专利名称：一种光中子-x射线违禁品检测方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及违禁品检测技术领域，特別是一种光中子-x射线违禁 品检测方法及系统.背景技术目前，恐怖主义对国际和国内社会的安定构成了极大的威胁，各 国政府都在致力于解决反恐问趙，而违禁品如爆炸物的检测技术是反 恐问題的核心.一种现有的违禁品检测技术是x射线成像检测技术.x射线成像检测技术是一种已经得到广泛应用的安检技术，在机场、火车站能够看到很多基于x射线成像检测技术的设备.由于x射线主要是与原子核外 的电子发生反应，对原子核的特性没有区别能力，因此利用x射线只能测量被检测物体的密度(质量厚度)，而无法判断被检测物体的元素 种类，在实际中，当违禁品与日常用品混合放置且密度难以区分的时 候，利用x射线成像检测技术就很难发现它.虽然一些新型的x射线成像检测技术，如双能X射线、CT技术等在识别能力上有所提高，但是 仍然无法克服不能识别元素种类的固有缺点.另一类现有的危险品检测技术是中子类检测技术.对于中子类检 测技术，中子能够与物质的原子核发生反应，放出具有特征性的Y射线， 根据Y射线的能谦，则可判断被分析的物质的元素种类.中子类检測技 术的缺陷在于其较低的成像分辨率，目前最好也只能达到5cmx 5cmx 5cm的空间分辨率，这远低于X射线成像的咖级分辨率.而且，单独的 中子源通常价格昂贵，使用时间有限，且所产生的中子强度不高.因此，就希望能够有一种方法和/或系统能够组合如上所述的X射 线成像检测技术和中子类检测技术，以获得X射线成像检测技术的高分 辨率以及中子类检测技术的元素识别能力这些优点.美国专利 No. 5078952公开了一种组合了多种检测手段的爆炸物检测系统，其中 包括X射线成像装置以及中子检测装置，以实现较高的检测概率以及较 低的误报率，并且，该美国专利还公开了将由X射线成像装置获得的数据与由中子检测装置获得的数据相关联，以便用高分辨率的x射线图像来弥补中子类检测技术分辨率不高的缺陷.但是，在该美国专利中使用了彼此独立的x射线源和中子源，其成本较高.值得注意的是，有一种产生中子的方式是用x射线轰击转换靶，并从该转换靶中产生中子，这样产生的中子可称为光中子.这种中子产生方式提供了在一个源中产生x射线和中子这两者的可能，这比分別用 两个源来分别产生x射线和中子要节省成本.在国际申请公开W0 98/55851中公开了 一种利用光中子和X射线成 像来检测和识别违禁品的系统.该系统采用两步式方式来工作.具体 地，该系统首先用直线加速器X射线源产生X射线束，并用X射线成像对 被检物体进行检测，如果没有发现异常，则让被检物体通过，如果发 现嫌疑区域，则临时将一光中子转换靶(铍)插入X射线束中，以产生 光中子，并根据光中子与物质原子核发生辐射俘获反应所放出的特征 性Y射线对嫌疑区域进行进一步的检测.该系统仅用X射线进行笫一步 检测，由于如上所述的X射线成像检测技术的识别能力的限制，因此其 具有较4氐的检测概率(probability of detection, PD) 而且，该 系统并不同时产生用于检测的X射线和光中子，而是在两个步骤中分别 产生用于检测的X射线和光中子，即，在一个步骤中仅产生X射线而不 产生光中子，而在另一个步碟中是用X射线产生光中子，但该X射线仅 用于产生光中子而并不用于检测目的.进一步地，其产生的光中子仅 用于检测被检物体的嫌疑区域，并不用于对被检物体进行总体检测.在本申请人的中国专利申请No. 200510086764. 8中公开了一种用 快中子和X射线进行材料识別的方法.在该申请中描述了一种同时产生 X射线和光中子的方法和装置，其将加速器产生的X射线分成两束，其 中一束用于产生光中子.然而，在该申请中，对于中子来说，其是利 用光中子透射过被检物体的强度来进行检测的，而并非利用中子与被 检物体反应所放出的特征性Y射线.而且，在该申请中，在这样的检测 方式中，为了使得X射线束和中子束的检测不互相干扰，通常需要使得 X射线束与中子束之间横向隔开一定距离.上述申请和专利都被全文引入作为参考.发明内容本发明的目的是提供一种光中子-x射线违禁品检测方法和系统， 该方法和装置克服了上述现有技术的不足之处，将x射线成像检测的高分辨率成像能力与中子检测的物质识别能力结合起来，更有效地对违 禁品进行检测.根据本发明的一个方面，提供了一种光中子-x射线违禁品检测方法，用于检测一被检物体，该方法包括 同时产生第一X射线束和光中子；利用所述第一X射线束对被检物体进行X射线成像检测； 在进行所述X射线成像检测的同时，利用所述光中子、根据光中子 与被检物体反应所发出的特征性Y射线对被检物体进行的中子检测.根据本发明的另一方面，提供了一种光中子-x射线违禁品检测系统，用于检测被检物体，该系统包括X射线发生器，用于产生X射线主束，所述X射线主束包括从其分出 的第一X射线束和第二X射线束，所述第一X射线束被引导进入该被检物 体并穿过该被检物体；光中子转换靶，该光中子转换靶布置成接收所述笫二X射线束，从 而产生光中子，所述光中子被引导进入该被检物体，并与所述被检物体反应发出特征性Y射线；x射线探测装置，该x射线探测装置布置成接收穿过该被检物体后的所述第一X射线束，以便对该被检物体进行X射线成像检测；Y射线探测装置，该Y射线探测装置布置成接收所述特征性Y射线，以便根据所述特征性Y射线对该被检物体进行中子检测；其中，所述系统同时对所述被检物体进行所述x射线成像检测和所 述中子检测.本发明的装置与其它现有的方案相比，具有如下的优点1) 本发明与单独的X射线成像检测相比，具有能够区分危险物种 类的优点；与单独的基于特征Y射线的中子检测法相比，有成像清楚， 准确测定物体位置的优点.2) 虽然国际申请公开WO 98/55851中的方案也利用了光中子检测和X射线成像来检测，但是其是采用两步式工作方式.而本发明能够同 时进行光中子检测和X射线成像检测，探测准确率高于国际申请公开WO98/55851中的方案.3) 在本发明的一个实施例中，光中子转换靶的本体的形状设计成 与所述X射线发生器产生的所述X射线主束的强度分布基本上相匹配， 使得强度大的X射线能在光中子转换靶的本体内传播更远的距离.这 样，光中子的产量4艮高，因此中子分析的速度#>快，能够在X射线成像 的同时，完成元素分布信息的获取.4) 在本发明的一个实施例中，将X射线困像和中子困像合并成一 幅图像，使得中子图像和X射线图像中对应于被检测物体同一位置的点 完全重合.搮作员只需要观察一幅困像就能够获得被检测物体的元素 分布信息与密度信息.5) 在本发明的一个实施例中，还提供了一种改进的y射线探测器， 其屏蔽掉了X射线、中子和无关Y射线，使得检测系统能够获得高准确 度的检测结果.
闺1示出了按照本发明一个实施例的光中子-X射线违禁品检测系统的结构示意图；困2示出了困1中的光中子转换靶的放大平面示意图，其中示出了 由该光中子转換靶限定的通道；图3示出了图2中的光中子转换靶的端视图；困4示出了 一种改进的Y射线探测器.具体实施方式
下面参考附困，对本发明的典型具体实施例作详细描述.以下实 施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围.参考图l所示的示例，被检物体(例如封闭集装箱8)设置在平台 19上.应当注意，在图1中该集装箱8以剖视图显示，以便于显示出其 中装栽的各种货物IO，这些货物10可能包括各种材料，如金属ll、木 块12和炸药13.该平台19被拖动装置20所牵引，进入本发明的检测系 统的检测区域.该集装箱8—般是由波紋钢和铝制造的.其它的集装箱 如航空集装箱也可做类似的检测.当位置传感器(未示出)检测到集装箱8移动到预定位置时，该位置传感器可触发本发明系统中的x射线发生器开始工作.在一个实施例中，该X射线发生器包括电子加速器(未示出)以及电子把2.该未示 出的电子加速器产生射向电子靶2的电子束1.电子靶2通常是由原子序 数较高的物质如钨、金构成的，电子在被钨或金的原子阻挡以后，会 因为軔致辐射而放出X射线主束3.如下文将要描述的那样，将要从该X 射线主束3中分出笫一X射线束和第二X射线束，其中，第一X射线束用 于X射线成像检测，而笫二X射线束用于中子检测.在本文中，X射线成 像检测是指X射线透射被检物体，并通过探测X射线的表减来检测被检 物体的密度信息；中子检测是指中子与被检物体的原子发生反应从而 放出特征性Y射线，并通过探测该特征性Y射线来检测被检物体的元素 种类信息.应当注意的是，在本发明中的系统和方法中，是同时利用X 射线成像检测和和中子检测对被检物体进行检测的.在图1中，以局部剖视困示出了光中子转换靶4. X射线主束3轰击 光中子转换靶4来获得光中子6，并利用该光中子6对集装箱8进行中子 检测.特別是，在该实施例中，该光中子转换靶4还用来从X射线主束3 中分出第一X射线束和第二X射线束.图1中的光中子转换靶4在图2和图3中放大示出.如图2所示，该光 中子转换靶4包括本体401.在一个实施例中，该本体401为沿着X射线 主束3的传播方向延伸的长型本体，其具有第一端部402和第二端部 403.该本体401内具有贯穿该本体401的通道404,该通道404从笫一端 部402延伸至第二端部403.该闺2和图3的实施例中，该通道404形成为 在平面P (垂直于图2和图3的纸面)内充分延伸的缝咪，以致于将该本 体401分成两个相互分离的部分.优选是，该通道404穿过该本体401的 对称中心，而将其分成两个对称的部分.该通道404被限定在这两个分 离部分之间.当X射线主束3朝着光中子转换靶々的本体"1入射时，一 部分X射线束405经由该通道404直接穿过该光中子转换靶4，而不与该 光中子转换靶4发生任何反应，这部分X射线束被限定为第一X射线束 405,另一部分X射线束406进入该本体401内，并朝着从笫一端部402至 第二端部403的方向传播，并在传播过程中与该光中子转换靶4的原子 核发生反应，从而放出光中子，这部分X射线束406被限定为第二X射线 束406,可以看出，该通道404亊实上起到了分束器的作用，用于从X射 线主束3中分出第一X射线束和第二X射线束.在其它未示出的实施例中，该通道404也可以采用其它形式，例如，该通道也可以并不将该本 体401分成两部分，而是形成为贯穿该本体401的通孔(未示出)，或 者形成为由本体401限定的其它通道形式，只要保证用于X射线成像的 扇形X射线束能够穿过该本体401即可.为了充分利用从电子靶2出射的X射线主束3，以提高该光中子转换 靶4的光中子产量，该光中子转换靶4的形状可以设计成与X射线主束3 的强度分布基本上相匹配，即，使得强度大的X射线能在光中子转换靶 4的本体401内传播更远的距离.参考困1和困2，从电子靶2出来的X射 线主束3通常具有成轴对称的强度分布，其强度分布对称轴线沿着电子 束l的方向，并且，通常越靠近该强度分布对称轴线，X射线的强度越 大.相应地，在忽略该光中子转换靶4中的通道404的情况下，该光中 子转换把4总体上可具有轴对称形状并限定了一靶对称轴线409，并且 该光中子转换靶的轴对称形状与X射线主束3的轴对称分布基本上相匹 配.在该使用时，该靶对称轴线409与X射线主束3的强度分布对称轴线 重合.优选地，该光中子转换靶4的至少一部分最好为朝着第二端部403 渐缩的渐缩部分，以便使得光中子转换靶4在更靠近该靶对称轴线的地 方具有更长的长度.在图2所示的实施例中，该光中子转换靶4包括邻 近第二端部403的渐缩部分408和邻近第一端部402的圃柱体部分407， 该圃柱体部分407可与该渐缩部分408—体成形，该渐缩部分408可终止 于笫二端部403.图2中所示的该渐缩部分408为截头圆锥形.该圃柱体 部分407与该渐缩部分408具有共同的纵向中心轴线，并与该靶对称轴 线重合.在其它实施例中，该渐缩部分408也可以为非截头的锥形，或 者以其它方式渐缩(例如以曲线方式渐缩).在另一些实施例中，该 光中子转换靶4也可以从第一端部402开始渐缩到第二端部403.尽管在图l ~图3中示出了由光中子转换靶4限定的通道404作为分束器，但是，本领域的普通技术人员可以理解，也可以采用其它形式 的分束器，用于从X射线主束3中分出第一X射线束和笫二X射线束.例 如，可以采用在本申请人的中国专利申请No. 200510086764. 8中公开的 双通道分流准直器.该双通道分流准直器可将X射线主束3分成相互间 隔开的两束，并将光中子转换靶设置在其中一束的传播路径上以产生 光中子.还应当注意，该光中子转换靶4具有渐缩部分的这一特征不局限于用于本发明实施例所述的场合.该特征还适用于使用x射线束轰击光中子转换靶而产生光中子的任意其它场合，例如可应用于国际申请公开W0 98/55851以及中国专利申请No. 200510086764. 8所述的场合中，以 提高光中子的产量.在这些其它应用场合中，该光中子转换靶可以有 或没有用作分束器的前述通道.返回图l,电子束1的能量的选取通常需要考虑所需要的X射线束的 能量以及光中子转换靶的材料.根据被检测物体的类型、检测速度和 环境安全的不同，可以选择不同能量的X射线束来进行穿透.为了安全 的原因以及为了节约成本，通常应选择尽可能小的能量.未示出的电 子加速器产生的电子束l的能量可在lMeV"" 15MeV的范闺内.光中子转 换靶4的理想材料应该具有较小的光中子反应阈值和较大的光中子反 应截面，但这二者难以同时满足.对于lMeV-15MeV的X射线来说，由于其能量还不够高，对于截面较大但阈值也高的材料来说光中子产額 较低，而铍('Be)或者重水(D,O)则是较为理想的材料.'Be的光中子 反应阈值仅为l. 67MeV, D20中D的反应阈值为2. 223MeV,进入光中子转 换把4的X射线主束3与其中的'Be或者2H发生光中子反应，放出了光中子 6.由于X射线主束3的能谦是连续分布的，因此光中子6的能谗也是连续分布的.另外，当所使用电子加速器能产生能量较高的电子束l时， 该光中子转换靶4也可以使用阈值较高但是截面较大的材料，如钨(W) 的各个同位素和铀(U)的各个同位素.在一个实施例中，未示出的电子加速器可以以特定频率产生电子 束l，这样，该电子束l则为具有该特定频率的电子束脉冲l.电子束脉 冲1轰击电子把2后，产生相同頻率的X射线脉冲3.该特定頻率可以根 据被检测集装箱8的行进速度来确定，例如可以在10Hz- 1000Hz的范围 内.在一个实施例中，该特定频率可以为"OHz.该电子束脉冲l的脉 宽范围可为l-l(Us.需要注意的是，X射线主束3轰击光中子转换靶4产生光中子6所用 的时间非常短(通常小于ljiS),因此，可以说，在本发明中，用于 进行中子检测的光中子6与X射线主束3中用于X射线成像检测的第一X 射线束405几乎是"同时"产生的，这样就允许同时进行X射线成像检 测和中子检测，这明显区别于国际申请公开WO 98/55851.光中子6在光中子转换把4内产生时是各向同性的，因此只有一部分光中子能够射向被检测的集装箱8.由于光中子转换靶4中的'Be和211 对中子具有较大的散射截面，因此，射出光中子靶4的光中子6总体上 会向后(即相反于X射线主束3入射到光中子转换靶4的方向)发射.为 了提、高光中子6到达被检测集装箱8的效率，可以在光中子靶4的后面 (邻近于光中子靶4的第一端部402 )设置中子反射体(未示出).该 中子反射体用于反射背离该被检集装箱8运动的光中子6，使其朝着该 被检集装箱8运动.参考图1和图2， X射线准直器5设置在第一X射线束405到达被检物 体8之前的传播路径上，以便将该笫一X射线束405准直为平面扇形束. 该X射线准直器5最好设置成邻近该光中子转换靶4的本体402的笫二端 部403，并与通道404对准.这样，第一X射线束405经由通道404穿过该 光中子转换靶4之后，由X射线准直器5进行准直，以形成平面扇形束7. 该扇形束7之外的X射线将被X射线准直器5所屏蔽，这样可以降低X射线对中子检测(尤其是下文所述的Y射线探测器)的影响.下面将分别描述用第一X射线束405对集装箱8进行的X射线成像检 测以及用由第二射线束406产生的光中子6对集装箱8进行的中子检测. 应当知道，X射线成像检测和中子检测本身分别是本领域普通技术人员 所熟知的.然而，在本发明中，由于第一X射线束405和光中子6可以同 时(或者说几乎同时)产生，因此，射线束X射线成像检测和中子检测 可以同时进行.首先描述X射线成像检测.参考图l, X射线扇形束7(即，被准直 的第一X射线束405 )射向被检测的集装箱8，集装箱8中所装栽的货物 10会对该扇形束7进行表减.由X射线探测装置来测量这些被袭减的X射 线，该X射线探测装置可以是包括多个X射线探测器的X射线探测器阵列 15. X射线的衰减倍数反映了从电子把2到X射线探测器阵列15中对应X 射线探测器的连线上的物质对X射线的吸收能力，它的大小与集装箱8 中所装栽的物质密度和组成有关.利用X射线探测器阵列15可以实现对 集装箱8的二维X射线成像.该X射线探测器阵列15中的探测器可以是气 体电离室、鴒酸镉晶体、Csl晶体，也可以是其它类型的探测器.如前 所述，电子束1以某一个特定频率轰击电子靶2，从而产生相同频率的X 射线脉冲.对于每个X射线脉冲，探测器15阵列会得到关于集装箱某个 断面的一维图像.随着拖动装置20牵引集装箱8前进，由多次测量得到的多个一维图像就构成了关于集装箱的二维透射图像.现在描述和x射线成像检测同时进行的中子检测.经由光中子转换靶4产生光中子6之后，被检集装箱8将沐浴在光中子场中。光中子6射 入被检测集装箱8之后，通过散射(非弹性和弹性散射)而损失能量. 没有必要在光中子6进入被检集装箱8之前对光中子6进行准直，因为它 在散射过程中会弥漫到相当宽的区域中.光中子6在产生时是快中子， 然后在几个hs的时间内就变为慢中子.之后，光中子6的能量进入热中 子的能区.光中子6从快中子到热中子的时间间隔一般约为lms.热中 子最终会消失，消失的方法有两种被物质所吸收，或者逃逸.热中 子在空间的存在时间为lms- 30ms.中子在快中子和慢中子能区的时候 也可以发生俘获反应，但是截面很小，当中子能量降低的时候，由于 其俘获截面与中子的运动速度成反比关系，因此截面迅速上升.由于 电子加速器是以连续脉冲方式工作的，因此不同脉冲之间的热中子场 会发生叠加.例如，当电子加速器以频率约为250Hz、脉究5ms的方式 工作时，最终在空间中形成的中子场将是一个频率为250Hz、脉宽为5ns 的快中子脉冲，叠加在一个近似恒定的热中子场上.热中子在物质发生辐射俘获反应之后，可以放出具有特征性的y射 线，例如^与中子反应可以放出2. 223MeV的特征Y射线，"N与中子反应 可以放出IO. 835MeV的特征Y射线，"C1与中子反应可以放出6. 12MeV的 特征Y射线.通过对这些特征Y射线的测量可以判断被检测物体中的元 素种类，集装箱8中的不同材料在中子的照射下能够放出不同的特征Y 射线.根据Y能谦的不同，可以分析出该物质的类型.例如，如果在集 装箱中发现大量N和H元素的信号，那么就有可能存在爆炸物和"肥料炸 弹"；如果发现了大量的C1的Y射线，则就有可能发现毒品如海洛因和 可卡因(它们通常以氯化物的形式的被偷运).另外，通过测量由光 中子俘获所产生的裂变中子，也可以对核材料(如铀和钚)进行检查.对Y射线能谱的测量是由Y射线探测装置来完成的，该Y射线探测装 置可以是一个或多个Y射线探测器阵列14,每个y射线探测器阵列14包括多个Y射线探测器，并布置成接收该特征性Y射线.并且，如图l所示，当包括多个Y射线探测器阵列14时，它们可以布置在集装箱8的行进路径的两侧.并且，Y射线探测器阵列W可布置成远离该X射线探测器阵 列15—定距离，也就是偏离该X射线扇形束7 (第一X射线束) 一定距离，以使得该第一X射线束对y射线探测器的影响最小化.对于每个Y射线探 测器阵列，通过分析它的Y能语信号，则获得所关心的元素种类的二维 分布信息.Y射线探测器可以选择的种类较多，如Nal (Tl) ， BGO, HPGe， LaBr3等.在本发明中用到了两种类型的探测器X射线探测器和Y射线探测 器，这两种探测器的工作在X射线、中子和Y射线共存的环境中.两种 射线可能互相形成干扰，特别是X射线相对于中子和Y射线来说很强， 因此它有可能对y射线探测的Y能谦构成干扰.因此，对于Y探测器来说， 非常有必要对X射线和中子射线进行屏蔽.图4示出了一种改进的Y射线探测器，其中，Nal晶体22和光电倍增 管23构成了该探测器的主体.该Nal晶体22具有用于接收Y射线的前端 面30、与该前端面30相反的后端面31以及周向表面32.当Y射线射入NaI 晶体22的时候，会发生光电效应、康普顿散射或者电子对效应.y光子 将能量交付给次级电子，次级电子在晶体中发生电离，电离产生的电 子-空穴对将会产生荧光.荧光光子在光电倍增管23的光阴极上打出 光电子.光电子随后被光电倍增管倍增，通过前放电路形成电压信号. 为了向Nal晶体22提供对X射线和中子的屏蔽.图4所示的Y射线探测器 还包括中子屏蔽材料28，该中子屏蔽材料28至少包围了该Nal晶体22的 周向表面32,并暴露出该Nal晶体22的前端面30.优选是，该中子屏蔽 材料28还包闺了该Nal晶体22的后端面31.该中子屏蔽材料28—般由富 含H的物质构成，诸如石蜡、聚乙烯、水都是适用的材料。考虑到结构 与防火要求， 一般选择聚乙烯.中子屏蔽材料28中的H原子对中子具有 很大的散射截面，能够反射中子，并迅速地将中子的能量降低和吸收. 但是中子屏蔽材料28在和中子发生辐射俘获之后会放出2.2"MeV的特 征Hy射线，该特征HY射线将对探测器所要测量的Y信号构成干扰.因此， 在中子屏蔽材料28的内側，该Y射线探测器还包括X/Y射线屏蔽体26， 该X/Y射线屏蔽体26至少包围该探测器晶体的周向表面，并且暴露出该 Nal晶体22的前端面30.优选是，该X/Y射线屏蔽体26还包围了该NaI晶 体22的后端面31. X/Y射线屏蔽体26不仅能够吸收中子屏蔽材料28在与 中子发生反应时放出的Y射线，还能屏蔽来自电子靶2的绝大部分X射线 及其散射射线，使得Y射线探测器能够处在正常的工作环境中.该XAy射线屏蔽体26的材料为原子序数大于或等于74的重金属，例如铅Pb或 钨W.在Y探测器晶体22的前方，面对着Nal晶体22的前端面30,还设有 中子吸收体27.与中子屏蔽材料"的要求不同，中子吸收体27不仅要 能够吸收中子，而且不能放出H的2. "3MeV的Y射线.中子吸收体27可 由石蜡或聚乙烯与具有高强热中子吸收能力的硼i。B材料构成(如含硼 聚乙烯)，这使得H不再有机会放出y光子.为了使Y射线探测器只测量 它前方的被检测物体区域，而对其它方向来的信号(如X射线散射、空 气中N的y计数本底)不感兴趣，该y射线探测器还包括准直器29.该准 直器29设在Nal晶体22与中子吸收体27的前方，用来屏蔽掉周围空间的 X射线散射本底、中子在周闺物质中产生的y本底.该准直器29包括与 Nal晶体的前端面30对准的通孔，该通孔限定了一延伸方向，用于仅允 许基本上沿着该延伸方向并经由该通孔到达该前端面的X/y射线进入 该Nal晶体，从而对所要探测的Y射线进行准直.该通孔的直径可与NaI 晶体22的直径相同，长度可以根据所需要的准直效果来确定， 一般选 择5~ 30cm的长度范围.该准直器29通常可用原子序数大于或等于74的 重金属(例如铅Pb或鴒W)或者用钢制成.另外，尽管在图中未示出，还可以为该Y射线探测器提供时间门控 电路，用于控制Y射线探测器的测量时间，使得y射线探测器的测量时 间避开本发明系统中X射线发生器所产生的X射线束的出束时间，这样 可以进一步抑制X射线对y射线探测器的干扰.根据来自X射线探测器阵列15和Y射线探测器阵列14的信号，就可 以分别对被检集装箱8进行X射线成像和中子成像，以便获得X射线图像 和中子图像.返回图l，在本发明的系统中，X射线成像信号处理电路 17接收来自X射线探测器阵列15的信号，并对其进行处理以获得X射线 图像.Y射线信号处理电路18接收来自Y射线探测器阵列14的电压信号， 并分析y能谦，从而得到包含被检物体的二维元素分布信息的二维中子 图像.该二维中子图像与所获得的二维X射线图像相结合，实现对集装箱中违禁品的识別与发现.考虑到在对被检测物体进行检测的时候，由于X射线探测器阵列和 y射线探测器阵列的安放位置不同，使得被检测物体在行进的过程中， x射线图像和中子图像不能同时得到，且各y射线探测器阵列之间由于 位置的不同，得到的中子图像也是不同的.为了将X射线困像与中子图像进行合并，以更好地实现违禁品检查，采用了如下办法对于不同的Y射线探测器阵列，由于它们的距离关系是确定的， 因此它们的中子图像之间的位置关系也是确定，对于先后获得的中子 图像，分别对它们位置进行调整，可以使得处于不同位置处的y射线 探测器阵列共同形成一幅反映元素分布的中子图像.对于X射线图像和中子困像，其空间位置关系也是确定的，可以将 中子图像和/或X射线图像进行平移并合并成一副图像，使得中子图像 和X射线图像中对应于被检测物体同一位置的点完全重合.这样，对于 合并后的困像来说，其中每一点都包括了被检测物体的元素分布信息 和密度信息.在本发明的系统中，可以采用一图像合并装置(未示出) 来实现上述的对X射线图像和中子图像的位置调整，以便将X射线图像 和中子图像合并在一副图像内.这样，搮作员只需要观察一副困像就 能够获得被检测物体的元素分布信息与密度信息，以便对被检物体中 的可疑违禁品进行相对准确的定位.虽然已经描述了本发明的典型实施例，应该明白本发明不限于这 些实施例，对本专业的技术人员来说，本发明的各种变化和改进都能 实现，但这些都在本发明权利要求的精神和范围之内.
权利要求
1.一种光中子-X射线违禁品检测方法，用于检测一被检物体，该方法包括同时产生第一X射线束和光中子；利用所述第一X射线束对被检物体进行X射线成像检测；在进行所述X射线成像检测的同时，利用所述光中子、根据光中子与被检物体发应所发出的特征性γ射线对被检物体进行的中子检测。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述光中子是由第二X射线束轰击光中子转换靶产生.
3. 根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一和第二X射线束是 从同一X射线主束中分出的.
4. 根据权利要求3所述的方法，其中，用所述光中子转换靶从所述 X射线主束中分出所述第一X射线束.
5. 根据权利要求4所述的方法，其中，所述光中子转换靶具有供所 述笫一射线束穿过的通道.
6. 根据权利要求1- 5中任意一项所述的方法，其中， 所述X射线成像检测生成被检物体的X射线图像，所述中子成像生成被检物体的中子图像；将所述X射线困像和所述中子困像合并，使得中子图像和X射线闺 像中对应于被检测物体同一位置的点完全重合。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中，所述X射线固像反映所述被 检物体的密度信息，所述中子图像反映所述被检物体的元素分布信息.
8. —种光中子-X射线违禁品检测系统，用于检测被检物体，该系x射线发生器，用于产生x射线主束，所述x射线主束包括从其分出 的笫一x射线束和第二x射线束，所述第一x射线束被引导进入该被检物体并穿过该被检物体；光中子转换靶，该光中子转换靶布置成接收所述第二X射线束，从 而产生光中子，所述光中子被引导进入该被检物体，并与所述被检物 体反应发出特征性Y射线；X射线探测装置，该x射线探测装置布置成接收穿过该被检物体后的所述笫一X射线束，以便对该被检物体进行X射线成像检测；y射线探测装置，该y射线探测装置布置成接收所述特征性y射线，以便根据所述特征性Y射线对该被检物体进行中子检測；其中，所述系统同时对所述被检物体进行所述X射线成像检测和所 述中子检测.
9. 根据权利要求8所述的系统，其中，所述X射线发生器产生的所 述X射线主束为具有特定频率的X射线脉冲.
10. 根据权利要求9所述的系统，其中，所述特定频率在50Hz至 250Hz的范围内和/或所述X射线脉冲的脉宽约为5 p s.
11. 根据权利要求8所述的系统，其中，所述X射线发生器包括 电子加速器，用于产生电子束；和电子把，所述电子束射向该电子靶，以产生所迷X射线主束.
12. 根据权利要求11所述的系统，其中，所述电子束为具有特定频 率的电子束脉冲，所述电子加速器以所述特定频率产生该电子束脉冲， 从而使得所述X射线主束为具有所述特定频率的X射线脉冲.
13. 根据权利要求11所述的系统，其中，所述电子加速器产生的所 述电子束的能量在lMeV 15MeV。
14. 根据权利要求13所述的系统，其中，所述电子加速器产生的所 述电子束的能量至少为l. 67MeV.
15. 根据权利要求8所述的系统，其中，所述光中子转换靶的材料 为铍或重水.
16. 根据权利要求8所述的系统，其中，所述光中子转换靶具有长 型本体，该本体具有第一端部和第二端部，所述第二X射线束进入所述 本体内部，并沿着从第一端部至笫二端部的方向传播.
17. 根据权利要求16所迷的系统，其中，所述光中子转换靶的本体 的形状设计成与所述X射线发生器产生的所述X射线主束的强度分布基 本上相匹配，使得强度大的X射线能在光中子转换靶的本体内传播更远 的距离.
18. 根据权利要求17所述的系统，其中，所述X射线主束的强度分 布为轴对称分布，其限定了一强度分布对称轴线；所述光中子转换靶的所述本体的形状构造成关于一靶对称轴线成 轴对称；在使用时，所述靶对称轴线与所述强度分布对称轴线重合.
19. 根据权利要求16~18中任意一项所述的系统，其中，所述本体 的至少一部分为渐缩部分，该渐缩部分朝着所述第二端部渐缩.
20. 根据权利要求19所述的系统，其中，所述渐缩部分终止于所述 第二端部.
21. 根据权利要求20所迷的系统，其中，所述渐缩部分为锥形或截 头锥形.
22. 根据权利要求19所迷的系统，其中，所述本体还包括圃柱体部 分，所述渐缩部分邻近所述第二端部，所述圆柱体部分邻近所述第一 端部.
23. 根据权利要求8所述的系统，还包括分束器，用于从所述X射线 主束中分出所述第一X射线束和所述第二X射线束.
24. 根据权利要求23所迷的系统，其中，所述分束器为双通道分流 准直器.
25. 根据权利要求16 — 18中任意一项所述的系统，还包括分束器， 用于从所述X射线主束中分出所述第一X射线束和所述笫二X射线束，其中，所述分束器由贯穿所述光中子转换靶的所迷本体的通道形 成，该通道从所述本体的第一端部延伸至第二端部，其中，所述X射线主束被引导至所述X光中子转换靶，经由所述通 道穿过该光中子转换靶的一部分X射线束被限定为所述笫一X射线束， 进入所述光中子转换靶的本体内的另一部分X射线束被限定为所述第 二X射线束.
26. 根据权利要求25所迷的系统，其中，所述通道在一平面内充分 延伸，以致于由所述通道将所述本体分成两个分离的部分.
27. 根据权利要求25所述的系统，其中，所迷通道沿着所迷本体的 对称轴线延伸.
28. 根据权利要求8所述的系统，还包括X射线准直器，所述X射线 准直器设置在所述第一X射线束到达被检物体之前的传播路径上，以便 将所迷第一X射线束准直为平面扇形束.
29. 根据权利要求25所述的系统，还包括X射线准直器，所述X射线 准直器设置成邻近所述本体的第二端部，并与所迷通道对准，以便将 经过所述通道的所述第一X射线束准直为平面扇形束.
30. 根据权利要求8所述的系统，还包括中子反射体，用于反射背离所述被检物体运动的光中子，使其朝着所述被检物体运动.
31. 根据权利要求8所述的系统，其中，所述X射线探测装置是包括 多个X射线探测器的X射线探测器阵列.
32. 根据权利要求8所述的系统，其中，所述Y射线探测装置包括一 个或多个Y射线探测器阵列，每个Y射线探测器阵列包括多个Y射线探测 器.
33. 根据权利要求32所述的系统，其中，所述Y射线探测装置包括 布置在所述被检物体相反两側的多个Y射线探测器阵列.
34. 根据权利要求8所述的系统，其中，所述Y射线探测装置布置成 偏离所述第一X射线束，以使得所述第一X射线束对所述Y射线探测装置 的影响最小化.
35. 根据权利要求32所述的系统，其中，所述Y射线探测器包括 探测器晶体，用于将入射到该探测器晶体中的Y射线转换成荧光光子，该探测器晶体具有用于接收Y射线的前端面、与该前端面相反的 后端面以及周向表面；光电倍增管，该光电倍增管设置成邻近所述探测器晶体的后端面， 用于接收来自所述光电转换材料体的荧光光子，并将其转换为光电子 并将光电子倍增；X/y射线屏蔽体，该X/y射线屏蔽体至少包闺该探测器晶体的周向 表面，并且暴露出该探测器晶体的前端面；中子屏蔽体，该中子屏蔽体位于该XAy射线屏蔽体的外側，并至少 包围该探测器晶体的周向表面，并且暴露出该探测器晶体的前端面；中子吸收体，该中子吸收体设置成邻近所述探测器晶体的前端面， 并防止中子从该前端面进入该探测器晶体并且不会产生氢的2.22SMeV的特征y射线；准直器，该准直器包括与所述探測器晶体的前端面对准的通孔， 该通孔限定了一延伸方向，用于仅允许基本上沿着该延伸方向并经由该通孔到达该前端面的X/y射线进入该探测器晶体.
36. 根据权利要求35所述的系统，其中，所述X/y射线屏蔽体还包 围了所迷探测器晶体的后端面.
37. 根据权利要求35所述的系统，其中，所述中子屏蔽体还包围了 所述探测器晶体的后端面.
38. 根据权利要求35所述的系统，其中，所述探测器晶体的材料为Nal,
39. 根据权利要求35所述的系统，其中，所述X/y射线屏蔽体的材 料为原子序数大于或等于74的重金属。
40. 根据权利要求35所述的系统，其中，所述中子屏蔽体由富含H 的材料构成.
41. 根据权利要求40所述的系统，其中，所述中子屏蔽体由石蜡、 聚乙烯或水构成.
42. 根据权利要求35所述的系统，其中，所述中子吸收体由富含H的材料与硼一起构成.
43. 根据权利要求42所述的系统，其中，所述中子吸收体由含硼聚 乙烯构成.
44. 根据权利要求35所述的系统，其中，所述准直器的材料为原子 序数大于或等于74的重金属或者为钢.
45. 根据权利要求35所述的系统，其中，所述y射线探测器还包括时间门控电路，用于控制Y射线探测器的测量时间，使得Y射线探测器 的测量时间避开所述X射线发生器所产生的X射线主束的出束时间，。
46. 根据权利要求8所述的系统，还包括信号处理装置，用于接收 并处理来自所述X射线探测装置和所述Y射线探测装置的检测信号，并 分别形成X射线图像和中子图像.
47. 根据权利要求46所述的系统，还包括图像合并装置，用于将所 述X射线图像和中子图像合并成一副图像，使得中子图像和X射线图像 中对应于被检测物体同 一位置的点完全重合.
全文摘要
本发明公开了一种光中子-X射线违禁品检测方法和系统。该系统包括X射线发生器，其产生X射线主束，X射线主束包括第一X射线束和第二X射线束，第一X射线束被引导穿过该被检物体；光中子转换靶，该光中子转换靶布置成接收所述第二X射线束，从而产生光中子，光中子被引导进入该被检物体，并与所述被检物体反应发出特征性γ射线；X射线探测装置，该X射线探测装置布置成接收穿过该被检物体后的所述第一X射线束，以便对该被检物体进行X射线成像检测；γ射线探测装置，该γ射线探测装置布置成接收所述特征性γ射线，以便根据所述特征性γ射线对该被检物体进行中子检测；其中，该系统同时对该被检物体进行X射线成像检测和中子检测。
文档编号G01N23/222GK101329283SQ200810125189
公开日2008年12月24日 申请日期2008年6月19日 优先权日2007年6月21日
发明者刘以农, 刘耀红, 吴万龙, 康克军, 华 彭, 李元景, 李铁柱, 杨袆罡, 程建平, 胡海峰, 苗齐田, 赵自然, 陈志强 申请人:清华大学;同方威视技术股份有限公司