專利名稱：產(chǎn)生具有不同能量的x射線的設(shè)備、方法及材料識別系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于大中型物體輻射透視成像的電子直線加速器，特別涉及一種產(chǎn)生具有不同能量的X射線的電子直線加速設(shè)備和方法以及材料識別系統(tǒng)，能夠?qū)＿\(yùn)、航空集裝箱等大中型客體中的材料進(jìn)行識別。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的基于輻射透視成像的貨物檢查系統(tǒng)一般都是讓單能射線與被檢物體相互作用后，探測穿透被檢物體的射線并得到圖像。這種系統(tǒng)能夠反映出被檢物體的形狀和質(zhì)量厚度的變化，但卻不能對被檢物的材料屬性進(jìn)行識別。
隨著對全球反恐的關(guān)注程度越來越高，人們對危險品、違禁品的檢查要求也越來越高，并因此提出了各種不同的檢測手段。其中利用雙能X射線成像來識別材料的方法，能實(shí)現(xiàn)物質(zhì)有效原子序數(shù)的區(qū)分，在低能段(＜450keV)被廣泛使用。眾所周知，低能段X射線與物質(zhì)發(fā)生相互作用時，光電吸收和康普敦散射效應(yīng)占主導(dǎo)，光電吸收效應(yīng)對應(yīng)的衰減系數(shù)與原子序數(shù)的關(guān)系是μphoto∝Z4，因此，雙能法能很好的把原子序數(shù)的差別區(qū)分開來。
但在，高能段(＞1MeV)X射線與物質(zhì)發(fā)生相互作用時，電子對產(chǎn)生和康普敦散射效應(yīng)占主導(dǎo)，電子對產(chǎn)生效應(yīng)對應(yīng)的衰減系數(shù)與原子序數(shù)的關(guān)系有μpair∝Z，這使得雙能法在高能段對應(yīng)的原子序數(shù)區(qū)分靈敏度小，因此對系統(tǒng)的探測精度要求很高。在美國專利US6069936和國際申請WO 0043760中，都采用了單個高能X射線源，通過特定材料的吸收來獲得兩束不同能譜的X射線。但是因?yàn)閱蝹€高能X射線產(chǎn)生的原始能譜只有一個，經(jīng)特定材料吸收而具有不同能譜的兩束射線在經(jīng)過較大質(zhì)量厚度被檢物體衰減后，能譜便會變得幾乎一樣，此時將不再能夠區(qū)分物質(zhì)有效原子序數(shù)。如果使用兩個射線源，分別產(chǎn)生初始能量和能譜不同的兩束高能X射線來實(shí)現(xiàn)物質(zhì)材料識別，系統(tǒng)會過于復(fù)雜，造價高昂。
因此，人們一直以來認(rèn)為在高能段用雙能法來實(shí)現(xiàn)大型客體檢查并識別物質(zhì)材料是不實(shí)用的。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，完成了本發(fā)明。本發(fā)明的目的是提供一種產(chǎn)生具有不同能量的X射線的電子直線加速器和方法以及材料識別系統(tǒng)，其能交替產(chǎn)生能量水平有明顯差異的不同能譜的電子束，并通過電子束打靶交替產(chǎn)生不同能譜的X射線。利用這兩種能量的X射線與物質(zhì)相互作用，可以實(shí)現(xiàn)對大中型客體的非侵入性的檢查和其物質(zhì)材料的識別。
在本發(fā)明的第一方面，提出了一種用于交替產(chǎn)生具有不同能量的X射線的設(shè)備，包括脈沖調(diào)制裝置，用于產(chǎn)生第一脈沖電壓、第二脈沖電壓、第三脈沖電壓和第四脈沖電壓；電子束產(chǎn)生裝置，用于根據(jù)所述第一脈沖電壓和第二脈沖電壓產(chǎn)生分別具有第一束流負(fù)載和第二束流負(fù)載的第一電子束和第二電子束；微波產(chǎn)生裝置，用于基于所述第三脈沖電壓和所述第四脈沖電壓產(chǎn)生分別具有第一功率和第二功率的第一微波和第二微波；電子束加速裝置，用于利用所述第一微波和第二微波分別對所述第一電子束和第二電子束進(jìn)行加速，以產(chǎn)生加速的第一電子束和第二電子束；以及靶，用于被所述加速的第一電子束和第二電子束轟擊，以產(chǎn)生具有不同能量的第一X射線和第二X射線。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述電子束產(chǎn)生裝置是柵控電子槍，而脈沖調(diào)制裝置包括柵極脈沖幅度交替變化的電源。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述第一束流負(fù)載大于所述第二束流負(fù)載，而所述第一功率小于所述第二功率。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述第一束流負(fù)載小于所述第二束流負(fù)載，而所述第一功率大于所述第二功率。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述微波產(chǎn)生裝置與所述第三脈沖電壓和所述第四脈沖電壓同步地交替改變磁場強(qiáng)度，以產(chǎn)生所述第一微波和第二微波。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述微波產(chǎn)生裝置是磁控管或者速調(diào)管。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述電子束加速裝置是行波加速管或者駐波加速管。
在本發(fā)明的另一方面，提出了一種用于交替產(chǎn)生具有不同能量的X射線的設(shè)備，包括脈沖調(diào)制裝置，用于產(chǎn)生第一脈沖電壓和第二脈沖電壓；電子束產(chǎn)生裝置，用于根據(jù)所述第一脈沖電壓和第二脈沖電壓產(chǎn)生分別具有第一束流負(fù)載和第二束流負(fù)載的第一電子束和第二電子束；微波產(chǎn)生裝置，用于與所述第一脈沖電壓和第二脈沖電壓同步地改變磁場強(qiáng)度，以產(chǎn)生具有第一功率和第二功率的第一微波和第二微波；電子束加速裝置，用于利用所述第一微波和第二微波分別對所述第一電子束和第二電子束進(jìn)行加速，以產(chǎn)生加速的第一電子束和第二電子束；以及靶，用于被所述加速的第一電子束和第二電子束轟擊，以產(chǎn)生具有不同能量的第一X射線和第二X射線。
在本發(fā)明的另一方面，提出了一種材料識別系統(tǒng)，包括所述的設(shè)備；同步控制裝置，用于產(chǎn)生同步控制信號；探測裝置，用于根據(jù)所述同步控制裝置產(chǎn)生的同步控制信號，探測由所述設(shè)備產(chǎn)生的第一X射線與第二X射線與被檢物體相互作用后的X射線，以產(chǎn)生數(shù)字信號；以及圖像處理與材料識別裝置，用于通過用預(yù)定的標(biāo)定曲線對被檢物體的數(shù)字信號進(jìn)行分類，來識別被檢物體的材料。
在本發(fā)明的又一方面，提出了一種用于交替產(chǎn)生具有不同能量的X射線的方法，包括步驟產(chǎn)生第一脈沖電壓、第二脈沖電壓、第三脈沖電壓和第四脈沖電壓；根據(jù)所述第一脈沖電壓和第二脈沖電壓產(chǎn)生分別具有第一束流負(fù)載和第二束流負(fù)載的第一電子束和第二電子束；基于所述第三脈沖電壓和所述第四脈沖電壓產(chǎn)生分別具有第一功率和第二功率的第一微波和第二微波；利用所述第一微波和第二微波分別對所述第一電子束和第二電子束進(jìn)行加速，以產(chǎn)生加速的第一電子束和第二電子束；以及用所述加速的第一電子束和第二電子束轟擊靶，以產(chǎn)生具有不同能量的第一X射線和第二X射線。
在本發(fā)明的又一方面，提出了一種用于交替產(chǎn)生具有不同能量的X射線的方法，包括步驟產(chǎn)生第一脈沖電壓和第二脈沖電壓；根據(jù)所述第一脈沖電壓和第二脈沖電壓產(chǎn)生分別具有第一束流負(fù)載和第二束流負(fù)載的第一電子束和第二電子束；與所述第一脈沖電壓和第二脈沖電壓同步地改變磁場強(qiáng)度，以產(chǎn)生所述第一微波和第二微波；利用所述第一微波和第二微波分別對所述第一電子束和第二電子束進(jìn)行加速，以產(chǎn)生加速的第一電子束和第二電子束；以及用所述加速的第一電子束和第二電子束轟擊靶，以產(chǎn)生具有不同能量的第一X射線和第二X射線。
因此，通過改變加速器的束流負(fù)載強(qiáng)度，可以得到不同能量的加速電子束，同時，同步地改變饋入加速管的微波功率，將進(jìn)一步使兩束加速電子束的能量差別增大。這樣得到的兩束不同能量的電子束打靶后產(chǎn)生的X射線有著較大能量差距，即兩束X射線能譜之間的差別明顯。
利用本發(fā)明，通過改變相關(guān)預(yù)設(shè)定的參數(shù)來改變電子槍和微波功率的脈沖高壓，可以得到不同能量的電子束，從而得到不同能量的X射線，而不需要改變加速器的結(jié)構(gòu)，可以滿足更多的應(yīng)用范圍。
此外，交替產(chǎn)生的能量差別較大的高能X射線可以更準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)對大中型客體的材料識別。
此外，本發(fā)明通過電路配置來實(shí)現(xiàn)兩種不同能量的快速切換，克服了傳統(tǒng)的能量開關(guān)其機(jī)械結(jié)構(gòu)的局限性，即機(jī)械開關(guān)在兩種能量間快速切換的困難和壽命短的缺點(diǎn)。


圖1A是電子槍發(fā)射電子的特性；圖1B是加速電子能量隨束流負(fù)載變化的示意圖；圖1C是加速電子能量隨饋入微波功率變化的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，交替產(chǎn)生不同的能量的X射線時，加速器各主要系統(tǒng)的參數(shù)之間的關(guān)系的示意圖；圖3是同時改變束流負(fù)載和饋入微波功率時加速電子能量變化的示意圖；圖4A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子直線加速器的構(gòu)成示意圖；圖4B是由構(gòu)成了如圖4A所示的脈沖調(diào)制器401的、輸出電壓不同的兩臺小型剛管脈沖調(diào)制器(hard limiter)分時地向二極電子槍供電示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子直線加速器產(chǎn)生的兩種不同能量的X射線的能譜之間的差別的示意圖；以及圖6是使用了本發(fā)明的電子直線加速器來對集裝箱貨物進(jìn)行無損檢測并實(shí)現(xiàn)材料識別的識別系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面對照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1A是電子槍發(fā)射電子的特性。圖1B是加速電子能量隨束流負(fù)載變化的示意圖。圖1C是加速電子能量隨饋入微波功率變化的示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，交替產(chǎn)生具有不同能量的X射線時，加速器各主要系統(tǒng)的參數(shù)之間的關(guān)系示意圖。
如圖1A所示，在不同的電壓幅值下，電子槍有不同的電子發(fā)射能力。驅(qū)動電子槍的脈沖調(diào)制器產(chǎn)生的兩個不同高壓幅值使電子槍發(fā)射不同電流強(qiáng)度的電子束流，即得到圖2所示的具有不同束流負(fù)載10a和11a的電子束流。
束流負(fù)載效應(yīng)的公式表示為E=AP-BI,]]>其中E為加速電子能量，I為加速電子束的束流強(qiáng)度，P為饋入加速段的微波功率，A和B為預(yù)定的常數(shù)。根據(jù)束流負(fù)載效應(yīng)，不同的電子束流被加速將得到不同能量的高能電子束。
圖1B是示出了束流負(fù)載效應(yīng)的示意圖。如圖1B中的曲線2所示，束流負(fù)載的強(qiáng)度越大，束流在加速管里被加速得到的能量越小。當(dāng)脈沖電子束的強(qiáng)度較大時，即束流負(fù)載強(qiáng)度較強(qiáng)，往加速管饋入較小的微波功率。因此，可以得到相對能量更小的電子束。相反，當(dāng)電子束的束流負(fù)載較小時，將饋入較大功率的微波，得到相對能量更大的電子束。
圖3是同時改變束流負(fù)載和饋入微波功率時加速電子能量變化的示意圖。如圖3所示，在改變束流負(fù)載的同時，同步的改變饋入微波的功率，電子束最終被加速的得到能量將進(jìn)一步變化。從而實(shí)現(xiàn)兩種不同束流負(fù)載的被加速電子束之間的更大能量差距。
因此，具有束流負(fù)載10a和11a的第一電子束和第二電子束若在完全相同的條件下加速，將得到兩個不同能量的電子束。同時，改變饋入加速管的微波功率，分別得到微波功率為10b和11b的第一微波和第二微波。如圖2所示，第一微波的功率大于第二微波的功率。
加速束流的加速管在不同微波功率下，加速束流的特性如圖1C中的曲線3。從圖1C中可以看出，在束流負(fù)載一定時，饋入的微波的功率越大，束流被加速得到的能量越大。如果系統(tǒng)運(yùn)行第一模式，即高能模式下，在第一電子束具有束流負(fù)載10a的情況下，用微波功率為10b的第一微波加速該電子束，得到具有電子束能量10c的高能電子束。然后，讓這高能電子束打靶產(chǎn)生能量為10d的高能X射線。
如果系統(tǒng)運(yùn)行在第二模式，即低能模式下，將向加速管中饋入功率為11b的第二微波，其幅值小于第一微波的功率10b，對束流負(fù)載為11a的第二電子束進(jìn)行加速，得到具有電子束能量11c的低能電子束。然后用該低能電子束打靶產(chǎn)生能量為11d的低能X射線。這樣，系統(tǒng)按高能模式和低能模式交替變換，如此得到能量交替變化的X射線。
圖4A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子直線加速器的構(gòu)成示意圖。如圖4A所示，該實(shí)施例的電子直線加速器400為一交替產(chǎn)生雙能X射線的電子直線加速器。該電子直線加速器400包括信號發(fā)生器403、與信號發(fā)生器403連接的第一和第二脈沖調(diào)制器401和404、與第一脈沖調(diào)制器401連接的電子槍402、與第二脈沖調(diào)制器404連接的磁控管405、與電子槍402和磁控管405連接的加速管406和被加速管406產(chǎn)生的射線轟擊的靶407。
信號發(fā)生器403可以按照預(yù)定的參數(shù)產(chǎn)生固定頻率的高電平和低電平信號。第一脈沖調(diào)制器401和第二脈沖調(diào)制器404根據(jù)信號發(fā)生器403產(chǎn)生的信號，分別產(chǎn)生不同幅值的高壓，例如具有第一幅值的第一高壓和具有與第一幅值不同的第二幅值的第二高壓。根據(jù)系統(tǒng)不同，第一脈沖調(diào)制器401和第二脈沖調(diào)制器404的功能可以由同一脈沖調(diào)制器來完成。如圖4A所示，第一脈沖調(diào)制器401根據(jù)同步信號將產(chǎn)生不同幅值的電壓HV1或LV1輸出給電子槍402，第二脈沖調(diào)制器404根據(jù)同步信號將產(chǎn)生不同幅值的電壓HV2或LV2提供給磁控管405。這里，第一脈沖調(diào)制器401和第二脈沖調(diào)制器404可以采用柵極脈沖幅度交替變化的柵控槍電源來對柵控電子槍供電，或在電子槍402是二極電子槍的情況下，由輸出電壓不同的兩臺小型剛管脈沖調(diào)制器分時地向二極電子槍供電。第一和第二脈沖調(diào)制器產(chǎn)生的脈沖的脈沖間隔可以相等也可以不等。
圖4B是由構(gòu)成了如圖4A所示的脈沖調(diào)制器401的、輸出電壓不同的兩臺小型剛管脈沖調(diào)制器(hard limiter)分時地向二極電子槍供電示意圖。如圖4B所示，高壓電源1和高壓電源2的輸出連接到電子槍的驅(qū)動電路，并且該驅(qū)動電路與脈沖同步及開關(guān)控制電路連接，脈沖同步及開關(guān)控制電路根據(jù)外部同步信號1和同步信號2對模塊401a進(jìn)行控制以輸出高壓HV1，對模塊401b進(jìn)行控制以輸出相對低壓LV1。電子槍402在不同的電壓幅值時分別發(fā)射電子束的束流負(fù)載為10a或11a。而給磁控管提供電壓的第二脈沖調(diào)制器404與第一脈沖調(diào)制器401相似，包括兩個模塊(未示出)，從這兩個模塊分別得到不同幅值的電壓HV2和LV2。也就是，第二脈沖調(diào)制器404中的高壓電源1和高壓電源2的輸出與在脈沖同步及開關(guān)控制電路連接，在其控制下分時向磁控管供電。
由第二脈沖調(diào)制器404交替輸出高低幅值的電壓HV2和LV2，使得磁控管405的工作電流交替變化，從而交替得到不同功率的微波，例如具有幅值10b的第一微波和具有幅值11b的第二微波。此外，作為另一實(shí)施例，可以控制磁控管使得磁控管405的磁場強(qiáng)度高低交替變化，并同其工作電流脈沖同步以得到不同功率的微波。
因此，實(shí)現(xiàn)不同功率微波的饋入可以通過如下兩種方法1.脈沖調(diào)制器產(chǎn)生不同幅值的高低電壓脈沖，交替輸出給磁控管，從而使磁控管工作電流高低交替變化；2.磁控管磁場強(qiáng)度高低交替變化，并同磁控管工作電流脈沖同步。以上兩種方法單獨(dú)或同時采用可以實(shí)現(xiàn)磁控管輸出微波脈沖功率的交替變化。
磁控管405根據(jù)同步信號，分別給諸如行波加速管或者駐波加速管的加速管406饋入不同功率的微波，例如具有幅值10b的第一微波或具有幅值11b的第二微波，對束流負(fù)載為10a或10b的第一電子束或者第二電子束進(jìn)行加速。按照圖2的同步加速方式所示，第一電子束或第二電子束在加速管406中被加速，得到不同能量的被加速電子束，例如具有能量10c的第一加速電子束和具有能量11c的第二加速電子束。然后，用不同能量的加速電子束通過交替轟擊高效靶407，從而得到高低能交替的X射線束，例如分別具有能量10d和能量11d的第一和第二X射線束。
因此，通過改變加速器的束流負(fù)載強(qiáng)度，可以得到不同能量的加速電子束，同時，同步的改變饋入加速管的微波功率，將進(jìn)一步使兩束加速電子束的能量差別增大。這樣得到的兩束不同能量的電子束打靶后產(chǎn)生的X射線束有著較大能量差距，兩束射線能譜之間的差別明顯。圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的雙能加速器輸出高能9MeV，低能6MeV時的X射線能譜。曲線51為低能6MeV的能譜，曲線52為高能9MeV的能譜。從圖5中可以看出，這兩個連續(xù)能譜的能量水平有明顯的區(qū)別。
圖6是使用了本發(fā)明的電子直線加速器來對集裝箱貨物進(jìn)行無損檢測并實(shí)現(xiàn)材料識別的檢查系統(tǒng)的示意圖。如圖6所示同步控制部分605與加速器400和探測器603連接，并根據(jù)預(yù)設(shè)的參數(shù)產(chǎn)生高低電平信號600給加速器400和探測器603。加速器400根據(jù)同步信號，交替產(chǎn)生高低能的X射線束606，X射線束經(jīng)過準(zhǔn)直器601后，得到扇形X射線束。
然后，高低能扇形X射線束與被檢物體602的幾乎同一位置作用后被探測器603采集，并且該探測器603與圖像處理和材料識別系統(tǒng)604連接并輸出數(shù)字信號給圖像處理和材料識別系統(tǒng)604。這里，被檢物體602以一定速度按圖示方向運(yùn)動，保證高低能的X射線束與被檢物體的作用位置差別是可以忍受的近似為同一位置。所以，圖像處理和材料識別系統(tǒng)604將得到與被檢物體602同一位置作用后的高低能探測信號值D1和D2。
然后，根據(jù)實(shí)現(xiàn)對已知材料屬性的物質(zhì)掃描得到標(biāo)定曲線關(guān)系In(D1/D10)-In(D2/D20)＝f(D1)，對被檢物體在雙能X射線束作用下采集的數(shù)字信號的幅值進(jìn)行分類，從而最終確定被檢物體的材料屬性，如有機(jī)物、輕金屬、無機(jī)物、重金屬等，其中D10，D20分別是高低能X射線束的空載值。
以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種用于交替產(chǎn)生具有不同能量的X射線的設(shè)備，包括脈沖調(diào)制裝置，用于產(chǎn)生第一脈沖電壓、第二脈沖電壓、第三脈沖電壓和第四脈沖電壓；電子束產(chǎn)生裝置，用于根據(jù)所述第一脈沖電壓和第二脈沖電壓產(chǎn)生分別具有第一束流負(fù)載和第二束流負(fù)載的第一電子束和第二電子束；微波產(chǎn)生裝置，用于基于所述第三脈沖電壓和所述第四脈沖電壓產(chǎn)生分別具有第一功率和第二功率的第一微波和第二微波；電子束加速裝置，用于利用所述第一微波和第二微波分別對所述第一電子束和第二電子束進(jìn)行加速，以產(chǎn)生加速的第一電子束和第二電子束；以及靶，用于被所述加速的第一電子束和第二電子束轟擊，以產(chǎn)生具有不同能量的第一X射線和第二X射線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述電子束產(chǎn)生裝置是柵控電子槍，而脈沖調(diào)制裝置包括柵極脈沖幅度交替變化的電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一束流負(fù)載大于所述第二束流負(fù)載，而所述第一功率小于所述第二功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一束流負(fù)載小于所述第二束流負(fù)載，而所述第一功率大于所述第二功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述微波產(chǎn)生裝置與所述第三脈沖電壓和所述第四脈沖電壓同步地交替改變磁場強(qiáng)度，以產(chǎn)生所述第一微波和第二微波。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所述微波產(chǎn)生裝置是磁控管或者速調(diào)管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于所述電子束加速裝置是行波加速管或者駐波加速管。
8.一種材料識別系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求1～7之一所述的設(shè)備；同步控制裝置，用于產(chǎn)生同步控制信號；探測裝置，用于根據(jù)所述同步控制裝置產(chǎn)生的同步控制信號，探測由所述設(shè)備產(chǎn)生的第一X射線與第二X射線與被檢物體相互作用后的X射線，以產(chǎn)生數(shù)字信號；以及圖像處理與材料識別裝置，用于通過用預(yù)定的標(biāo)定曲線對被檢物體的數(shù)字信號進(jìn)行分類，來識別被檢物體的材料。
9.一種用于交替產(chǎn)生具有不同能量的X射線的設(shè)備，包括脈沖調(diào)制裝置，用于產(chǎn)生第一脈沖電壓和第二脈沖電壓；電子束產(chǎn)生裝置，用于根據(jù)所述第一脈沖電壓和第二脈沖電壓產(chǎn)生分別具有第一束流負(fù)載和第二束流負(fù)載的第一電子束和第二電子束；微波產(chǎn)生裝置，用于與所述第一脈沖電壓和第二脈沖電壓同步地改變磁場強(qiáng)度，以產(chǎn)生具有第一功率和第二功率的第一微波和第二微波；電子束加速裝置，用于利用所述第一微波和第二微波分別對所述第一電子束和第二電子束進(jìn)行加速，以產(chǎn)生加速的第一電子束和第二電子束；以及靶，用于被所述加速的第一電子束和第二電子束轟擊，以產(chǎn)生具有不同能量的第一X射線和第二X射線。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，所述電子束產(chǎn)生裝置是二極電子槍，而所述脈沖調(diào)制裝置包括能產(chǎn)生不同幅值電壓輸出的兩個小型剛管脈沖調(diào)制器。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一束流負(fù)載大于所述第二束流負(fù)載，而所述第一功率小于所述第二功率。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一束流負(fù)載小于所述第二束流負(fù)載，而所述第一功率大于所述第二功率。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于所述微波產(chǎn)生裝置是磁控管或者速調(diào)管。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于所述電子束加速裝置是行波加速管或者駐波加速管。
15.一種材料識別系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求9～14之一所述的設(shè)備；同步控制裝置，用于產(chǎn)生同步控制信號；探測裝置，用于根據(jù)所述同步控制裝置產(chǎn)生的同步控制信號，探測由所述設(shè)備產(chǎn)生的第一X射線與第二X射線與被檢物體相互作用后的X射線，以產(chǎn)生數(shù)字信號；以及圖像處理與材料識別裝置，用于通過用預(yù)定的標(biāo)定曲線對被檢物體的數(shù)字信號進(jìn)行分類，來識別被檢物體的材料。
16.一種用于交替產(chǎn)生具有不同能量的X射線的方法，包括步驟產(chǎn)生第一脈沖電壓、第二脈沖電壓、第三脈沖電壓和第四脈沖電壓；根據(jù)所述第一脈沖電壓和第二脈沖電壓產(chǎn)生分別具有第一束流負(fù)載和第二束流負(fù)載的第一電子束和第二電子束；基于所述第三脈沖電壓和所述第四脈沖電壓產(chǎn)生分別具有第一功率和第二功率的第一微波和第二微波；利用所述第一微波和第二微波分別對所述第一電子束和第二電子束進(jìn)行加速，以產(chǎn)生加速的第一電子束和第二電子束；以及用所述加速的第一電子束和第二電子束轟擊靶，以產(chǎn)生具有不同能量的第一X射線和第二X射線。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述第一束流負(fù)載大于所述第二束流負(fù)載，而所述第一功率小于所述第二功率。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述第一束流負(fù)載小于所述第二束流負(fù)載，而所述第一功率大于所述第二功率。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，與所述第三脈沖電壓和所述第四脈沖電壓同步地交替改變磁場強(qiáng)度，以產(chǎn)生所述第一微波和第二微波。
20.一種用于交替產(chǎn)生具有不同能量的X射線的方法，包括步驟產(chǎn)生第一脈沖電壓和第二脈沖電壓；根據(jù)所述第一脈沖電壓和第二脈沖電壓產(chǎn)生分別具有第一束流負(fù)載和第二束流負(fù)載的第一電子束和第二電子束；與所述第一脈沖電壓和第二脈沖電壓同步地改變磁場強(qiáng)度，以產(chǎn)生所述第一微波和第二微波；利用所述第一微波和第二微波分別對所述第一電子束和第二電子束進(jìn)行加速，以產(chǎn)生加速的第一電子束和第二電子束；以及用所述加速的第一電子束和第二電子束轟擊靶，以產(chǎn)生具有不同能量的第一X射線和第二X射線。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述第一束流負(fù)載大于所述第二束流負(fù)載，而所述第一功率小于所述第二功率。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述第一束流負(fù)載小于所述第二束流負(fù)載，而所述第一功率大于所述第二功率。
全文摘要
公開了一種用于產(chǎn)生具有不同能量的X射線的設(shè)備、方法及其材料識別系統(tǒng)。該方法，包括產(chǎn)生第一、第二、第三和第四脈沖電壓；根據(jù)第一和第二脈沖電壓產(chǎn)生分別具有第一和第二束流負(fù)載的第一和第二電子束；基于所述第三和第四脈沖電壓產(chǎn)生分別具有第一和第二功率的第一和第二微波；利用第一和第二微波分別對第一和第二電子束進(jìn)行加速，以產(chǎn)生加速的第一和第二電子束；以及用加速的第一和第二電子束轟擊靶，以產(chǎn)生具有不同能量的第一和第二X射線。本發(fā)明產(chǎn)生的不同能量的X射線可在海關(guān)、港口、機(jī)場等場所對大型集裝箱貨物進(jìn)行不開箱檢查并實(shí)現(xiàn)對被檢物體的材料識別。
文檔編號G01N23/02GK101076218SQ20061001194
公開日2007年11月21日 申請日期2006年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月19日
發(fā)明者劉耀紅, 唐傳祥, 陳志強(qiáng), 陳懷璧, 劉晉升, 高建軍 申請人:清華大學(xué), 清華同方威視技術(shù)股份有限公司