專(zhuān)利名稱(chēng)：物品檢測(cè)設(shè)備及其檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輻射探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種對(duì)物品中的爆炸物、化學(xué)物質(zhì)、生物武器、核材料、毒品等危險(xiǎn)品進(jìn)行安全檢測(cè)的物品檢測(cè)設(shè)備和使用該物品檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)的方法。
背景技術(shù)：
在針對(duì)集裝箱、航空箱的安檢領(lǐng)域，對(duì)特異物質(zhì)的檢測(cè)是一個(gè)持續(xù)的熱點(diǎn)需求。這些特異物質(zhì)包括爆炸物、化學(xué)物質(zhì)、生物武器、核材料、毒品等。人們已經(jīng)開(kāi)發(fā)了很多技術(shù)來(lái)致力于對(duì)這些物品的檢測(cè)。其中X射線的透視技術(shù)就是一個(gè)非常流行的技術(shù)類(lèi)型，其它如中子技術(shù)也是被關(guān)注的候選技術(shù)，下面對(duì)這兩種技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。1. X射線可以分為傳統(tǒng)透射技術(shù)和其它類(lèi)型a)在傳統(tǒng)的X射線技術(shù)中，無(wú)論是單能X射線透射、還是雙多能X射線透射技術(shù)， 所利用的都是X射線在穿透物體之后的衰減信息，然后用探測(cè)器陣列來(lái)實(shí)現(xiàn)精密的二維成像，這樣得到的圖像基本反映了 X射線穿透路徑上物體的質(zhì)量厚度信息。操作人員通過(guò)對(duì)圖像的形狀進(jìn)行分析來(lái)判斷其中是否存在有可疑的特異物質(zhì)。這種X射線方法的根本問(wèn)題是它所測(cè)量的是X射線路徑上材料衰減能力的積分，因此有可能將高Z高密度但厚度小的物體和低Z低密度但厚度大的物體視作相同，這對(duì)核材料的檢測(cè)是非常不利的。b)核共振熒光技術(shù)是一種利用X射線來(lái)激發(fā)原子核，然后測(cè)量原子核退激后放出的特征能量Y光子的方法。這種方法能夠得到感興趣原子核的“指紋”信息，是一種值得研究的方法。但這種方法的問(wèn)題是靈敏度很低，因?yàn)槟軌虬l(fā)生共振吸收的X射線能譜寬度非常小，使得經(jīng)χ射線照射之后被檢測(cè)物品產(chǎn)生的共振熒光很少而散射光子很多，對(duì)靈敏度和信噪比都提出了挑戰(zhàn)。有人提出了利用能量可調(diào)的單能X射線源來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，但是這需要具有IOOMeV以上的電子加速器，后者又是一個(gè)新的挑戰(zhàn)。2.中子類(lèi)技術(shù)大致可以分為兩類(lèi)透射方法和元素分析方法。a)基于中子的透射方法與X射線透射方法較為相似，但中子對(duì)低原子序數(shù)(尤其是H)敏感，而對(duì)高Z的物質(zhì)則相對(duì)不敏感，因此與X射線相較而言，它更擅長(zhǎng)于對(duì)富含H物質(zhì)的檢測(cè)，但是中子的透射方法測(cè)量的也是中子路徑上的積分信息，無(wú)法區(qū)分某個(gè)空間位置的元素構(gòu)成。b)基于元素分析的中子方法能夠根據(jù)與中子反應(yīng)后放出的Y射線來(lái)區(qū)分不同的核素，因此具有元素識(shí)別的能力，在此基礎(chǔ)上，有人更增加三維空間分辨的能力，使得能夠?qū)Ρ粰z測(cè)的集裝箱或者車(chē)輛進(jìn)行5CmX5CmX5Cm的三維元素空間成像。但元素分析方法只能對(duì)那些與中子反應(yīng)截面大的核素有效，如N、C、0(快中子反應(yīng))，N、H(熱中子反應(yīng))等， 對(duì)于那些中子反應(yīng)截面很小的元素來(lái)講，靈敏度很差。另外，元素分析方法對(duì)能譜測(cè)量的精確度要求很高，由于中子誘發(fā)的Y能譜往往不是單能的，而探測(cè)器對(duì)單能Y能譜的響應(yīng)也是連續(xù)的，因此實(shí)際中的解譜工作也是非常困難的。還有一些其它的技術(shù)類(lèi)型，如電四極矩方法，這種方法具有對(duì)分子敏感的特性，能夠提取分子的“指紋”信息，但是該技術(shù)成立的前提是分子中存在電四極矩不為0的原子核，而且原子核所處的電場(chǎng)梯度較大。但是這一點(diǎn)只對(duì)少數(shù)物體才是有效的。另外，這種技術(shù)會(huì)受到電磁屏蔽措施的反制。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的至少一個(gè)方面在于提供一種能夠容易地實(shí)現(xiàn)三維成像的物品檢測(cè)設(shè)備及其檢測(cè)方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性的實(shí)施例，提供一種物品檢測(cè)設(shè)備，該物品檢測(cè)設(shè)備包括χ光機(jī)；X光機(jī)準(zhǔn)直裝置，所述X光機(jī)準(zhǔn)直裝置用于將所述X光機(jī)產(chǎn)生的X射線成型為透射物品的扇面光束；透射探測(cè)器陣列，所述透射探測(cè)器陣列用于探測(cè)從物品透射過(guò)的X射線，以便形成二維透射圖像；和散射探測(cè)器陣列，所述散射探測(cè)器陣列包括排成i行j列的多個(gè)相同的探測(cè)模塊，其中，物品被X射線透射的透射截面被分成i行xj列個(gè)大小相同的分塊區(qū)域，并且所述散射探測(cè)器陣列的ixj個(gè)探測(cè)模塊與物品的透射截面的ixj個(gè)分塊區(qū)域一一對(duì)應(yīng)，并分別探測(cè)對(duì)應(yīng)的分塊區(qū)域處X射線產(chǎn)生的電子對(duì)效應(yīng)湮沒(méi)光子和康普頓散射光子，以便根據(jù)探測(cè)到的電子對(duì)效應(yīng)湮沒(méi)光子的計(jì)數(shù)與康普頓散射光子的計(jì)數(shù)的比值來(lái)形成物品的三維圖像，其中，i和j均為大于或等于2的正整數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述散射探測(cè)器陣列的每個(gè)探測(cè)模塊包括探測(cè)器；和準(zhǔn)直器，所述準(zhǔn)直器用于吸收與該探測(cè)模塊不對(duì)應(yīng)的其它所有分塊區(qū)域處產(chǎn)生的康普頓散射光子和電子對(duì)效應(yīng)湮沒(méi)光子，以便僅允許與該探測(cè)模塊對(duì)應(yīng)的分塊區(qū)域處產(chǎn)生的康普頓散射光子和電子對(duì)效應(yīng)湮沒(méi)光子進(jìn)入探測(cè)器。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述探測(cè)器為溴化鑭探測(cè)器、氯化鑭探測(cè)器、高純鍺探測(cè)器或CZT探測(cè)器。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述準(zhǔn)直器由鉛、鋼或銅制成。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述散射探測(cè)器陣列的每個(gè)探測(cè)模塊還包括 屏蔽體，所述屏蔽體用于屏蔽非來(lái)自與該探測(cè)模塊對(duì)應(yīng)的分塊區(qū)域的康普頓散射光子和電子對(duì)效應(yīng)湮沒(méi)光子。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述屏蔽體由鉛、鋼或銅制成。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述散射探測(cè)器陣列的每個(gè)探測(cè)模塊還包括 硬化體，所述硬化體用于減弱來(lái)自與該探測(cè)模塊對(duì)應(yīng)的分塊區(qū)域的康普頓散射光子和電子對(duì)效應(yīng)湮沒(méi)光子的強(qiáng)度。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述硬化體由鉛、鋼或銅制成。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述探測(cè)器位于所述準(zhǔn)直器的準(zhǔn)直狹縫中；所述屏蔽體位于所述準(zhǔn)直器的背向所述物品的一側(cè)，并封閉住所述準(zhǔn)直器在該一側(cè)處的準(zhǔn)直狹縫開(kāi)口 ；并且所述硬化體位于所述準(zhǔn)直器的朝向所述物品的另一側(cè)，并封閉住所述準(zhǔn)直器在該另一側(cè)處的準(zhǔn)直狹縫開(kāi)口。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述屏蔽體與所述準(zhǔn)直器一體形成。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述X光機(jī)為單能光機(jī)或多能光機(jī)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述X光機(jī)產(chǎn)生的X射線的能量大于 1.022MeV(這是必須的)。
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另外，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供一種利用上述物品檢測(cè)設(shè)備對(duì)物品進(jìn)行檢測(cè)的方法，包括如下步驟利用透射探測(cè)器陣列探測(cè)從物品透射過(guò)的X射線的衰減信息，同時(shí)利用散射探測(cè)器陣列探測(cè)X射線在透射過(guò)程中產(chǎn)生的電子對(duì)效應(yīng)湮沒(méi)光子和康普頓散射光子的計(jì)數(shù)信息；和根據(jù)透射探測(cè)器陣列探測(cè)到的X射線信息，生成物品的二維透射圖像，同時(shí)根據(jù)散射探測(cè)器陣列探測(cè)到的電子對(duì)效應(yīng)湮沒(méi)光子的計(jì)數(shù)與康普頓散射光子的計(jì)數(shù)的比值，生成物品的三維圖像。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用散射探測(cè)器陣列探測(cè)X射線在透射過(guò)程中產(chǎn)生的電子對(duì)效應(yīng)湮沒(méi)光子和康普頓散射光子的計(jì)數(shù)信息，并根據(jù)散射探測(cè)器陣列探測(cè)到的電子對(duì)效應(yīng)湮沒(méi)光子的計(jì)數(shù)與康普頓散射光子的計(jì)數(shù)的比值，來(lái)識(shí)別物品的各個(gè)分塊區(qū)域處的元素，從而生成物品的三維圖像。


圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的物品檢測(cè)設(shè)備的原理圖；圖2顯示物品的透射截面的各個(gè)分塊區(qū)域與散射探測(cè)器陣列的各個(gè)探測(cè)模塊之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖；圖3顯示沿垂直于圖1中的Z軸的剖視圖；圖4顯示電子對(duì)效應(yīng)湮沒(méi)光子計(jì)數(shù)與康普頓散射光子計(jì)數(shù)的比值與原子序數(shù)的關(guān)系圖；圖5顯示散射探測(cè)器陣列的一個(gè)探測(cè)模塊的具體結(jié)構(gòu)示意圖；和圖6顯示射入散射探測(cè)器陣列的電子對(duì)效應(yīng)湮沒(méi)光子和康普頓散射光子的能譜圖。
具體實(shí)施例方式圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的物品檢測(cè)設(shè)備的原理圖。如圖1所示，物品檢測(cè)設(shè)備包括利用電子束1轟擊電子靶2產(chǎn)生X射線3的X光機(jī)；對(duì)從X光機(jī)中射出的X 射線3進(jìn)行準(zhǔn)直的X光機(jī)準(zhǔn)直裝置4，X射線3經(jīng)準(zhǔn)直后成型為扇面光束5，扇面光束5中的X射線6射向被檢測(cè)物品7，并沿圖1所示的透射截面8從被檢測(cè)物品7透射過(guò)去；和透射探測(cè)器陣列10，該透射探測(cè)器陣列10用于探測(cè)從物品透射過(guò)的X射線9，以便形成被檢測(cè)物品7的二維透射圖像。由于X光機(jī)、X光機(jī)準(zhǔn)直裝置4和透射探測(cè)器陣列10均屬于傳統(tǒng)技術(shù)，常規(guī)的X射線透射成像設(shè)備均包括這些裝置，為了簡(jiǎn)潔的目的，本文省略了對(duì)它們的詳細(xì)說(shuō)明。但是，需要說(shuō)明的是，圖1中的X光機(jī)中的電子束1的能量要求必須大于 1. 022MeV,以保證電子束1轟擊電子靶2之后產(chǎn)生的X射線3能量足夠高，以便能夠發(fā)生電子對(duì)效應(yīng)。電子靶2的材料一般為鎢和金的復(fù)合靶，在此不做特殊限定，因?yàn)殡娮影?已經(jīng)屬于相當(dāng)成熟的技術(shù)，本發(fā)明中的電子靶2可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的任一種電子靶2，只要其能夠適用于本發(fā)明即可。請(qǐng)參見(jiàn)圖1，扇面光束5中的X射線6在穿越物品7的透射截面8時(shí)，因?yàn)榘l(fā)生光電效應(yīng)、康普頓散射、電子對(duì)效應(yīng)、瑞利散射等散射過(guò)程而被衰減。本發(fā)明正是根據(jù)這種現(xiàn)象，增加了探測(cè)散射光子的散射探測(cè)器陣列12。圖2顯示物品的透射截面的各個(gè)分塊區(qū)域與散射探測(cè)器陣列的各個(gè)探測(cè)模塊之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖。下面參照?qǐng)D1和圖2來(lái)說(shuō)明散射探測(cè)器陣列12的具體結(jié)構(gòu)。如圖1和圖2所示， 散射探測(cè)器陣列12包括排成8行8列的64個(gè)大小完全相同的探測(cè)模塊。如圖2所示，這 64個(gè)探測(cè)模塊分別為位于散射探測(cè)器陣列12的第1行的^個(gè)探測(cè)模塊B1,I-Bll8
位于散射探測(cè)器陣列12的第2行的^個(gè)探測(cè)模塊B2,I-B2,8
位于散射探測(cè)器陣列12的第3行的^個(gè)探測(cè)模塊B3,I-B3,8
位于散射探測(cè)器陣列12的第4行的^個(gè)探測(cè)模塊B4,I-B4,8
位于散射探測(cè)器陣列12的第5行的^個(gè)探測(cè)模塊B5,I-B5,8
位于散射探測(cè)器陣列12的第6行的^個(gè)探測(cè)模塊B6,I-B6,8
位于散射探測(cè)器陣列12的第7行的^個(gè)探測(cè)模塊B7,I-B7,8
位于散射探測(cè)器陣列12的第8行的^個(gè)探測(cè)模塊B8,I-B8,8
需要說(shuō)明的是，盡管在圖示實(shí)施例中顯示了 8行8列的散射探測(cè)器陣列12，但是，
本發(fā)明不局限于此，散射探測(cè)器陣列12也可以是2行2列，2行3列，3行2列，3行3列，3 行4列……。為了便于說(shuō)明，本文中將散射探測(cè)器陣列12定義成i行j列，其中i為大于或等于2的正整數(shù)，j為大于或等于2的正整數(shù)。參數(shù)i和j的大小與三維成像的分辨率成正比，參數(shù)i和j越大，則三維成像的分辨率就越高。至于，參數(shù)i和j究竟取多少，這取決于成本和需要達(dá)到的檢測(cè)分辨率，以及其它客觀條件。請(qǐng)繼續(xù)參見(jiàn)圖2，與散射探測(cè)器陣列12的排成8行8列的64個(gè)探測(cè)模塊對(duì)應(yīng)，物品被X射線透射的透射截面8被看成是由排成8行8列的64個(gè)大小相同的分塊區(qū)域組成。 如圖2所示，這64個(gè)分塊區(qū)域分別為位于透射截面8的第1行的8個(gè)分塊區(qū)域Alil-Au位于透射截面8的第2行的8個(gè)分塊區(qū)域A2a-A2,8位于透射截面8的第3行的8個(gè)分塊區(qū)域A3il-A3i8位于透射截面8的第4行的8個(gè)分塊區(qū)域A4a-A4,8位于透射截面8的第5行的8個(gè)分塊區(qū)域A5il-A5i8位于透射截面8的第6行的8個(gè)分塊區(qū)域A6a-A6i8位于透射截面8的第7行的8個(gè)分塊區(qū)域k7A_k7’s位于透射截面8的第8行的8個(gè)分塊區(qū)域A8a-A8,8如圖2所示，物品的透射截面8的8行8列的64個(gè)大小相同的分塊區(qū)域與散射探測(cè)器陣列12的8行8列的64個(gè)探測(cè)模塊一一對(duì)應(yīng)，例如，分塊區(qū)域Alil與探測(cè)模塊Blil對(duì)應(yīng)，分塊區(qū)域Au與探測(cè)模塊Bu對(duì)應(yīng)，分塊區(qū)域A8a與探測(cè)模塊B8il對(duì)應(yīng)，分塊區(qū)域Au與探測(cè)模塊B8,8對(duì)應(yīng)。即，每個(gè)探測(cè)模塊僅用于探測(cè)與之對(duì)應(yīng)的分塊區(qū)域處產(chǎn)生的散射光子。下面借助于圖3來(lái)更加詳細(xì)地說(shuō)明各個(gè)探測(cè)模塊探測(cè)各個(gè)分塊區(qū)域處產(chǎn)生的散射光子的具體過(guò)程。圖3顯示沿垂直于圖1中的Z軸的剖視圖。如前所述，扇面光束5中的X射線6在穿越物品7的透射截面8時(shí)，會(huì)發(fā)生光電效
7應(yīng)、康普頓散射、電子對(duì)效應(yīng)、瑞利散射等散射過(guò)程，下面結(jié)合圖3來(lái)說(shuō)明一下這些散射過(guò)程1)光電效應(yīng)此時(shí)光子被吸收，其能量轉(zhuǎn)換為光電子的能量和特征X射線的能量。 一般情況下，認(rèn)為光電子的能量無(wú)法被散射探測(cè)器測(cè)量到，而X射線的能量較低也無(wú)法穿透出物體射入散射探測(cè)器。即便X射線能夠被散射探測(cè)器測(cè)量到，也不屬于關(guān)心的范圍。值得補(bǔ)充的是光電子有可能因?yàn)檐愔螺椛湫?yīng)而變成較高能的X射線而在此射入散射探測(cè)器，但它也不是被關(guān)心的對(duì)象。2)康普頓散射入射X射線6與透射截面8中的物體發(fā)生反應(yīng)，有可能是康普頓散射。我們以圖3中的分塊區(qū)域Al，1為例。當(dāng)入射光子6與分塊區(qū)域Al，1中的物體發(fā)生康普頓散射時(shí)，散射光子Al，1_1有可能射入探測(cè)模塊Bl，l的散射探測(cè)器，探測(cè)模塊Bl，l經(jīng)過(guò)仔細(xì)設(shè)計(jì)，使得它只接收來(lái)自分塊區(qū)域Al，1的康普頓散射光子Al，1_1，而不能接收來(lái)自其它分塊區(qū)域的康普頓散射光子。同樣，其它探測(cè)模塊也是如此，只能接收來(lái)自與之對(duì)應(yīng)的分塊區(qū)域的康普頓散射光子，例如，探測(cè)模塊Bl，2只能接收來(lái)自分塊區(qū)域Al，2的康普頓散射光子Al，2_l，探測(cè)模塊Bl，8只能接收來(lái)自分塊區(qū)域Al，8的康普頓散射光子Al，8_l。我們知道，在射線能量確定的前提下，康普頓散射的截面與原子序數(shù)Z成正比，因此在原子數(shù)密度等同的前提下，分塊區(qū)域的物體的原子序數(shù)越大，則對(duì)應(yīng)的探測(cè)模塊接收到的康普頓散射光子數(shù)目就越多。3)電子對(duì)效應(yīng)入射X射線6與透射截面8中的物體發(fā)生電子對(duì)效應(yīng)，依然以圖 3中的分塊區(qū)域Al，1為例，由于電子對(duì)效應(yīng)的產(chǎn)物中正電子在固體中的射程僅為mm量級(jí)， 正電子最終會(huì)湮沒(méi)而形成2個(gè)511keV的γ光子，這兩個(gè)Y光子的產(chǎn)生位置也一定就在分塊區(qū)域Al，l內(nèi)。由于幾何關(guān)系的約束，與分塊區(qū)域Al，l對(duì)應(yīng)的探測(cè)模塊Bl，l的散射探測(cè)器能夠測(cè)量到的也只是來(lái)自分塊區(qū)域Al，1的湮沒(méi)光子Al，1_2，而不能接收來(lái)自其它分塊區(qū)域的湮沒(méi)光子。同樣，其它探測(cè)模塊也是如此，只能接收來(lái)自與之對(duì)應(yīng)的分塊區(qū)域的湮沒(méi)光子，例如，探測(cè)模塊Bl，2只能接收來(lái)自分塊區(qū)域Al，2的湮沒(méi)光子Al，l_2，探測(cè)模塊Bl，8 只能接收來(lái)自分塊區(qū)域Al，8的湮沒(méi)光子Al，l_2。由于電子對(duì)效應(yīng)的截面與原子序數(shù)Z的 2次方成正比，所以在原子數(shù)密度相同的前提下，分塊區(qū)域的物體的原子序數(shù)越大，則對(duì)應(yīng)的探測(cè)模塊接收到的湮沒(méi)光子的平方就越大。4)瑞利散射對(duì)于1. 022MeV以上的X射線來(lái)說(shuō)，瑞利散射的截面很小，可以忽略。對(duì)于上面提到的4個(gè)散射反應(yīng)，散射探測(cè)器陣列12感興趣的只是康普頓散射和電子對(duì)效應(yīng)。由于這兩個(gè)散射反應(yīng)與原子序數(shù)的指數(shù)關(guān)系分別為1次方和2次方。當(dāng)我們用散射探測(cè)器陣列12測(cè)量到散射光子的能譜時(shí)，如果能夠從中分別提取電子對(duì)效應(yīng)的湮沒(méi)光子能譜和康普頓散射能譜(請(qǐng)參見(jiàn)圖6)，然后將這兩個(gè)能譜的計(jì)數(shù)進(jìn)行相除，則得到的比值就正比于原子序數(shù)Z的1次方。也就是說(shuō)，我們通過(guò)電子對(duì)效應(yīng)湮沒(méi)光子的計(jì)數(shù)與康普頓散射光子的計(jì)數(shù)的比值，能夠得到反映各個(gè)分塊區(qū)域處原子序數(shù)的信息，從而實(shí)現(xiàn)三維元素識(shí)別。圖4給出了利用不同能量的光子進(jìn)行散射時(shí)，得到的電子對(duì)效應(yīng)湮沒(méi)光子計(jì)數(shù)與康普頓散射光子計(jì)數(shù)的比值與原子序數(shù)Z之間的關(guān)系。由圖4可以看出，當(dāng)分別采用不同的單能射線時(shí)，電子對(duì)效應(yīng)和康普頓散射的比值關(guān)系與原子序數(shù)幾乎存在一個(gè)很好的線性關(guān)系，因此，我們有可能利用下面這個(gè)公式來(lái)計(jì)算原子序數(shù)
Zpc =^Z( 1)
——com ρ ton在公式⑴中ZP。為計(jì)算出的反映原子序數(shù)的結(jié)果，Cjj&為電子對(duì)效應(yīng)湮沒(méi)光子的計(jì)數(shù)率，C compton為康普頓散射光子的計(jì)數(shù)率。實(shí)際上，軔致輻射X射線光子的能量不是單能的，因此無(wú)法得到如圖4中的類(lèi)似正比關(guān)系，但是存在單調(diào)關(guān)系，我們?nèi)匀豢梢杂霉舰艁?lái)計(jì)算Zp。，只是在Zp。和Z之間要重新進(jìn)行標(biāo)定。由于物品的每個(gè)透射截面8被劃分成與散射探測(cè)器陣列12相對(duì)應(yīng)的i行乘以j 列個(gè)大小相同的分塊區(qū)域，因此，可以利用散射探測(cè)器陣列12中的i行乘以j列個(gè)探測(cè)模塊來(lái)分別獲得物品的每個(gè)透射截面8的i行乘以j列個(gè)大小相同的分塊區(qū)域處原子序數(shù)， 當(dāng)完成對(duì)物品的整個(gè)掃描時(shí)，就能夠得到整個(gè)被檢測(cè)物品的三維元素分布信息，從而能夠形成被檢測(cè)物品的三維圖像。圖5顯示散射探測(cè)器陣列12中的任意一個(gè)探測(cè)模塊的具體結(jié)構(gòu)示意圖，例如探測(cè)模塊Bi，1。如圖5所示，該探測(cè)模塊Bi，1包括探測(cè)器Bi，1_1和準(zhǔn)直器Bi，1_2。在圖5所示的實(shí)施例中，準(zhǔn)直器Bi，1_2被構(gòu)造成用于吸收與該探測(cè)模塊Bi，1不對(duì)應(yīng)的其它所有分塊區(qū)域處產(chǎn)生的康普頓散射光子和電子對(duì)效應(yīng)湮沒(méi)光子，以便僅允許與該探測(cè)模塊Bi，1對(duì)應(yīng)的分塊區(qū)域Al，1處產(chǎn)生的康普頓散射光子Al，1_1和電子對(duì)效應(yīng)湮沒(méi)光子Al，l_2進(jìn)入探測(cè)器Bl，l_l中。優(yōu)選地，探測(cè)器Bi，1_1 一般由高能量分辨率、快時(shí)間響應(yīng)的探測(cè)器構(gòu)成。這里高能量分辨率是為了能夠更好的區(qū)分來(lái)自分塊區(qū)域Al，1的散射光子中康普頓散射光子Al， 1_1和電子對(duì)效應(yīng)Al，1_2的份額?？斓臅r(shí)間響應(yīng)是為了能夠在更短的時(shí)間內(nèi)分析更多的γ 信號(hào)，以減小堆積，提高計(jì)數(shù)率和靈敏度?？斓臅r(shí)間響應(yīng)這個(gè)指標(biāo)對(duì)于使用脈沖電子加速器系統(tǒng)的X射線源來(lái)講尤其重要，因?yàn)槊}沖加速器的X射線占空比多為千分之一以下，散射光子都是在很短的時(shí)間內(nèi)射入探測(cè)器的，探測(cè)器需要分析得足夠快才能分辨光子的能量。優(yōu)選地，備選的探測(cè)器類(lèi)型為溴化鑭探測(cè)器、氯化鑭探測(cè)器這兩種探測(cè)器的能量分辨率和時(shí)間響應(yīng)都比較好；高純鍺探測(cè)器高純鍺探測(cè)器具有最好的能量分辨率，但它的時(shí)間響應(yīng)較慢；和CZT探測(cè)器擁有較好的能量分辨率，時(shí)間響應(yīng)一般，價(jià)格較貴。優(yōu)選地，準(zhǔn)直器Bi，1_2—般采用鉛材料，但也可以采用鋼、銅等材料來(lái)構(gòu)成。目的在于吸收與該探測(cè)模塊Bi，1不對(duì)應(yīng)的其它所有分塊區(qū)域處產(chǎn)生的康普頓散射光子和電子對(duì)效應(yīng)湮沒(méi)光子，以便僅允許與該探測(cè)模塊Bi，1對(duì)應(yīng)的分塊區(qū)域Al，1處產(chǎn)生的康普頓散射光子Al，1_1和電子對(duì)效應(yīng)湮沒(méi)光子Al，1_2進(jìn)入探測(cè)器Bi，1_1中。優(yōu)選地，探測(cè)模塊Bi，1還包括屏蔽體Bl，l_3，該屏蔽體Bl，l_3用于屏蔽非來(lái)自與該探測(cè)模塊Bi，1對(duì)應(yīng)的分塊區(qū)域的康普頓散射光子和電子對(duì)效應(yīng)湮沒(méi)光子，尤其是屏蔽來(lái)自加速器靶點(diǎn)的透射或散射X射線。優(yōu)選地，屏蔽體Bi，1_3可以由鉛、鋼或銅制成，或者其它適合的材料制成。優(yōu)選地，探測(cè)模塊Bi，1還包括硬化體Bi，1_4，該硬化體Bi，1_4用于減弱來(lái)自與該探測(cè)模塊Bi，1對(duì)應(yīng)的分塊區(qū)域Al，1的康普頓散射光子和電子對(duì)效應(yīng)湮沒(méi)光子的強(qiáng)度。 使得進(jìn)入探測(cè)器Bi，1_1的光子的強(qiáng)度足夠低，從而能夠被該探測(cè)器Bi，1_1分析。否則，該探測(cè)器Bi，1_1可能因?yàn)橛?jì)數(shù)率太高導(dǎo)致堆積而無(wú)法正常工作。優(yōu)選地，硬化體Bi，1_4由鉛、鋼或銅制成，或者其它適合的材料制成。優(yōu)選地，如圖5所示，探測(cè)器Bi，1_1位于準(zhǔn)直器Bi，1_2的準(zhǔn)直狹縫中；屏蔽體Bi， 1_3位于準(zhǔn)直器Bi，1_2的背向物品7的一側(cè)(參見(jiàn)圖1)，并封閉住準(zhǔn)直器Bi，1_2在該一側(cè)處的準(zhǔn)直狹縫開(kāi)口 ；硬化體Bi，1_4位于準(zhǔn)直器Bi，1_2的朝向物品7的另一側(cè)(參見(jiàn)圖 1)，并封閉住準(zhǔn)直器Bi，1_2在該另一側(cè)處的準(zhǔn)直狹縫開(kāi)口。更優(yōu)選地，屏蔽體Bi，1_3與準(zhǔn)直器Bi，1_2 一體形成，當(dāng)然，屏蔽體Bi，1_3也可以是一個(gè)單獨(dú)部件，組裝到準(zhǔn)直器Bi，1_2上。請(qǐng)注意，準(zhǔn)直器Bi，1_2的長(zhǎng)度和直徑由技術(shù)使用者自行決定，這里不必贅述。下面根據(jù)圖3和圖6來(lái)簡(jiǎn)單說(shuō)明一下射入探測(cè)器的康普頓散射光子和電子對(duì)效應(yīng)散射光子的能譜。如圖6所示，其中電子對(duì)效應(yīng)散射的光子能量為511keV，康普頓散射光子的能量取決于兩個(gè)因素，圖3中的夾角θ -它反映了康普頓散射的散射角，以及射入的光子 6的能量hv，由于光子6的能量為連續(xù)能譜，因此圖6中看到的康普頓散射光子也具有連續(xù)的能譜。實(shí)際中，由于探測(cè)器總是有探測(cè)器響應(yīng)函數(shù)的，因此得到的能譜不會(huì)是圖6中的形狀，而是要考慮能量沉積和能量展寬。這個(gè)問(wèn)題是從業(yè)者的一般性話(huà)題，不必在這里贅述盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行變化，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種物品檢測(cè)設(shè)備，包括X光機(jī)；X光機(jī)準(zhǔn)直裝置，所述X光機(jī)準(zhǔn)直裝置用于將所述X光機(jī)產(chǎn)生的X射線成型為透射物品的扇面光束；透射探測(cè)器陣列，所述透射探測(cè)器陣列用于探測(cè)從物品透射過(guò)的X射線，以便形成二維透射圖像；和散射探測(cè)器陣列，所述散射探測(cè)器陣列包括排成i行j列的多個(gè)相同的探測(cè)模塊，其中，物品被X射線透射的透射截面被分成i行Xj列個(gè)大小相同的分塊區(qū)域，并且所述散射探測(cè)器陣列的ixj個(gè)探測(cè)模塊與物品的透射截面的ixj個(gè)分塊區(qū)域一一對(duì)應(yīng)，并分別探測(cè)對(duì)應(yīng)的分塊區(qū)域處X射線產(chǎn)生的電子對(duì)效應(yīng)湮沒(méi)光子和康普頓散射光子， 以便根據(jù)探測(cè)到的電子對(duì)效應(yīng)湮沒(méi)光子計(jì)數(shù)與康普頓散射光子計(jì)數(shù)的比值來(lái)形成物品的三維圖像，其中，i和j均為大于或等于2的正整數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的物品檢測(cè)設(shè)備，其特征在于，所述散射探測(cè)器陣列的每個(gè)探測(cè)模塊包括探測(cè)器；和準(zhǔn)直器，所述準(zhǔn)直器用于吸收與該探測(cè)模塊不對(duì)應(yīng)的其它所有分塊區(qū)域處產(chǎn)生的康普頓散射光子和電子對(duì)效應(yīng)湮沒(méi)光子，以便僅允許與該探測(cè)模塊對(duì)應(yīng)的分塊區(qū)域處產(chǎn)生的康普頓散射光子和電子對(duì)效應(yīng)湮沒(méi)光子進(jìn)入探測(cè)器。
3.如權(quán)利要求2所述的物品檢測(cè)設(shè)備，其特征在于，所述探測(cè)器為溴化鑭探測(cè)器、氯化鑭探測(cè)器、高純鍺探測(cè)器或CZT探測(cè)器。
4.如權(quán)利要求2所述的物品檢測(cè)設(shè)備，其特征在于，所述準(zhǔn)直器由鉛、鋼或銅制成。
5.如權(quán)利要求2所述的物品檢測(cè)設(shè)備，其特征在于，所述散射探測(cè)器陣列的每個(gè)探測(cè)模塊還包括屏蔽體，所述屏蔽體用于屏蔽非來(lái)自與該探測(cè)模塊對(duì)應(yīng)的分塊區(qū)域的康普頓散射光子和電子對(duì)效應(yīng)湮沒(méi)光子。
6.如權(quán)利要求5所述的物品檢測(cè)設(shè)備，其特征在于，所述屏蔽體由鉛、鋼或銅制成。
7.如權(quán)利要求5所述的物品檢測(cè)設(shè)備，其特征在于，所述散射探測(cè)器陣列的每個(gè)探測(cè)模塊還包括硬化體，所述硬化體用于減弱來(lái)自與該探測(cè)模塊對(duì)應(yīng)的分塊區(qū)域的康普頓散射光子和電子對(duì)效應(yīng)湮沒(méi)光子的強(qiáng)度。
8.如權(quán)利要求7所述的物品檢測(cè)設(shè)備，其特征在于，所述硬化體由鉛、鋼或銅制成。
9.如權(quán)利要求7所述的物品檢測(cè)設(shè)備，其特征在于，所述探測(cè)器位于所述準(zhǔn)直器的準(zhǔn)直狹縫中；所述屏蔽體位于所述準(zhǔn)直器的背向所述物品的一側(cè)，并封閉住所述準(zhǔn)直器在該一側(cè)處的準(zhǔn)直狹縫開(kāi)口 ；并且所述硬化體位于所述準(zhǔn)直器的朝向所述物品的另一側(cè)，并封閉住所述準(zhǔn)直器在該另一側(cè)處的準(zhǔn)直狹縫開(kāi)口。
10.如權(quán)利要求9所述的物品檢測(cè)設(shè)備，其特征在于，所述屏蔽體與所述準(zhǔn)直器一體形成。
11.如權(quán)利要求1所述的物品檢測(cè)設(shè)備，其特征在于，所述X光機(jī)為單能光機(jī)或多能光機(jī)。
12.如權(quán)利要求1所述的物品檢測(cè)設(shè)備，其特征在于，所述X光機(jī)產(chǎn)生的X射線的能量大于 1. 022MeVo
13.一種利用權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)的物品檢測(cè)設(shè)備對(duì)物品進(jìn)行檢測(cè)方法，包括如下步驟利用透射探測(cè)器陣列探測(cè)從物品透射過(guò)的X射線的衰減信息，同時(shí)利用散射探測(cè)器陣列探測(cè)X射線在透射過(guò)程中產(chǎn)生的電子對(duì)效應(yīng)湮沒(méi)光子和康普頓散射光子的計(jì)數(shù)信息；和根據(jù)透射探測(cè)器陣列探測(cè)到的X射線信息，生成物品的二維透射圖像，同時(shí)根據(jù)散射探測(cè)器陣列探測(cè)到的電子對(duì)效應(yīng)湮沒(méi)光子的計(jì)數(shù)與康普頓散射光子的計(jì)數(shù)的比值，生成物品的三維圖像。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種物品檢測(cè)設(shè)備，其包括散射探測(cè)器陣列，所述散射探測(cè)器陣列包括排成i行j列的多個(gè)相同的探測(cè)模塊，其中，物品被X射線透射的透射截面被分成i行xj列個(gè)大小相同的分塊區(qū)域，并且所述散射探測(cè)器陣列的ixj個(gè)探測(cè)模塊與物品的透射截面的ixj個(gè)分塊區(qū)域一一對(duì)應(yīng)，并分別探測(cè)對(duì)應(yīng)的分塊區(qū)域處X射線產(chǎn)生的電子對(duì)效應(yīng)湮沒(méi)光子和康普頓散射光子，以便根據(jù)探測(cè)到的電子對(duì)效應(yīng)湮沒(méi)光子的計(jì)數(shù)與康普頓散射光子的計(jì)數(shù)的比值來(lái)形成物品的三維圖像。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在傳統(tǒng)的物品透射檢測(cè)設(shè)備的基礎(chǔ)上增加探測(cè)散射光子的散射探測(cè)器陣列，在二維透射成像的過(guò)程中能夠容易地獲得被檢測(cè)物品的三維圖像。另外，還提供一種物品檢測(cè)方法。
文檔編號(hào)G01N23/04GK102313752SQ20101022329
公開(kāi)日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者劉以農(nóng), 張勤儉, 張翼, 李元景, 李鐵柱, 楊祎罡, 金穎康, 陳慶豪 申請(qǐng)人:同方威視技術(shù)股份有限公司, 清華大學(xué)