X射线安检设备中探测技术研究

1　引　言

    多年来毒品走私和爆炸恐怖活动一直成为海关、航空、交通运输打击犯罪、安全防范的重点。由于犯罪分子的犯罪手段越来越先进,使传统的检测手段无能为力。如 何提高鉴别精度,在高速流动的人群、货物群中快速、准确地将隐藏的毒品或炸药检测出来已成为一项十分紧迫和有待解决的技术难题。探测违禁品的装置必需具有 识别装在容器或包裹内物体的特性能力,X射线技术是被广泛应用于违禁品检测的专门技术,近年来得到迅速发展。它能提供组成物体的物质的一些重要特性,其中 最有用的信息就是物体的密度(ρ)和有效原子序数(Z_eff)。从理论上来讲,已知物体的密度和有效原子序数就可以准确的确定物质的类型,X射线检测装置已被看作是安全防御的第一道防线^[1]。

2　X射线探测的原理

    工作电压为150kV的X-射线发生器发射出角度为60°圆锥形X-射线束,该射线束经过准直器后变为角度为60°的扇形平面射线束。由于物质对X-射线 的吸收作用,该扇形射线束穿过被检查物体后将有一部分能量被吸收,由于不同种类的材料对X-射线的吸收能力不同,所以穿过不同材料的X-射线束到达探测器 时的能量是不同的。探测器上的象素尺寸仅为1·5mm×1·5mm,所以能将微小尺寸范围内X-射线能量变化分辨出来。经过处理,探测器最终能给出灰度级 图像。再经计算机图像技术处理后可使行李包裹中危险品和违禁品能被检查出来^[1]。

3　X射线探测技术

3·1　单能量穿透技术

    使用典型的扇型X射线束作为射线源和线性阵列探测器测量穿透扫描物体的X射线辐射量。在某一时刻扇形X射线束仅穿过被检行李包裹的一个横截面,同时线性阵 列探测器将该截面内所包含的物体吸收过的X射线能量值记录下来。随着物体向前运动,被检行李包裹的每一个横截面被连续扫描,行李包裹的所有截面吸收过的X 射线能量值都能被记录下来,得到从X射线源到探测器方向整个行李包裹的完整的二维投影图像,产生的图像有相当高的分辨率^[1]。假设X射线的强度是I,通过一个较薄的厚度为l的均质层后(仅考虑一种原子),强度减小了δI,那么将有如下的方程:

n是单位体积上的原子数,σ是每个原子的横截面积。假设初始强度是I₀,经过积分之后得到:

然而使用这种方法,一小部分违禁品或隐藏在其它具有很大有效原子序数的物品后面的违禁品将不能被探测到。这是因为违禁品的信号与整个探测环境的信号 相比相当弱。整个探测环境的信号强是由于探测环境质量或横截面积大。由于这种技术固有的限制,大多数的研究集中在双能量穿透技术上。