專利名稱：使用材料的透射函數(shù)而辨識材料的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及材料分析技術的領域，例如用于鑒定如行李中的炸藥的產(chǎn)品，自此行李的X射線透射函數(shù)的分析開始。
背景技術：
因此，它具有使用于飛機場中的系統(tǒng)的應用，以鑒定行李中易爆炸的材料。但是其它應用可能涉及需要使用放射線而快速地測定材料的性質的領域。根據(jù)已知的行李檢查技術，X射線光源，普遍地為X射線管，產(chǎn)生穿過行李的放射線。根據(jù)第一技術，為了計算通過不同路徑而穿過物體的光子的數(shù)量，使用掃瞄器或其它裝置制造行李的許多視圖。使用此方法，測量透射的變化以作為X射線穿過的厚度的函數(shù)，且使用復雜的算法以測定待觀察的物件的性質。由使用兩個單色X射線的光源或兩個X射線管組成的第二技術經(jīng)校正為兩個相異的加速電壓。關閉這兩個光源中的任一個。這兩個光束可用來取得低能量通道及高能量通道上的相似數(shù)據(jù)，其使用鑒別及計數(shù)系統(tǒng)。根據(jù)第三技術，X射線是通過偵測器以偵測器的片體(線性組合)的形式而偵測。偵測器通常為閃爍偵測器，例如耦接于光電放大器的碘化銫(鉈)晶體。稱為三明治系統(tǒng)的現(xiàn)存系統(tǒng)是由重迭一個于另一個上(雙層)的偵測器的二層而組成，且通過形成使低能量光子變小的具有第一偵測器的濾波器的中間材料的厚度而分離。因此，第一層通常非常薄，當較厚的第二層偵測硬度光譜時，第一層更敏感于低能量光子，低能量光子通過中間材料而經(jīng)細化。當?shù)谝粋蓽y器輸出表示低能量(L.E.)的信號時，雖然第二偵測器輸出表示高能量(H.E.)的數(shù)據(jù)，由于高能量及低能量的重迭，其具有非常低的能量分離性的結果。此外，此系統(tǒng)不能推廣于高于二個能量0E，LE)。根據(jù)先前技術，僅測量二個規(guī)模，一個對應于低能量計數(shù)及另一個對應于高能量計數(shù)。此結果缺乏經(jīng)確度。此外，對于給定的系統(tǒng)，不能構形對應于此二個規(guī)模的能量范圍。此技術的另一個缺點是使用二個偵測器以進行測量。因此，若N個測量值經(jīng)制造，例如沿著線段，于是需使用2N個偵測器。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明人選擇使用基于可能使用單獨偵測器及光譜儀技術的不同測量方法，換句話說，脈沖的振幅分布的使用通過偵測器而測量而不是計數(shù)技術。但是，使用這樣的辦法有許多技術上的困難。已知的光譜儀技術困難在兼容現(xiàn)存的行李檢查要求，一個快速且精確的且相同而安全的方法是必須的。特別地，行李的前進速率迫使經(jīng)透射的光子的能量的測量值短期間內有高入射光子的強流量(介于數(shù)百萬光子/平方毫米/秒(Mphotons/mmVs)及數(shù)十倍的百萬光子/平方毫米/秒之間的流量)以保留具有統(tǒng)計意義的結果。根據(jù)先前技術的光譜儀裝置，通過應用這樣強烈的光子射線至偵測器在不超過這樣的短時間是不可能制造合理的結果，特別是光子堆棧問題的結果。
第9圖是具有兩個不同流量的光譜測量值，其顯示堆?，F(xiàn)象的結果所產(chǎn)生的問題。當曲線圖II對應于4. 752xl04光子/秒/像素(photons/s/pixel)的流量時，曲線圖I對應于6. 082xl06光子/秒/像素的流量，區(qū)域通過每一個800微米(y m) x800微米及具有3毫米(mm)深度的像素而覆蓋。當流量增加時(單位時間及單位像素的入射X光子的數(shù)量)，由于堆?，F(xiàn)象使經(jīng)提供的信號衰退若介于二個經(jīng)偵測的事件之間的時間推移太短，此系統(tǒng)不能區(qū)分它們且輸出錯誤的信號，此錯誤的信號隨二個光子的能量及分離它們的時間間隔而定。因此，來自堆棧現(xiàn)象的二個影響可看見于第9圖中的曲線I及II :-當流量增加時，計數(shù)的減少可見于低能量(圖9中的A區(qū))，-由于經(jīng)堆棧的光譜(圖9中的B區(qū))，以具有流量的高能量計數(shù)的事件的數(shù)量增加。存在可用于處理堆?，F(xiàn)象的方法的許多類別。經(jīng)驗的方法已知；一個方法是使用具有已知活性的放射光源的基于堆?，F(xiàn)象的校正。衍生自校正的信息接著使用在未知的信號上，如American National Standardfor Calibration and Use of Germanium Spectrometers for the Measurementof Gamma-Ray Emission Rates of Radionuclides， American National StandardsInstitute (ANSI)N42. 14-1999，p. 7，13，15,86,89,134 所描述。此方法的主要缺點是需要具有高放射活性的Y光源，其使校正方法復雜且特別是產(chǎn)生放射屏蔽問題。最佳化電子設備以最小化堆棧的模擬方法也已知。特別地，抑制電路的使用意旨不需考慮現(xiàn)在的粒子的處理的終端前經(jīng)吸收的新粒子。此方法的形式可給定不會癱瘓的系統(tǒng)，缺點是產(chǎn)生自處理減少根據(jù)計數(shù)速率的系統(tǒng)的性能的無效時間。也存在稱為有效時間校正方法的數(shù)字方法，其可能拒絕部分的堆棧，且接著分析信號的形狀。最后，存在后校正方法，特別像是描述于文件FR 2 870 603中或通過Trigano, T. , Traitement du signal spectrometrique:Etude du desempilement despectre en energie pour la spectrometrie gamma (光譜信號的處理用于伽瑪光譜儀的能量光譜的拆解的研究)(Processing of the spectrometric signal: Study of energyspectrum destacking for gamma spectrometry). 2006.所描述。此方法是基于每一個脈沖的持續(xù)時間及能量的知識。本發(fā)明的主要目的是解決這些問題。本發(fā)明首先涉及用于特征化材料的性質的方法，其包含下列步驟
-提供介于X射線光源及偵測器之間的至少一個此材料的樣本，-使用X射線光源以使至少一個X射線放射光譜透射穿過所述材料，每一個達持續(xù)時間At，例如介于I毫秒(ms)及10毫秒之間或介于100微秒及數(shù)秒之間，例如I秒或5秒或10秒；每一個光譜表示強度以作為能量或偵測通道的函數(shù)，-計算此材料的透射函數(shù)以作為能量或偵測通道的函數(shù)，
-在N(N彡2)個能量帶(或區(qū))的每一個中包含如稱為低能量區(qū)的第一能量帶，以及如稱為高能量區(qū)的第二能量帶，測定對應于統(tǒng)計規(guī)模的透射的系數(shù)，例如關于能量的透射函數(shù)的積分或平均值，因此形成至少一個第一透射系數(shù)(a I)及第二透射系數(shù)(a 2)。材料的性質可接著通過比較透射系數(shù)與標準透射系數(shù)取得。當N等于2時，方法可包含-稱為低能量區(qū)的第一能量區(qū)及稱為高能量區(qū)的第二能量區(qū)的選擇，-關于能量的透射函數(shù)的積分的計算，因此形成至少一個第一透射系數(shù)(aI)及第二透射系數(shù)(a 2)。第一能量區(qū)較佳地介于15及50千電子伏特(keV)之間且第二能量區(qū)可介于50及120千電子伏特之間。所述材料的性質可因此使用所述統(tǒng)計規(guī)模或系數(shù)測定，例如通過在包含作為它們的厚度的已知材料系數(shù)的平面中定位經(jīng)計算的系數(shù)而測定。較佳地，入射于材料上的光子的流量速率是介于IO6個光子/平方毫米/秒(photons mm_2. s—1)及IO7個光子/平方毫米/秒之間。根據(jù)本發(fā)明之方法可包含當沒有材料嵌入于此光源及所述偵測器之間時，測量來自所述X射線光源的射線的能量光譜的先前步驟。根據(jù)本發(fā)明的方法也可包含用于產(chǎn)生自堆?，F(xiàn)象的干擾的光譜校正步驟。本發(fā)明也涉及特征化材料樣本性質的裝置，其包含-X射線光源，較佳地發(fā)射入射光子射線，其中流量速率介于IO6HimU及107mm 2S 1 之間，-偵測器，例如半導體裝置或閃爍型式偵測器或電離腔室，-使用X射線光源使X射線放射光譜透射穿過此材料的組件，每一個達時間At,-計算此材料的透射函數(shù)以作為能量或偵測通道的函數(shù)的組件，-分別計算稱為低能量帶的第一能量帶及稱為高能量帶的第二能量帶中的至少一個第一透射系數(shù)(a )及第二透射系數(shù)(a 2)的組件，每一個系數(shù)是諸如在每一個能量帶中的透射函數(shù)的積分或平均值的統(tǒng)計規(guī)模，可提供組件以使用這兩個系數(shù)測定所述材料的性質。此裝置，當N是等于2時，可包含組件，其用于-選擇稱為低能量區(qū)的第一能量區(qū)，以及稱為高能量區(qū)的第二能量區(qū)，-計算關于能量的透射函數(shù)的積分，以形成至少一個第一透射系數(shù)(aD及第二透射系數(shù)U2)。此裝置較佳地也包含用于堆?，F(xiàn)象的校正光譜的組件，例如-測定經(jīng)堆棧的光譜(Emp)的組件，亦即經(jīng)測量的光譜(SpmJ的部分，其單獨地對應于堆棧，
-通過采用經(jīng)測量的光譜(Spmes)及經(jīng)堆棧的光譜(Emp)之間的差異，計算至少一個第一經(jīng)校正的光譜(Spcot)的組件。經(jīng)堆棧的光譜可使用經(jīng)測量的光譜(Spni6s)及暴露時間(Texp。)及系統(tǒng)的無效時間(Tdead)的資料而計算，所述無效時間是小于偵測出二光子中僅其一的最短分辨所述二光子的時間?？商峁┙M件以通過模擬來測定 無效時間。此裝置可包含產(chǎn)生Nit(Nit>l)個經(jīng)校正的光譜SPc;OT(n)的計算的組件，其開始自次序為Sp-fo-D的經(jīng)校正的光譜，若沒有事先經(jīng)校正的光譜，則自經(jīng)測量的光譜，通過采用經(jīng)校正的光譜及經(jīng)堆棧的的光譜(Emp)之間的差異。根據(jù)此發(fā)明的方法可使用此步驟。此裝置可包含執(zhí)行下列經(jīng)迭代Nit次數(shù)的步驟的組件，其中Nit彡I :-計算堆棧機率以作為事先經(jīng)校正的光譜Spc^lri)的函數(shù)，換句話說即產(chǎn)生在先前的迭代中，若沒有事先經(jīng)校正的光譜，及暴露時間(T6XP。)及無效時間(Td6ad),則為經(jīng)測量的光譜，-估計經(jīng)堆棧的光譜(Emp)以作為事先經(jīng)校正的光譜的函數(shù)，若沒有事先經(jīng)校正的光譜，及無效時間(Tdead)，則為經(jīng)測量的光譜，-計算經(jīng)校正的光譜，例如通過采用介于經(jīng)測量的光譜(SpmJ及經(jīng)估計經(jīng)堆棧的光譜(Emp)之間的差異。根據(jù)本發(fā)明的方法可使用這些迭代步驟，此裝置可包含使用下列方程式計算平均堆棧機率的組件
.Y 1H；1X‘
\In
I —.'
expo y或此方程式
A' UKlX
[\in I
l — . *
T
I expo J其中SPcot^) (j)是用于通到i的事先經(jīng)校正的光譜SPcot^)的數(shù)值，若沒有事先經(jīng)校正的光譜則為經(jīng)測量的光譜。根據(jù)本發(fā)明的方法可使用這個步驟以計算平均堆棧機率。經(jīng)堆棧的光譜可使用下列方程式而計算
1-Vr Ac-Emp{k) =Ak)
21=\ j=i其中Pj j(k) = l ^-2%au(k)lTexpo '“仲響11 (Ei)當SmQO測定分離二個能量交互作用Ei及Ej的時間差異At的間隔的大小時，堆棧給定經(jīng)偵測的能量數(shù)值Ek。根據(jù)本發(fā)明的方法可使用這個步驟以計算經(jīng)堆棧的光譜?？砂M件以使用堆棧函數(shù)的反函數(shù)估計函數(shù)S "(k)，這個關于能量的后來的函數(shù)經(jīng)測量以作為介于具有一對能量交互作用(Ei，Ej)的二個交互作用之間的時間差異At的函數(shù)。這個堆棧函數(shù)可通過實驗的仿真或通過假設能量的遞減仿射函數(shù)而取得。根據(jù)一實施例，8 tiJ (k)是獨立于k及相等于下列不考慮k值
權利要求
1.一種用于特征化材料的性質的方法，其特征在于，其包含下列步驟 -提供介于X射線光源(I)及偵測器(2)之間的此材料的至少一個樣本(100)， -使用所述X射線光源(I)使至少一個X射線放射光譜透射穿過所述材料，每一個達時間At, -使用至少一個所述光譜來計算此材料的透射函數(shù)以作為能量或偵測通道的函數(shù)， -選擇所述函數(shù)的N個能量帶，N是大于或等于2， -在每一能量帶中，測定對應于此能量帶中所述透射函數(shù)的統(tǒng)計規(guī)模的透射系數(shù)a i， -使用所述系數(shù)而測定所述材料的性質。
2.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述材料的性質通過比較透射系數(shù)(Ci1，…a N)與標準透射系數(shù)(astandardmateriall ^ StandardmaterialN^o
3.如權利要求I或2中的任一項所述的方法，其特征在于，所述統(tǒng)計規(guī)模是所述透射函數(shù)的積分或平均值。
4.如權利要求I至3中的任一項所述的方法，其特征在于，N等于2，所述方法接著包含 -稱為低能量區(qū)的第一能量區(qū)及稱為高能量區(qū)的第二能量區(qū)的選擇， -關于能量的所述透射函數(shù)的積分的計算，因此形成至少一個第一透射系數(shù)(a I)及第二透射系數(shù)(a2)。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一能量區(qū)是介于15至50千電子伏特之間且所述第二能量區(qū)是介于50至120千電子伏特之間。
6.如權利要求I至5中的任一項所述的方法，其特征在于，所述時間At是介于I毫秒及10毫秒之間。
7.如權利要求I至6中的任一項所述的方法，其特征在于，入射于所述材料上的光通量是至少等于IO7mm2S'
8.如權利要求I至7中的任一項所述的方法，其特征在于，所生產(chǎn)的放射光譜的數(shù)量是介于I至100之間。
9.如權利要求I至8中的任一項所述的方法，其特征在于，所述材料的性質是使用透射系數(shù)通過在包含作為它們的厚度的函數(shù)的已知材料系數(shù)的平面中定位經(jīng)計算的系數(shù)而測定。
10.如權利要求I至9中的任一項所述的方法，其特征在于，其包含當沒有材料嵌入于此光源及所述偵測器之間時，測量來自所述X射線光源的射線的能量光譜的先前步驟。
11.如權利要求I至10中的任一項所述的方法，其特征在于，也包含用于產(chǎn)生自堆棧現(xiàn)象的干擾的光譜校正步驟。
12.如權利要求I至11中的任一項所述的方法，其特征在于，所述偵測器(2)是由碲化鎘、或鋅碲化鎘、或錳碲化鎘、或二碘化汞、或鎵化砷、或硅或一溴化鉈半導體所制造的偵測器。
13.一種用于特征化材料的樣本的性質的裝置，其特征在于，其包含 -X射線光源(I)， -偵測器⑵， -使用所述X射線光源使至少一個X射線放射光譜透射穿過此材料的組件(4，6，8，10，·12，20，22，52，82，83，84，85)，每一個達時間 A t, -計算此材料的透射函數(shù)以作為能量或偵測通道的函數(shù)的組件(12，16)， -選擇所述函數(shù)的N個能量帶的組件，N是大于或等于2, -計算每一個能量帶中的至少一個透射系數(shù)(Ci1)的組件(12，16)，每一個系數(shù)是此能量帶中所述透射函數(shù)的統(tǒng)計規(guī)模， -使用所述系數(shù)而測定所述材料的性質的組件(12，16)。
14.如權利要求13所述的裝置，其特征在于，所述統(tǒng)計規(guī)模是所述透射函數(shù)的積分或平均值。
15.如權利要求13至14中的任一項所述的裝置，其特征在于，N是等于2，包含組件，·其用于 -選擇稱為低能量區(qū)的第一能量區(qū)，以及稱為高能量區(qū)的第二能量區(qū)， -計算關于能量的所述透射函數(shù)的積分，以形成至少一個第一透射系數(shù)(a D及第二透射系數(shù)(a 2)。
16.如權利要求13至15中的任一項所述的裝置，其特征在于，用于發(fā)射光子的入射流量的光源(I)至少等于107mm 2S'
17.如權利要求13至16中的任一項所述的裝置，其特征在于，所述偵測器(2)是碲化鎘、或錳碲化鎘、或二碘化汞、或鎵化砷、或硅或一溴化鉈偵測器。
18.如權利要求13至17中的任一項所述的裝置，其特征在于，也包含組件(12，16)以校正堆?，F(xiàn)象光譜。
19.如權利要求18所述的裝置，其特征在于，其包含 -測定經(jīng)堆棧的光譜(Emp)的組件(12，16)，亦即經(jīng)測量的光譜(Sp_)的部分，其單獨地對應于堆棧， -通過采用所述經(jīng)測量的光譜(Spnres)及所述經(jīng)堆棧的光譜(Emp)之間的差異，計算至少一個第一經(jīng)校正的光譜(SpeJ的組件(12，16)。
20.如權利要求19所述的裝置，其特征在于，所述經(jīng)堆棧的光譜使用所述經(jīng)測量的光譜(SpmJ及暴露時間(TrailJ及系統(tǒng)的無效時間(Tdrad)的資料而計算，所述無效時間是小于偵測出二光子中僅其一的最短分辨所述二光子的時間。
21.如權利要求13至20中的任一項所述的裝置，其特征在于，也包含能輸出電壓脈沖的電路(82，83)，其中波幅是成比例于通過所述偵測器(2)所偵測的電荷，以及數(shù)字化所述電壓脈沖以及輸出數(shù)字脈沖的模擬/數(shù)字轉換器(ADC)，其特征在于包括位于所述模擬/數(shù)字轉換器(ADC)的輸出側邊上的處理電路(85)，其包含 -單元(86)，其讀取通過所述模擬/數(shù)字轉換器(ADC)所輸出的數(shù)字脈沖，于讀取頻率 -計算單元(87)，其計算數(shù)字脈沖讀取的時間變化(S’(t))，以及 -電路(88，89)，于時間變化達到預先定義的閥值(SI)時，其能夠擷取數(shù)字脈沖。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于特征化材料的性質的方法，其特征在于，其包含下列步驟-提供介于X射線光源(1)及偵測器之間的此材料的至少一個樣本(100)，-使用所述X射線光源(1)使N個X射線放射光譜透射穿過所述材料，每一個達時間Δt，-計算此材料的透射函數(shù)以作為能量或偵測通道的函數(shù)，-在至少兩個能量區(qū)的每一個中，計算透射函數(shù)的積分，因此形成至少一個第一透射系數(shù)(α1)及第二透射系數(shù)(α2)。
文檔編號G01N23/087GK102753963SQ201080063482
公開日2012年10月24日 申請日期2010年11月2日 優(yōu)先權日2009年12月9日
發(fā)明者吉洛姆·貝爾德約蒂, 尚·瑞科, 派翠克·奧維爾·巴菲特, 維諾妮卡·雷布菲爾 申請人:法國原子能與替代能委員會