专利名称：使用材料的透射函数而辨识材料的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及材料分析技术的领域，例如用于鉴定如行李中的炸药的产品，自此行李的X射线透射函数的分析开始。
背景技术：
因此，它具有使用于飞机场中的系统的应用，以鉴定行李中易爆炸的材料。但是其它应用可能涉及需要使用放射线而快速地测定材料的性质的领域。根据已知的行李检查技术，X射线光源，普遍地为X射线管，产生穿过行李的放射线。根据第一技术，为了计算通过不同路径而穿过物体的光子的数量，使用扫瞄器或其它装置制造行李的许多视图。使用此方法，测量透射的变化以作为X射线穿过的厚度的函数，且使用复杂的算法以测定待观察的物件的性质。由使用两个单色X射线的光源或两个X射线管组成的第二技术经校正为两个相异的加速电压。关闭这两个光源中的任一个。这两个光束可用来取得低能量通道及高能量通道上的相似数据，其使用鉴别及计数系统。根据第三技术，X射线是通过侦测器以侦测器的片体(线性组合)的形式而侦测。侦测器通常为闪烁侦测器，例如耦接于光电放大器的碘化铯(铊)晶体。称为三明治系统的现存系统是由重迭一个于另一个上(双层)的侦测器的二层而组成，且通过形成使低能量光子变小的具有第一侦测器的滤波器的中间材料的厚度而分离。因此，第一层通常非常薄，当较厚的第二层侦测硬度光谱时，第一层更敏感于低能量光子，低能量光子通过中间材料而经细化。当第一侦测器输出表示低能量(L.E.)的信号时，虽然第二侦测器输出表示高能量(H.E.)的数据，由于高能量及低能量的重迭，其具有非常低的能量分离性的结果。此外，此系统不能推广于高于二个能量0E，LE)。根据先前技术，仅测量二个规模，一个对应于低能量计数及另一个对应于高能量计数。此结果缺乏经确度。此外，对于给定的系统，不能构形对应于此二个规模的能量范围。此技术的另一个缺点是使用二个侦测器以进行测量。因此，若N个测量值经制造，例如沿着线段，于是需使用2N个侦测器。
发明内容
因此，本发明人选择使用基于可能使用单独侦测器及光谱仪技术的不同测量方法，换句话说，脉冲的振幅分布的使用通过侦测器而测量而不是计数技术。但是，使用这样的办法有许多技术上的困难。已知的光谱仪技术困难在兼容现存的行李检查要求，一个快速且精确的且相同而安全的方法是必须的。特别地，行李的前进速率迫使经透射的光子的能量的测量值短期间内有高入射光子的强流量(介于数百万光子/平方毫米/秒(Mphotons/mmVs)及数十倍的百万光子/平方毫米/秒之间的流量)以保留具有统计意义的结果。根据先前技术的光谱仪装置，通过应用这样强烈的光子射线至侦测器在不超过这样的短时间是不可能制造合理的结果，特别是光子堆栈问题的结果。
第9图是具有两个不同流量的光谱测量值，其显示堆栈现象的结果所产生的问题。当曲线图II对应于4. 752xl04光子/秒/像素(photons/s/pixel)的流量时，曲线图I对应于6. 082xl06光子/秒/像素的流量，区域通过每一个800微米(y m) x800微米及具有3毫米(mm)深度的像素而覆盖。当流量增加时(单位时间及单位像素的入射X光子的数量)，由于堆栈现象使经提供的信号衰退若介于二个经侦测的事件之间的时间推移太短，此系统不能区分它们且输出错误的信号，此错误的信号随二个光子的能量及分离它们的时间间隔而定。因此，来自堆栈现象的二个影响可看见于第9图中的曲线I及II :-当流量增加时，计数的减少可见于低能量(图9中的A区)，-由于经堆栈的光谱(图9中的B区)，以具有流量的高能量计数的事件的数量增加。存在可用于处理堆栈现象的方法的许多类别。经验的方法已知；一个方法是使用具有已知活性的放射光源的基于堆栈现象的校正。衍生自校正的信息接着使用在未知的信号上，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。此方法的主要缺点是需要具有高放射活性的Y光源，其使校正方法复杂且特别是产生放射屏蔽问题。最佳化电子设备以最小化堆栈的模拟方法也已知。特别地，抑制电路的使用意旨不需考虑现在的粒子的处理的终端前经吸收的新粒子。此方法的形式可给定不会瘫痪的系统，缺点是产生自处理减少根据计数速率的系统的性能的无效时间。也存在称为有效时间校正方法的数字方法，其可能拒绝部分的堆栈，且接着分析信号的形状。最后，存在后校正方法，特别像是描述于文件FR 2 870 603中或通过Trigano, T. , Traitement du signal spectrometrique:Etude du desempilement despectre en energie pour la spectrometrie gamma (光谱信号的处理用于伽玛光谱仪的能量光谱的拆解的研究)(Processing of the spectrometric signal: Study of energyspectrum destacking for gamma spectrometry). 2006.所描述。此方法是基于每一个脉冲的持续时间及能量的知识。本发明的主要目的是解决这些问题。本发明首先涉及用于特征化材料的性质的方法，其包含下列步骤
-提供介于X射线光源及侦测器之间的至少一个此材料的样本，-使用X射线光源以使至少一个X射线放射光谱透射穿过所述材料，每一个达持续时间At，例如介于I毫秒(ms)及10毫秒之间或介于100微秒及数秒之间，例如I秒或5秒或10秒；每一个光谱表示强度以作为能量或侦测通道的函数，-计算此材料的透射函数以作为能量或侦测通道的函数，
-在N(N彡2)个能量带(或区)的每一个中包含如称为低能量区的第一能量带，以及如称为高能量区的第二能量带，测定对应于统计规模的透射的系数，例如关于能量的透射函数的积分或平均值，因此形成至少一个第一透射系数(a I)及第二透射系数(a 2)。材料的性质可接着通过比较透射系数与标准透射系数取得。当N等于2时，方法可包含-称为低能量区的第一能量区及称为高能量区的第二能量区的选择，-关于能量的透射函数的积分的计算，因此形成至少一个第一透射系数(aI)及第二透射系数(a 2)。第一能量区较佳地介于15及50千电子伏特(keV)之间且第二能量区可介于50及120千电子伏特之间。所述材料的性质可因此使用所述统计规模或系数测定，例如通过在包含作为它们的厚度的已知材料系数的平面中定位经计算的系数而测定。较佳地，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/秒之间。根据本发明之方法可包含当没有材料嵌入于此光源及所述侦测器之间时，测量来自所述X射线光源的射线的能量光谱的先前步骤。根据本发明的方法也可包含用于产生自堆栈现象的干扰的光谱校正步骤。本发明也涉及特征化材料样本性质的装置，其包含-X射线光源，较佳地发射入射光子射线，其中流量速率介于IO6HimU及107mm 2S 1 之间，-侦测器，例如半导体装置或闪烁型式侦测器或电离腔室，-使用X射线光源使X射线放射光谱透射穿过此材料的组件，每一个达时间At,-计算此材料的透射函数以作为能量或侦测通道的函数的组件，-分别计算称为低能量带的第一能量带及称为高能量带的第二能量带中的至少一个第一透射系数(a )及第二透射系数(a 2)的组件，每一个系数是诸如在每一个能量带中的透射函数的积分或平均值的统计规模，可提供组件以使用这两个系数测定所述材料的性质。此装置，当N是等于2时，可包含组件，其用于-选择称为低能量区的第一能量区，以及称为高能量区的第二能量区，-计算关于能量的透射函数的积分，以形成至少一个第一透射系数(aD及第二透射系数U2)。此装置较佳地也包含用于堆栈现象的校正光谱的组件，例如-测定经堆栈的光谱(Emp)的组件，亦即经测量的光谱(SpmJ的部分，其单独地对应于堆栈，
-通过采用经测量的光谱(Spmes)及经堆栈的光谱(Emp)之间的差异，计算至少一个第一经校正的光谱(Spcot)的组件。经堆栈的光谱可使用经测量的光谱(Spni6s)及暴露时间(Texp。)及系统的无效时间(Tdead)的资料而计算，所述无效时间是小于侦测出二光子中仅其一的最短分辨所述二光子的时间。可提供组件以通过模拟来测定 无效时间。此装置可包含产生Nit(Nit>l)个经校正的光谱SPc;OT(n)的计算的组件，其开始自次序为Sp-fo-D的经校正的光谱，若没有事先经校正的光谱，则自经测量的光谱，通过采用经校正的光谱及经堆栈的的光谱(Emp)之间的差异。根据此发明的方法可使用此步骤。此装置可包含执行下列经迭代Nit次数的步骤的组件，其中Nit彡I :-计算堆栈机率以作为事先经校正的光谱Spc^lri)的函数，换句话说即产生在先前的迭代中，若没有事先经校正的光谱，及暴露时间(T6XP。)及无效时间(Td6ad),则为经测量的光谱，-估计经堆栈的光谱(Emp)以作为事先经校正的光谱的函数，若没有事先经校正的光谱，及无效时间(Tdead)，则为经测量的光谱，-计算经校正的光谱，例如通过采用介于经测量的光谱(SpmJ及经估计经堆栈的光谱(Emp)之间的差异。根据本发明的方法可使用这些迭代步骤，此装置可包含使用下列方程式计算平均堆栈机率的组件
.Y 1H；1X‘
\In
I —.'
expo y或此方程式
A' UKlX
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l — . *
T
I expo J其中SPcot^) (j)是用于通到i的事先经校正的光谱SPcot^)的数值，若没有事先经校正的光谱则为经测量的光谱。根据本发明的方法可使用这个步骤以计算平均堆栈机率。经堆栈的光谱可使用下列方程式而计算
1-Vr Ac-Emp{k) =Ak)
21=\ j=i其中Pj j(k) = l ^-2%au(k)lTexpo '“仲响11 (Ei)当SmQO测定分离二个能量交互作用Ei及Ej的时间差异At的间隔的大小时，堆栈给定经侦测的能量数值Ek。根据本发明的方法可使用这个步骤以计算经堆栈的光谱。可包含组件以使用堆栈函数的反函数估计函数S "(k)，这个关于能量的后来的函数经测量以作为介于具有一对能量交互作用(Ei，Ej)的二个交互作用之间的时间差异At的函数。这个堆栈函数可通过实验的仿真或通过假设能量的递减仿射函数而取得。根据一实施例，8 tiJ (k)是独立于k及相等于下列不考虑k值
权利要求
1.一种用于特征化材料的性质的方法，其特征在于，其包含下列步骤 -提供介于X射线光源(I)及侦测器(2)之间的此材料的至少一个样本(100)， -使用所述X射线光源(I)使至少一个X射线放射光谱透射穿过所述材料，每一个达时间At, -使用至少一个所述光谱来计算此材料的透射函数以作为能量或侦测通道的函数， -选择所述函数的N个能量带，N是大于或等于2， -在每一能量带中，测定对应于此能量带中所述透射函数的统计规模的透射系数a i， -使用所述系数而测定所述材料的性质。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述材料的性质通过比较透射系数(Ci1，…a N)与标准透射系数(astandardmateriall ^ StandardmaterialN^o
3.如权利要求I或2中的任一项所述的方法，其特征在于，所述统计规模是所述透射函数的积分或平均值。
4.如权利要求I至3中的任一项所述的方法，其特征在于，N等于2，所述方法接着包含 -称为低能量区的第一能量区及称为高能量区的第二能量区的选择， -关于能量的所述透射函数的积分的计算，因此形成至少一个第一透射系数(a I)及第二透射系数(a2)。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一能量区是介于15至50千电子伏特之间且所述第二能量区是介于50至120千电子伏特之间。
6.如权利要求I至5中的任一项所述的方法，其特征在于，所述时间At是介于I毫秒及10毫秒之间。
7.如权利要求I至6中的任一项所述的方法，其特征在于，入射于所述材料上的光通量是至少等于IO7mm2S'
8.如权利要求I至7中的任一项所述的方法，其特征在于，所生产的放射光谱的数量是介于I至100之间。
9.如权利要求I至8中的任一项所述的方法，其特征在于，所述材料的性质是使用透射系数通过在包含作为它们的厚度的函数的已知材料系数的平面中定位经计算的系数而测定。
10.如权利要求I至9中的任一项所述的方法，其特征在于，其包含当没有材料嵌入于此光源及所述侦测器之间时，测量来自所述X射线光源的射线的能量光谱的先前步骤。
11.如权利要求I至10中的任一项所述的方法，其特征在于，也包含用于产生自堆栈现象的干扰的光谱校正步骤。
12.如权利要求I至11中的任一项所述的方法，其特征在于，所述侦测器(2)是由碲化镉、或锌碲化镉、或锰碲化镉、或二碘化汞、或镓化砷、或硅或一溴化铊半导体所制造的侦测器。
13.一种用于特征化材料的样本的性质的装置，其特征在于，其包含 -X射线光源(I)， -侦测器⑵， -使用所述X射线光源使至少一个X射线放射光谱透射穿过此材料的组件(4，6，8，10，·12，20，22，52，82，83，84，85)，每一个达时间 A t, -计算此材料的透射函数以作为能量或侦测通道的函数的组件(12，16)， -选择所述函数的N个能量带的组件，N是大于或等于2, -计算每一个能量带中的至少一个透射系数(Ci1)的组件(12，16)，每一个系数是此能量带中所述透射函数的统计规模， -使用所述系数而测定所述材料的性质的组件(12，16)。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述统计规模是所述透射函数的积分或平均值。
15.如权利要求13至14中的任一项所述的装置，其特征在于，N是等于2，包含组件，·其用于 -选择称为低能量区的第一能量区，以及称为高能量区的第二能量区， -计算关于能量的所述透射函数的积分，以形成至少一个第一透射系数(a D及第二透射系数(a 2)。
16.如权利要求13至15中的任一项所述的装置，其特征在于，用于发射光子的入射流量的光源(I)至少等于107mm 2S'
17.如权利要求13至16中的任一项所述的装置，其特征在于，所述侦测器(2)是碲化镉、或锰碲化镉、或二碘化汞、或镓化砷、或硅或一溴化铊侦测器。
18.如权利要求13至17中的任一项所述的装置，其特征在于，也包含组件(12，16)以校正堆栈现象光谱。
19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，其包含 -测定经堆栈的光谱(Emp)的组件(12，16)，亦即经测量的光谱(Sp_)的部分，其单独地对应于堆栈， -通过采用所述经测量的光谱(Spnres)及所述经堆栈的光谱(Emp)之间的差异，计算至少一个第一经校正的光谱(SpeJ的组件(12，16)。
20.如权利要求19所述的装置，其特征在于，所述经堆栈的光谱使用所述经测量的光谱(SpmJ及暴露时间(TrailJ及系统的无效时间(Tdrad)的资料而计算，所述无效时间是小于侦测出二光子中仅其一的最短分辨所述二光子的时间。
21.如权利要求13至20中的任一项所述的装置，其特征在于，也包含能输出电压脉冲的电路(82，83)，其中波幅是成比例于通过所述侦测器(2)所侦测的电荷，以及数字化所述电压脉冲以及输出数字脉冲的模拟/数字转换器(ADC)，其特征在于包括位于所述模拟/数字转换器(ADC)的输出侧边上的处理电路(85)，其包含 -单元(86)，其读取通过所述模拟/数字转换器(ADC)所输出的数字脉冲，于读取频率 -计算单元(87)，其计算数字脉冲读取的时间变化(S’(t))，以及 -电路(88，89)，于时间变化达到预先定义的阀值(SI)时，其能够撷取数字脉冲。
全文摘要
本发明涉及一种用于特征化材料的性质的方法，其特征在于，其包含下列步骤-提供介于X射线光源(1)及侦测器之间的此材料的至少一个样本(100)，-使用所述X射线光源(1)使N个X射线放射光谱透射穿过所述材料，每一个达时间Δt，-计算此材料的透射函数以作为能量或侦测通道的函数，-在至少两个能量区的每一个中，计算透射函数的积分，因此形成至少一个第一透射系数(α1)及第二透射系数(α2)。
文档编号G01N23/087GK102753963SQ201080063482
公开日2012年10月24日 申请日期2010年11月2日 优先权日2009年12月9日
发明者吉洛姆·贝尔德约蒂, 尚·瑞科, 派翠克·奥维尔·巴菲特, 维诺妮卡·雷布菲尔 申请人:法国原子能与替代能委员会