Разработка метрологического обеспечения измерения эффективного атомного номера

Разработана математическая модель способа измерения эффективного атомного номера на основе оценки ослабления преимущественно мягкого и преимущественно жёсткого рентгеновского излучения, включающая в себя следующие метрологические характеристики: обобщённое уравнение измерителя; алгоритм обработки информации; оценку чувствительности способа; исследование устойчивости к шумам в исходной информации; допустимые диапазоны изменения эффективного атомного номера и массовой толщины. Исследовано влияние параметров сэндвич-детектора на метрологические характеристики измерителя эффективного атомного номера для различных максимальных энергий рентгеновского излучения.

Введение………………………………………………………………………………………………………….. 16
1 Обзор литературы …………………………………………………………………………………………. 21
2 Математическая модель способа измерения эффективного атомного номера,
основанная на оценке ослабления «преимущественно мягкого» и
«преимущественно жёсткого» рентгеновского излучения …………………………………. 29
2.1 Структура и характеристики измерителя эффективного атомного номера,
основанного на оценке ослабления «преимущественно мягкого» и
«преимущественно жёсткого» рентгеновского излучения …………………………… 29
2.1.1 Параметры источника рентгеновского излучения ……………………………….. 30
2.1.2 Параметры регистратора рентгеновского излучения …………………………… 30
2.1.3 Объект контроля ………………………………………………………………………………… 31
2.1.4 Параметры геометрической схемы сканирования объекта контроля ……. 32
2.2 Формирование предварительной информации по ослаблению фотонного
излучения с веществом………………………………………………………………………………….. 33
2.3 Формирование цифровых радиографических изображений ………………………. 34
2.3.1 Формирование виртуальных радиографических изображений …………….. 34
2.3.1 Трансформация виртуальных изображений в цифровые
радиографические изображения …………………………………………………………………. 36
3 Анализ системы уравнений для измерителя эффективного атомного номера
методом дуальных энергий ………………………………………………………………………………. 39
3.1 Существование и единственность решения для системы уравнений
измерителя эффективного атомного номера методом дуальных энергий………… 39
3.2 Расчёт якобиана, числа обусловленности для системы (10) и смещения
оценки эффективного атомного номера …………………………………………………………. 43
3.3 Влияние параметров системы досмотрового контроля на зависимость Zeff(Z)
……………………………………………………………………………………………………………………… 45
3.3.1 Влияние максимальной энергии рентгеновского излучения Emax на
зависимость Zeff(Z) …………………………………………………………………………………… 45
3.3.2 Влияние толщины hL радиационно-чувствительного преобразователя
первого детектора сэндвича на зависимость Zeff(Z) …………………………………… 46
3.3.3 Влияние толщины hF промежуточного фильтра сэндвича на зависимость
Zeff(Z)……………………………………………………………………………………………………….. 47
3.3.3 Влияние толщины hH радиационно-чувствительного преобразователя
второго детектора сэндвича на зависимость Zeff(Z)……………………………………. 48
4 Оценка точности измерения эффективного атомного номера одно-
энергетическим методом дуальных энергий ……………………………………………………… 50
4.1 Оценка систематической погрешности измерения эффективного атомного
номера ………………………………………………………………………………………………………….. 50
4.2 Оценка статистической составляющей погрешности измерения
эффективного атомного номера …………………………………………………………………….. 52
4.2.1 Выбор толщины радиационно-чувствительного преобразователя первого
детектора сэндвича …………………………………………………………………………………….. 53
4.2.2 Выбор толщины промежуточного фильтра сэндвича ………………………….. 54
4.2.3 Выбор толщины радиационно-чувствительного преобразователя второго
детектора сэндвича …………………………………………………………………………………….. 56
5 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ……….. 58
5.1 Потенциальные потребители ……………………………………………………………………. 58
5.2 SWOT-анализ ………………………………………………………………………………………….. 59
5.3 Оценка готовности проекта к коммерциализации …………………………………….. 61
5.4 Планирование работ по научно-техническому исследованию …………………… 63
5.2.1 Определение трудоемкости выполнения работ……………………………………. 64
5.2.2 Разработка графика проведения научного исследования …………………….. 64
5.3 Бюджет научного исследования ……………………………………………………………….. 67
5.3.1 Расчет затрат на специальное оборудование для научных работ………….. 67
5.3.2 Основная заработная плата …………………………………………………………………. 68
5.3.3 Дополнительная заработная плата исполнителей темы ……………………….. 69
5.3.4 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) …………… 70
5.3.6 Формирование бюджета затрат научного исследования ………………………. 71
5.4 Оценка целесообразности исследования…………………………………………………… 71
6 Социальная ответственность …………………………………………………………………………. 73
6.1 Производственная безопасность ………………………………………………………………. 74
6.2 Анализ выявления вредных факторов ………………………………………………………. 75
6.2.1 Расчёт освещённости рабочего места ………………………………………………….. 75
6.2.2 Микроклимат рабочего помещения …………………………………………………….. 81
6.2.3 Электромагнитное излучение ……………………………………………………………… 83
6.3 Анализ выявления опасных факторов ………………………………………………………. 85
6.3.1 Электробезопасность………………………………………………………………………….. 85
6.3.2 Шум ………………………………………………………………………………………………….. 87
6.3.3 Ионизирующее излучение ………………………………………………………………….. 89
6.3.4 Пожаровзрывобезопасность ……………………………………………………………….. 91
6.4 Экологическая безопасность ……………………………………………………………………. 92
6.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………………………. 93
6.6 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности …………… 96
Заключение ……………………………………………………………………………………………………. 100
Список публикаций………………………………………………………………………………………… 101
Список использованных источников ………………………………………………………………. 102
ПРИЛОЖЕНИЕ А ………………………………………………………………………………………….. 108
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. …………………………………………………………………………………………. 120

Разработана математическая модель способа измерения эффективного
атомного номера на основе оценки ослабления преимущественно мягкого и
преимущественно жёсткого рентгеновского излучения, включающая в себя
обобщённое уравнение измерителя, алгоритм обработки информации.
Предложен подход к оценке чувствительности способа измерения
эффективного атомного номера методом дуальных энергий на основе сэндвич-
детектора. Исследована устойчивость алгоритма оценки эффективного
атомного номера к шумам в исходной информации. Определены допустимые
диапазоны изменения эффективного атомного номера и массовой толщины.
Исследовано влияние параметров сэндвич-детектора на метрологические
характеристики измерителя эффективного атомного номера. Рассмотрен подход
к выбору материалов и толщин детекторов и промежуточного фильтра в методе
распознавания материалов, основанного на однократном просвечивании
объекта контроля пучком рентгеновского излучения с раздельной регистрацией
мягких и жёстких фотонов. Подход базируется на сочетании максимальной
чувствительности к изменению эффективного атомного номера и минимальной
погрешности его оценки. Приведён пример выбора параметров детекторов и
промежуточного фильтра для максимальных энергий рентгеновского излучения
в диапазоне от 80 до 160 кэВ.
В ходе раздела «Социальная ответственность» были выявлены вредные и
опасные факторы, которые могу нанести вред рабочему персоналу в процессе
разработки метрологического обеспечения измерения эффективного атомного
номера. Рассмотрены механизмы воздействия данных факторов на человека,
нормы, которым они должны соответствовать, а так же коллективные и
индивидуальные средства защиты.
Из раздела «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение» можно сделать вывод, что проект обладает ресурсной
эффективностью.
Список публикаций
1. Осипов С.П., Усачев Е.Ю., Чахлов С.В., Щетинкин С.А., Камышева
Е.Н. Особенности распознавания материалов мультиэнергетическим
рентгеновским методом // Дефектоскопия. – 2019. – № 4. – С. 43–55.