala a v zaschnutom pote sú stále ešte stopy drog. Podobný
prostriedok odoberá vzorky sa realizuje zo slín pomocou lízatka alebo tyčinky s
kúskom polyuretánu na konci. (www.avitarinc.com)
52
Tiež nájdenie ukrytých drog môže byť zložitá úloha, a to aj keď sú v jasne
identifikovateľnej forme. Ich nájdenie môže byť ďaleko ťažšie, pokiaľ sa
nachádzajú v menej identifikovateľnej forme - zmiešané s inými látkami, ako
plasty, rozpúšťadlá, poľnohospodárske výrobky a inými neškodne sa javiacimi
objektmi. Takáto zmes môže potom byť vytvarovaná do podoby sanitárnej
keramiky a pod. Alebo napríklad kokaín je ľahko rozpustný v olejoch, alkohole,
niektorých riedidlách, terpentíne, olivovom oleji, acetóne a asi 2% rozpustný v
rope. Práve tu vystupuje do popredia nevyhnutnosť vyspelých detektorov
stopových častíc.
53
Nie vždy je pri detekcii výbušnín potrebný ručný odber vzoriek.
Existujú aj detektory stopových častíc výbušnín s automatizovanou
prevádzkou. Prvý typ je pásový, tunelový pre batožiny a druhý priechodný,
väčšinou tunelový pre osoby. V oboch prípadoch sa skúmaný objekt
(batožina alebo osoba) musí na niekoľko sekúnd zastaviť v kontrolovanom
priestore a je ofukovaný prúdom teplého vzduchu, ktorý je potom nasávaný a
analyzovaný. Pokiaľ predpokladáme prchavé druhy výbušnín, sú výhody tejto
automatickej detekcie stopových častíc zrejmé, problémom však zostanú
plastické výbušniny.
54
Výnimkou je vzácnejší postup prehliadky batožiny nakladanej do
nákladných priestorov lietadiel. Batožina sa uzavrie do vzduchotesnej komory,
z ktorej sa potom odčerpáva vzduch. Podtlak môže spôsobiť predčasnú
iniciáciu niektorých nástražných výbušných systémov už na zemi a odčerpaný
vzduch poskytuje najmä ku koncu čerpania vyššiu pravdepodobnosť výskytu
častíc výbušniny z vnútrajšku batožiny.
Automatizovaná detekcia stopových častíc u batožiny sa neujala,
pretože v tomto prípade je k dispozícii viacero iných spoľahlivejších princípov
automatickej detekcie. Vyspelé röntgeny ale, ako uvidíme ďalej, aj jadrová
kvadropólová rezonancia a pod.
55
U batožiny sa prakticky používa len spoľahlivý starostlivý ručný
odber vzorky oterom (prípadne s nasávaním). Z kapacitných dôvodov len u
obmedzeného počtu batožiny, ktorá bola predtým inou metódou, obyčajne
röntgenom, vytipovaná ako podozrivá.
Pre prehliadku osôb však v súčasnej dobe nie je k dispozícii iný
princíp, určujúci, hoci s určitou pravdepodobnosťou, prítomnosť výbušniny.
Automatická detekcia môže byť v diskrétnom prevedení - prúd teplého
vzduchu v medzidvernom vstupe, ralizovaná na základe princípov :
56
- elektrónového záchytu : Tá sa používa len pre detekciu výbušnín a
vzhľadom k minimálnej selektívnosti (rozlišovaniu druhov látok), musí byť
doplnená o nejaký princíp predselekcie (napr. predselekcia polopriepustnou
membránou) alebo predkoncentrácia (napr. predkoncentrácia absorpcií na
špeciálnom povrchu) hľadaných častíc,
- plynová chromatografia : (u detektorov stopových častíc skôr duálna
plynová chromatografia) je tak účinná, že sa tento pojem stáva súčasťou názvu
detektorov.
- spektrometria pohyblivosti iontov : Asi najperspektívnejšou metódou.
Je to metóda dostatočne citlivá, selektívna, rýchla a umožňuje stavbu aj
ručných prístrojov.
- hmotnostná
spektrometria :
Aj
na
tomto
princípe
existujú
detektory výbušnín a drog pre bezpečnostné prehliadky. Sú to však prístroje
rozmerné, hmotné, so značnou spotrebou elektrickej energie a predovšetkým
drahé.
57
4.6 Jadrová kvadropólová rezonancia pre detekciu
výbušnín a drog
Pomocou
tejto
metódy
môžeme
prostredníctvom
elektromagnetických polí v oblasti rádiových vĺn zisťovať zastúpenie
niektorých atómových jadier nachádzajúcich sa v daných chemických väzbách
v skúmanom priestore. Nejedná sa o jadrovú reakciu - reakciu, pri ktorej by
dochádzalo k zmenám zložení jadra. A to bez ohľadu na ich priestorové
rozloženie v tomto priestore. Pre policajno-bezpečnostné účely sa vyhľadávajú
jadrá dusíka nachádzajúce sa v chemických väzbách napríklad pentritu,
hexogénu, kokaínu a pod. Používajú sa pásové tunelové prevedenia pre
prehliadku batožiny. Prevedenia pre prehliadku osôb alebo pre vyhľadávanie
mín v teréne sú vo vývoji.
58
Jadrová kvadropólová rezonancia sa uvádza ako forma technológie
jadrovej magnetickej rezonancie známej napríklad z medicíny. Na rozdiel od nej
sa ale kvadropólová rezonancia zaobíde bez silného magnetického poľa, ktoré
by mohlo poškodiť niektoré predmety v kontrolovanej batožine. A i v ďalších
veciach je dosť odlišná.
Pri jadrovej kvadropólovej rezonancii vyšle vysielač do priestoru
batožiny zložitý impulz rádiových vín nízkej intenzity. Pôvodná kľudová
orientácia osí rotácie atómových jadier skúmaných látok je týmto impulzom
narušená. Ako sa jadrá nasledovne snažia samé seba spätne zrovnať,
produkujú okolo seba svoj vlastný charakteristický rádiový signál, ako ozvenu
typickú vždy pre daný druh látky. Tento signál je zachytávaný prijímačom a
bezprostredne analyzovaný počítačom. Prístroj zväčša pátra po atóme dusíka
N14, ktorý sa nachádza vo výbušninách či drogách
59
Vplyvom prostredia susedných atómov dochádza k miernemu posunu
rezonančnej frekvencie. Veľkosť tohto posunu závisí na type prostredia,
môžeme z neho usudzovať na typ molekuly a teda aj typ látky - ak sa jedná o
PETN, RDX, základ kokaínu atď. QR je metódou vysoko špecifickou, pretože
citlivosť závisí na tvare molekúl. Môže detekovať látku kdekoľvek v batožine,
bez ohľadu na orientáciu a rozloženie. Droga môže byť rozmiešaná v zmesi,
výbušnina vytvarovaná do tenkých plastov a pod. Rozhodujúci je celkový počet
záujmových molekúl v batožine.
V súčasnosti sa používajú pásové tunelové prevedenia prístrojov s QR pre
prehliadku batožiny a zásielok. Obsluha nemusí analyzovať žiadny obrazový či
zvukový signál, je priamo oboznámená s tým, či je skúmaný predmet v
poriadku či obsahuje výbušniny alebo drogy. Analýzou, trvajúcou priemerne 5
sekúnd, sa nepoškodzujú magnetické médiá, ako počítačové disky a pod.
60
U detektorov QR výrobca udáva viac ako 99% pravdepodobnosť
detekcie hľadanej zlúčeniny a menšiu ako 1% pravdepodobnosť falošnej
detekcie. Kombinácia QR rezonancie a röntgenu pri jednej prehliadke je
ideálna. Pomocou QR sa totiž samozrejme nedajú vyhľadávať kovy. Na druhú
stranu, röntgenu môže zase uniknúť výbušnina v malom množstve alebo vo
forme tenkého plátu. U väčšej batožiny, pri ktorej sa dá predpokladať veľké
množstvo kovových predmetov, môžu tieto kovy samozrejme vadiť šíreniu
rádiových signálov. Pri takom tienení sa musia pomocou integrovaného
röntgenu vyhľadávať nielen zbrane a pod., ale i výbušniny a drogy.
Veľkú budúcnosť má prostriedok s QR vyvíjaný pre prehliadku osôb.
Mal by to byť prostriedok značne spoľahlivý a pritom s automatizovanou
prevádzkou.
61
4.7 Použitie milivízie pre detekciu zbraní,
výbušnín a drog
Milivízia
(www.mitlivision.com)
umožňuje detekovať u osôb i pod
niekoľkými vrstvami odevu ukryté zbrane kovové i nekovové, výbušniny,
drogy a rôzny kontraband a to na základe dvojrozmerného snímania
milimetrového elektromagnetického žiarenia emitovaného ľudským telom a
vytvorenie zodpovedajúceho obrazu na TV monitore (LCD displeje).
Predmety ukryté pod odevom absorbujú (a odrážajú) toto žiarenie a tak ich
obsluha môže na monitore detekovať ako tmavšiu oblasť zodpovedajúcich
obrysov, podobne ako na röntgenovom obraze. Pre prehliadku osôb budú
pravdepodobne slúžiť „prechádzajúce rámy“ prípadne ručné detektory.
62
Obr. 4.13 Pohľad na osobu vo viditeľnom pásme (vľavo) a milimetrovom pásme (vpravo)
elektromagnetického žiarenia (Horná pištoľ je klasická kovová, dolná keramická)
63
S kontrolou batožiny je to relatívne ľahké. Základom ich
bezpečnostnej prehliadky sú röntgeny, ktoré sa však vďaka odporu
verejnosti pre prehliadku osôb príliš nepresadzujú. Detektory kovov zase
neohlásia špeciálne keramické zbrane, výbušniny, drogy a ďalšie druhy
kontrabandu. Detektory stopového množstva častíc výbušnín a drog, s
odberom vzoriek nasávaním okolitých pár či skôr oterom z povrchu odevu,
sú síce výborné, avšak zbrane a niektoré iné druhy kontrabandu neodhalia a
pre maximálnu istotu je aj tak ideálne kombinovať ich s inými prístrojmi aj pri
detekcii výbušnín či drog. Prostriedkom, ktorý by mohol bezpečnostnú
prehliadku osôb výrazne kvalitatívne pozdvihnúť, sa môže stať práve
milivízia.
64
Možnosti detekcie a maskovania
Pretože milivízia sníma teplotné žiarenie nielen ľudského tela,
bude výsledný kontrast samozrejme závislý i na teplote okolia, napríklad
miestnosti, v ktorej vykonávame prehliadku. Ďalej záleží na priepustnosti a
odrazovosti skrytej zbrane, výbušniny či nejakého kontrabandu a na
veľkosti následného útlmu odevom. Zabalenie kontrabandu do nejakého
absorpčného materiálu síce zakryje tvary kontrabandu, ale na mílivíznom
obraze bude tmavšia škvrna. Dokonca i pokus o ukrytie zbrane do
podpažia či medzi nohy má za následok rozpoznateľné narušenie
normálneho teplotného rozloženia tela. Predmet ukrytý v nejakej telovej
dutine by však pravdepodobne zaregistrovaný nebol.
68
Poznámka: Okrem toho sa vyvíja i milivízna kamera s motorickou
hlavou pre pozorovanie okolia napríklad z policajných vozidiel, aby policajti
vedeli, kto z okoloidúcich má pod odevom ukrytú zbraň či iné predmety.
Vyvíjaná milivízna pozorovacia kamera poskytuje obraz v reálnom čase (30
obrázkov za sekundu), skladajúci sa z 128x192 pixelov s rozlíšením 12x12 mm
a zorným poľom 1,6x2,4 m na vzdialenosť 4 m. Ďalšou verziou je aktívny
systém pre pozorovanie cez stenu toľko potrebný pre špeciálne policajné
zásahové jednotky. Taký systém sa využije napríklad, keď sa budú ozbrojení
kriminálnici
skrývať
rukojemníkov.
v
Policajná
uzavretom
jednotka
priestore,
potom
najmä
môže
pokiaľ
dopredu
budú
mať
pozorovať
rozmiestnenie nábytku vo vnútri miestností a rozmiestnenie a činnosť osôb a
detekovať niektoré zbrane, najmä v rukách ľudí.
69
Je to možné, pretože väčšina stavebných materiálov síce tlmí, ale nerozptyľuje
milimetrové vlny. Použitie pasívneho systému však už možné nie je. Útlm
väčšiny stien, podláh či stropov je totiž už tak vysoký, že milimetrové žiarenie
emitované ľudským telom je už príliš slabé na to, aby po prejdení nimi bolo
upotrebiteľné väčšie než žiarenie okolité.
predmety
Naviac by neboli vidieť neživé
v dotyčnom uzavretom priestore, ktoré by práve v daný čas neboli
presvecované žiarením z niektorého ľudského tela. Preto je v tejto aplikácii
potrebné naviac použiť zdroj milimetrových vín, ktorý (cez stenu) ožiari daný
uzavretý priestor dostatočne silným milimetrovým žiarením. Odrazená energia
potom bude zobrazovaná vlastnou milivíznou kamerou. Kvôli odrazom v stene
musí byť naviac kamera a zdroj oddelené.
70
4.8
Niektoré ďalšie metódy pre bezpečnostné
prehliadky
Základom bezpečnostnej prehliadky neživých predmetov by ma byť
röntgen. Nie vždy je to však z cenových dôvodov možné, najmä čo sa týka
obrích röntgenov pre prehliadku kamiónov, nákladných kontajnerov i osobných
áut. Naviac sa jedná o veľké a zložité objekty a analýza ich röntgenového
obrazu môže byť komplikovaná. Preto je potrebné, najmä u colníkov, mať k
dispozícii i rôzne, väčšinou ručné pomocné prostriedky pre prehliadku výplní
neprístupných miest. Experimentovanie a vývoj sú nekonečné, a tak sa
môžeme občas stretnúť i s prístrojmi založenými na fyzikálnych princípoch
nižšie neuvedenými, ako napríklad s detektorom zvýšeného obsahu kysličníka
uhličitého CO2, vydychovaného osobami ukrytými v kamióne a pod.
71
Ručné zrkadlá a zrkadielka sa používajú predovšetkým pre kontrolu
spodných, neprístupných častí motorových vozidiel či iných neprístupných
miest. Tieto jednoduché, ale praktické pomôcky majú obyčajne tri hlavné
časti: Vlastné zrkadlo, teleskopickú rukoväť a batériami napájaný svetelný
zdroj. U menších zrkadielok slúži ako osvetľovací zdroj svetlo pevne
spojené s rukoväťou v mieste držania. Pozorované miesto teda osvetľuje
cez zrkadlo. U väčších zrkadiel slúži ako osvetľovací zdroj svetlo
umiestnené v kryte vedľa zrkadla. Pozorované miesto teda osvetľuje
priamo.
72
Endoskopy, známe tiež z lekárstva a strojného a stavebného
inžinierstva, sa používajú tiež na prehliadku neprístupných vnútorných dutín
kontrolovaných objektov. Stačí i dlhá štrbina priemeru niekedy až slabých 0,6
mm. Endoskopy sú dlhé, tenké, často ohybné, húževnaté a vodotesné trubice
obsahujúce väčšinou tri zväzky optických vlákien, jeden obrazový a dva
svetlovodivé. Tieto zväzky sú na detekčnej strane zakončené objektívom
tvoreným tromi miniatúrnymi šošovkami, pre každý zväzok jedna. Na
zobrazovacej stene je okulár (alebo CCD kamera), osvetľovací zdroj a
prípadné mechanické diaľkové ovládanie natáčania detekčného konca. Svetlo
zo zdroja sa šíri dvomi svetlovodivými zväzkami a príslušnými šošovkami a
osvetľuje
pozorovaný
priestor.
Časť
svetla
odrazeného
od
povrchu
pozorovaného priestoru dopadá na šošovku a vstupuje do obrazového
zväzku, ktorý býva tvorený rádovo 30 000 optickými vláknami, ktoré musia
byť usporiadané.
73
To znamená, že poloha jednotlivého optického vlákna na výstupe musí
zodpovedať jeho polohe na vstupe, pretože každé optické vlákno vlastne
prenáša jeden obrazový bod. Na konci obrazového zväzku je svetlo opticky
prevádzané na obraz pozorovateľný ľudským okom (či snímateľný CCD
kamerou). Okrem využitia v rámci operatívnej techniky alebo u pyrotechnikov sú
endoskopy využívané colníkmi pre prehliadku neprístupných miest, ako
vnútrajšku palivových nádrží a pod.
Obr. 4.14 Endoskopy pre prezeranie ťažko dostupných miest
74
Stetoskopy sú všeobecne známe skôr ako lekárske fonendoskopy prístroje k počúvaniu odoziev a šelestov alebo ako bezpečnostné
fonendoskopy ku skrytému počúvaniu. Dnešné bezpečnostné stetoskopy
sú veľmi citlivé elektronické prístroje k detekcii mechanických, ale i
elektronických časovacích systémov. Mávajú kontaktné i bezkontaktné
senzory. Prvý z nich sníma pomocou citlivého mikrofónu mechanické kmity,
zvuky, z kontrolovaného objektu. Druhý menovaný je aktívny - pracuje na
dopplerovom princípe. Z vyššie uvedeného vyplýva, že sa jedná o prístroje
určené predovšetkým pyrotechnikom a pre bežnú kontrolu nemajú veľký
význam.
75
Ultrazvukové testery pneumatík a nádrží sa používajú pre detekciu
úkrytových priestorov a kontrabandu v palivových nádržiach (včítane nádrží na
skvapalnený plyn) a pneumatikách automobilov. K stene (či dnu) nádrže alebo
pneumatiky sa priloží čidlo. To vyšle ultrazvukový impulz. Ultrazvukové vlny sa
šíria kovmi, kvapalinou, gumou i vzduchom priamo, ale na ich vzájomnom
rozhraní sa odrážajú. Krátky ultrazvukový impulz vyslaný sondou sa teda
odráža od rozhrania a dopadá späť na sondu. Časový odstup medzi vyslaným
a prijatým signálom zodpovedá vzdialenosti, ktorú prešiel ultrazvukový impulz.
76
Mikrovlnný detektor slúži k vyhľadávaniu výbušnín, zbraní, drog a iného
kontrabandu
ukrytých
v
mnohých
druhoch
materiálov
(samozrejme
nekovových) na základe detekcie anomálií v týchto úkrytových materiáloch,
ako výrobkov z dreva, betónu, ropy a pod. Môže tiež v istej miere identifikovať
kvapaliny vo fľašiach. Pretože je to prístroj vhodný skôr pre colníkov
nevýhodou je, že mikrovlny vôbec neprechádzajú kovmi.
77
Gama-detektory sú malé ručné prístroje určené pre detekciu ukrytých
materiálov, ako výbušniny, drogy a iný kontraband s vyšším obsahom
atómov nižšieho protónového čísla, vo dverách automobilov, ich prahoch, v
stenách prepravných kontajnerov a skriňových nadstavieb nákladných a
obytných automobilov, v pneumatikách a iných neprístupných priestoroch.
Týmto prístrojom sa prechádza po povrchu kontrolovaného objektu (napr.
dverách automobilu). Prístroj vysiela do kontrolovaného priestoru gamažiarenie. Pokiaľ sa v blízkosti nachádza väčšie množstvo látky s nižším
priemerným protónovým číslom (balíček drogy), dochádza k silnejšiemu
spätnému
(Comptonovému)
rozptylu
žiarenia.
To
je
detekované
a
znázornené vyšším tónom či vyššou hodnotou na displeji. Optimálny dosah
býva zhruba do hĺbky 10 cm až 18 cm.
78
Obr. 3.15 Vyhľadávanie drog ručným gama detektorom
Poznámka : V rámci detektorov stopových častíc je vhodné sa zmieniť aj o
služobných psoch vycvičených pre vyhľadávanie buď výbušnín alebo drog (nie
pre oboje zároveň). Psy sú v súčasnej dobe nenahraditeľné pre bezpečnostné
prehliadky rozsiahlych priestorov. Avšak pre nami rozoberané bezpečnostné
prehliadky väčšieho počtu osôb a predmetov prechádzajúcich stanoviskom
kontroly sú jednoznačne lepšie detektory stopových častíc.
79
4.9
Kombinácia metód pri bezpečnostnej
prehliadke
Z popisovaných fyzikálnych princípov a vlastností detekčnej techniky je
zrejmé, že len jedna technická metóda je síce lepšia ako nič, nie je však
zďaleka dostačujúca, najmä pokiaľ ide o náročné vyhľadávanie výbušnín v
batožine či balíkoch. Pri použití len jednej metódy pre prehliadku predmetov (či
osôb) je vždy veľké percento falošných poplachov a nezanedbateľná
pravdepodobnosť prejdenia výbušniny, zbrane či drogy. Až kombináciou
niekoľkých
metód
sa
vytvára
solídne
stanovisko
bezpečnostnej
prehliadky. A pretože niektoré detektory, napríklad detektory stopových častíc,
nemajú
dostačujúcu
rýchlosť
vybavenia,
býva
v
praxi
prehliadka
viacstupňová. To znamená, že všetky kontrolované objekty podstupujú prvý
stupeň prehliadky.
80
4.10
Prostriedky na zisťovanie osôb
Na zisťovanie osôb sa používajú viaceré druhy technických
prostriedkov, napríklad meraním kysličníka uhličitého, ktorý je vydychovaný
živými tvormi, prehliadaním objektov termokamerou a iným spôsobom.
V ostatnom období bol vyvinutý nový systém na lokalizáciu osôb s
vyspelou technológiou, ktorý detekuje a vyhodnocuje malé mechanické
pohyby. Tento systém pracuje na princípe elektromagnetických vĺn, ktoré
prenikajú aj cez prekážky. Anténa vysiela radarové vlny, ktoré BioRadar
opäť prijíma a vyhodnocuje. Zisťuje všetky pohyby tela a taktiež aj pohyby,
ktoré sú vyvolané dýchaním a činnosťou srdca.
81
Analýzou prijatých signálov možno ihneď s vysokou pravdepodobnosťou
zistiť prítomnosť živých tvorov vo vyžarovacom kuželi antény. Tento prístroj môže
detekovať cez dielektrické materiály, ako napríklad bežné tehlové alebo
murované steny, vrstvy piesku, štrku, zeminy snehu až do hrúbky niekoľkých
metrov. Jediným predpokladom pre správnu funkciu systému je, aby sa medzi
anténou a hľadaným objektom nenachádzalo uzatvorené vodivé tienenie. Kovové
časti (armovanie v betóne) spôsobujú pokles citlivosti. Výsledok vyhľadávania je
možné rýchlo upresniť analýzou pomocou počítača. V rámci činnosti je možné
tento systém využiť najmä v nasledovných oblastiach nasadenia:
 pátranie po postihnutých (zasypaných) osobách po katastrofách,
 detekovanie osôb v budovách zvonka (ochrana objektov),
 preskúmanie pohybu v podzemných nekovových kanáloch, prípadne
dutinách,
 zisťovanie prítomnosti osôb v osobných a nákladných motorových vozidlách.
82
V závislosti od výberu použitej antény môže systém nielen detekovať osoby,
ale aj určiť miesto, kde sa osoby nachádzajú. Antény môžu byť kombinované
a k jednému počítaču je možné pripojiť až 5 antén. Pri umiestnení a
nasmerovaní antény je potrebné poznať typ kontrolovaného vozidla z toho
dôvodu, že vysielané vlny neprechádzajú cez vodivý materiál. Na základe
tohto poznania je potrebné na kontrolovanom vozidle nájsť nevodivý materiál
(plastickú hmotu napr. kryt zadných skupinových svetiel, drevo - napr. podlaha
nákladných vozidiel). Aby bolo možné vykonať kontrolné meranie, potrebné je,
aby kontrolovaný doklad mal minimálne rozmery 10 x 10 cm. Celý systém sa
dodáva v kufríku, ktorý je súčasne aj tzv. centrálnym pracoviskom.
83
Použitá literatúra :
Tallo, A. a kolektiv : Technické systémy a prostriedky polície,
Bratislava 2001 (čiastočne prevzatý text)
84