CN101210894B - 可同时进行辐射成像检查和放射性物质监测的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及辐射成像检查和放射性物质监测技术领域，本发明提供一种可同时进行辐射成像检查和放射性物质监测的系统及方法，该系统包括辐射成像检查子系统和放射性物质监测子系统；其中辐射成像检查子系统包括加速器和同步控制器，所述放射性物质监测子系统包括探测器及前端电路、信号传输与处理装置、数据采集分析处理计算机、报警装置等部分。本发明将辐射成像检查设备和放射性物质监测设备紧凑集成、可在进行射线辐射成像检查的同时完成放射性物质监测，提高了检查的效率并降低了设备的占地面积。
Description
技术领域
本发明涉及放射性物质监测技术领域，尤其涉及实现了将辐射成像检查设备和放射性物质监测设备紧凑集成，可在进行射线辐射成像检查的同时完成放射性物质监测的技术。
背景技术
现有技术中，放射性物质监测技术和以加速器为辐射源的车辆/集装箱检查技术都已经相当成熟，并都在不同的检查领域很好的完成了各自的功能。
常规的放射性物质监测技术，主要是利用放射性物质通过时发射出的射线引起系统计数率的异常变化来实现对射线的监测，从而得到通过的被检物是否含有放射性物质。
以加速器为辐射源的车辆/集装箱检查系统是一种典型的辐射成像系统，其根据X/γ射线透过物体前后的强度变化来反映物体内部质量厚度的差异。作为集装箱检查系统的辐射源，有放射性同位素、X光机和加速器三种形式，但由于以加速器为辐射源的辐射成像系统具有穿透力强等许多优点，因此世界各国大多采用此类辐射成像系统进行对车辆/集装箱的走私和安全检查。
由于辐射成像检查和放射性物质监测都是用在各个国家的海关、边境和重要的出入口进行安全检查，因此希望有一种集成技术可在辐射成像检查的同时完成对放射性物质的快速监测。这样就可以尽量减少对与国家经济休戚相关的合法贸易流通的影响。
但由于以加速器为辐射源的车辆/集装箱检查系统在进行车辆/集装箱检查时，其加速器会发射出大量的X/γ射线，而放射性物质监测系统正是通过射线的探测来判断通过的被检物是否含有放射性物质； 因此若简单的将辐射成像检查和放射性物质监测系统堆砌到一起，则辐射成像检查时，放射性物质监测系统不能工作。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种可以同时进行辐射成像检查和放射性物质监测的系统，包括辐射成像检查子系统和放射性物质监测子系统；其中所述辐射成像检查子系统包括加速器和同步控制器，所述放射性物质监测子系统包括探测器及前端电路、信号传输控制器、数据采集分析处理计算机和报警装置。
其中来自于辐射成像检查子系统的同步控制装置的同步控制信号在放射性物质监测子系统中的信号传输控制器中形成可调制脉宽的门信号，用于对加速器出束期间的放射性物质监测子系统的采集数据进行去除。
优选的，所述放射性物质监测子系统以系统没有检测物体时的本底计数率为基础设定报警阈值。在所述放射性物质监测子系统中采用改进的光电倍增管附加电路来完成探测器短时间大剂量照射后的快速恢复。
优选的，在系统中利用所述同步控制信号通过控制光电倍增管前几级倍增极的电压，切断电子产生的源头，从而有效地消除短时间大剂量X/γ射线的影响。
优选的，所述光电倍增管附加电路中的光电倍增管采用阴极接地的分压器回路或者阳极接地的分压器回路。
本发明的另一方面是提供一种可以同时进行辐射成像检查和放射性物质监测的方法，包括如下步骤：
S1：放射性物质监测子系统初始化自检；
S2：进入本底模式，探测射线信号，连续采集并及时更新本底计数率，若本地射线强度超出正常范围，产生报警；
S3：若集装箱车辆进入监测系统的探测区域，触发占用/速度探 测器，放射性物质子监测系统自动进入探测模式；
S4：加速器以脉冲方式发射X/γ射线，开始集装箱辐射成像检查；
S5：辐射成像检查子系统发出的加速器出束同步信号通过控制光电倍增管前几级倍增极的电压，切断光电倍增管电子产生的源头，从而有效地消除短时间大剂量X/γ射线的影响；
S6：车辆通过监测通道后，本次车辆的辐射成像检查和放射性物质监测结束。
优选的，若需要进行放射性物质监测子系统的系统维护，可从本底模式进入维护模式，在维护模式中能进行用户设置、参数获取和修改、功能和算法的调整和使用等功能。
优选的，在步骤S5中，加速器出束同步信号通过同步控制器传输至放射性物质监测子系统，在放射性物质监测子系统中的信号传输控制器中形成可调制脉宽的门信号，用于对加速器出束期间的放射性物质监测子系统的采集数据进行去除。
优选的，在所述放射性物质监测子系统中采用改进的光电倍增管附加电路来完成探测器短时间大剂量照射后的快速恢复。所述放射性物质监测子系统以系统没有检测物体时的本底计数率为基础设定报警阈值。所述光电倍增管附加电路中的光电倍增管采用阴极接地的分压器回路或者阳极接地的分压器回路
本发明克服了现有技术中存在的不足，在以加速期为辐射源的车辆/集装箱检查系统进行辐射成像检查的同时完成放射性物质监测，而不需要将两种系统分别放置在两个远离的地点，或者在进行完辐射成像检查后再检查放射性物质，从而提高了检查的效率并降低了设备的占地面积。
本发明提供的系统不仅能够借助于一个可调制脉宽的同步信号完成放射性物质监测系统与辐射成像检查系统的同时工作，更是提供 了光电倍增管快速恢复电路，采用加速器出束时、外部的同步信号通过控制光电倍增管前几级倍增极的电压方法将加速器出束对放射性物质监测系统探测器的影响降低到可以接受的程度。
附图说明
图1为放射性物质监测系统的结构示意图；
图2为本发明的整体结构示意图；
图3为本发明的整体工作流程图；
图4为本发明光电倍增管附加电路的电路原理示意图；
图5为辐射成像检查系统的系统结构图；
图6为放射性物质监测系统的工作流程图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
下面首先对放射性物质监测系统进行简要的说明。
放射性物质监测系统的工作原理是：利用射线探测器探测放射性物质/特殊核材料通过时发射出的射线所引起系统计数率的异常变化，从而实现对被检人、车辆或火车是否携带放射性物质/特殊核材料的判断。监测系统可以广泛用于海关、边境、机场、核电厂和其它重要场所的出入口放射性检查，是阻止放射性物质非法转移的有效手段之一。
对放射性物质监测系统详细技术原理的说明如下：
1)放射性物质发射的伽马射线和/或中子入射到探测器，与探测器材料相互作用变换为电脉冲信号输出；该电脉冲信号经过数据采集与处理器系统时将被记录下来。单位时间内记录的脉冲数叫做计数率。
2)能够引起这种计数的射线粒子除放射性物质的泄漏射线外，还有由于宇宙射线连续不断地轰击大气和环境中的天然放射性的存在引起的计数，这个计数称为本底计数。为了分析来自于放射性物质 的射线水平，本底计数必须考虑和修正。
3)利用射线探测器来探测放射性物质通过时发射出的射线引起系统计数率的异常变化，从而实现判断被检物是否含有放射性物质。为了有效的监测放射性物质，监测系统根据系统没有检测物体时的本底计数率，采用特别的运算方法设定报警阈值，从而满足对监测系统灵敏度、监测速度和误报警率的要求。当检测物体通过时，如果测量的放射性强度高于这个阈值，监测系统报警。
放射性物质监测系统的系统组成如图1所示，在图1中，放射性物质监测系统主要由伽马探测组件、中子探测组件、占用/速度探测器、门探测器和数据采集与处理子系统组成，其中各功能模块可以根据实际需求增减。
下面对放射性物质监测系统的中的主要模块进行简要介绍。
伽马探测组件：由大面积高灵敏的塑料闪烁体和低噪声光电倍增管组成伽马探测器，用来探测伽马射线，并将其信号传输给数据获取与处理装置。
中子探测组件(可选)：由优化慢化体结构的He-3正比中子管组成中子探测器，用来探测中子，并将其信号传输给数据获取与处理装置，采用中子探测组件可大大加强对特殊核材料的探测能力。
占用/速度探测器：由装在对立探测柱上的对射式红外传感器组成，用以获知被检物通过监测通道的过程及其通过速度和行驶方向。
数据采集与处理子系统：由信号通讯与处理模块和数据采集处理计算机组成，用来进行数据获取分析处理来自于探测装置的信号，并根据要求显示和记录结果，由连接打印机和/或网络输出。
在本发明中，将上述放射性物质检测系统与辐射成像检查设备紧凑集合在一起，能够有效提高安检效率，同时也大大降低了设备的占地面积、管理成本。
本发明所述可同时进行辐射成像检查和放射性物质监测的系统 的整体结构示意图如图2所示，该系统包括辐射成像检查子系统和放射性物质监测子系统两大部分，辐射成像检查子系统包括加速器和同步控制装置，放射性物质监测子系统包括探测器及前端电路、信号传输控制器、数据采集分析处理计算机和报警装置。其中探测器(包括中子、伽马、占用/速度、门控探测器等探测器)及前端电路输出电信号通过电传输线与信号传输控制器连接，并最终将数据信号传送到数据采集分析处理计算机进行分析处理，当放射性物质监测子系统监测到放射性物质，数据采集分析处理计算机控制报警装置报警。
在本实施例中，探测器和前端电路为不可分割的一部分，它们一起组成了伽马探测组件。其中探测器由闪烁体和光电倍增管(PMT)组成，闪烁体是伽马探测器材料，用于探测伽马射线，光电倍增管附加电路是属于伽马探测组件前端电路的，是伽马探测组件的必要组成；前端电路将探测到的伽马射线转换为电信号。
图1给出的是一个放射性物质监测系统实际应用组成，其中的中子探测组件、温度控制组件、视频、门控、UPS等并不一定是系统必需的，但通常会有。图2主要目的是为了说明辐射成像检查和放射性物质监测之间的关系，用以说明它们是如何同步的，其中的探测器及前端电路指的是伽马探测组件。
在本发明的一个实施例方式中，辐射成像检查系统是以加速器为辐射源的车辆/集装箱检查系统，其根据X/γ射线透过物体前后的强度变化来反映物体内部质量厚度的差异。整个辐射成像检查系统是非常复杂的，通常包括：加速器分系统、探测器分系统、扫描装置、扫描控制分系统、图像获取分系统和运行检查分系统等部分，其系统结构如图5所示。其中加速器分系统产生脉冲X/γ射线，探测器分系统探测到透过物体前后的强度变化，将其转换为电信号传输到图像获取分系统，并最终由运行检查分系统完成辐射成像检查。其中扫描装置用于完成必要的扫描动作(例如车载式辐射成像检查系统中扫描车的前后 移动等)，扫描控制分系统用于控制扫描装置和加速器的工作状态。
其中和放射性物质监测系统同时进行相关的部分是：加速器、图像获取分系统中的同步控制装置。图像获取分系统中同步控制装置的主要作用是给出加速器和探测器同步工作的脉冲信号。
放射性物质监测系统的工作流程图6所示，主要包括三个模式：本底模式、探测模式和维护模式。
系统上电后初始化进入本底模式。伽马和中子探测组件探测射线信号并将其信号传输给数据获取与处理装置并由数据采集与处理子系统进行分析处理。在本底模式，本底计数率连续采集更新用以反映天然本底射线强度的实时变化。本底计数率至少每100秒更新一次。如果本底射线强度不在一个正常的范围，监测系统将产生报警以提出操作人员注意。
一旦集装箱车辆进入监测系统的探测区域，占用/速度探测器将被触发；监测系统将自动进入探测模式。在探测模式中，监测系统将探测射线强度，分析射线水平和由先前本底计数率得到的报警阈值进行比较。如果射线水平高于报警阈值，监测系统将发出声光报警。系统产生报警日志，包括报警数据、产生时间、类型等等有用信息，通过打印机和/或网络输出。
若需要进行系统维护可从本底模式进入维护模式，在维护模式中能进行用户设置、参数获取和修改、功能和算法的调整和使用等功能。
以加速器为辐射源的车辆/集装箱检查系统在进行车辆/集装箱检查时，其加速器是以脉冲的方式发射X/γ射线。为了避免加速器产生的大量射线对放射性物质监测系统的影响，放射性监测系统只能利用直线加速器的脉冲间隙进行放射性计数。当然，由于放射性物质监测系统是和辐射成像系统集成在一起的，辐射成像系统的加速器在非常短的时间内产生的大量射线会导致放射性物质监测系统伽马射线探测器的信号堆积，从而使得伽马射线探测器需要一个较长的恢复时间 (这个恢复时间的长短是和加速器产生的入射到伽马探测器的伽马射线通量有关，不同的集成系统可能产生的恢复时间不同，一般为几个毫秒)，因此并不能简单采用在加速器不出束时，放射性物质监测系统就进行工作的方式来解决。因此，首先需要一个可调制脉宽的门电路进行同步控制。可调制脉宽的门电路是一个通用技术，在本实施例中，可调制脉宽的门电路在信号传输控制器中。
在加速器剂量不是很大、出束频率不是很高的情况下，可在伽马探测系统的电路中采用普通的门电路将加速器出束和出束后伽马探测恢复时间(约几个毫秒)内的计数去除，就可使得辐射成像检查和放射性物质监测同时进行。但是对于加速器剂量很大、出束频率高的情况，单次入射到放射性物质监测系统的射线会使探测器在短时间内产生大量光子，由于后续光电倍增管的光电效应和倍增特性，故在短时间内产生大量电子导致光电倍增管进入深度饱和，而光电倍增管深度饱和后的恢复时间较长(远远大于同步信号的脉宽)；并且伴随着振荡的产生，使得后续信号处理电路的基线也随之恶劣变化，本底计数率抬高，这样不仅会导致监测系统误报警，同时也达不到准确监测的目的。由于光电倍增管的工作高压使之不能在微秒量级频繁开关(因为光电倍增管的需要一个稳定时间后才能正常工作，这个时间远大于微秒)，所以不能通过在加速器出束时通过开关伽马探测器的输入来解决。
为了将短时间大剂量入射光子对放射性物质监测系统探测器的影响降低到可以接受的程度，我们采用特别设计的光电倍增管附加电路来完成探测器短时间大剂量照射后的快速恢复。具体方法是：利用外部的同步信号通过控制光电倍增管前几级倍增极的电压，切断电子产生的源头，从而有效地消除短时间大剂量X/γ射线的影响。这样既可以在加速器出束时，同步装置产生同步门脉冲信号使光电倍增管前几级倍增极的电压使得PMT工作截止，同时又可使得当加速器停止 出束后PMT可迅速恢复工作，并且可以长期稳定可靠的进行PMT工作状态的切换。
另外，在本发明中，加速器是脉冲工作的，光电倍增管在出束脉冲的间隔进行工作；因此在加速器脉冲工作期间，光电倍增管也是在工作的。
本发明的整体工作流程如图3所示：
S1：放射性物质监测子系统初始化自检；
S2：进入本底模式，探测射线信号，连续采集并及时更新本底计数率，若本地射线强度超出正常范围，产生报警；
S3：若集装箱车辆进入监测系统的探测区域，触发占用/速度探测器，放射性物质子监测系统自动进入探测模式；
S4：同时加速器以脉冲方式发射X/γ射线，开始集装箱辐射成像检查；
S5：辐射成像检查子系统发出的加速器出束同步信号通过控制光电倍增管前几级倍增极的电压，切断光电倍增管电子产生的源头，从而有效地消除短时间大剂量X/γ射线的影响；
S6：车辆通过监测通道后，本次车辆的辐射成像检查和放射性物质监测结束。
本发明所特别设计的光电倍增管附加电路可以通过在普通的光电倍增管分压电路上改进获得，电路原理如图4所示。本发明所使用的光电倍增管既可以采用阴极接地的分压器回路，也可采用阳极接地的分压器回路。以下的表述均以阴极接地的分压器回路为基础进行说明。
在不施加控制信号的时候，PMT处于ON状态，与普通PMT工作情况相同。当控制信号在三极管Q2上施加正脉冲信号(高电平)的时候，Q2导通，利用一个远低于PMT工作高压的电压HV2在电容C2产生脉冲电压，C2放电，将D1极电压降为0V，D3电压低于 D2极的电压，从而改变K极与D1极之间、D2极与D3极之间的电场方向，使得K极发射的电子不能到达D1极；同理，倍增极D5的电压也低于D4，从而使得PMT截止工作。这样射线就不能成为干扰输入，避免使光电倍增管及其后续输出饱和，从而导致特性恶化等不良影响的现象发生。
另外，如果对Q2的输入电路进行简单改动，也可以使得PMT与控制信号的逻辑实现反相。
综上所述，我们采用加速器出束的同步信号对改进后的光电倍增管进行控制，从而很好的实现了放射性物质监测系统和辐射成像系统的同步工作。
虽然本发明是具体结合一个优选实施例示出和说明的，但熟悉该技术领域的人员可以理解，其中无论在形式上还是在细节上都可以作出各种改变，这并不背离本发明的精神实质和专利保护范围。
Claims (6)
1.一种同时进行辐射成像检查和放射性物质监测的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
S1：放射性物质监测子系统初始化自检；
S2：进入本底模式，探测射线信号，连续采集并及时更新本底计数率，若本地射线强度超出正常范围，产生报警；
S3：若集装箱车辆进入监测系统的探测区域，触发占用/速度探测器，放射性物质子监测系统自动进入探测模式；
S4：加速器以脉冲方式发射X/γ射线，开始集装箱辐射成像检查；
S5：辐射成像检查子系统发出的加速器出束同步信号通过控制光电倍增管前几级倍增极的电压，切断光电倍增管电子产生的源头，从而有效地消除短时间大剂量X/γ射线的影响；
S6：车辆通过监测通道后，本次车辆的辐射成像检查和放射性物质监测结束。
2.如权利要求1所述的同时进行辐射成像检查和放射性物质监测的方法，其特征在于：若需要进行放射性物质监测子系统的系统维护，可从本底模式进入维护模式，进行用户设置、参数获取和修改、功能和算法的调整和使用。
3.如权利要求1或2所述的同时进行辐射成像检查和放射性物质监测的方法，其特征在于：在步骤S5中，加速器出束同步信号通过同步控制器传输至放射性物质监测子系统，在放射性物质监测子系统中的信号传输控制器中形成可调制脉宽的门信号，用于对加速器出束期间的放射性物质监测子系统的采集数据进行去除。
4.如权利要求3所述的同时进行辐射成像检查和放射性物质监测的方法，其特征在于：在所述放射性物质监测子系统中采用改进的光电倍增管附加电路来完成探测器短时间大剂量照射后的快速恢复。
5.如权利要求3所述的同时进行辐射成像检查和放射性物质监测的方法，其特征在于：所述放射性物质监测子系统以系统没有检测物体时的本底计数率为基础设定报警阈值。
6.如权利要求4所述的同时进行辐射成像检查和放射性物质监测的方法，其特征在于：所述光电倍增管附加电路中的光电倍增管采用阴极接地的分压器回路或者阳极接地的分压器回路。
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| 陈家斌等.强X光辐射场加门光电倍增管实验研究.核电子学与探测技术15 3.1995,15(3),156-160. |
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