В.П. Лютов, Л.В. Лютова. Методика бета-радиографии документов

В.П. Лютов

научный редактор журнала

«Энциклопедия Судебной Экспертизы»

кандидат технических наук

старший научный сотрудник

Л.В. Лютова

эксперт-редактор

(ООО «КейИнфоСистемс»)

proexpertizu@mail.ru

На основе анализа литературных источников и физических параметров радионуклидов обосновано перспективное применение изотопа технеция для радиографии. Показан процесс разработки метода бета-радиографии. Статья предназначена для специалистов ядерно-физических лабораторий правоохранительных органов.

Ключевые слова: экспертиза документов; методика бета-радиографии

V. Ljutov

science editor

"Encyclopedia of Forensic examination"

PhD (Engineering)

Senior Researcher

L. Ljutova

Expert Editor

(LLC "Kay Info Systems")

proexpertizu@mail.ru

Methods beta radiography documents

Based on the analysis of literary sources and physical properties of radionuclides The usefulness of radiography isotope technetium. Shows the process of developing a method of beta-radiography. This article is intended for experts of nuclear physics laboratories law enforcement.

Keywords: examination of documents; beta-radiography method

_____________________________________

Бета-радиография состоит в получении (с помощью потока электронов средних энергий) при определённых условиях изображения на уровне внутреннего строения документа, снабжённого устанавливаемыми на просвет элементами защиты от подделки. То есть бета-радиография является частным случаем интроскопии.

Первые сведения о применении радиографии в экспертно-криминалистическом исследовании вещественных доказательств связаны с работами Б.Р. Киричинского (1948 [1], 1949 [2], 1957 [5], 1969 [8]), С.Д. Кустановича (1956 [3, 4]), В.К. Лисиченко (1957 [5], 1961 [7]), Д.П. Эрастова (1960 [6], 1965 [9]) и др.

Среди известных методов интроскопии ограниченное применение находит авторадиография – изучение внутреннего строения объекта путём регистрации ионизирующих излучений от него, вызванных наведённой радиацией. Непригодна также для исследования документов гамма-радиография, поскольку гамма-лучи обладают повышенной проникающей способностью, полностью засвечивают чувствительный к ионизирующим излучениям материал и не создают изображения внутреннего строения документа. Не применяется в радиографии документов альфа-излучение, обладающее, напротив, малой проникающей способностью. Таким образом, для изучения внутренней структуры документа наиболее перспективными являются рентгено- и бета-радиография.

Для нужд экспертов экспертно-криминалистических подразделений органов внутренних дел в 1988 году тогдашним Экспертно-криминалистическим управлением МВД СССР была рекомендована установка «Гортензия-Т» рентгеновизуального контроля малоразмерных криминалистических объектов малой физической плотности, созданная на базе рентгеновского излучателя РЕИС-И «Светлана». Рентгеновский излучатель можно рассматривать как точечный источник, испускающий в пространство расходящийся поток рентгеновского излучения с телесным углом 40 стер (при диафрагме – 40) [10].

Вполне естественно, при изучении документов, имеющих бóльшую площадь, чем диаметр излучателя, приходится относить излучатель на некоторое расстояние, что, в свою очередь, в совокупности с расходящимся потоком рентгеновских лучей обусловливает геометрические искажения. Это является существенным недостатком, не позволяющим проводить сравнение с образцом водяных знаков, защитных нитей, металлизированных меток внутри бумаги.

Следующим недостатком метода, также вызванным необходимостью относить излучатель на некоторое расстояние от исследуемого криминалистического объекта – является возникновение вредного отражённого в пространство рентгеновского излучения, что требует организации дополнительной защиты исследователя.

От перечисленных недостатков свободны плоскостные источники, в качестве которых используют аппликаторы, содержащие радионуклиды в виде солей. Как раз с такими источниками на основе радионуклидов ₆₉Tu¹⁷⁰ и ₂₀Ca⁴⁵ работали Б.Р. Киричинский, В.К. Лисиченко и Д.П. Эрастов. Однако, малый период полураспада этих радионуклидов (у ₆₉Tu¹⁷⁰ – 127 дней, у ₂₀Ca⁴⁵ – 163 дня) не позволяет создать надёжной методики бета-радиографии.

Представляется, что для исследования документов наиболее подходят «долгоживущие» радионуклиды, дающие чистое бета-излучение, свободное от альфа- и гамма-лучей (табл. 1).

Таблица 1

Свойства радионуклидов в порядке возрастания энергии бета-излучения

Довольно значительное число радионуклидов, излучение которых колеблется в широком диапазоне, позволяет провести исследования и разработать универсальную методику бета-радиографии, позволяющую в зависимости от свойств материала получать качественные изображения нужных элементов защиты документов от подделки.

Особый интерес представляет радионуклид ₄₃Tc⁹⁹, полученный Институтом физической химии и электрохимии им. Фрумкина в виде металлической фольги [11]. Фольга позволяет создавать приборы для радиографии неограниченной площади и, в отличие от аппликаторов, практически не оставляет радиоактивных следов на руках, одежде исследователя и на криминалистических объектах, подвергнутых исследованию методом радиографии. Для усиления защиты пользователей от радиоактивного заражения источник достаточно покрыть лаковой плёнкой.

Вопрос стоимости 1 г ₄₃Tc⁹⁹ – неоднозначный. Если исходить из цели получения радионуклида по реакции:

       (1)

либо по реакции:

         (2)

то стоимость его оказывается высокой, порядка тысяч долларов за грамм.

Если же исходить из экологических соображений о том, что захоронения радиоактивных отходов не должны содержать долгоживущих радионуклидов и любое государство, размещающее на своей территории АЭС, обязано обеспечить экстракцию долгоживущих радионуклидов из отходов переработки ядерного горючего, то стоимость радионуклида ₄₃Tc⁹⁹ снижается до десятков центов.

Во всём мире при работе ядерных реакторов накапливаются ежегодно десятки килограммов технеция. Общее количество технеция-99, образующегося в ядерном реакторе, рассчитывается по уравнению Кирьянова–Смирнова-Аверина–Галкова:

              (3)

 – содержание ядер U²³⁵ в 1 кг урана;

 – сечение захвата и деления для U²³⁵;

 – отношение числа делений Pu²³⁹ и Pu²⁴¹ к числу делений U²³⁵;

 – выход технеция при делении (принят равным для Pu²³⁹, Pu²⁴¹и U²³⁵;

 – суммарный поток нейтронов.

Таким образом, радионуклид ₄₃Tc⁹⁹ является наиболее перспективным источником бета-излучения для радиографического исследования документов.

Внедрению технического средства – металлической фольги ₄₃Tc⁹⁹ должна сопутствовать разработка соответствующей методики радиографии, включающая перечисленные ниже этапы.

1. Оценку воспроизводимости значений оптической плотности почернения проводили с использованием критерия Кокрена, критичного к закону распределения случайной величины (в данном случае оптической плотности).

Для проверки гипотезы о законе нормального распределения значений оптической плотности была проведена серия опытов, состоящая в следующем.

1.1. С помощью таблицы случайных чисел был выбран электроночувствительный слой – фототехническая плёнка ФТ-31. Образцы плёнки экспонировали за источником ₄₃Tc⁹⁹ при постоянном времени экспонирования – 10 раз. Затем плёнки проявляли в стандартном проявителе № 1 К.В. Чибисова при стандартных условиях (время проявки одинаковое) и фиксировали в кислом фиксаже. У промытых и высушенных плёнок измеряли оптическую плотность почернения на денситометре «Macbeth» в десяти точках, расположенных случайным образом. Таким образом, было получено 100 значений оптической плотности, образующих выборочную совокупность.

1.2. По полученным значениям оптической плотности почернения строили гистограмму в координатах n = f(D), где n – частота встречаемости одинаковых значений оптической плотности почернения D.

Гистограмму по значениям оптической плотности почернения разделяли на равные интервалы с последующим подсчётом попавших в каждый интервал частот и по этим новым значениям строили новую гистограмму (рис. 1). По полученным значениям рассчитывали наблюдаемое значение χ²_наблпо методике [12, с. 274–284]. При этом, χ²_набл= 0,59 < 6,00 = χ²_кр(0,05; 2)/H₀, то есть полученные значения оптической плотности почернения распределяются по закону нормального распределения, а параметры распределения – эмпирические и теоретические различаются незначимо.

1.3. Для оценки воспроизводимости осуществляли по 10 измерений оптической плотности почернения различных электроночувствительных (фотографических и радиографических) плёнок, экспонированных в течение одинакового времени при шести параллельных испытаниях.

Рис.1. Гистограмма частот наблюдаемых значений оптической плотности почернения.

Расчётное значение критерия Кокрена, рассчитанное по методике [12, с.265–274] составило G_р = 0,266 < 0,303 = G_табл (10; 5)/H₀, то есть подтверждается нулевая гипотеза о воспроизводимости результатов эксперимента.

Среднее значение дисперсии σ²_срj= 0,0002, то есть величина среднеквадратического отклонения σ_срj= 0,001 << 0,80 = D_{ср min} на порядок меньше истинной величины оптической плотности почернения. Следовательно, величина среднего значения оптической плотности почернения будет незначительно отличаться от математического ожидания её, то есть точность проводимых измерений – удовлетворительная.

2. Вывод формулы расчёта экспозиции основывали на положении о том, что линейный участок характеристической кривой можно описать уравнением (рис. 2):

                                                    (4)

где γ– коэффициент контрастности электроночувствительного слоя при экспонировании бета-излучением;

     е^– – энергия выхода электронов, равная 292 КэВ;

     τ– время экспонирования, с;

     D₀– инерция электроночувствительного слоя, соответствующая гипотетической плотности при нулевой экспозиции;

     р – показатель Шварцшильда.

Рис.2. К выводу формулы расчёта времени экспонирования.

К. Цубер доказал, что слои, облучённые бета-излучением, подчиняются закону взаимозаместимости. В этом случае р = 1.

При получении изображений методом бета-радиографии должно быть учтено поглощение электронов материалом документа (бумаги). Поскольку поглощение электронов подчиняется экспоненциальному закону:

I= I₀e^–μδ,   (5)

где I₀ – интенсивность потока электронов, падающих на материал документа;

    I– интенсивность потока электронов, прошедших через материал документа;

    μ– коэффициент поглощения электронного потока материалом документа;

    δ– толщина документа.

Принимая в формуле (5) I₀ ≡е^– и подставляя в (4), получаем

         (6)

Но lgexp, lge^– и μ есть величины постоянные, поэтому можно записать формулу (6) в следующем виде:

           (7)

Заключение

Наиболее перспективным для исследования водяных знаков, защитных нитей, металлизированных меток в бумаге является метод бета-радиографии с использованием металлической фольги радионуклида ₄₃Tc⁹⁹. Метод позволяет получать изображения водяных знаков и прочей защиты от подделок в бумаге, свободных от мешающих печатных и рукописных реквизитов.

Разработанный метод расчёта времени экспонирования электроночувствительных слоёв бета-излучением от металлической фольги ₄₃Tc⁹⁹ оценён с помощью аппарата теории вероятностей и математической статистики. Доказана воспроизводимость результатов бета-радиографического исследования документов с помощью источника ₄₃Tc⁹⁹.

Дальнейшее направление исследований может быть связано, во-первых, с разработкой универсальной теории радиографии, основанной на изучении поведения электроночувствительных слоёв под действием излучений различных энергий, а во-вторых, с разработкой приборов, позволяющих визуализировать электронный поток, прошедший сквозь документ.

Литература:

1. Киричинский Б.Р. Фотография при исследовании вещественных доказательств // Криминалистика и научно-судебная экспертиза. – Киев, 1949. – Вып. 3.

2. Киричинский Б.Р. Применение мягких рентгеновских лучей при исследовании вещественных доказательств // Криминалистика и судебная экспертиза. – Киев, 1948. – Вып. 2.

3. Кустанович С.Д. Применение гамма-лучей радиоактивных изотопов для криминалистических целей // Советская криминалистика на службе следствия. – М., 1956. – Вып. 7.

4. Кустанович С.Д. Применение радиоактивных изотопов при криминалистической экспертизе вещественных доказательств // Рефераты докладов IX Расширенной конференции Ленинградского отделения ВНОСМК. – Л., 1956.

5. Лисиченко В.К., Киричинский Б.Р. Применение рентгенографии и радиографии при исследовании вещественных доказательств // Криминалистика и судебная экспертиза. – Киев, 1957.

6. Эрастов Д.П. Бета-радиографический метод воспроизведения филиграней с документов // Новые методы реставрации и консервации документов и книг. – М.–Л.: Изд. АН СССР, 1960.

7. Лисиченко В.К. Использование радиографических измерений при исследовании вещественных доказательств // Практика криминалистической экспертизы. – М., 1961.

8. Киричинский Б.Р. Судебная радиология: Рентгено- и радиологические методы исследования вещественных доказательств. – Киев: Наукова думка, 1969.

9. Эрастов Д.П. Возможности использования электронографии в исследовании памятников письменности // Старение бумаги. – М.–Л.: Наука, 1965.

10. Применение установки «Гортензия-Т» в экспертной и оперативно-следственной практике / А.И. Колмаков, Н.Г. Соколов, Е.А. Жаров и др. – М.: ЭКЦ МВД России, 1992.

11. Котегов К.В.,Павлов О.Н., Шведов В.П. Технеций. – М.: Атомиздат, 1965.

12. Гмурман В.Е. Руководство к решению задач по теории вероятностей и математической статистике. – М.: Высшая школа, 1975.