多年來毒品走私和爆炸恐怖活動一直成為海關(guān)、航空、交通運(yùn)輸打擊犯罪、安全防范的重點(diǎn)。由于犯罪分子的犯罪手段越來越先進(jìn),使傳統(tǒng)的檢測手段無能為力。如何提高鑒別精度,在高速流動的人群、貨物群中快速、準(zhǔn)確地將隱藏的毒品或炸藥檢測出來已成為一項(xiàng)十分緊迫和有待解決的技術(shù)難題。探測違禁品的裝置必需具有識別裝在容器或包裹內(nèi)物體的特性能力,x射線技術(shù)是被廣泛應(yīng)用于違禁品檢測的專門技術(shù),近年來得到迅速發(fā)展。它能提供組成物體的物質(zhì)的一些重要特性,其中最有用的信息就是物體的密度(ρ)和有效原子序數(shù)(zeff)。從理論上來講,已知物體的密度和有效原子序數(shù)就可以準(zhǔn)確的確定物質(zhì)的類型,
便攜式x射線檢查儀已被看作是安全防御的第一道防線。
便攜式x射線檢查儀的x射線探測的原理
工作電壓為150kv的x-射線發(fā)生器發(fā)射出角度為60°圓錐形x-射線束,該射線束經(jīng)過準(zhǔn)直器后變?yōu)榻嵌葹?0°的扇形平面射線束。由于物質(zhì)對x-射線的吸收作用,該扇形射線束穿過被檢查物體后將有一部分能量被吸收,由于不同種類的材料對x-射線的吸收能力不同,所以穿過不同材料的x-射線束到達(dá)探測器時的能量是不同的。探測器上的象素尺寸僅為1·5mm×1·5mm,所以能將微小尺寸范圍內(nèi)x-射線能量變化分辨出來。經(jīng)過處理,探測器最終能給出灰度級圖像。再經(jīng)計算機(jī)圖像技術(shù)處理后可使行李包裹中危險品和違禁品能被檢查出來。
便攜式x射線檢查儀的x射線探測技術(shù)
1、單能量穿透技術(shù)
使用典型的扇型x射線束作為射線源和線性陣列探測器測量穿透掃描物體的x射線輻射量。在某一時刻扇形x射線束僅穿過被檢行李包裹的一個橫截面,同時線性陣列探測器將該截面內(nèi)所包含的物體吸收過的x射線能量值記錄下來。隨著物體向前運(yùn)動,被檢行李包裹的每一個橫截面被連續(xù)掃描,行李包裹的所有截面吸收過的x射線能量值都能被記錄下來,得到從x射線源到探測器方向整個行李包裹的完整的二維投影圖像,產(chǎn)生的圖像有相當(dāng)高的分辨率。假設(shè)x射線的強(qiáng)度是i,通過一個較薄的厚度為l的均質(zhì)層后(僅考慮一種原子),強(qiáng)度減小了δi,那么將有如下的方程:
n是單位體積上的原子數(shù),σ是每個原子的橫截面積。假設(shè)初始強(qiáng)度是i0,經(jīng)過積分之后得到:
然而使用這種方法,一小部分違禁品或隱藏在其它具有很大有效原子序數(shù)的物品后面的違禁品將不能被探測到。這是因?yàn)檫`禁品的信號與整個探測環(huán)境的信號相比相當(dāng)弱。整個探測環(huán)境的信號強(qiáng)是由于探測環(huán)境質(zhì)量或橫截面積大。由于這種技術(shù)固有的限制,大多數(shù)的研究集中在雙能量穿透技術(shù)上。
2、雙能量穿透技術(shù)
根據(jù)物質(zhì)質(zhì)量衰減系數(shù)(μ/ρ)隨x射線光子能量變化的規(guī)律,以及不同原子序數(shù)物質(zhì)的質(zhì)量衰減系數(shù)的差別,發(fā)現(xiàn)低原子序數(shù)物質(zhì)的質(zhì)量衰減系數(shù)(μ/ρ)隨能量增加下降較快,高原子序數(shù)物質(zhì)的質(zhì)量衰減系數(shù)(μ/ρ)隨能量增加下降較緩慢。在雙能量方式下,同一原子序數(shù)物質(zhì)對低能和高能x-射線的吸收程度是不同的,這樣通過低能、高能兩個不同線吸收系數(shù)(實(shí)際對應(yīng)圖像的灰度)比較與運(yùn)算,就可以從兩種不同物質(zhì)組成的、不同厚度產(chǎn)生的或相互重疊的圖像中將不同種類的物體區(qū)分開。對于化合物同樣有類似的線吸收系數(shù)—能量曲線,對于多于兩種物質(zhì)的系統(tǒng)也可用類似的比較與運(yùn)算,將每個物體區(qū)分開。為了強(qiáng)調(diào)非連續(xù)性散射的橫截面積σis與zeff的比例關(guān)系,σis可被寫成zσis,因此總的橫截面積是兩個獨(dú)立的橫截面積之和。
其中e是x射線光子能量,e=hc/λ,λ是波長,c是光速,h是普朗克常量。滿足如下關(guān)系:
在這個方程中有很多通過單一的方法不能獲得的量。尤其是一個薄的、有效原子序數(shù)很高的物質(zhì)將和一個厚的、有效原子序數(shù)很低的物質(zhì)有相同的吸收效果。但使用兩個不同的能量將解決這個問題。分割兩個信號消去常系數(shù)μρt,得到：
這個比率顯示了在低能量和有效原子序數(shù)很高時具有很強(qiáng)的識別能力,但對更輕的物質(zhì)識別能力較差?？梢钥闯鐾ㄟ^r值,無機(jī)物可以從有機(jī)物中分離出來。同時還可看出低能x射線的能量均值越低,識別能力越強(qiáng)。低能x射線的吸收能力很強(qiáng),因此在大多數(shù)情況下,很少使用能量低于40kev的x射線束。在目前所有出現(xiàn)的方程中都假設(shè)x射線源是單色的,因此厚度和密度因素都被忽略。
