RU2095795C1

RU2095795C1 - X-ray method for detection of material using its atomic number

Info

Publication number: RU2095795C1
Application number: RU95115311A
Authority: RU
Inventors: Виктор Михайлович Федосеев
Original assignee: Виктор Михайлович Федосеев
Priority date: 1995-08-29
Filing date: 1995-08-29
Publication date: 1997-11-10

Abstract

FIELD: inspection of luggage, baggage and other objects using radiation during custom or special examination, in particular, detection of materials which are prohibited for carriage by air or for board crossing (such as narcotics, poisons, explosive materials) in presence of different enclosures inside object to be tested. SUBSTANCE: method involves exposition of tested object to X rays, detection of ray, which are passed from object, in two spectral regions with different effective power, detection of signals which are proportional to intensity of rays which are passed through background material and combination of background and tested material. Then method involves selection scaling function using absorption of rays by background material. Each point of this curve corresponds to intensity values of signal of greater effective power and intensity values of lesser effective power of rays which are passed through combination of material to be detected and scaling background material which is equivalent to background material of object with respect to signal intensity. Then method involves comparison of values of scaling function signals to values of detected recorded signals of absorption of combination of background material and material to be detected. If scaling function has signals which values are equal to values of detected signal, then atomic numbers of present material and material to be found are judged to be equal. Scaling functions are defined for same characteristics of receiver and emitter of X-ray equipment as for screening object to be detected. EFFECT: spectrum of X-rays and background material presence are taken into account. 2 cl, 1 tbl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к радиационной интроскопии и может быть использовано при проверке багажа, ручной клади и других объектов во время таможенного и специального досмотра. The invention relates to radiation introscopy and can be used to check luggage, hand luggage and other objects during customs and special searches.

Основной задачей досмотра является надежное распознавание и обнаружение в багаже материалов и предметов, запрещенных к перевозке воздушным транспортом и при пересечении границы (наркотические, отравляющие, взрывчатые и воспламеняющиеся вещества, холодное и огнестрельное оружие, контрабанда). The main objective of the inspection is the reliable recognition and detection in baggage of materials and items prohibited for transportation by air and at border crossings (narcotic, poisonous, explosive and flammable substances, cold steel and firearms, smuggling).

Для решения этой задача используется рентгеновский способ контроля, включающий просвечивание движущегося на транспортерной ленте багажа поперечным веерным пучком излучения, регистрацию прошедшего через объект излучения, запоминание зарегистрированных сигналов и воспроизведение их в виде рентгеновского телевизионного изображения багажа [1]
Данный способ позволяет распознавать вложения в багаже по их теневому рентгеновскому изображению. Однако тип вещества, из которого состоят вложения, при этом не определяется. Поэтому этот способ не позволяет отличить искомые вещества, например наркотики, от обычных веществ (чай, кофе и т.д.).To solve this problem, an X-ray control method is used, including transillumination of the luggage moving on the conveyor belt with a transverse fan beam, registration of the radiation transmitted through the object, storing the recorded signals and reproducing them in the form of an X-ray television image of the luggage [1]
This method allows you to recognize attachments in baggage by their shadow X-ray image. However, the type of substance from which the investment consists is not determined. Therefore, this method does not allow to distinguish the desired substances, such as drugs, from ordinary substances (tea, coffee, etc.).

Наиболее близким к предлагаемому является способ обнаружения вещества внутри объектов, включающий просвечивание контролируемого объекта рентгеновским излучением, регистрацию прошедшего через объект излучения в двух спектральных областях с разной эффективной энергией и сравнение отношения логарифмов зарегистрированных сигналов разной эффективной энергии с пороговым значением для принятия решения о типе просвеченного вещества [2]
В данном способе разделение исходного спектра излучения рентгеновской трубки на два спектра с различной эффективной энергией осуществляется путем изменения напряжения на аноде трубки.Closest to the proposed one is a method for detecting matter inside objects, including X-ray transmission of a controlled object, registration of radiation transmitted through an object in two spectral regions with different effective energies, and comparison of the ratio of logarithms of recorded signals of different effective energies with a threshold value for deciding on the type of translucent substance [2]
In this method, the separation of the initial radiation spectrum of the x-ray tube into two spectra with different effective energy is carried out by changing the voltage at the anode of the tube.

Согласно описанию на изобретение ослабление интенсивности рентгеновского излучения определяется формулой:
I = I_o•exp(-μ•ρ•x), (1)
где
I₀ интенсивность падающего на контролируемый объект излучения;
I интенсивность прошедшего через объект излучения;
μ коэффициент ослабления излучения веществом контролируемого объекта;
r плотность вещества;
x толщина вещества.According to the description of the invention, the attenuation of the intensity of x-ray radiation is determined by the formula:
I = I _o • exp (-μ • ρ • x), (1)
Where
I _{0 the} intensity of the radiation incident on the controlled object;
I intensity of radiation transmitted through the object;
μ attenuation coefficient of radiation by the substance of the controlled object
r is the density of the substance;
x is the thickness of the substance.

Коэффициент ослабления m зависящий от энергии излучения E и химического состава вещества, представлен в виде:
μ = τ+σ = K₁•Z^3,94•E^-3•A^-1+K₂•Z•A^-1, (2)
где
τ,σ коэффициенты ослабления излучения веществом объекта, обусловленные соответственно фотоэффектом и рассеянием;
K1, K2 константы;
Z атомный номер вещества;
A атомный вес вещества.The attenuation coefficient m depending on the radiation energy E and the chemical composition of the substance is presented in the form:
μ = τ + σ = K ₁ • Z ^3.94 • E ^-3 • A ^-1 + K ₂ • Z • A ^-1 , (2)
Where
τ, σ are the attenuation coefficients of radiation by the substance of the object, due respectively to the photoelectric effect and scattering;
K1, K2 constants;
Z is the atomic number of the substance;
A is the atomic weight of a substance.

В зависимости от энергии излучения и химического состава вещества в процессе взаимодействия излучения с веществом может преобладать фотоэффект или рассеяние: при больших значениях Z и малых энергиях фотоэффект, при малых значениях Z рассеяние. Depending on the radiation energy and chemical composition of the substance, the photoelectric effect or scattering may predominate during the interaction of radiation with the substance: at high Z values and low energies, the photoelectric effect, scattering at low Z values.

Например, при E1=50 кэВ и E2=100 кэВ коэффициент ослабления для железа (Z= 26) равен соответственно 1,93 см²г^-1, а воды (Z=7,8)-0,22 cм²г^-1 и 0,17 см²г^-1. В первом случае ослабление изменилось почти в 5 раз, а во втором случае несущественно.For example, at E1 = 50 keV and E2 = 100 keV, the attenuation coefficient for iron (Z = 26) is 1.93 cm ² g ^-1 , respectively, and for water (Z = 7.8) -0.22 cm ² g ^-1 and 0.17 cm ² g ^-1 . In the first case, the attenuation changed almost 5 times, and in the second case, it was not significant.

Вычисляя отношение логарифмов сигналов детектора (1) для разных энергий, получим отношение коэффициентов ослабления, которое будет близко к единице в случае вещества с Z<11 или существенно отличаться от единицы при Z>11 и при этом не зависеть от толщины и плотности вещества. By calculating the ratio of the logarithms of the detector signals (1) for different energies, we obtain the ratio of attenuation coefficients, which will be close to unity in the case of a substance with Z <11 or significantly differ from unity for Z> 11 and will not depend on the thickness and density of the substance.

Сравнивая отношение логарифмов с определенным пороговым уровнем, можно получить решение о классе вещества: органическое (Z<11) или неорганическое (Z>11). Comparing the ratio of logarithms with a certain threshold level, you can get a decision on the class of substance: organic (Z <11) or inorganic (Z> 11).

Недостатком данного способа является невозможность обнаружения конкретных веществ по значению атомного номера Z среди множества других веществ того же класса с близкими значениями Z. Например, взрывчатое вещество типа тротила с Z=7,15 и обычное мыло с Z=6,25 данным способом не различаются. The disadvantage of this method is the inability to detect specific substances by the value of the atomic number Z among many other substances of the same class with close Z values. For example, explosives such as TNT with Z = 7.15 and ordinary soap with Z = 6.25 in this way do not differ .

Причиной этого является недостаточное разрешение способа при определении атомного номера вещества, обусловленное моноэнергетическим представлением процесса ослабления излучения в веществе по формуле (1). The reason for this is the insufficient resolution of the method when determining the atomic number of a substance, due to the monoenergetic representation of the process of attenuation of radiation in the substance by the formula (1).

Реально с учетом спектрального состава излучения рентгеновской трубки величина сигнала детектора пропорциональна количеству энергии, поглощенной детектором за время накопления сигнала:

где
E_o максимальная энергия рентгеновских квантов;
S(E) спектральная плотность излучения рентгеновской трубки;
μ_d(E) коэффициент ослабления излучения веществом детектора;
ρ_d плотность детектора;
x_d толщина детектора;
K константа, учитывающая телесный угол облучения детектора и время накопления сигнала.Actually, taking into account the spectral composition of the radiation of the x-ray tube, the value of the detector signal is proportional to the amount of energy absorbed by the detector during the signal accumulation time:

Where
E _{o the} maximum energy of x-ray quanta;
S (E) spectral radiation density of the x-ray tube;
μ _d (E) attenuation coefficient of radiation by the detector substance;
ρ _d detector density;
x _d detector thickness;
K is a constant taking into account the solid angle of the detector and the signal accumulation time.

Отношение логарифмов сигнала, определяемых выражением (3) при разных значениях E_o, не равно отношению соответствующих коэффициентов поглощения излучения в веществе. Поэтому известный способ обнаружения позволяет только приближенно определить Z и соответственно класс вещества.The ratio of the logarithms of the signal defined by expression (3) for different values of E _o is not equal to the ratio of the corresponding radiation absorption coefficients in the substance. Therefore, the known detection method allows only approximately to determine Z and, accordingly, the class of substance.

Кроме того, данный способ не позволяет обнаруживать вещества по значению Z при просвечивании комбинации веществ с различными значениями Z, что характерно для сложных объектов типа багажа. Например, при просвечивании фонового вещества (стенки чемодана, одежда, книги и т.п.) идентифицируемого вещества, расположенными друг за другом вдоль траектории рентгеновского луча. In addition, this method does not allow detecting substances by the value of Z during transmission of a combination of substances with different values of Z, which is typical for complex objects such as baggage. For example, when the background substance is revealed (the walls of a suitcase, clothes, books, etc.) of an identifiable substance, located one after the other along the path of the x-ray beam.

Цель изобретения заключается в устранении данных недостатков. The purpose of the invention is to eliminate these disadvantages.

Указанная цель рентгеновском способе обнаружения вещества по значению эффективного атомного номера, включающем просвечивание контролируемого объекта рентгеновским излучением и регистрацию прошедшего через объект излучения в спектральных областях с различной эффективной энергией, достигается тем, что среди зарегистрированных выделяют сигналы, соответствующие излучению, прошедшему через фоновое вещество и совокупность фонового и идентифицируемого веществ, по значениям сигналов поглощения излучения в двух спектральных областях фоновым веществом выбирают градуировочную кривую, каждая точка которой соответствует значениям интенсивности сигнала более эффективной энергии и интенсивности сигнала меньшей эффективной энергии излучения, прошедшего через совокупность калибровочного фонового вещества, эквивалентного по значениям сигналов фоновому веществу объекта и подлежащего обнаружению вещества различной толщины, затем сравнивают значения сигналов градуировочной кривой со значениями выделенных зарегистрированных сигналов поглощения излучения совокупностью фонового и идентифицируемого веществ и при наличии в градуировочной кривой сигналов, значения которых равны значениям зарегистрированных сигналов, принимают решение о равенстве атомных номеров идентифицируемого и подлежащего обнаружению веществ. The indicated purpose of the X-ray method for detecting a substance by the value of the effective atomic number, including the transmission of a controlled object by x-ray radiation and registration of the radiation transmitted through the object in spectral regions with different effective energies, is achieved by isolating among the registered signals corresponding to the radiation transmitted through the background substance and the combination background and identifiable substances, according to the values of radiation absorption signals in two spectral regions of pho a new substance selects a calibration curve, each point of which corresponds to signal intensities of a more effective energy and a signal intensity of less effective radiation energy that has passed through a combination of a calibration background substance that is equivalent in terms of signal values to the background substance of an object and to be detected by substances of different thicknesses, then the values of the calibration signals are compared curve with the values of the selected registered radiation absorption signals the background and identifiable substances, and if there are signals in the calibration curve whose values are equal to the values of the registered signals, they decide on the equality of the atomic numbers of the identifiable and detectable substances.

При этом градуировочные кривые определяют заранее при тех же параметрах излучателя и приемника рентгеновской установки, что и при просвечивании контролируемого объекта. In this case, the calibration curves are determined in advance with the same parameters of the emitter and receiver of the X-ray unit as with the transmission of the controlled object.

Разделение исходного спектра излучения рентгеновской трубки на два спектра с разной эффективной энергией возможно различными способами, например, путем изменения напряжения на аноде рентгеновской трубки, путем регистрации излучения, прошедшего через объект, двумя детекторами, расположенными друг за другом вдоль рентгеновского луча и разделенными фильтром, или путем регистрации излучения одним детектором с поочередной фильтрацией излучения. Separation of the initial radiation spectrum of an x-ray tube into two spectra with different effective energies is possible in various ways, for example, by varying the voltage at the anode of the x-ray tube, by detecting the radiation transmitted through the object, by two detectors located one after another along the x-ray beam and separated by a filter, or by registering radiation with a single detector with alternating radiation filtering.

Сигналы поглощения излучения фоновым и совокупностью фонового и идентифицируемого веществ можно выделить из зарегистрированных сигналов различными техническими приемами, например по рентгеновскому изображению объекта. Signals of radiation absorption by the background and a combination of background and identifiable substances can be distinguished from the registered signals by various techniques, for example, by an x-ray image of the object.

В этом варианте оператор по характерным признакам (форма и плотность идентифицируемого предмета или вещества) выделяет с помощью маркера необходимые участки рентгеновского изображения и соответствующие им сигналы. In this embodiment, the operator, using characteristic features (the shape and density of an identifiable object or substance), selects, using a marker, the necessary sections of the x-ray image and the corresponding signals.

Выделение сигналов возможно также без участия оператора автоматически путем последовательного, построчного сравнения уровней зарегистрированных сигналов и выделения среди них тех, которые удовлетворяют определенным условиям отбора. Условия отбора определяются исходя из конкретных задач обнаружения. Например, уровень фонового сигнала должен быть выше, чем уровень сигнала поглощения излучения фоновым и идентифицируемым веществом, причем фоновый сигнал в пределах нескольких точек (пикселей) изображения не должен меняться (при этом можно считать, что сигнал с меньшим уровнем соответствует сигналу поглощения излучения тем же фоновым и дополнительно идентифицируемым веществом). The selection of signals is also possible without the participation of the operator automatically by sequential, line-by-line comparison of the levels of registered signals and highlighting among them those that satisfy certain selection conditions. Selection conditions are determined based on specific detection tasks. For example, the background signal level should be higher than the level of the radiation absorption signal by the background and identifiable substances, and the background signal should not change within a few pixels (pixels) of the image (it can be assumed that the signal with a lower level corresponds to the radiation absorption signal background and additionally identifiable substance).

Градуировочные кривые определяются заранее до контроля объектов экспериментально или рассчитываются по формулам, учитывающим спектральный состав излучения. Calibration curves are determined in advance prior to the control of objects experimentally or calculated using formulas that take into account the spectral composition of the radiation.

Экспериментальное определение градуировочных кривых осуществляется следующим образом: первая кривая определяется путем измерения значений сигналов, пропорциональных интенсивности излучения с разной эффективной энергией, прошедшего через первое фоновое вещество и через вещество, подлежащее обнаружению, при изменении его толщины от нуля до значения, соответствующего практически полному поглощению излучения в обоих веществах; вторая кривая определяется аналогично, но уже для второго фонового вещества и т.д. The calibration curves are experimentally determined as follows: the first curve is determined by measuring the values of signals proportional to the intensity of radiation with different effective energies passing through the first background substance and through the substance to be detected when its thickness changes from zero to a value corresponding to almost complete absorption of radiation in both substances; the second curve is determined similarly, but already for the second background substance, etc.

Общее количество определяемых градуировочных кривых равно количеству возможных фоновых веществ различной толщины и с различными значениями Z при условии, что значения каждой ближайшей пары измеренных сигналов отличаются на один шаг квантования сигнала в цифровой форме. The total number of determined calibration curves is equal to the number of possible background substances of different thicknesses and with different Z values, provided that the values of each nearest pair of measured signals differ by one digital signal quantization step.

Практически диапазон возможных значений Z фоновых веществ при досмотре багажа составляет от 5,7 (полиэтилен) до 29 (медь), а их толщина от нуля до толщины 10-кратного ослабления излучения. При оцифровывании сигналов 8-разрядным кодом в этом случае необходимо будет измерить около 10000 градуировочных кривых, что, хотя и трудоемко, но осуществимо. In practice, the range of possible values of Z background substances during baggage inspection is from 5.7 (polyethylene) to 29 (copper), and their thickness is from zero to a thickness of 10 times attenuation of radiation. When digitizing the signals with an 8-bit code, in this case it will be necessary to measure about 10,000 calibration curves, which, although time-consuming, is feasible.

При определении градуировочных кривых расчетным путем на ЭВМ трудоемкость незначительна. При этом требуется экспериментальное подтверждение полученных результатов для избежания возможных ошибок при расчетах. When determining calibration curves by calculation on a computer, the complexity is negligible. In this case, experimental confirmation of the obtained results is required to avoid possible errors in the calculations.

Градуировочные кривые могут храниться в цифровой форме в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ). Если градуировочная кривая определяется расчетным путем сразу же после измерения значений сигналов поглощения излучения проверяемым фоновым веществом, то ее цифровые значения могут временно храниться в оперативном запоминающем устройстве или в регистрах. Calibration curves can be stored digitally in read-only memory (ROM). If the calibration curve is determined by calculation immediately after measuring the values of the radiation absorption signals by the checked background substance, then its digital values can be temporarily stored in random access memory or in registers.

Сущность изобретения заключается в том, что зависимости сигналов большей энергии излучения от сигналов меньшей энергии излучения, прошедших через фоновое вещество фиксированной толщины и идентифиицируемое вещество переменной толщины, имеют вид кривых, форма которых для данного фонового вещества при прочих равных условиях зависит только от значений Z идентифицируемых веществ. Поэтому, если при сравнении измеренных значений сигналов при просвечивании совокупности фонового и идентифицируемого веществ со всеми значениями сигналов градировочной кривой для того же фонового вещества будет зафиксировано их совпадение, то принимается решение о равенстве атомных номеров идентифицируемого и подлежащего обнаружению веществ. The essence of the invention lies in the fact that the dependences of signals of higher radiation energy on signals of lower radiation energy transmitted through a background substance of a fixed thickness and an identifiable substance of variable thickness have the form of curves, the shape of which for a given background substance, ceteris paribus, depends only on the values of Z identified substances. Therefore, if, when comparing the measured signal values during transmission of the combination of the background and identifiable substances with all the values of the signals of the calibration curve for the same background substance, their coincidence is recorded, then a decision is made on the equality of atomic numbers of the identified and detectable substances.

Каждому веществу соответствует определенное значение Z (см.таблицу). Поэтому, определив Z, можно определить конкретный вид вещества, причем на фоне других веществ. Таким образом, устраняются недостатки известного способа. Each substance corresponds to a specific value of Z (see table). Therefore, having determined Z, it is possible to determine the specific type of substance, moreover, against the background of other substances. Thus, the disadvantages of the known method are eliminated.

Градуировочные кривые должны определяться при тех же параметрах излучателя и приемника рентгеновской установки, что и при просвечивании контролируемого объекта. При этом обеспечивается одинаковые условия измерения сигналов в разных диапазонах энергии излучения, что необходимо для достижения достоверности результатов сравнения сигналов. Calibration curves should be determined with the same parameters of the emitter and receiver of the x-ray unit as with the transmission of the controlled object. This provides the same conditions for measuring signals in different ranges of radiation energy, which is necessary to achieve the reliability of the results of signal comparison.

На фиг. 1 приведены зависимости сигнала большей эффективной энергии излучения A_б от сигнала меньшей эффективной энергии излучения A_м для нескольких веществ с различным атомным номером Z (для веществ со сложным химическим составом под Z подразумевается эффективный атомный номер).In FIG. Figure 1 shows the dependences of the signal of higher effective radiation energy A _b on the signal of lower effective radiation energy A _m for several substances with different atomic numbers Z (for substances with a complex chemical composition, Z means the effective atomic number).

Сигналы нормированы на максимальные значения, равные единице. Точки на кривых зависимостей соответствуют различным коэффициентам поглощения излучения в веществе при изменении его толщины от нуля (A_б=A_м=1) до толщины полного поглощения излучения (A_б=A_м=0).The signals are normalized to maximum values equal to unity. The points on the dependence curves correspond to different absorption coefficients of radiation in a substance when its thickness changes from zero (A _b = A _m = 1) to the thickness of the total radiation absorption (A _b = A _m = 0).

Форма кривых при неизменных параметрах рентгеновского излучателя и приемника зависит только от значений Z вещества. The shape of the curves with the parameters of the x-ray emitter and receiver unchanged depends only on the Z values of the substance.

Измеряя значения сигналов разной эффективной энергии излучения при просвечивании какого-либо вещества и сравнивая их с сигналами кривых фиг.1, можно найти кривую, на которой имеется точка со значениями сигналов A_б и A_м, равными измеренным значениям сигналов, и, следовательно, определить Z вещества.By measuring the values of the signals of different effective radiation energies during transmission of a substance and comparing them with the signals of the curves of Fig. 1, we can find a curve on which there is a point with the values of the signals A _b and A _m equal to the measured values of the signals, and, therefore, determine Z substance.

Однако данный способ обнаружения вещества может быть использован только при просвечивании однородных объектов. However, this method of detecting a substance can only be used when translucent homogeneous objects.

В сложных объектах типа багажа просвечиваются несколько веществ разного типа, например стенки чемодана и несколько предметов, расположенных вдоль рентгеновского луча. In complex objects such as luggage, several substances of different types are visible, for example, the walls of a suitcase and several objects located along an x-ray.

На фиг. 2 приведена зависимость сигнала большей эффективной энергии от сигнала меньшей эффективной энергии при просвечивании совокупности двух веществ: фонового определенной толщины с Z=Z_ф (точка Ф) и идентифицируемого с Z= Z_и при изменении его толщины от нуля (точка Ф) до толщины полного поглощения излучения (точка О). Под фоновым веществом подразумевается любое вещество (комбинация веществ), на фоне которого расположено идентифицируемое вещество. В простейшем случае фоновым веществом является воздух, которому соответствует точка Ф со значениями сигналов A_б=A_м=1.In FIG. Figure 2 shows the dependence of the signal of higher effective energy on the signal of lower effective energy during transmission of a combination of two substances: a background specific thickness with Z = Z _f (point Ф) and identifiable with Z = Z _and when its thickness changes from zero (point Ф) to the thickness of the total radiation absorption (point O). By background substance is meant any substance (combination of substances) against which the identifiable substance is located. In the simplest case, the background substance is air, to which the point Ф corresponds with the signal values A _b = A _m = 1.

Линией 1, проходящей через точку Ф, обозначена зависимость для фонового вещества при отсутствии идентифицируемого вещества. Линией 2 обозначена зависимость для идентифицируемого вещества при отсутствии фонового вещества. Line 1 passing through point Ф denotes the dependence for the background substance in the absence of an identifiable substance. Line 2 indicates the dependence for the identified substance in the absence of a background substance.

Рассматриваемая на фиг.2 зависимость для совокупности двух веществ имеет форму кривой приближения от точки Ф к кривой зависимости 2. Considered in figure 2, the dependence for the combination of two substances has the form of a curve of approximation from the point f to the curve of dependence 2.

Для идентифицируемых веществ с разными значениями Z_и при одинаковом фоновом веществе эти зависимости будут иметь вид расходящихся из точки Ф непересекающихся кривых (фиг.3), форма которых определяется значениями Z_и.For identifiable substances with different values of Z _and with the same background substance, these dependences will have the form of disjoint curves diverging from point Ф (Fig. 3), the shape of which is determined by the values of Z _and .

Пусть кривая 1 является градуировочной, определенной при просвечивании калибровочного фонового вещества (точка Ф) и подлежащего обнаружению вещества с Z=Z_о при изменении его толщины от нуля до толщины полного поглощения излучения.Let curve 1 be a calibration curve determined during transmission of the calibration background substance (point Ф) and a substance to be detected with Z = Z _о when its thickness changes from zero to the thickness of the total radiation absorption.

Согласно изобретению значения зарегистрированных сигналов поглощения излучения совокупностью фонового и идентифицируемого веществ, например, A_би и A_ми на кривой 2, сравнивают со значениями сигналов градуировочной кривой, например, A_бг и A_мг. При отсутствии совпадения сигналов принимается решение: Z_и не равно Z_о. При совпадении сигналов принимается решение о равенстве атомных номеров идентифицируемого и подлежащего обнаружению веществ.According to the invention, the values of the recorded radiation absorption signals by the combination of the background and identifiable substances, for example, A _bi and A _mi on curve 2, are compared with the values of the signals of the calibration curve, for example, A _bg and A _mg . In the absence of coincidence of the signals, a decision is made: Z _and not equal to Z _about . When the signals coincide, a decision is made on the equality of the atomic numbers of the identifiable and detectable substances.

Таким образом, учитывая спектральный состав рентгеновского излучения и наличие фонового вещества, устраняются недостатки известного способа обнаружения веществ по значению атомного номера. Вероятность обнаружения веществ зависит от величины квантовых флуктуаций регистрируемого излучения, точности измерения сигналов и теоретически может приближаться к единице. Thus, given the spectral composition of x-ray radiation and the presence of a background substance, the disadvantages of the known method for detecting substances by the value of the atomic number are eliminated. The probability of detecting substances depends on the magnitude of the quantum fluctuations of the detected radiation, the accuracy of the measurement of signals, and theoretically can approach unity.

Заявляемый способ не имеет аналогов в радиационной интроскопии, и, следовательно, удовлетворяет требованию "изобретательский уровень". The inventive method has no analogues in radiation introscopy, and, therefore, satisfies the requirement of "inventive step".

На фиг. 4 изображена блок-схема макета рентгеновской установки для реализации заявляемого способа. In FIG. 4 shows a block diagram of a layout of an x-ray unit for implementing the proposed method.

Макет включает рентгеновский излучатель 1, транспортер 2 для перемещения через зону излучения объекта контроля 3, многоэлементный приемник рентгеновского излучения малой эффективной энергии 4, фильтр 5, многоэлементный приемник рентгеновского излучения большой эффективной энергии 6, оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) 7 и 8, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 9, видеоконтрольное устройство (ВКУ) 10, регистры 11 и 12, генератор адресов 13, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 14, схему сравнения 15, формирователь сигнала маркера 18, кнопки управления 17-20 и устройство сигнализации 21. The layout includes an X-ray emitter 1, a conveyor 2 for moving through the radiation zone of the control object 3, a multi-element X-ray receiver of low effective energy 4, a filter 5, a multi-element X-ray receiver of high effective energy 6, random access memory (RAM) 7 and 8, a digital-to-analog converter (DAC) 9, video monitoring device (VKU) 10, registers 11 and 12, address generator 13, read-only memory (ROM) 14, comparison circuit 15, signal generator marker 18, button 17-20 and control and signaling device 21.

Излучатель 1 создает веерообразный пучок рентгеновского излучения. Объект контроля 3 перемещается транспортером 2 через зону излучения. Многоэлементные приемники рентгеновского излучения 4 и 6 расположенные друг за другом и разделенные фильтром 5, регистрируют прошедшее через объект рентгеновское излучение в двух диапазонах энергии. The emitter 1 creates a fan-shaped beam of x-ray radiation. The object of control 3 is moved by the conveyor 2 through the radiation zone. Multi-element X-ray receivers 4 and 6, located one after another and separated by a filter 5, register the x-ray radiation transmitted through the object in two energy ranges.

Нормированные цифровые коды сигналов каждого элемента (детектора) приемников записываются в ОЗУ 7 для хранения сигналов большей энергии и в ОЗУ 8 для хранения сигналов меньшей энергии излучения. Запись информации производится во время обратного хода телевизионной развертки ВКУ 10. The normalized digital codes of the signals of each element (detector) of the receivers are recorded in RAM 7 for storing signals of higher energy and in RAM 8 for storing signals of lower radiation energy. Information is recorded during the reverse scan of the television scan VKU 10.

Для формирования телевизионного рентгеновского изображения объекта записанная информация считывается из ОЗУ 8 во время прямого хода телевизионной строчной развертки в формате телевизионного растра, преобразуется в ЦАП 9 в видеосигнал и подается на вход ВКУ 10. To form a television x-ray image of the object, the recorded information is read from RAM 8 during the direct progress of the horizontal line scan in the format of a television raster, converted into a digital-to-analog converter 9 into a video signal, and fed to the input of the VKU 10.

В ПЗУ 14 записываются заранее коды градуировочных кривых, определенные при просвечивании совокупностей обнаруживаемого и различных фоновых веществ. Адреса A1 и A2 задают начальные точки кривых, т.е. значения сигналов, определенных при просвечивании фоновых веществ при отсутствии обнаруживаемого вещества. Адрес A3 задает коды, определенные при просвечивании заданного адресами A1 и A2 фонового вещества и обнаруживаемого вещества различной толщины (от нуля до толщины полного поглощения). In ROM 14 are written in advance the codes of the calibration curves determined during the transillumination of the sets of detected and various background substances. The addresses A1 and A2 define the starting points of the curves, i.e. the values of the signals determined during the transmission of background substances in the absence of a detectable substance. Address A3 sets the codes determined by scanning the background substance specified by the addresses A1 and A2 and the detected substance of various thicknesses (from zero to the total absorption thickness).

Установка и изменение адресов ПЗУ осуществляется следующим образом. Формирователь маркера 16 вырабатывает импульс подсвета, который подается на ВКУ 10 для отображения маркера на телевизионном экране. После остановки ленты транспортера и изображения объекта на ВКУ оператор при помощи кнопок 17 (сдвиг по вертикали) и 18 (сдвиг по горизонтали) формирователя 16 наводит маркер на участок рентгеновского изображения фонового вещества объекта и нажимает кнопку 19. Installation and change of ROM addresses is as follows. Shaper marker 16 generates a pulse of illumination, which is supplied to the VCU 10 to display the marker on the television screen. After stopping the conveyor belt and the image of the object on the VCU, the operator, using the buttons 17 (vertical shift) and 18 (horizontal shift) of the shaper 16, points the marker at the X-ray image section of the background substance of the object and presses the button 19.

Импульс подсвета подается на вход разрешения записи кодов ОЗУ в регистр 11. Записанные коды подаются из регистра 11 на адресные входы A1 и A2 ПЗУ 14. Эти коды равны кодам сигналов, соответствующим ослаблению излучения фоновым веществом, помеченным оператором на ВКУ. The backlight pulse is fed to the enable input for writing the RAM codes into register 11. The recorded codes are sent from register 11 to the address inputs A1 and A2 of the ROM 14. These codes are equal to the signal codes corresponding to attenuation of radiation by the background substance marked by the operator on the VCU.

Генератор адресов 13 перебирает все возможные комбинации кода A3 и на выходе ПЗУ будет формироваться циклическая последовательность кодов всех точек выбранной градуировочной кривой. The address generator 13 enumerates all possible combinations of the A3 code, and at the output of the ROM a cyclic sequence of codes of all points of the selected calibration curve will be formed.

Эти коды сигналов большой и малой эффективной энергии излучения подаются на входы 3 и 4 схемы сравнения 15. These codes of signals of large and small effective radiation energy are fed to the inputs 3 and 4 of the comparison circuit 15.

Оператор смещает маркер на участок изображения совокупности фонового и идентифицируемого веществ и нажимает кнопку 20. Импульс подсвета подается на вход разрешения записи кодов ОЗУ в регистр 12. Записанные коды поступают с выхода регистра 12 на входы 1 и 2 схемы сравнения 15. В результате по входам 1 и 2 схемы сравнения будут зафиксированы коды сигналов, соответствующие поглощению излучения совокупностью фонового и идентифицируемого веществ. The operator shifts the marker to the image section of the combination of background and identifiable substances and presses the button 20. A backlight pulse is applied to the enable input for writing RAM codes into register 12. The recorded codes are sent from the output of register 12 to inputs 1 and 2 of the comparison circuit 15. As a result, inputs 1 and 2 comparison schemes, signal codes corresponding to the absorption of radiation by a combination of background and identifiable substances will be recorded.

При совпадении изменяемых кодов на входах 3 и 4 и фиксированных кодов на входах 1 и 2 схема сравнения выдаст сигнал запуска устройства сигнализации обнаружения вещества 21. If the variable codes on inputs 3 and 4 coincide with the fixed codes on inputs 1 and 2, the comparison circuit will give a start signal to the substance detection alarm device 21.

В ПЗУ могут быть записаны коды градуировочных кривых нескольких веществ, что расширяет список обнаруживаемых веществ. Codes of calibration curves of several substances can be written in the ROM, which expands the list of detected substances.

Использование предлагаемого способа позволит обнаруживать запрещенные и опасные вещества в багаже и упаковках при их рентгеновском просвечивании во время таможенного или специального досмотра, что повышает безопасность авиационного транспорта и ограничивает провоз запрещенных веществ. Способ может быть использован также в других отраслях промышленности, например для контроля химического состава веществ. Using the proposed method will allow the detection of prohibited and dangerous substances in baggage and packages during X-ray scanning during customs or special searches, which increases the safety of air transport and limits the transportation of prohibited substances. The method can also be used in other industries, for example, to control the chemical composition of substances.

Claims

1. An x-ray method for detecting a substance by the value of its effective atomic number, including transillumination of a controlled object by x-ray radiation and registration of radiation transmitted through the object in spectral regions with different effective energies, characterized in that among the registered signals are distinguished corresponding to radiation transmitted through the background substance and a set of background and identifiable substances, according to the values of radiation absorption signals in two spectral regions of background things the calibration curve is selected, each point of which corresponds to the signal intensities of a higher effective energy and a signal intensity of a lower radiation energy efficiency that has passed through a combination of a calibration background substance, equivalent in value to the background substance of the object and subject to detection of a substance of different thicknesses, then the calibration signal values are compared curve with the values of the selected recorded radiation absorption signals by the phono set of new and identifiable substances, and if there are signals in the calibration curve whose values are equal to the values of the registered signals, they decide on the equality of atomic numbers of the identifiable and detectable substances.

2. The method according to claim 1, characterized in that the calibration curves are determined in advance with the same parameters of the emitter and receiver of the x-ray unit, as with the transmission of the controlled object.