New Airport Passenger Screening  Technologies

Brendan Tate, Alex Kalaiziovski and Stephen Solomon

Australian Radiation Protection and Nuclear Safety Agency

Email: brendan.tate@arpansa.gov.au

Aviation Security Incidents

Types of Screening Technology• Backscatter X‐ray• Millimetre Wave

Australian Airport Trials• Comparative Doses

International Usage• United States• Europe

Privacy Issues

International Policies & Guidance

Australian Processes

Summary2 

Overview

Key incidents since the attack on the World Trade Centre towers in New  York in 2001

2001 – “shoe‐bomber”

attempt to hide explosives in heels of his shoes

2006 – attempt to blow up several aircraft over the Atlantic Ocean through  the use of liquid explosives 

2009 –

“underpants bomber”

attempted attack midflight Amsterdam to  Detroit, where explosive material was sewn into undergarments.

“These incidents highlight the fact that aviation security is facing new types  of threats today; threats to which the traditional security technologies used  at airports can’t give an adequate and efficient response”

Communication from the Commission  to the  European Parliament and the Council  on the Use of  Security Scanners at EU Airports

European Commission, Brussels , 15.6.2010, COM(2010)311 

Aviation Security Incidents

3 

The term Body Scanner (or Whole‐Body imager) covers 4 different  measurement techniques

• Backscatter, uses low‐energy X‐rays

• Active millimetre wave, uses radio waves with less energy than those  used by mobile phones

• Passive millimetre wave, or terahertz, which lie between infrared and  microwaves on the electromagnetic spectrum

And;

• Infrared (still under development)

4 

Technology Types

How X‐rays interact with matter

• An X‐ray will do one of three things when directed at a material to be  scanned:

Be absorbed

Pass through (be transmitted)

Or Scatter

5 

X‐ray properties

Incident X-ray

Scattering

Incident X-ray

Incident X-ray

Transmission

Absorption

Why use Backscatter?• Light (low Z) elements such as hydrogen, carbon, oxygen or nitrogen effectively 

scatter low energy X‐rays

• Heavier (high Z) elements such as metals do not

• Materials made from light elements do not appear very well using

traditional 

transmission X‐ray techniques, but more dense materials do

• Organic material is mostly composed of low Z elements 

Lack of scatter from high Z material is also evident

• Can identify plastics, metals, ceramics etc

• Liquids –

Aerosols – Gels (LAGs)

6 

Backscatter X‐ray

Image construction

• Uses low energy X‐ray

• Moving X‐ray source passes

from top‐to‐bottom of object

• X‐rays are backscattered

to detector array

• Re‐constructed into 2‐D image

7 

Backscatter X‐ray

mm‐Wave Properties

• Non‐Ionising Radiation

• Extremely‐High Frequency (EHF) band radiation

• 30‐300 GHz range

• Wavelength range of 1 ‐

10 millimetres, i.e – “mm‐wave”

• clothing and other organic materials are translucent to 

some mm‐wave ranges

• Ideal for security screening

• Liquids –

Aerosols – Gels (LAGs)

8 

Millimetre‐Wave

Two models of scanner – “active” and “passive”

• Active:

millimetre wave energy is transmitted from two antennas simultaneously as 

they rotate around the body. 

The wave energy reflected back from the body or other objects on

the body is 

used to construct a two‐dimensional image

• Passive:

Measures and differentiates between the millimetre wave energy naturally 

emitted by the human body and the energy emitted by concealed objects

No radiation is emitted by the scanner

9 

Millimetre‐Wave

Australian trials ‐

2008• Conducted over 6 weeks

from October 15 to November 28

• All passengers given option of standard screening or new screening

• Nearly 70,000 volunteers over three Airports

• Over 12,000 passengers imaged

• Both primary and secondary passenger scanning performed

10 

Australian Airport Trials

Sydney: AS&E Smartcheck Melbourne: Rapiscan Secure 1000 Adelaide: L‐3 ProVision

NCRP commentary 16 states that• “General‐use systems should adhere to an effective dose of 0.1 μSv or 

less per scan, and can be used mostly without regard to the number of 

individuals scanned or the number of scans per individual in a year.”

11 

Comparative Doses

Ionising Radiation Source Radiation Dose (µSv)

Backscatter body X‐ray scan  0.1

Dental X‐ray (bitewing)  4

Flight Melbourne –

Brisbane  7

Chest X‐ray (Antero‐Posterior) 20Annual dose limit for public exposure to 

ionising radiation1000

Australian annual background radiation dose 

1500

Chest CT scan 7000

• Scan Dose is 70x less than dose received from less than 2 hours flight time

Implementation of Whole‐body scanners• 2007 – Whole body imaging introduced as voluntary secondary screening of air 

passengers

• 2009 – US Transport Security Administration (TSA) announced that Whole

Body 

Imaging would replace metal detectors at airport security check points.

A marked departure from the earlier promises by the agency that the 

technology would only be used for secondary screening of air travel 

passengers.

• 2010 –

≈

200 units in 52 American Airports

• 2011

–

TSA Plan to deploy 1000 units by 

end of the year.

12 

United States

European Stance• Until formal decision is made, member countries can make their decisions on whether 

to use new technologies (European Commission)• UK and Italy planned to introduce machines late 2009 to early 2010• Denmark and Spain have refused• Fully introduced in major Russian airports in March 2007• Commence testing in Germany in 2010

Introduced at Hamburg in October 2010 for 6‐month trial

European Union (EU) meeting January 2010• No formal decision made• Stated that

Agreed “will adopt a unified position on the body scanner proposal”

Also Need to determine whether scanners“are effective, do not harm health, and do not violate privacy“

Can be described as being in a state of “flux”

13 

Europe

Privacy Issues

• The major public issue with new technology is privacy

• All types of scanners implement similar measures to preserve privacy

• Security staff viewing images are not situated in the same room 

as the scanner and are unable to see passengers

• Output image quality is deliberately degraded

• Faces are blurred automatically

• Same sex viewing in Aus trials

• Latest software will replace 

detailed human form with 

generic “cartoon figure”

14 

Privacy Issues

• ICRP 103

Recommendations of the International Commission on Radiological Protection

• IAEA Safety Standard DS379

(Draft BSS)

• IAEA  Safety Standard DS401

(Draft Safety Guide) Justification of Practices

• US Interagency Steering Committee on Radiation Standards: Guidance for Security 

Screening of Humans Utilising Ionizing Radiation

ISCORS 2008‐1, July 2008

• American National Standard ANSI/HPS N43.17

–

2009 Radiation Safety for Personnel 

Security screening Using X‐ray or Gamma Radiation

• NCRP Commentary No.16

–

2003 Presidential Report on Radiation Protection Advice: 

Screening of Humans for Security Purposes Using Ionizing Radiation Scanning Systems

15 

International Policies & Guidance

IAEA Safety Standard DS379 (Draft 4.0 BSS para. 3.61) 

“

...the justification process shall consider, ”

• The benefits and detriments of implementing the procedure

• The benefits and detriments of not implementing the procedure

• Any legal or ethical issues associated with the introduction of the  procedure

• The effectiveness and suitability of the proposed procedure including the  appropriateness of the radiation equipment for the proposed use

• The availability of sufficient resources to safely conduct the imaging  procedure throughout the intended period of the practice

16 

International Policies & Guidance 

Licensing Issues:

• Any airport screening using ionising radiation will need to be licensed by 

appropriate radiation jurisdiction

• In line with international recommendations any application for the licensing of 

screening using ionising radiation will need to include a formal

justification of the 

use of the particular technology

ARPANSA involvement:

• Radiation Health committee (RHC) has discussed the licensing of airport screening 

technologies in order to achieve a uniform regulatory approach within Australia

• Has briefed state & territory radiation safety committees on the

radiation 

protection aspects of the use of airport screening technologies

• Is preparing a guidance document on the requirements for justification of 

screening technologies that use ionising radiation

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Australian Processes

• Certain incidents highlight new challenges to aviation security 

• 2007 ‐

US introduced whole body screening at selected airports

• 2008 – X‐ray backscatter & mm‐Wave technologies trialled in Australia

• Inconsistent approach by EU membership, however EU striving for  common policy

• Significant privacy issues

• International policies & guidance available, though some are in draft

• Australian Government involvement through OTS & ARPANSA

• Australian guidance under preparation

• Ionising devices be regulated by State and Territory radiation regulators

18 

Summary