X射线无损检测在炮弹识别中的应用

发表时间：2016-04-12 15:09:50

日本投降时,在我国遗弃了大量的化学武器,给我国人民的生命财产和生态环境造成了极大的威胁和破坏。据不完全统计,日本遗弃在我国的化学弹大约有200余万发,按毒剂的种类可分为红弹(二苯氰胂/二苯氯胂)、黄弹(芥子气、路易氏气混合)、青白弹(光气、三氯二甲胂)及茶弹(氢氰酸)。由于这些化学弹经过50多年的埋藏,很多已经严重锈蚀、变形、甚至泄露,给化学弹的回收鉴别和今后的销毁带来了很大难题。目前,对这类炮弹识别的一种有效的方法就是利用X射线无损检测技术,将炮弹的内部结构呈现在底片或者荧屏上,并根据弹体的内部结构和日本遗弃化武的相关图纸来判明弹的种类和状态。目前,国际禁止化学武器公约组织(OPCW)和其他一些国家已先后将这一技术作为化学武器识别的一种重要手段。

考虑到当前中方的识别主要是针对原来已发现、尚未宣布和处理的一些可疑炮弹和对新发现点的炮弹进行识别,以判断是否为日本遗弃化学弹,为我国对外宣布提供可靠依据。该系统应具备:
1)识别结果要可靠;
2)系统要有良好机动性和环境适应性,可满足在不同环境下野外现场检测的需要;
3)系统能对75、90、105、150mm常见炮弹进行识别;
4)采用实时成像检测方法和相应设备;
5)确保作业人员安全。
在满足以上基本要求的情况下,还应考虑:
1)系统结构简单,便于现场安装使用,一般2人半天应能展开工作(不包括场地准备);
2)尽可能节约经费。

1 系统的组成及主要性能根据技术要求,系统采用机动性强的车载便携式结构。主要设备包括:X射线系统、图像增强器、炮弹固定台、X射线光栅、图像采集处理系统、辐射剂量仪、发电机、运输车等。系统组成框图如图1所示。

1.1 X射线系统[1] 采用高稳定的便携式X光机SMART300HP,其最大电压为300kV,最大电流3.0mA,可对150mm以下的炮弹进行检测,并具有连锁安全警示装置。

1.2 图像增强器采用XRS232图像增强器,输入屏直径23cm(9"),系统分辨率38Lp/cm,视频标准: CCIR/EIA,12"黑白图形监视器。

1.3 炮弹固定台可放置75、90、105、150mm炮弹,每次1枚,可在远程控制炮弹的转动和上下移动。

1.4 光栅安装在X射线管头,可在远程控制光栅在X/Y轴4个方向移动,以减少散射的影响,提高成像质量,同时还可降低周围环境辐射。

图1 X射线炮弹检测系统组成示意图

1.5 图像采集、处理记录系统

1.5.1系统硬件
1)计算机系统(PⅣ1.0/256M/40G/CD-RW/17"显示器);
2)高速图像采集卡;
3)激光打印机;
4)视频拷贝仪P91E:131mm×99mm图像尺寸,256级灰度,1214×600分辨率。

1.5.2软件包
1)操作系统软件;
2)专用图像处理软件。

2 炮弹识别方法
不同类型的炮弹,其结构是不完全相同的这主要体现在弹头部的扳手槽,炸管的大小和内部的装药情况。一般化学弹具有扳手槽,普通弹(除发烟弹)没有扳手槽,而且发烟弹的扳手槽距弹顶的距离较远;对于不同口径的炮弹,除尺寸外,传爆管的结构相同,如图2。

1)黄弹的内部结构与榴弹相似,但传爆管的直径和长度比同口径榴弹和红弹都要大。
2)红弹传爆管与榴弹相同,但红弹内部(传爆管外侧)有较大炸管,炸管外侧装有红剂。
3)黄弹、红弹等装填化学剂的部分(弹腔内)留有空隙,而榴弹装填TNT,没有空隙。

利用X射线无损检测识别化学弹,是通过 X射线对炮弹的内部结构进行检测(成像),并将炮弹的内部结构呈现在底片或者荧屏上(如图3)[2],再根据弹体内部结构和日本遗弃化武的相关图纸进行比较,从而准确判定炮弹的种类(红弹、黄弹、普通弹或其他弹)和状态(弹的完整性、密封性、毒剂剩余量及引信情况)。

图2 90mm迫击炮弹内部结构图

图3 90mm红弹、黄弹X光照片

3 结束语由于X射线检测采用无损检测技术,不需要对炮弹进行解体取样,因而可避免解体时可能的爆炸和毒剂泄露带来的危险;另外,X射线检测速度快,一般平均几min就可鉴别1枚,且鉴别的结果为大家所公认。由此可见,X射线无损检测在炮弹的识别中有着不可替代的作用,这一点已得到了国际上的广泛认可。同时该系统也可广泛的应用于其他无损检测领域。