专利名称：具有改良的辐射强度均匀性的辐射源和辐射扫描系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于检查物体的内容的辐射源和辐射扫描系统。
背景技术：
辐射通常用于诸如行李、包裹、文件夹等的物体的非侵入检测中，以在飞机场和公共建筑内识别隐藏的违禁品。所述违禁品可以包括隐藏的枪支、刀具、爆炸装置和非法药品等。随着犯罪分子和恐怖分子在他们隐藏违禁品的方式变得越来越具有创意，需要更为有效的非侵入检测技术。在所携带的包和行李中走私违禁品到飞机上广为人知，但是另外值得注意，很少公开但是也是比较严重的威胁的是在较大的货物容器中经过码头和通过船走私违禁品。通过船带入美国的1700万货物容器只有2％-10％被检测。“检查站恐怖行动”，美国新闻和世界报导，2002年2月11日，第52页。
图1是包括用辐射的垂直发散扇形射束扫描物体14的辐射源12的辐射扫描系统10的示意图。检测器18位于物体14之后，以检测通过物体传输的辐射。所述物体通过运输系统(未示出)水平地(移出纸面)移动通过垂直延伸的扇形射束16。通过所述物体14所发射的辐射通过所述物体和其容量被衰减到不同的程度。辐射的衰减是辐射通过其的材料的密度和原子成分的函数。衰减的辐射被检测并且物体14的包含内容的射线照相图像被生成用于检测。所述图像显示了所包含的内容的形状、尺寸和变化的密度。
为了检查较大的物体(大于例如大约5英尺、1.5米厚)，辐射源10可以是包括电子源20和具有更高的原子数的靶材22(诸如钨)的线性加速器。电子束24被显示沿着轴线R通过电子源20和靶(target)22发射，被称作为中心射线。电子束24冲击靶22，导致X射线辐射束的产生。线性加速器在美国专利No.6,366,021B1、美国专利No.4,400,650和美国专利No.4,382,208中进行了详细的说明，这些专利都转让给了本发明的受让人，并此处并入以供参考。
辐射束通过源12的远端上的瞄准仪(未示出)被校准为扇形射束16。扇形射束16在大约30度弧形上发射。扇形射束照射物体14的前表面14a。所述系统10可以被称为线性扫描仪。
与中心射线对齐、在所述物体14的表面上的点A上的X射线束的强度是在最大值M上。X射线束18的强度随着从中心射线R的角度的增加而减小。充其量，所述强度只在围绕中心射线的较小的角度之上是基本均匀的。例如，对于一个9MeV(峰值强度)X射线束18，在大约+/-12度的角度上的射束的强度(通过货物运输工具18的表面11a上的点B、C所指示)沿着中心射线是大约在点A的强度的50％。用于扫描物体的更好的辐射扫描系统可以补偿大约50％的强度落差。但是当从中心射线R在更高的角度上下降超过50％的强度，物体穿透和对比敏感性可能显著地减小。辐射射束的强度也随着源10和物体14之间的距离的增加而减小，作为距离的平方的函数。
标准的货物容器典型地是20-50英尺长(6.1-15.2米)、8英尺高(2.4米)以及6-9英尺宽(1.8-2.7米)。用于容纳多件行李或者其它货物以存储在飞机的机体中的航空货物容器尺寸范围是从大约35×21×21英寸(0.89×0.53×0.53米)到大约240×118×96英寸(6.1×3.0×2.4米)。海运货物容器典型地大约是40英尺长、8英尺宽以及8英尺高。诸如多件行李的较大的海运货物容器可以被支撑在平板架(pallet)上。具有支撑侧壁的平板架可以具有与货物容器可比较的尺寸。术语“货物运输工具”此处被用于包括货物容器、海运容器和平板架。
为了用更为均匀的X射线束(在最大值的大约50％之内)照射较大的货物运输工具，源必须离开货物运输工具较远。例如，为了用在大约24度(从中心射线+/-12度)的角度之上发射的垂直辐射束照射具有大约8英尺(2.4米)的货物容器，所述源需要从货物容器的表面大约19英尺(大约5.8米)。如果所述射束可以在大约120度角度之上发射(从中心射束大约+/-60度)。辐射源比在当前系统中更靠近所述物体的紧凑辐射扫描系统将是有利的。它们占据更小的空间，以及由于源和物体之间的距离而承受更小的辐射强度的下降。
发明内容
根据本发明的实施例，在检测之下的物体的表面上的辐射束的强度分布通过对诸如电子的带电粒子束沿着多个中心射线偏转而改良以导致冲击到靶材上沿着多个中心射束产生辐射束。沿着各中心射线的射束的数目越大，物体的表面上的辐射强度越均匀。实施例公开了沿着较大数目的中心射线有效偏转带电粒子束，这可以导致在物体的表面上产生更为均匀的辐射强度。
根据本发明的实施例，公开的辐射源包括壳体和壳体之内的第一加速室以加速带电粒子束，所述室的输出部(output)。壳体之内的第二室具有与第一室的输出部对齐的输入部以接收被加速的带电粒子束。靶材在第二室内被支撑。通过加速带电粒子对靶材的冲击导致辐射的产生。磁铁通过靠近第二室的壳体所支撑，以提供磁场来在冲击靶材之前偏转被加速的带电粒子束。所得到的辐射沿着被偏转的射束的中心射线具有最大的强度。通过将所述射束偏转一次或者多次和/或者不偏转所述射束，可以产生多个辐射束，每个沿着不同的中心射线具有最大的强度，改良了对角向范围的辐射强度的均匀性。
磁铁可以产生时变场，并可以是电磁铁。电磁铁可以在第一方向上产生磁场，在与第一方相对的第二方向上产生磁场以及诸如关闭之间循环。带电粒子束然后分别沿着第一轴偏转，沿着第二轴偏转以及不偏转通过以沿着第一轴、第二轴和第三非偏转轴冲击靶。沿着各轴对靶进行冲击所得到的辐射沿着各轴具有峰值强度。通过所得到的辐射所辐射的物体将由此被暴露到更为均匀的辐射强度。
可选地，磁铁可以提供恒定磁场。磁铁可以被配置以产生横过带电粒子束的宽度空间变化的磁场。所述束横过所述宽度不同地偏转。所述束可以诸如被会聚或者发散。为了将所述束暴露到空间变化的磁场，磁铁可以具有不规则形状的磁极(pole)部分。磁极部分可以是三角形和/或者可以通过诸如变化的距离分开。磁铁可以是永久磁铁或者电磁铁。从偏转射束的冲击所获得的辐射可以围绕角向范围具有基本均匀的强度。如此处所使用，术语“基本均匀的强度”意思是在包括磁铁的辐射源的公差之内所述强度是均匀的。
带电粒子束可以是诸如电子束。靶可以是难熔金属，诸如钨。通过所述射束从靶的冲击所获得的辐射可以是诸如X射线辐射。
根据本发明的另外的实施例，公开了一种线性加速器，包括壳体。具有输出部的加速室设置在所述壳体之内。所述室具有与输出部对齐的第一纵向轴。电子源通过所述壳体支撑以沿着第一纵向轴发射电子。管包括具有第二纵向轴的通道，具有与连接到所述室的输出部的输入部的第一端，这样第二纵向轴与第一纵向轴对齐。靶材被支撑在所述管之内。磁铁通过壳体所支撑。磁铁具有部分围绕所述管的相对磁极，以在冲击所述靶之前提供磁场来偏转电子束。
根据本发明的实施例，公开了一种辐射源，包括壳体和通过壳体所支撑的带电粒子源。靶材通过壳体沿着带电粒子的路径所支撑。带电粒子与所述靶的冲击导致辐射的产生。磁铁通过源和靶之间的壳体所支撑。
根据本发明的另外的实施例，用于检测物体的系统被公开，包括输送系统，以将所述物体移动通过所述系统和辐射源。辐射源包括壳体和通过所述壳体所支撑的带电粒子束源。带电粒子束源具有输出部以沿着路径提供射束。靶材通过壳体沿着所述路径所支撑。靶材在用射束冲击所述靶时产生辐射。磁铁通过壳体支撑并部分围绕纵向路径，以在冲击所述靶之前提供磁场来偏转所述射束。辐射源相对传输系统安置，这样通过所述源所发射的辐射辐射传输系统上的用于检测的物体。检测器被安置以接收与所述物体相互作用的辐射。所述物体可以用基本均匀的强度辐射。如上所述，此处所使用的术语“基本均匀的强度”意思是在包括磁铁的辐射源的公差之内强度均匀。
辐射源可以在传输系统的第一侧上，检测器可以位于传输系统的第二侧上，以检测通过所述物体传输的辐射。辐射源可以被如上所述配置。辐射源可以具有第一纵向轴，辐射束可以沿着横过第一轴的第二轴具有中心射线，以辐射没有与辐射源的纵向轴对齐的物体。
根据本发明的另外的实施例，公开了一种产生辐射的方法，包括将带电粒子束朝向靶指引，通过被偏转的射束偏转所述射束并冲击所述靶。所述靶可以通过提供磁场偏转，所述磁场可以是时变磁场或者恒定磁场。恒定磁场可以横过带电粒子束的宽度而空间地变化，以不同地偏转所述射束。
根据本发明的另外的实施例，公开了一种用辐射源检查物体的包含的内容的方法，包括将带电粒子束沿着纵向路径朝向靶指引，偏转所述射束并通过所偏转的射束冲击所述靶以产生辐射。所述方法还包括将物体用所述辐射来辐射并检测与所述物体交互作用的辐射。
图1是包括用垂直发散辐射扇形射束扫描物体的辐射源的现有技术的辐射扫描系统的示意图；图2是根据本发明的实施例的诸如线性加速器的辐射源的示例的示意轴向横截面视图；图3是可以设置在图2的线性加速器的远端部分中的电磁铁的示意表示的主视图；图4是沿着箭头4的图3的电磁铁的磁极的侧视图，显示了当电磁铁没有通过电流所驱动时的辐射束；图5是当电磁铁通过第一方向上的电路所驱动时，如图4所示的磁极的侧视图，以及所得的偏转辐射束；图6是当电磁铁通过在第二方向(与第一方向相对)上通过电流所驱动时如图4所示的磁极的侧视图以及所得的偏转辐射束；图7显示了图4-6的辐射束，所述辐射束通过根据图3的实施例的源所产生，照射了货物运输工具的表面；图8是使用在图3的实施例中的靶的主视图；图9是电流(I)对时间(T)的视图，显示了正弦变化电流的示例；
图10是使用在本发明的另外的实施例中的永久磁铁的示例的主视图；图11显示了沿着图10的实施例的永久磁铁的磁极的侧视图，显示了三角形磁极和所得的偏转电子束；图12是图11的侧视图，显示了在冲击靶之前彼此交叉的电子束的最上和最下部分；图13是使用在图10的实施例中的细长靶的主视图；图14是图11、12的侧视图，磁铁的极性反转，显示了向下偏转的电子束和发散；图15是具有相对、向内锥化磁极表面的磁极部分的永久磁铁的主视图；图16说明了用辐射束照射货物运输工具的表面的辐射源，所述源的轴没有与货物运输工具对齐；以及图17是根据本发明的实施例的X射线扫描系统的主视图。
具体实施例方式
图2是根据本发明的实施例的辐射源100的示例的示意轴向横截面图，其中带电粒子束被加速并朝向靶(target)指引以产生辐射。带电粒子可以是电子或者质子。所得的辐射可以是X射线辐射，伽马射线辐射、或者诸如中子。
在一个示例中，源100是加速器，诸如线性加速器，产生X射线辐射。线性加速器100可以是诸如带电粒子驻波加速器。线性加速器100包括具有体部分100b和远端部分100c的壳体100a。体部分100a包括电磁耦合链，具有被对齐的中心射束孔106的环形共振室102、104。在室链的一端上的电子枪108通过所述孔106发射电子束110。所述源100也可以是电子感应加速器或者回旋加速器。
在远端部分100b，漂移管114的第一端被连接到室链的第二端。诸如钨的靶112设置在漂移管(drift tube)114的第二端上。靶112可以是圆盘形的或者是椭圆形的，如下进一步讨论。靶材可以是具有较高原子数和较高熔点的其它材料，诸如难熔金属。磁铁116围绕漂移管114设置。诸如钨的屏蔽材料118围绕磁铁116和漂移管114。室102、104通过“侧”或者“耦合”室120电磁连接在一起，所述“侧”或者“耦合”室120通过可变光阑(iris)122连接到相邻的室对的每个。所述室中是真空的。微波能量沿着所述链通过可变光阑进入所述室之一以加速电子束110。线性加速器体100a通过微波能量在靠近其共振频率的频率上激发(诸如在大约1000至大约10,000MHz之间)。在被加速之后，电子束110击打靶112，导致X射线辐射的发射。
可移动活塞或者探测器126可以径向延伸到连接室128之一中以变化加速电子的能量，以在多个能量上产生辐射束。一个探测器122被显示在图2中。对应的探测器被设置在所述探测器122之后的室124并不能从此视图中观察到。探测器122在计算机程序的控制下移动以改变室之内的磁场。在电子束110冲击所述靶而通过电子产生辐射的能量由此变化。这样的线性加速器100在美国专利No.6,366,021B1中进行了更为详细的说明，这也转让给了本发明的受让人，并此此处并入以供参考。线性加速器也在美国专利No.4,400,650和美国专利No.4,382,208中进行了说明，这也转让给了本发明的受让人，并此此处并入以供参考。
根据本发明的实施例，可发射时变磁场或者恒定磁场的磁铁116可选地偏转电子束110，这样其在从初始束58的中心轴线偏移的一个或者多个位置上冲击所述靶112，改变了所得的辐射束的中心射线，这将在下面进行详细的说明。磁铁116可以是产生时变磁场或者恒定磁场的电磁铁，永久磁铁产生恒定磁场，或者这两个的组合。
图3是可以设置在线性加速器100的远端部分100b中的电磁铁150的示意表示的主视图。电磁铁可以包括铁磁或者顺磁材料的马蹄铁形芯部152。铁、镍或者铝-镍-钴合金，诸如可以使用诸如铝镍钴合金(Alnico)。芯部52限定相对的磁极表面154、156。线圈158缠绕所述芯部152，所述芯部152连接到电流源160。控制器162连接到电流源以控制电流源的操作。控制器162可以是电流源160的一部分或者从电流源160分离。为了产生时变电流，控制器162可以是处理器。如果恒定的电流被产生，控制器162可以是开合开关或者诸如具有可变的设置。流经线圈158的电流在芯部152中以及磁极表面154、156之间感应磁场。磁极表面154、156之间的磁场的方向和大小随着线圈中的电流的方向的改变而变化。电子束110被限制在磁极表面152、154之间。
图4是沿着图3中的箭头4的磁极154的侧视图。磁极156直接位于磁极154之后并没有在磁视图中指示。靶112也被显示。没有电流流经线圈158并且在磁极表面之间没有产生磁场。在加速体110a加速之后(未在此视图中显示)，电子束110沿着中间射束R0传输并冲击靶112。辐射束170被产生，并围绕中心射线R0位于中心。辐射束170可以校准为所需角度(诸如大约20度角度)的扇形射束。辐射束170沿着中心射束R0具有峰值强度M，如图7所示。
当交流电在第一方向上流经线圈158时，图5是沿着图3的箭头4的磁极154的侧视图。磁场从磁极156流动到图3中的磁极154。电子束110通过磁场在相对中心射线R0的+α的角度上沿着第一偏转中心射线R1被偏转。电子束110沿着第一偏转中心射线R1冲击靶112，导致围绕第一偏转中心射线R1定中心的辐射束172的产生。辐射束172可以被校准到诸如大约20度的所述角度的扇形射束。辐射束172具有沿着第一偏转中心射线R1的峰值强度M，如图7所示。
当交流电在第二方向(与第一方向相对)上流动时，图6是沿着图3中的箭头4的侧视图。磁场在图3中从磁极154流动到磁极156。电子束沿着第二偏转中心射线R2在相对中心射线R0的角度-α上通过所述射束偏转。电子束110沿着第二偏转射线R2冲击靶112并产生辐射束174，其围绕第二偏转射线R2定中心(centered)。辐射束174可以被校准到诸如大约20度的所述角度的扇形射束。辐射束174的峰值强度M是沿着第二偏转射线R2，如图7中所示。
图7显示根据本发明的此实施例通过源100所产生的分别围绕三个中心射线R0、R1、R2为中心的辐射束170、172、174，照射货物传输工具176。各射束延伸超过大约20度的角度。优选地，射束重叠它们的表面176a的覆盖，以保证表面被完全照射。由于各射束170、172、174只需要照明货物运输工具176的表面176a的一部分，其可以在比诸如在图1的现有技术中的单个射束更小的角度之上发射。当从各中心射线的角度增加时横过各射束的强度下降将比在使用单个射束时要小。表面176a上的三个点D、E、F每个接收辐射的峰值强度M，比现有技术更靠近峰值强度点的表面的剩余部分也将接收具有更高强度的辐射。此外，多个射束被用于照射物体的表面，所述源可以比当单个源必须照射整个物体表面时更靠近所述物体。由于距离所导致的强度的下降由此也更小。
在图4-6中，电子束110的直径D1和靶112的宽度W2为了说明的方便被夸大。用于电子束110的典型的直径D1是从大约1至大约3mm。用于盘形靶的典型的宽度W2是从大约2-大约5mm。为了容纳电子束110的偏转，靶112可以形状如椭圆，如图8所示。如果电子束110具有大约1mm的直径D1，椭圆可以具有从大约5-大约6mm的纵向轴E1，以及诸如大约2mm的短轴E2。电子束110沿着中心射线R0、R1、R2的冲击位置的示例被显示。冲击位置可以或者没有重叠。
磁场可以是迅速循环防止关闭，如图4所示，以产生从磁极156到磁极154的磁场以导致正偏转，如图5所示，以产生从磁极154到磁极156的磁场以导致负偏转，如图6所示，并在处理器162的控制之下回到关闭状态。例如，一周(关闭——正偏转——负偏转——关闭)可以具有大约20微秒。周期的频率可以大约是50Hz。
图9是电流(I)对时间(T)的视图，显示了在图3的控制器162的控制之下通过电流源160所产生的正弦时变电流180的示例。电流180的最大值182、最小值184和零点186可以与线性加速器(诸如LINAC)的各脉冲相协调，以在这些各点上产生电子束。例如，这样的电子束分别将在点186(如图4所示)上未偏转，在点182(图5所示)上正偏转以及在点(图6所示)上负偏转。LINAC可以在诸如每20微秒，50Hz频率上发射脉冲。脉冲不需要在电流曲线的最大值、最小值和零点上发射。脉冲可以沿着所述曲线在任何所需的点上被发射。
通过迅速地偏转电子束110，并且由此所得的辐射束的中心射线R0、R1、R2，货物运输工具176的大部分表面176a，或者其它这样的物体可以被暴露给最高强度的辐射并且整体上，所述表面可以比如果单个辐射束被用于照明整个表面时(如图1的现有技术中所示)被暴露给更高的辐射强度。
尽管三个射束通常是足够的，更多的射束可以被使用，特别是对更大的物体。例如5射束可以用垂直扇形射束辐射具有大约8英尺(2.4米)高度的货物运输工具。例如，两个额外的辐射束(一个在中心射线R0和R1之间，另外一个在中心射束R0和R2之间)可以分别在图9的曲线上的点192、194上产生。两个射束也可以提供一些改良，特别是对更小的物体。辐射强度将在货物运输工具176的表面上的最大辐射强度的50％之内的角向范围根据此实施例可以增加两倍或者更多倍，这依赖于被偏转的射束的次数。货物运输工具176的整个表面可以由此用在最大辐射的50％之内的辐射来进行辐射，而不需要将辐射源100如同现有技术中那样从货物运输工具远离。
电子束的角度可以在处理器162的控制下在最大正偏转+α和最大负偏转-α之间通过对线圈158施加时变电流来产生时变磁场来连续地转移。时变电流和所得的时变磁场可以是诸如正弦的。货物运输工具176的表面176a上的各点然后可以暴露给最大强度M。
磁铁116也可以是永久磁铁，产生时间不变(恒定)磁场。在此情况下，所产生的磁场横过电子束110空间变化以导致电子束的偏转中的不同的变化。永久磁铁可以是具有与图3中的芯部152相同或者相似形状的马蹄铁磁铁。磁铁也可以具有其它的形状。图10是这样的永久磁铁200的示例的主视图，具有相对磁极表面202a、204a的磁极部分202、204。永久磁铁116也可以包括一对或者多对永久磁铁，具有相对的磁极部分。永久磁铁可以是铁磁材料，诸如铁、钴和镍。
横过所述射束110空间变化的磁场可以用不同的方式来产生。例如，空间不均匀的磁场可以通过永久磁铁用不规则的形状的磁极所产生。图11是沿着马蹄铁形的永久磁铁的磁极的侧视图，这与图4-6的侧视图相似，显示了三角形的磁极202。磁极204之后的相对磁极不能在此视图中观察。电子束110、靶112和货物运输工具206也显示在图11中。
在磁极表面202a、202b之间所产生的磁场是均匀的。但是，通过所述空间的电子束110的不同部分将具有通过磁场的不同的路径长度。例如，在图11中，电子束110的最上部分110a将具有比最下部分110b通过磁场的更短的路径长度。最上部分110a的中心射线R3和最下部分R4的中心射线R4也被显示。由于通过磁场的电子束110的偏转度数部分依赖于通过所述场的路径长度，电子束110的最上部分110a的偏转(沿着被偏转的中心射线R5)将比最下部分110b被偏转(沿着中心射线R6)的更少。由于通过磁场的路径长度沿着箭头A在从磁极表面202a、204a到磁极表面的下表面206、207的磁极表面202a、204a(参看图10)之间的空间中增加，电子束110的偏转角度也沿着箭头A在横过电子束110的直径“D”(从电子束的上点110a到射束的下点110b)增加。例如最上部分110a可以偏转大约5度同时最小部分110b偏转大约20度。偏转在此结构中是向上的。由此，部分110a、110b会聚。最上部分和最下部分之间的电子束部分被偏转到中间度数，这依赖于各路径长度。
靶112上的电子束的最上部分110a和最下部分110b的冲击产生辐射束，分别具有偏转中心射线R7、R8，与被偏转的中心射线R5、R6对齐。围绕中心射线R7、R8为中心的辐射束具有峰值强度M。沿着中心射线R7、R8的辐射将优先地在运输工具的侧面210、212上或者靠近侧面210、212上冲击货物运输工具206的表面208。电子束110的中间部分也将导致辐射(未示出)的中心射线的产生，其将在中心射线R7、R8之间的位置上冲击货物运输工具206的表面208。整个表面208由此可以通过基本均匀强度M来照射。此处，“基本均匀强度”意味着在包括磁铁的辐射源的公差之内货物运输工具206的表面208上所述强度是均匀的。
在图11的结构中，中心射线R7、R8在照射货物运输工具203之前彼此交叉。偏转可能交替地导致电子束110的最上和最下部分110a、110b在冲击靶112之前彼此交叉，如图12所示，这依赖于磁场的相对强度、路径长度和磁极表面202，靶112和货物运输工具203的相对位置。在其它的布置中，电子束110的部分110a、110b或者辐射R7、R8的中心射线都不交叉。
优选地，会聚电子束没有聚焦到靶112上的单个点上，以避免靶被烧毁。会聚射束可能在从例如大约1mm到大约2mm的靶112上的焦点上会聚，以避免烧毁所述靶112。靶112可以延伸以容纳更宽的焦点，如图13所示。在图13中，靶112是椭圆形的，焦点P也是。但是其可以具有其它形状诸如矩形。焦点P也被显示。焦点P可以是诸如椭圆形的。
尽管焦点P可以变长，通过表面208所接收的X射线辐射只通过焦点P的一部分来发射。例如，沿着射线R8所发射的辐射以及冲击表面208的上部部分主要从沿着射线R6通过电子束110b的一部分所冲击的焦点P的上部部分P1发射。相似地，沿着射线R7发射的辐射通常沿着焦点P的下部部分P2上的射线R5主要通过电子束110的一部分110a的冲击所产生。因此，即使焦点通过磁场对电子束的发散而展开，表面208的各部分将只通过从焦点的更小部分发射的辐射所照射。用于辐射束的部分的有效焦点因此比实际的焦点P更小，通过所述射束所辐射的货物运输工具206的图像的空间分辨率不会降低。
如果磁铁200的极性被反转，电子束110将向下偏转并如图14所示发散。横过中心射线R9的电子束110的最上部分110a将比横过中心射线R10的最下部分110b向下偏转的更小。最上部分110a可以沿着诸如被偏转的中心射线R11偏转-α1角度同时最下部分110b可以沿着诸如偏转中心射线R12偏转-α角度。沿着中心射线R11的电子束的冲击到靶112上将产生具有中心射线R13的辐射束。沿着中心射线R12的电子束的冲击将产生具有中心射线R14的辐射束。源100和货物运输工具206在此视图中未示出，但是很明显所述源可以相对运输工具安置，这样围绕中心射线R13、R14的射线束将照射运输工具的侧壁上或者附近的运输工具的前表面，如图10所示。最上和最下部分110a、110b之间的电子束110部分将横过用于最上至最下部分的射束被偏转到逐渐增加的度数，照射货物运输工具206的表面208的剩余部分。优选地，靶112是细长的，如图11所示，以容纳拉伸的焦点。如上所述，产生辐射束的电子束110的部分的冲击的有效焦点将比靶112上的实际焦点更小，使得通过所述射束所照射的货物运输工具206的图像的空间分辨率上的任何负冲击最小化。
非均匀磁场也可以通过变化磁极表面之间的距离而产生。图15是分别具有磁极302、304的永久磁铁300的主视图，所述磁极302、304具有相对的磁极表面302a、304a。磁极表面朝向彼此锥化。锥形是从各表面302、304的上部分到下部分沿着图15的箭头的向内的锥形。所述锥形也可以反过来。
磁极表面302a、304a越靠近，磁场强度越强。在图13中，电子束110a的上部部分被暴露到更弱的磁场，并比所述射束的下部部分110b偏转的更小。根据磁场的方向，电子束110将向上偏转并会聚，或者向下偏转并发散。如上所述，电子束110通过所述射束的非均匀弯曲而发散，使得焦点变宽。X射线辐射由此只通过焦点的一部分所发射。有效焦点由此比实际的焦点更小。
不规则形状的磁极和磁极之间变化的距离也可以被用于控制电子束的偏转。
图10和15的磁场200、300也可以是电磁铁，诸如图3中的电磁铁150。在这种情况下，电流源160可以在控制器162的控制下产生恒定的电流。磁极表面202a、204a和302a、304a之间的空间中的磁场的空间变化可以被产生如上所述相对图10-15。
此外，图3中的磁铁可以是永久磁铁。通过永久磁铁150所建立的恒定磁场可以通过在恒定磁场之上施加时变磁场所变化。例如，电流源160可以在线圈158中提供时变电流(参考图9)，其将感应恒定磁场的大小变化的磁场。
辐射束的平均方向也将被转移。图16是用辐射束352照射货物运输工具350的表面350a的俯视图，源的纵向轴R没有与货物运输工具对齐，并可能甚至没有相交。辐射束352的中心射线R15可以沿着横过纵向轴R的轴线所指引，朝向货物运输工具350。此将对防止这样的对齐的空间限制是有利的。例如，大约30度的中心射线R15的偏转在特定的结构中将是有用的。
具有永久磁铁芯部的电磁铁可以用于转移平均射束方向并横过物体的表面提供改良均匀的辐射束强度。通过永久磁铁所产生的磁场可能导致磁场的平均方向的转移同时所感应的时变磁场可能对辐射束的中心射线转移辐射束的平均方向。
在如上所述的实施例中，为了通过磁场用大约1cm的路径长度在电子束(或者其一部分)中导致20度偏转，将需要大约1800高斯的磁场强度。如果路径长度大约是2cm，磁场强度将大约是900高斯。可以使用标准的永久磁铁。
图17是根据本发明的实施例的X射线扫描系统400的示例。货物运输工具402或者其它将被检测的这样的物体通过根据本发明的实施例的辐射源406和通过传输系统410的静止检测器阵列408之间的屏蔽通道404所传输。辐射源406可以是如上所述的任何的辐射源。辐射束被校准为垂直扇形射束412。窗414、416被设置在通道404的壁中以允许辐射从源406通过至货物传输供给402并从货物运输工具402到检测器阵列408。检测器阵列408也可以设置在屏蔽通道404之内，在这种情况下，将只需要一个窗口414a。传输系统410可以包括导致辐射较低减弱的材料的机械驱动带。传输系统410也包括机械驱动辊，辊之间的间隙用于允许辐射通过。屏蔽壁418围绕源406、检测器408和传输系统410的一部分。开口(未示出)被设置在用于货物运输工具406的屏蔽壁418中以通过传输系统410被传输到扫描系统中和从扫描系统中传输出。根据本发明的第二静止源(未示出)可以设置在传输系统410之上，以及第二静止检测器(未示出)可以设置在传输系统之下(或者反过来)，以从另外的角度检查所述物体10。如果需要，辐射源406可以在多个能量上发射辐射。替代或者除了检测器阵列408之外，检测器可以相对货物运输工具402安置在其它位置中以检测发散的辐射。
检测器408通过模数转换器422电学连接到处理器420，诸如计算机。处理器420重构通过检测器阵列408输出的数据为可以显示在现场或者另外的位置的监视器424上的图像。图像可以被分析以检测违禁品、诸如枪、刀具、爆炸材料、核材料和毒品。图像也可以也可以用于诸如载货清单证明。尽管一个处理器420和A/D转换器422被显示，额外的处理器、A/D转换器和其它信号处理电路可以被设置，这在本领域中是公知的。
为了检测扇形射束，检测器408可以是包括检测器元件的一维检测器阵列，这在本领域中是公知的。各一维检测器模块可以包括单行的多个检测器元件。检测器元件可以包括辐射敏感检测器，诸如闪烁体，以及光敏检测器，诸如光电管或者光电二极管，这在本领域中是公知的。较高密度的闪烁体诸如镉钨酸盐闪烁体，可以被使用。镉钨酸盐闪烁体可以从SaintGobain Crystals，Solon，Ohio，U.S.A或者Spectra-physics，HilgerCrystals，Kent，U.K.获得，密度是每立方厘米8克。具有从大约10％到大约80％或者更大的检测效率的检测器模块被优选地使用，这依赖于辐射束412的辐射光谱。多个彼此靠近分开的平行扇形射束可以通过一个或者多个瞄准仪所限定。在其它的情况下，一行一维检测器可以对各扇形射束所提供。
除了扇形射束外，辐射束可以被校准为锥形射束，在这种情况下检测器408可以是包括二维检测器模块的检测器阵列。
在一个示例中，源406从货物运输工具402的表面402a以大约2.5英尺(0.8米)的距离W1所分开。货物运输工具402具有大约8英尺(2.4米)的高度。辐射的垂直扇形射束412可以在大约120度的角度之上通过源406发射以在运输工具通过垂直扇形射束时辐射货物运输工具402的表面402a。横过货物运输工具的高度的密度变化可以小于50％和/或者强度可以基本均匀，这依赖于如上所述的辐射源406的结构。所述系统400的宽度W2可以诸如大约是16.5英寸(大约5.03米)。辐射源的峰值能量可以依赖于货物运输工具的尺寸。例如，如果货物容器具有大约8英尺(2.4米)的厚度，峰值能量可以是6MeV或者更大。可比现有技术系统可能具有大约34英尺(10.4米)或者更大的可比宽度。
任一普通技术人员可以知道在不背离本发明的范围的情况下对本发明进行修改，其范围落入权利要求书的范围之内。
权利要求
1.一种辐射源，包括壳体；壳体之内的第一加速室以加速带电粒子束，所述第一室具有输出部；壳体之内的第二室，第二室具有与第一室的输出部对齐的输入部以接收被加速的带电粒子束；在第二室内被支撑的靶材，其中通过加速带电粒子对靶材的冲击导致辐射的产生；以及通过靠近第二室的壳体所支撑的磁铁，以提供磁场来在冲击靶材之前偏转被加速的带电粒子束。
2.根据权利要求1所述的辐射源，其特征在于，磁铁在操作的过程中提供时变磁场。
3.根据权利要求2所述的辐射源，其特征在于，磁铁是电磁铁。
4.根据权利要求3所述的辐射源，其特征在于，电磁铁包括限定第一和第二相对磁极表面的芯部，其中所述芯部包括其中可以感应磁场的材料；围绕至少所述芯部的一部分的线圈；连接到所述线圈的电流源；以及连接到所述电流源的控制器。
5.根据权利要求4所述的辐射源，其特征在于，所述芯部包括磁性材料。
6.根据权利要求4所述的辐射源，其特征在于，控制器可选地导致所述电流在至少第一方向上流动以提供磁场来沿着第一轴偏转所述射束。
7.根据权利要求6所述的辐射源，其特征在于，控制器可选地导致所述电流在与第一方向相对的第二方向上流动以产生第二磁场来沿着第二轴偏转所述射束。
8.根据权利要求7所述的辐射源，其特征在于，控制器可选地没有导致电流流动，以允许所述射束沿着第三轴未偏转传输。
9.根据权利要求8所述的辐射源，其特征在于，控制器被编程以在第一方向上导致电流流动、导致电流在第二方向上流动和没有导致电流流动之中重复循环。
10.根据权利要求6所述的辐射源，其特征在于，控制器可选地没有导致电流流动，以允许所述射束沿着第二轴未偏转传输。
11.根据权利要求1所述的辐射源，其特征在于，磁铁提供恒定磁场。
12.根据权利要求11所述的辐射源，其特征在于磁铁具有相对磁极部分；带电粒子束沿着相对磁极部分之间的路径传输；带电粒子束具有宽度；以及磁极部分被构造，这样射束的一部分具有通过横过所述射束的宽度、在磁极部分之间设置的磁场的不同路径长度。
13.根据权利要求12所述的辐射源，其特征在于，磁极部分是不规则形状的。
14.根据权利要求13所述的辐射源，其特征在于，磁极部分是三角形的。
15.根据权利要求14所述的辐射源，其特征在于，磁极部分通过变化的距离所分开。
16.根据权利要求11所述的辐射源，其特征在于，磁铁是永久磁铁。
17.根据权利要求11所述的辐射源，其特征在于，磁铁是电磁铁。
18.根据权利要求1所述的辐射源，其特征在于第一室和第二室具有对齐的纵向轴，沿着所述纵向轴传输所述射束；以及靶与纵向轴对齐。
19.根据权利要求1所述的辐射源，其特征在于，还包括通过壳体所支撑的带电粒子束源以将所述射束发射到第一室中。
20.根据权利要求19所述的辐射源，其特征在于带电粒子源是电子束源；以及通过所述射束对靶的冲击导致X射线辐射的产生。
21.根据权利要求1所述的辐射源，其特征在于，靶是钨。
22.根据权利要求1所述的辐射源，其特征在于，靶沿着射束的偏转方向是细长的。
23.根据权利要求1所述的辐射源，其特征在于壳体具有纵向轴；以及所述辐射沿着横过纵向轴的中心射线所发射。
24.一种线性加速器，包括壳体；壳体之内的加速室，所示室具有输出部和与输出部对齐的第一纵向轴；通过壳体所支撑的电子源，以沿着第一纵向轴发射电子；管，所述管包括具有第二纵向轴的通道，所述管具有第一端，所述第一端具有连接到所述室的输出部的输入部，这样第二纵向轴与第一纵向轴对齐；在所述管之内沿着电子的路径所支撑的靶材，其中通过电子对靶的冲击产生X射线辐射；以及通过壳体所支撑的磁铁，所述磁铁具有朝向所述管的相对磁极部分，以提供通过所述管的磁场，以在冲击所述靶之前偏转电子。
25.根据权利要求24所述的线性加速器，其特征在于，磁铁在操作的过程中提供时变磁场。
26.根据权利要求24所述的线性加速器，其特征在于，磁铁在操作的过程中提供恒定磁场。
27.根据权利要求25所述的线性加速器，其特征在于，靶材包括难熔金属。
28.一种辐射源，包括壳体；通过壳体所支撑的带电粒子束源，以沿着路径发射所述射束；通过所述壳体沿着所述射束的路径所支撑的靶材，其中射束与靶的冲击导致辐射的产生；以及通过源和靶之间的壳体所支撑的磁铁。
29.根据权利要求28所述的辐射源，其特征在于，磁铁提供恒定磁场。
30.根据权利要求29所述的辐射源，其特征在于，磁场横过射束的宽度空间地变化。
31.根据权利要求28所述的辐射源，其特征在于，磁铁提供时变磁场。
32.一种用于检测物体的系统，包括用于将物体移动通过所述系统的传输系统；辐射源，包括壳体；通过壳体所支撑的带电粒子束源，以沿着所述路径发射射束；通过壳体沿着所述路径支撑的靶材，其中射束与靶材的冲击导致辐射的产生；以及通过源和靶之间的壳体所支撑的磁铁，以提供磁场来在射束撞击所述靶之前偏转所述射束；以及被安置以在与物体交互作用之后接收辐射的检测器；其中辐射源相对传输系统设置，这样通过所述源所发射的辐射对传输系统上的用于检测的物体进行辐射。
33.根据权利要求32所述的系统，其特征在于，辐射源位于传输系统的第一侧上，所述系统还包括传输系统的第二侧上的检测器，以检测通过所述物体传输的辐射。
34.根据权利要求32所述的系统，其特征在于，磁铁在操作的过程中提供时变磁场。
35.根据权利要求32所述的系统，其特征在于，磁铁提供恒定磁场。
36.根据权利要求32所述的系统，其特征在于，磁场提供横过所述射束的宽度空间变化的磁场。
37.根据权利要求36所述的系统，其特征在于，辐射用基本均匀的强度辐射所述物体。
38.根据权利要求32所述的系统，其特征在于所述带电粒子源是电子源；以及靶材在通过电子冲击时产生X射线辐射。
39.根据权利要求32所述的系统，其特征在于辐射源具有第一纵向轴；以及辐射沿着横过纵向轴的中心射线所发射，以沿着中心射线辐射物体。
40.一种产生辐射的方法，包括将带电粒子束朝向所述靶指引；偏转所述束；以及通过被偏转的射束冲击靶。
41.根据权利要求40所述的方法，包括通过提供磁场来偏转所述射束。
42.根据权利要求40所述的方法，包括通过提供时变磁场来偏转所述射束。
43.根据权利要求40所述的方法，包括通过提供恒定磁场来偏转所述射束。
44.根据权利要求43所述的方法，包括通过让所述射束沿着射束的宽度通过空间变化的磁场来偏转所述射束。
45.根据权利要求40所述的方法，包括沿着轴线偏转电子束；沿着轴线冲击靶；以及沿着轴线产生具有中心射线的辐射。
46.根据权利要求40所述的方法，包括在通过所述射束冲击靶时产生X射线辐射。
47.一种用辐射源检查物体所包含的内容的方法，所述方法包括将带电粒子束沿着路径朝向靶指引；偏转所述射束；通过偏转的射束冲击所述靶以提供辐射；将所述物体用辐射来进行辐射；以及检测与物体的交互的辐射。
48.根据权利要求47所述的方法，包括通过时变磁场来偏转所述射束。
49.根据权利要求47所述的方法，包括通过恒定磁场来偏转所述射束。
50.根据权利要求49所述的方法，包括通过横过所述射束的宽度的空间变化磁场来偏转所述射束。
51.根据权利要求47所述的方法，其中所述射束是电子束，所述方法包括提供磁场用电子束冲击靶来产生X射线辐射。
52.根据权利要求47所述的方法，包括从具有第一纵向轴的源发射辐射；以及用沿着横过第一轴的第二轴的辐射对所述物体进行辐射。
全文摘要
公开了一种辐射源，包括带电粒子源，所述带电粒子沿着路径传输。制靶材料沿着所述路径放置以在通过所述束冲击时产生辐射。磁铁被提供用于在冲击所述靶之前偏转所述束。磁铁可以产生时变磁场或者恒定磁场。恒定磁场可以横过所述束而空间变化。磁铁可以是电磁铁或者永久磁铁。在一个示例中，所述束的偏转导致靶上的束沿着多个轴冲击。在另外的示例中，所述束部分被不同地偏转。所述源由此用更为均匀的辐射来辐射将被扫描的物体。带电离子可以是电子或者质子，所述辐射可以是X射线或者伽马射线辐射，或者中子。并入这样的源的扫描系统、产生辐射的方法和检查物体的方法也被公开。
文档编号G01B15/06GK1777788SQ200480010913
公开日2006年5月24日 申请日期2004年4月23日 优先权日2003年4月25日
发明者鲍尔·比约克霍尔姆, 詹姆斯·E·克莱顿 申请人:创新医疗系统技术公司