專利名稱：基于宇宙射線產(chǎn)生的帶電粒子的成像的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利文件涉及宇宙輻射的檢測(cè)和基于宇宙射線產(chǎn)生的帶電粒子的成像。
背景技術(shù)：
宇宙射線斷層攝影(tomography)是利用宇宙射線產(chǎn)生的帶電粒子(例如，μ介子)的多次庫(kù)倫散射而不使用人工輻射來(lái)對(duì)物質(zhì)執(zhí)行非破壞性檢查的技術(shù)。地球受到來(lái)自深層空間的能量穩(wěn)定的粒子(大多數(shù)是質(zhì)子)連續(xù)地轟擊。這些粒子與高層大氣中的原子相互作用以產(chǎn)生粒子的簇射(shower)，其包括衰減產(chǎn)生更長(zhǎng)壽命的μ介子的許多短壽命的η介子。μ介子主要通過(guò)不具有核相互作用并且其輻射比電子容易得多的庫(kù)倫力而與物體相互作用。這種宇宙射線產(chǎn)生的粒子通過(guò)電磁相互作用緩慢地喪失能量。結(jié)果，許多宇宙射線產(chǎn)生的μ介子到達(dá)地球表面作為高穿透的帶電輻射。海平面處的μ介子通量是大約每分鐘每cm2 1個(gè)μ介子。同樣在海平面處，存在來(lái)自δ射線產(chǎn)生(電子分離 (knock-out))、在宇宙射線引起的簇射中的粒子的韌致輻射(Bremsstrahlung)或衰減的宇宙射線生成的電子的通量。海平面處的電子通量是大約每三分鐘每cm2 1個(gè)電子。當(dāng)諸如μ介子之類的帶電粒子移動(dòng)通過(guò)物質(zhì)時(shí)，亞原子粒子的電荷的庫(kù)倫散射沿其軌跡攝動(dòng)(perturb)?？偟钠D(zhuǎn)依賴于幾個(gè)物質(zhì)屬性，但是主要影響是核的原子序數(shù) Z。進(jìn)行良好的伽馬射線屏蔽的物質(zhì)(諸如鉛和鎢)和特殊核物質(zhì)(SNM)(諸如鈾和钚)比組成更常見對(duì)象的物質(zhì)(諸如水，塑料、鋁和鋼鐵)對(duì)帶電粒子(例如，μ介子)的軌跡的影響更強(qiáng)烈。每個(gè)帶電粒子(例如，μ介子)攜帶有關(guān)其穿透的對(duì)象的信息?？梢詼y(cè)量并處理多個(gè)帶電粒子(例如，μ介子)的散射以探測(cè)這些對(duì)象的屬性。當(dāng)具有高原子序數(shù)Z 和高密度的物質(zhì)位于低Z和中Z物體中時(shí)，可以檢測(cè)和識(shí)別所述高原子序數(shù)Z和高密度的物質(zhì)。來(lái)自物體中的原子核的庫(kù)倫散射導(dǎo)致在帶電粒子在穿越該物體時(shí)帶電粒子的非常多的小角度的偏轉(zhuǎn)?？梢允褂孟嚓P(guān)分布函數(shù)來(lái)近似表征依賴于物質(zhì)的密度和原子電荷的軌跡的位移和角度改變。作為示例，該分布函數(shù)可以被近似為高斯分布。該分布函數(shù)的寬度與粒子的粒子的動(dòng)量(momentum)的倒數(shù)和輻射長(zhǎng)度中測(cè)量的物質(zhì)的實(shí)際密度的平方根成比例。宇宙射線產(chǎn)生的帶電粒子(例如，μ介子)的相關(guān)分布函數(shù)可以在不高于地球背景的輻射劑量的情況下提供關(guān)于帶電粒子的行程中物質(zhì)的信息，并且可以以這樣的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)這種宇宙射線產(chǎn)生的帶電粒子(例如，μ介子)的適當(dāng)?shù)臋z測(cè)，所述方式對(duì)于所選擇的要檢測(cè)的物質(zhì)(諸如良好的輻射屏蔽物質(zhì))特別靈敏?？梢耘渲脦щ娏Ｗ訑鄬訑z影檢測(cè)系統(tǒng)(例如，μ介子斷層攝影檢測(cè)系統(tǒng))以基于目標(biāo)對(duì)象對(duì)帶電粒子的散射而對(duì)待檢查的目標(biāo)對(duì)象執(zhí)行斷層攝影，并且該帶電粒子斷層攝影檢測(cè)系統(tǒng)可以用于諸如邊境交叉點(diǎn)、口岸、車道檢查點(diǎn)和其他安全檢測(cè)點(diǎn)之類的各種位置的入口監(jiān)視器，用于檢測(cè)諸如走私的核物質(zhì)、核武器和常規(guī)武器或者其他違禁品的一些目標(biāo)對(duì)象。帶電粒子斷層攝影檢測(cè)系統(tǒng)可以與諸如伽馬或X射線檢測(cè)器之類的其他核物質(zhì)檢測(cè)器一同使用或者作為所述其他核物質(zhì)檢測(cè)器的替代。伽馬和X射線檢測(cè)器通過(guò)將伽馬和X射線輻射對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)并且測(cè)量穿透的伽馬和X射線輻射而進(jìn)行操作。核物質(zhì)的屏蔽可能降低伽馬和X射線檢測(cè)器中的計(jì)數(shù)率并且降低伽馬和X射線檢測(cè)器的檢測(cè)性能?？梢耘渲脦щ娏Ｗ訑鄬訑z影檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)屏蔽的核物質(zhì)和對(duì)象。

發(fā)明內(nèi)容
本文件提供了通過(guò)使用帶電粒子斷層攝影檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)獲得感興趣的體積(volume of interest)的斷層攝影圖像的技術(shù)、裝置和系統(tǒng)。在一方面，一種用于感測(cè)被暴露給帶電粒子的體積的方法包括測(cè)量進(jìn)入并穿透該體積的帶電粒子或者停止在該體積內(nèi)部而沒有穿透該體積的帶電粒子的能量損失；基于所測(cè)量的能量損失，確定進(jìn)入并穿透該體積的帶電粒子或者停止在該體積內(nèi)部而沒有穿透該體積的帶電粒子的空間分布；以及使用帶電粒子的能量損失的空間分布來(lái)重構(gòu)檢查體積中的物質(zhì)的三維分布。在另一方面，提供了一種斷層攝影檢查系統(tǒng)，其包括第一組位置敏感檢測(cè)器，位于對(duì)象容納區(qū)域的第一側(cè)，用于測(cè)量進(jìn)入對(duì)象容納區(qū)域的入射帶電粒子的位置和方向；第二組位置敏感檢測(cè)器，位于與第一側(cè)相對(duì)的、對(duì)象容納區(qū)域的第二側(cè)，用于測(cè)量出射對(duì)象容納區(qū)域的外出帶電粒子的位置和方向，或者已經(jīng)停止在體積中的帶電粒子的缺失；以及信號(hào)處理單元，接收來(lái)自第一組位置敏感檢測(cè)器的進(jìn)入帶電粒子的測(cè)量信號(hào)和來(lái)自第二組位置敏感檢測(cè)器的外出帶電粒子的測(cè)量信號(hào)的數(shù)據(jù)。信號(hào)處理單元被配置為基于測(cè)量的帶電粒子的進(jìn)入及外出位置和方向來(lái)分析由于與對(duì)象容納區(qū)域內(nèi)的物質(zhì)相互作用造成的帶電粒子的行為，以獲得對(duì)象容納區(qū)域內(nèi)的物質(zhì)的斷層攝影剖面或者空間分布。信號(hào)處理單元能夠操作來(lái)測(cè)量進(jìn)入體積并且穿透體積的帶電粒子、以及停止在體積內(nèi)部而沒有穿透該體積的帶電粒子的能量損失；確定進(jìn)入體積并且穿透體積的帶電粒子和停止在體積內(nèi)部而沒有穿透該體積的帶電粒子的空間分布；并且基于所測(cè)量的能量損失，使用空間分布來(lái)重構(gòu)檢查體積中物質(zhì)的空間分布。在另一方面，提供了一種感測(cè)被暴露給帶電粒子的體積的方法，其包括使用位于該體積的第一側(cè)的第一組位置敏感檢測(cè)器來(lái)測(cè)量穿透第一組位置敏感檢測(cè)器以進(jìn)入該體積的入射帶電粒子的位置和方向；使用位于與第一側(cè)相對(duì)的、該體積的第二側(cè)的第二組位置敏感檢測(cè)器來(lái)測(cè)量出射該體積的外出帶電粒子的位置和方向，或者其的缺少；使用由第二組位置敏感檢測(cè)器進(jìn)行的測(cè)量來(lái)確定進(jìn)入該體積并且穿透該體積的入射帶電粒子和未穿透該體積以到達(dá)第二組位置敏感檢測(cè)器的入射帶電粒子；確定進(jìn)入體積并且穿透體積的帶電粒子和停止在體積內(nèi)部而沒有穿透該體積的帶電粒子的能量損失；基于所測(cè)量的能量損失，確定進(jìn)入體積并且停止在體積內(nèi)部而沒有穿透該體積的帶電粒子的空間分布；以及使用進(jìn)入體積并且停止在內(nèi)部的帶電粒子的空間分布來(lái)重構(gòu)檢查體積中物質(zhì)的空間分布。在另一方面，提供了一種感測(cè)暴露給帶電粒子的體積的方法，其包括=測(cè)量進(jìn)入該體積并且停止在該體積內(nèi)部而沒有穿透該體積的帶電粒子的能量損失；基于所測(cè)量的能量損失，確定進(jìn)入該體積并且停止在該體積內(nèi)部而沒有穿透該體積的帶電粒子的空間分布；并且使用該空間分布，來(lái)根據(jù)體積中物質(zhì)各自的密度和原子序數(shù)重構(gòu)該體積中物質(zhì)的三維空間分布。從該空間分布，可以根據(jù)它們的原子序數(shù)和密度來(lái)檢測(cè)對(duì)象。在另一方面，提供了一種感測(cè)暴露給帶電粒子的體積的方法，其包括測(cè)量進(jìn)入該體積并且停止在該體積內(nèi)部而沒有穿透該體積的帶電粒子的能量損失；基于所測(cè)量的能量損失，確定進(jìn)入該體積并且停止在該體積內(nèi)部而沒有穿透該體積的帶電粒子的空間分布； 并且使用該空間分布，來(lái)檢測(cè)具有低原子序數(shù)的一個(gè)或多個(gè)低密度物質(zhì)的存在。在另一方面，提供了一種斷層攝影檢查系統(tǒng)，其包括第一組位置敏感檢測(cè)器，位于對(duì)象容納區(qū)域的第一側(cè)，用于測(cè)量朝向?qū)ο笕菁{區(qū)域的入射帶電粒子的位置和方向；第二組位置敏感檢測(cè)器，位于與第一側(cè)相對(duì)的、對(duì)象容納區(qū)域的第二側(cè)，用于測(cè)量出射對(duì)象容納區(qū)域的外出帶電粒子的位置和方向；以及信號(hào)處理單元，接收來(lái)自第一組位置敏感檢測(cè)器的進(jìn)入帶電粒子的測(cè)量信號(hào)和來(lái)自第二組位置敏感檢測(cè)器的外出帶電粒子的測(cè)量信號(hào)的數(shù)據(jù)。信號(hào)處理單元被配置為基于所測(cè)量的帶電粒子的進(jìn)入及外出位置和方向來(lái)分析由于電荷在對(duì)象容納區(qū)域內(nèi)的物質(zhì)中的散射造成的帶電粒子的散射行為，以獲得對(duì)象容納區(qū)域內(nèi)的散射中心的斷層攝影剖面或者空間分布。信號(hào)處理單元能夠操作來(lái)測(cè)量進(jìn)入體積并且停止在該體積內(nèi)部而沒有穿透該體積的帶電粒子的能量損失；基于所測(cè)量的能量損失，確定進(jìn)入體積并且停止在該體積內(nèi)部而沒有穿透該體積的帶電粒子的空間分布；并且根據(jù)體積中物質(zhì)的密度和原子序數(shù)使用空間分布來(lái)重構(gòu)該體積中物質(zhì)的三維空間分布。從該空間分布，可以根據(jù)對(duì)象的原子序數(shù)和密度來(lái)檢測(cè)對(duì)象。在一個(gè)實(shí)施方式中，這可以用于檢測(cè)具有低原子序數(shù)的一個(gè)或多個(gè)低密度物質(zhì)的存在。在另一方面，提供了一種感測(cè)被暴露給帶電粒子的體積的方法，其包括使用位于該體積的第一側(cè)的第一組位置敏感檢測(cè)器來(lái)測(cè)量穿透第一組位置敏感檢測(cè)器以進(jìn)入該體積的入射帶電粒子的位置和方向；使用位于與第一側(cè)相對(duì)的、該體積的第二側(cè)的第二組位置敏感檢測(cè)器來(lái)測(cè)量出射該體積的外出帶電粒子的位置和方向；使用由第二組位置敏感檢測(cè)器進(jìn)行的測(cè)量來(lái)確定進(jìn)入該體積并且未穿透該體積以達(dá)到第二組位置敏感檢測(cè)器的入射帶電粒子；確定進(jìn)入體積并且停止在該體積內(nèi)部而沒有穿透該體積的帶電粒子的能量損失；基于所測(cè)量的能量損失，確定進(jìn)入體積并且停止在該體積內(nèi)部而沒有穿透該體積的帶電粒子的空間分布；以及根據(jù)體積中物質(zhì)的密度和原子序數(shù)，使用該空間分布來(lái)重構(gòu)該體積中物質(zhì)的三維空間分布。從該空間分布，可以根據(jù)其原子序數(shù)和密度來(lái)檢測(cè)對(duì)象。在一個(gè)實(shí)施方式中，這可以用于檢測(cè)該體積內(nèi)具有低原子序數(shù)的一個(gè)或多個(gè)低密度物質(zhì)的存在。在另一方面，提供了一種斷層攝影檢查系統(tǒng)，其包括第一組位置敏感帶電粒子檢測(cè)器，位于對(duì)象容納區(qū)域的第一側(cè)，用于測(cè)量進(jìn)入對(duì)象容納區(qū)域的進(jìn)入帶電粒子的位置和方向；第二組位置敏感帶電粒子檢測(cè)器，位于與第一側(cè)相對(duì)的、對(duì)象容納區(qū)域的第二側(cè)，用于測(cè)量出射對(duì)象容納區(qū)域的外出帶電粒子的位置和方向；以及信號(hào)處理單元，與第一組和第二組位置敏感帶電粒子檢測(cè)器進(jìn)行通信，以接收來(lái)自第一組位置敏感帶電粒子檢測(cè)器的進(jìn)入帶電粒子的測(cè)量信號(hào)和來(lái)自第二組位置敏感帶電粒子檢測(cè)器的外出帶電粒子的測(cè)量信號(hào)的數(shù)據(jù)，基于所接收的數(shù)據(jù)，檢測(cè)每個(gè)進(jìn)入帶電粒子的進(jìn)入動(dòng)量和每個(gè)外出帶電粒子的外出動(dòng)量；并且基于所檢測(cè)的進(jìn)入動(dòng)量和外出動(dòng)量來(lái)計(jì)算能量損失。在另一方面，提供了一種用于獲得待檢查的對(duì)象的斷層攝影圖像的方法，其包括 檢測(cè)每個(gè)進(jìn)入帶電粒子的進(jìn)入動(dòng)量；檢測(cè)每個(gè)外出帶電粒子的外出動(dòng)量；基于所檢測(cè)的進(jìn)入動(dòng)量和外出動(dòng)量來(lái)計(jì)算能量損失；并且根據(jù)體積中物質(zhì)的密度和原子序數(shù)，使用所計(jì)算的能量損失來(lái)重構(gòu)體積中物質(zhì)的三維空間分布。從該空間分布，可以根據(jù)其原子序數(shù)和密度來(lái)檢測(cè)對(duì)象。在又一方面，在感興趣的體積的穿透的帶電粒子和俘獲的帶電粒子兩者中測(cè)量的信息可用于構(gòu)建該體積的斷層攝影圖像?；趯?duì)穿透的帶電粒子和停止的帶電粒子的測(cè)量，處理單元將穿透的帶電粒子(例如，穿透的μ介子)的軌跡改變、關(guān)于在感興趣的體積內(nèi)部被俘獲的停止的帶電粒子(例如，俘獲的μ介子)的信息、以及關(guān)于穿透的帶電粒子 (例如，穿透的μ介子)的能量損失的信息的兩種或三種類型的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行組合，以構(gòu)建感興趣的體積的斷層攝影圖像。該處理使用感興趣的體積內(nèi)部的不同處理的信息來(lái)改進(jìn)感興趣的體積的最終圖像的逼真度和分辨率并且減少誤檢測(cè)。在附圖、說(shuō)明書和權(quán)利要求書中更詳細(xì)地描述這些和其他方面。


圖1圖示了用于檢測(cè)帶電粒子的示例性的漂流管(draft tube)氣體室的操作。圖2示出本申請(qǐng)中描述的基于氣體室的μ介子斷層攝影系統(tǒng)的示例。圖3是被分解為電子和μ介子分量的海平面宇宙射線通量的估算。圖4示出在本文中討論的使用宇宙射線的兩種模式的圖示。左邊(a)是透射的宇宙射線的圖示，而右邊(b)是停止的宇宙射線的圖示。圖5示出作為能量函數(shù)的有效的平均自由行程。該估算已經(jīng)忽略了電子簇射并且已經(jīng)假設(shè)2MeV/g/cm2的能量損失。圖6示出對(duì)于一組普通物質(zhì)和爆炸物質(zhì)的停止功率和輻射長(zhǎng)度的圖形以及對(duì)于 22 X 22 X 22cm3尺寸樣本的這些物質(zhì)在一分鐘的暴露中期望的測(cè)量誤差條。圖7示出沿周期表繪制的能量損失(dE/dx)的最小值和輻射長(zhǎng)度的乘積。圖8示出20kg鎢塊中停止的宇宙射線粒子的2維分布的圖形。紅色峰值表示鎢塊中另外的停止粒子并且位于檢測(cè)器中的鎢的X-Y位置處。圖9示出帶電粒子的停止功率相對(duì)帶電粒子入射能量的示例。圖10示出物質(zhì)中能量損失測(cè)量以及測(cè)量的損失怎樣探測(cè)感興趣的體積中的物質(zhì)的屬性的示例圖示。圖11示出圖2的系統(tǒng)基于在穿透的帶電粒子和俘獲的帶電粒子這兩者中測(cè)量的信息進(jìn)行的操作。
具體實(shí)施例方式可以實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)中描述的帶電粒子斷層攝影檢測(cè)技術(shù)、裝置和系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)諸如核物質(zhì)之類的某些對(duì)象或物質(zhì)的存在并且獲得各種應(yīng)用中這樣的對(duì)象的斷層攝影信息，所述各種應(yīng)用包括但不限于，在安全檢查點(diǎn)、邊境交叉或其他位置針對(duì)核威脅對(duì)象(其范圍可能從完全裝配好的核武器到少量的被高度屏蔽的核物質(zhì))而檢查包裹、集裝箱、占用的車輛。該方法使得能夠使用緊湊配置中的單個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)屏蔽的和未屏蔽的核物質(zhì)以提供一種用于檢測(cè)核及其其他目標(biāo)裝置和物質(zhì)的節(jié)省成本的方法。背景宇宙輻射提供了可以用于研究對(duì)象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)而不需要附加輻射的源。μ 介子斷層攝影(MT)產(chǎn)生“散射密度”的3維圖像，所述密度由物質(zhì)的輻射長(zhǎng)度進(jìn)行加權(quán)。 MT可以以5cm體元(voxel)在一分鐘以下的暴露次數(shù)來(lái)辨別通常類型的物質(zhì)(高Z、中Z 和低Z)。使用停止在正在研究的對(duì)象中的宇宙射線通量的分量的測(cè)距放射線攝影(range radiography)提供了增加的信息并且以提供有關(guān)對(duì)象的物質(zhì)組成的信息的方式而對(duì)μ介子斷層攝影信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)充。測(cè)量入射粒子的宇宙射線跟蹤器將相當(dāng)可觀的統(tǒng)計(jì)功率添加到該測(cè)距信息。帶電粒子斷層攝影利用了經(jīng)由宇宙輻射與地球大氣的相互作用而生成的帶電粒子的恒定的海平面通量。在強(qiáng)子區(qū)以外，例如，μ介子僅僅經(jīng)由庫(kù)倫力和微弱的力相互作用。因此，其高度地穿透物體。這些帶電粒子具有近似3GeV的平均能量。例如，大多數(shù)大氣μ介子將穿透不止一米的鉛。μ介子以頂點(diǎn)(zenith)的余弦平方分布到達(dá)表面。在偏離頂點(diǎn)接近90°的角度處，通量較低，但是偏離頂點(diǎn)的平均μ介子角度是37. 5°。本申請(qǐng)中描述的特征可以用于構(gòu)建各種帶電粒子斷層攝影檢測(cè)系統(tǒng)。例如，帶電粒子斷層攝影系統(tǒng)可以包括對(duì)象容納區(qū)域或體積，用于放置要檢查的對(duì)象；第一組位置敏感帶電粒子檢測(cè)器，位于對(duì)象容納區(qū)域的第一側(cè)，以測(cè)量朝向?qū)ο笕菁{區(qū)域的入射帶電粒子的位置和方向；第二組位置敏感帶電粒子檢測(cè)器，位于與第一側(cè)相對(duì)的對(duì)象容納區(qū)域的第二側(cè)，以測(cè)量從對(duì)象容納區(qū)域出射(exit)的外出的帶電粒子的位置和方向；以及信號(hào)處理單元(其例如可以包括微處理器)，用于接收來(lái)自第一組位置敏感帶電粒子檢測(cè)器的進(jìn)入帶電粒子的測(cè)量信號(hào)和來(lái)自第二組位置敏感帶電粒子檢測(cè)器的外出帶電粒子的測(cè)量信號(hào)的數(shù)據(jù)。作為示例，可以將第一組和第二組帶電粒子檢測(cè)器中的每一組實(shí)現(xiàn)為包括被安排為用于允許在第一方向中的帶電粒子位置測(cè)量和在與第一方向不同的第二方向中的帶電粒子的位置測(cè)量的漂移管。信號(hào)處理單元被配置為基于所測(cè)量的帶電粒子的進(jìn)入及外出位置和方向來(lái)分析由帶電粒子在對(duì)象容納區(qū)域內(nèi)的物質(zhì)中的散射所造成的電荷的散射行為， 以獲得對(duì)象容納區(qū)域內(nèi)散射中心的斷層攝影剖面或空間分布。所獲得的散射中心的斷層攝影剖面或者空間分布可以用于揭示對(duì)象容納區(qū)域中諸如具有高原子序數(shù)的物質(zhì)(包括核物質(zhì)或裝置)、或者具有特定密度和原子序數(shù)特征的對(duì)象(諸如低Z爆炸物或其他中Z或低 Z的違禁品)之類的一個(gè)或者多個(gè)對(duì)象的存在或者不存在。另外，通過(guò)帶電粒子生成的電磁簇射，諸如與感興趣的體積中的對(duì)象進(jìn)行相互作用的高能電子可以在第二組帶電粒子檢測(cè)器處進(jìn)行表征。來(lái)自所生成的電磁簇射的電子和正電子穿越通過(guò)該體積并且從第二組帶電粒子檢測(cè)器出射。可以以各種配置實(shí)現(xiàn)每個(gè)位置敏感帶電粒子(例如，μ介子)檢測(cè)器，包括諸如填充有可以由帶電粒子電離的氣體的漂移管之類的漂移單元。可以將這樣的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)為利用自然宇宙射線產(chǎn)生的帶電粒子作為用于檢測(cè)對(duì)象容納區(qū)域中的一個(gè)或多個(gè)對(duì)象的帶電粒子的源。在2007年10月25日提交的、標(biāo)題為“Particle Detection Systems and Methods”的PCT申請(qǐng)NO. PCT/US2007/082573 (PCT公開NO._)中描述了示例性的帶電粒
9子斷層攝影檢測(cè)系統(tǒng)的各種特性，通過(guò)引用將其并入作為本申請(qǐng)的說(shuō)明書的一部分。在一些應(yīng)用中，粒子檢測(cè)系統(tǒng)可以利用漂移管來(lái)使得能夠跟蹤通過(guò)體積的諸如μ 介子之類的帶電粒子。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以在除宇宙射線產(chǎn)生的帶電粒子跟蹤以外的應(yīng)用中采用這種帶電粒子檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)除宇宙射線產(chǎn)生的帶電粒子之外的帶電粒子。這些帶電粒子檢測(cè)器可應(yīng)用于來(lái)自任何合適源的任何帶電粒子。另外，可以通過(guò)宇宙射線或者來(lái)自加速器的低強(qiáng)度的μ介子束來(lái)產(chǎn)生μ介子。宇宙射線產(chǎn)生的帶電粒子可以提供具有不高于地球背景的輻射劑量的信息并且可以以對(duì)于良好的屏蔽物質(zhì)特別靈敏的這樣的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)這種宇宙射線產(chǎn)生的帶電粒子的適當(dāng)?shù)臋z測(cè)?？梢耘渲脦щ娏Ｗ訖z測(cè)系統(tǒng)來(lái)基于待檢查的目標(biāo)對(duì)象對(duì)帶電粒子的散射而執(zhí)行對(duì)目標(biāo)對(duì)象的斷層攝影?？梢詫⒃撓到y(tǒng)配置為執(zhí)行斷層攝影來(lái)使得散射局部化(RC和 LS)?？梢园匆韵聛?lái)近似表達(dá)斷層攝影位置的分辨率
權(quán)利要求
1.一種用于感測(cè)被暴露給帶電粒子的體積的方法，其包括測(cè)量進(jìn)入并穿透該體積的帶電粒子或者停止在該體積內(nèi)部而沒有穿透該體積的帶電粒子的能量損失；基于所測(cè)量的能量損失，確定進(jìn)入并穿透該體積的帶電粒子或者停止在該體積內(nèi)部而沒有穿透該體積的帶電粒子的空間分布；以及使用帶電粒子的能量損失的空間分布來(lái)重構(gòu)檢查體積中的物質(zhì)的三維分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括測(cè)量進(jìn)入并穿透該體積的帶電粒子和停止在該體積內(nèi)的帶電粒子；以及將帶電粒子的能量損失的測(cè)量與帶電粒子的角度偏轉(zhuǎn)進(jìn)行結(jié)合來(lái)重構(gòu)該體積中的一個(gè)或多個(gè)物質(zhì)的空間分布。
3.—種斷層攝影檢查系統(tǒng)，包括第一組位置敏感檢測(cè)器，位于對(duì)象容納區(qū)域的第一側(cè)，用于測(cè)量進(jìn)入對(duì)象容納區(qū)域的入射帶電粒子的位置和方向；第二組位置敏感檢測(cè)器，位于與第一側(cè)相對(duì)的、對(duì)象容納區(qū)域的第二側(cè)，用于測(cè)量出射對(duì)象容納區(qū)域的外出帶電粒子的位置和方向、或者已經(jīng)停止在該體積內(nèi)的帶電粒子的缺失；以及信號(hào)處理單元，接收來(lái)自第一組位置敏感檢測(cè)器的進(jìn)入帶電粒子的測(cè)量信號(hào)和來(lái)自第二組位置敏感檢測(cè)器的外出帶電粒子的測(cè)量信號(hào)的數(shù)據(jù)，所述信號(hào)處理單元被配置為基于測(cè)量的帶電粒子的進(jìn)入及外出位置和方向來(lái)分析由于與對(duì)象容納區(qū)域內(nèi)的物質(zhì)相互作用造成的帶電粒子的行為，以獲得對(duì)象容納區(qū)域內(nèi)的物質(zhì)的斷層攝影剖面或者空間分布，其中，所述信號(hào)處理單元能夠操作來(lái)測(cè)量進(jìn)入該體積并且穿透該體積的帶電粒子以及停止在該體積內(nèi)部而沒有穿透該體積的帶電粒子的能量損失，確定進(jìn)入該體積并且穿透該體積的帶電粒子和停止在該體積內(nèi)部而沒有穿透該體積的帶電粒子的空間分布；以及基于所測(cè)量的能量損失，使用空間分布來(lái)重構(gòu)檢查體積中物質(zhì)的空間分布。
4.一種感測(cè)被暴露給帶電粒子的體積的方法，包括使用位于該體積的第一側(cè)的第一組位置敏感檢測(cè)器來(lái)測(cè)量穿透第一組位置敏感檢測(cè)器以進(jìn)入該體積的入射帶電粒子的位置和方向；使用位于與第一側(cè)相對(duì)的、該體積的第二側(cè)的第二組位置敏感檢測(cè)器來(lái)測(cè)量出射該體積的外出帶電粒子的位置和方向、或者其的缺少；使用由第二組位置敏感檢測(cè)器進(jìn)行的測(cè)量來(lái)確定進(jìn)入該體積并且穿透該體積的入射帶電粒子和未穿透該體積以到達(dá)第二組位置敏感檢測(cè)器的帶電粒子；確定進(jìn)入體積并且穿透該體積的帶電粒子和停止在該體積內(nèi)部而沒有穿透該體積的帶電粒子的能量損失；基于所測(cè)量的能量損失，確定進(jìn)入該體積并且停止在體積內(nèi)部而沒有穿透該體積的帶電粒子的空間分布；以及使用進(jìn)入體積并且停止在內(nèi)部的帶電粒子的空間分布來(lái)重構(gòu)檢查體積中物質(zhì)的空間分布。
5.一種感測(cè)被暴露給帶電粒子的體積的方法，包括測(cè)量進(jìn)入該體積并且停止在該體積內(nèi)部而沒有穿透該體積的帶電粒子的能量損失；以及基于所測(cè)量的能量損失，確定進(jìn)入該體積并且停止在體積內(nèi)部而沒有穿透該體積的帶電粒子的空間分布；以及使用該空間分布來(lái)檢測(cè)具有低原子序數(shù)的一個(gè)或者多個(gè)低密度物質(zhì)的存在。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，包括測(cè)量進(jìn)入并且穿透該體積的帶電粒子以確定具有高于所述一個(gè)或多個(gè)低密度物質(zhì)的低原子序數(shù)的原子序數(shù)的一個(gè)或多個(gè)高密度物質(zhì)的存在；以及將所述一個(gè)或多個(gè)高密度物質(zhì)和所述一個(gè)或多個(gè)低密度物質(zhì)兩者的測(cè)量進(jìn)行結(jié)合以檢查該體積內(nèi)的內(nèi)容。
7.—種斷層攝影檢查系統(tǒng)，包括第一組位置敏感檢測(cè)器，位于對(duì)象容納區(qū)域的第一側(cè)，用于測(cè)量朝向?qū)ο笕菁{區(qū)域的入射帶電粒子的位置和方向；第二組位置敏感檢測(cè)器，位于與第一側(cè)相對(duì)的、對(duì)象容納區(qū)域的第二側(cè)，用于測(cè)量出射對(duì)象容納區(qū)域的外出帶電粒子的位置和方向；以及信號(hào)處理單元，接收來(lái)自第一組位置敏感檢測(cè)器的進(jìn)入帶電粒子的測(cè)量信號(hào)和來(lái)自第二組位置敏感檢測(cè)器的外出帶電粒子的測(cè)量信號(hào)的數(shù)據(jù)，所述信號(hào)處理單元被配置為基于所測(cè)量的帶電粒子的進(jìn)入及外出位置和方向來(lái)分析由于帶電粒子在對(duì)象容納區(qū)域內(nèi)的物質(zhì)中的散射造成的帶電粒子的散射行為以獲得對(duì)象容納區(qū)域內(nèi)的散射中心的斷層攝影剖面或者空間分布，其中，所述信號(hào)處理單元能夠操作來(lái)測(cè)量進(jìn)入該體積并且停止在該體積內(nèi)部而沒有穿透該體積的帶電粒子的能量損失，基于所測(cè)量的能量損失來(lái)確定進(jìn)入該體積并且停止在該體積內(nèi)部而沒有穿透該體積的帶電粒子的空間分布，并且使用該空間分布來(lái)檢測(cè)具有低原子序數(shù)的一個(gè)或多個(gè)低密度物質(zhì)的存在。
8.—種感測(cè)被暴露給帶電粒子的體積的方法，包括使用位于該體積的第一側(cè)的第一組位置敏感檢測(cè)器來(lái)測(cè)量穿透第一組位置敏感檢測(cè)器以進(jìn)入該體積的入射帶電粒子的位置和方向；使用位于與第一側(cè)相對(duì)的、該體積的第二側(cè)的第二組位置敏感檢測(cè)器來(lái)測(cè)量出射該體積的外出帶電粒子的位置和方向；使用由第二組位置敏感檢測(cè)器進(jìn)行的測(cè)量來(lái)確定進(jìn)入該體積并且未穿透該體積以到達(dá)第二組位置敏感檢測(cè)器的入射帶電粒子；確定進(jìn)入體積并且停止在該體積內(nèi)部而沒有穿透該體積的帶電粒子的能量損失； 基于所測(cè)量的能量損失，確定進(jìn)入該體積并且停止在該體積內(nèi)部而沒有穿透該體積的帶電粒子的空間分布；以及使用該空間分布來(lái)檢測(cè)該體積內(nèi)具有低原子序數(shù)的一個(gè)或多個(gè)低密度物質(zhì)的存在。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，包括測(cè)量進(jìn)入并且穿透該體積的帶電粒子以確定具有高于所述一個(gè)或多個(gè)低密度物質(zhì)的低原子序數(shù)的原子序數(shù)的一個(gè)或多個(gè)高密度物質(zhì)的存在；以及將所述一個(gè)或多個(gè)高密度物質(zhì)和所述一個(gè)或多個(gè)低密度物質(zhì)兩者的測(cè)量進(jìn)行結(jié)合以檢查該體積內(nèi)的內(nèi)容。
10.一種斷層攝影檢查系統(tǒng)，包括第一組位置敏感帶電粒子檢測(cè)器，位于對(duì)象容納區(qū)域的第一側(cè)，用于測(cè)量進(jìn)入對(duì)象容納區(qū)域的進(jìn)入帶電粒子的位置和方向；第二組位置敏感帶電粒子檢測(cè)器，位于與第一側(cè)相對(duì)的、對(duì)象容納區(qū)域的第二側(cè)，用于測(cè)量出射對(duì)象容納區(qū)域的外出帶電粒子的位置和方向；以及信號(hào)處理單元，與第一組和第二組位置敏感帶電粒子檢測(cè)器進(jìn)行通信，以接收來(lái)自第一組位置敏感帶電粒子檢測(cè)器的進(jìn)入帶電粒子的測(cè)量信號(hào)和來(lái)自第二組位置敏感帶電粒子檢測(cè)器的外出帶電粒子的測(cè)量信號(hào)的數(shù)據(jù)；基于所接收的數(shù)據(jù)，檢測(cè)每個(gè)進(jìn)入帶電粒子的進(jìn)入動(dòng)量和每個(gè)外出帶電粒子的外出動(dòng)量；以及基于所檢測(cè)的進(jìn)入動(dòng)量和外出動(dòng)量來(lái)計(jì)算能量損失。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，信號(hào)處理單元被配置為分析由對(duì)象容納區(qū)域中的物質(zhì)造成的進(jìn)入帶電粒子的散射特性。
12.一種用于獲得待檢查的對(duì)象的斷層攝影圖像的方法，包括 檢測(cè)每個(gè)進(jìn)入帶電粒子的進(jìn)入動(dòng)量；檢測(cè)每個(gè)外出帶電粒子的外出動(dòng)量； 基于所檢測(cè)的進(jìn)入動(dòng)量和外出動(dòng)量來(lái)計(jì)算能量損失；以及使用所計(jì)算的能量損失來(lái)識(shí)別待檢查的對(duì)象。
全文摘要
通過(guò)使用帶電粒子斷層攝影檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)獲取感興趣的體積的斷層攝影圖像的技術(shù)、裝置和系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G01N23/04GK102203637SQ200980142687
公開日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2009年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月27日
發(fā)明者亞歷克西.V.克利門科, 克里斯托弗.L.莫里斯, 加里.布蘭皮德, 康斯坦汀.N.博羅茲丁, 弗拉迪米爾.圖馬科夫, 拉里.J.舒爾茨, 杰西.A.格林, 科洛.瓦姆巴, 邁克爾.J.索桑 申請(qǐng)人:決策科學(xué)國(guó)際公司, 洛斯阿拉莫斯國(guó)家安全股份有限公司