CN101968552A - 基于ｘ射线波长色散衍射危险品检测方法 - Google Patents

Abstract

一种X射线应用技术领域的基于X射线波长色散衍射危险品检测方法，采用在样品出射面设置截限狭缝和用Mo或Ag靶特征辐射X射线透射式波长色散衍射方法进行在线检测，反射式X射线波长色散衍射方法作现场鉴定。本发明能检测小包的危险品，能最终判断危险品是何种爆炸物、何种毒品；直接检测厚度几～十几cm，因检测部位是包裹小尺寸处，所以实际待测物体尺更大些；通过透射式X射线波长色散衍射的在线检查和反射式X射线波长色散现场鉴定，能完全正确无误地判断待测物体属何种物质，还能把包装物与危险品分开。这是其它任何非衍射方法办不到的，无可比拟的。

Description

基于X射线波长色散衍射危险品检测方法

技术领域

本发明涉及的是一种X射线应用技术领域的方法，具体是一种基于X射线波长色散衍射危险品检测方法。

背景技术

直至当前，在机场、车站、码头、海关及公共场所、政府保卫部门的安全检查仍都使用X射线透视装置，依据物件投影像的形状、衬度(对比度)细节的经验，以及是否有雷管之类的引爆装置来判断待测物体件是否属爆炸(危险)可疑物品。新发展的X射线计算机化的层析照相术(简称CT)的应用，图像较直接透视要清晰得多，但仍仅对金属件灵敏，不能判定待测物体体是什么毒品和什么炸药？如果用衍射方法就有可能解决这个问题。一般的X射线衍射分析多采用对称反射式衍射方法，必须取样到X射线衍射检测室作检测分析。这就提出超厚样品的透射X射线衍射和现场或在线(in situ)检测鉴定问题。

经过对现有技术的检索发现，仅在分析化学(Anal.Chem.)1995，67(5)：164A～189A上发表《探测隐蔽爆炸物》(Detecting Hidden Explosives)一文提到用X射线衍射探测爆炸物的可能性。在此及以后未有这方面的报道。现有的透视方法，虽然能从影像上判断是否是危险品，但不能监定是何种物质。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于X射线波长色散衍射危险品检测方法，采用在样品出射面设置截限狭缝和用Mo或Ag靶特征辐射X射线透射式波长色散衍射方法进行在线检测，反射式X射线波长色散衍射方法作现场鉴定。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：

第一步、用现行的X射线透视检查获得待检测物体的投影像，通过目测判断待测物是否危险品；

第二步、取出疑似危险品的待测物体置于衍射装置的两侧对待检测物进行X射线波长色散衍射检测，实现对危险品的在线检测和现场鉴定。

所述的衍射装置包括：X射线源、光阑组件、截限狭缝、高能探测器及数据记录系统，其中：X射线源位于待测物体的前方，光阑组件位于X射线源和待测物体之间，截限狭缝紧贴在待测物体后面，高能探测器位于待测物体后衍射线方向的滑车上，数据记录系统与高能探测器相连接以接收检测信号。

所述的波长色散衍射是指：(1)在衍射装置的进行待测物的透射式波长色散衍射的在线检测；(2)从待测物取出少量样品，在衍射装置的进行样品的反射式波长色散衍射的现场鉴定。

所述的X射线源是指最大工作电压为60kV的Mo或Ag靶的特征X射线线谱，输出电流40mA或更高。

所述的光阑组件包括Soller光阑和发散狭缝，其中：Soller光阑位于发散狭缝前。

所述的截限狭缝采用单层厚度为0.2mm的铅箔或双层层叠的厚度为0.1mm的钽箔制成，其中：截限狭缝的宽度A小于等于入射X射线束的宽度，截限狭缝的厚度为a，其满足

第三步、将用Ag或Mo靶获得的衍射谱2θ-I进行数据处理和检索匹配，实现危险品检测。

所述的数据处理是，把使用MoK_a或AgK_a辐射波长色散衍射检测所获得的2θ_Ag，Mo-I谱，快速按2d sinθ_Ag，Mo＝λ_Ag，Mo公式换算成d-I谱，然后用2dsinθ_Cu＝1.54056

换算成对应于Cu靶的2θ_Cu-I谱；

所述的检索匹配是指：把检测获得2θ_Cu-I谱对照标准衍射谱数据库进行检索匹配，得到待检测物和样品为何种炸药或毒品的鉴定结果。

本发明可检测物体的厚度通过以下方式计算得到：

$t_{100}=\frac{\ln (I_0/I)}{{\mathrm{\μ}}_m\mathrm{\ρ}}=\frac{\ln \left(100\right)}{{\mathrm{\μ}}_m\mathrm{\ρ}}=\frac{4.605}{{\mathrm{\μ}}_m\mathrm{\ρ}},$

其中：μ_m’ρ分别为待测物体的质量吸收系数和密度，而μ_m为待测物体的质量吸收系数μ_m＝ω_iμ_mi，其中ω_i、μ_mi分别为待测物体中第i种元素的质量分数和质量吸收系数。比如：

可知，透射式波长色散衍射方法能检测的厚度为100.98/0.7，38.4/0.7，51.7/0.7，即144.2，54.8，73.8mm，可见能检测的厚度几～十几厘米。其中0.7是振装密度/大块材料的实测密度的比值。

本发明与现有技术相比，用X射线作安全检查的方法有最常用的基于吸收衬度成像的透视法、透射式波长色散和透射式能量色散(发明者的另一专利)三种方法。X射线透视成像法只能从图像的形状、衬度判断是否是危险物，不能鉴定出其属何种爆炸物或毒品。能检查枪支、匕首等金属凶器。用测定待测物体成分的方法一般也难最后判断所属物质，特别是炸药、有机物等。

本发明的优点包括：

(1)能检测小包的危险品，能最终判断危险品是何种毒品、何种爆炸物；

(2)直接检测厚度几～十几cm，因检测部位是包裹小尺寸处，所以实际待测物体尺度更大些。

(3)通过透射式X射线波长色散衍射的在线检查和反射式X射线波长色散现场鉴定，能完全正确无误地判断待测物体属何种物质，还能把包装物与危险品分开。这是其它任何非衍射方法办不到的，无可比拟的。

附图说明

图1为毒品/炸药在线(右)检测和现场(左)鉴定的检测布置示意图；

图中：1X射线源(Ag或Mo靶)、2光阑组件、3待测物体、4截限狭缝S-S、5高能(矩阵)探测器及数据记录系统。6从待测物中取得的样品、7晶体单色器

图2为截限狭缝的结构设计；

图中：(a)档板材料为铅；(b)档板材料为钽。

图3为厚度为3.0mm的萘(C₁₀H₈)样品(CuK_a辐射)的透射衍射检测花样；

图中：(a)加截限狭缝；(b)不加截限狭缝。

图4为厚度为3.0mm的硝酸铵样品(CuK_a辐射)的透射衍射检测花样；

图中：(a)加截限狭缝；(b)不加截限狭缝。

图5为厚度为3.0mm的食用葡萄糖样品(CuK_a辐射)的透射衍射检测花样；

图中：(a)不加截限狭缝；(b)加截限狭缝；(c)通常的对称反射式扫描花样。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例包括以下步骤：

第一步、用现行的X射线透视检查获得待检测物体的投影像，通过目测判断待测物是否危险品；

第二步、取出疑似危险品的待测物体置于衍射装置的两侧对待检测物进行X射线波长色散衍射检测，实现对危险品的在线检测和现场鉴定。

如图1所示，所述的衍射装置包括：X射线源1、光阑组件2、截限狭缝4、高能探测器及数据记录系统5，其中：X射线源1位于待测物体3的前方，光阑组件2位于X射线源1和待测物体3之间，截限狭缝4紧贴在待测物体3后面，高能探测器及数据记录系统5位于待测物体后衍射线方向的滑车上，其中：数据记录系统与高能探测器相连接以接收检测信号。

所述的波长色散衍射是指：(1)在衍射装置的进行待测物的透射式波长色散衍射的在线检测；(2)从待测物取出少量样品，在衍射装置的进行样品的反射式波长色散衍射的现场鉴定。

所述的X射线源是指最大工作电压为60kV的Mo或Ag靶的特征X射线线谱，输出电流40mA或更高。

所述的光阑组件包括Soller光阑和发散狭缝，其中：Soller光阑位于发散狭缝前。

如图2所示，所述的截限狭缝采用单层厚度为0.2mm的铅箔或双层层叠的厚度为0.1mm的钽箔制成，其中：截限狭缝的宽度A小于等于入射X射线束的宽度，截限狭缝的厚度为a，其满足

第三步、将用Ag或Mo靶获得的衍射谱2θ-I进行数据处理和检索匹配，实现危险品检测。

所述的数据处理是，把使用MoK_a或AgK_a辐射波长色散衍射检测所获得的2θ_Ag，Mo-I谱，快速按2dsinθ_Ag，mo＝λ_Ag，mo公式换算成d-I谱，然后用2dsinθ_cu＝1.54056

换算成对应于Cu靶的2θ_Cu-I谱；

所述的检索匹配是指：把检测获得2θ_Cu-I谱对照标准衍射谱数据库进行检索匹配，得到待检测物和样品为何种炸药或毒品的鉴定结果。

检测结果1

如图3所示，是厚度为3.0mm的萘(C₁₀H₈)样品，CuK_a的透射衍检测图谱，曲线(a)加截限狭缝；曲线(b)不加截限狭缝。明显可见不加截限狭缝时透射式波长色散衍射的衍射线的严重宽化/分裂和严重重叠，已无法分辨一条一条的衍射线，而加上截限狭缝后的透射式衍射的衍射花样与通常用的对称式反射衍射的衍射图谱基本上一致，可以用于鉴定物质。如换成Mo和Ag靶，可检测厚度分别为65.9～94.1mm和101.1～144.3mm。

检测结果2

如图4所示，是厚度为3.0mm的硝酸铵(NH₄NO₃)样品，CuK_a的透射衍射检测图谱，曲线(a)加截限狭缝；曲线(b)不加截限狭缝。明显可见不加截限狭缝时透射式衍射的衍射线的严重宽化、分裂和严重重叠，已无法分辨一条一条的衍射线，而加上截限狭缝后的透射式波长色散衍射的衍射图谱与通常用的对称式反射衍射的衍射图谱基本上一致，可以用于鉴定物质。如换成Mo和Ag靶，可检测厚度分别为27.8～39.7mm和40.95～58.5mm。

检测结果3

如图5所示，是厚度为3.0mm的食用葡萄糖(C₆H₁₂O₆.H₂O)样品，CuK_a的透射衍射检测花样，曲线(a)加截限狭缝；曲线(b)不加截限狭缝。明显可见不加截限狭缝时透射式波长色散衍射的衍射线的严重宽化、分裂和重叠，已无法分辨一条一条的衍射线，而加上截限狭缝后的透射式衍射的衍射花样与通常用的对称式反射衍射的衍射花样(c)基本上一致，可以用于鉴定物质。如换成Mo和Ag靶，可检测厚度分别为30.53～43.6mm和51.48～73.5mm。

将上述三个实例加截限狭缝所得的花样，用Jade程序自动检索结果与实际检测物完全一致。这说明波长色散衍射方法完全能正确无误检测和判定待检测物是何种毒品、何种炸药和何种物质。这是透视成像方法无法比拟的。

Claims (7)

1.一种基于X射线波长色散衍射危险品检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、用现行的X射线透视检查获得待检测物体的投影像，通过目测判断待测物是否危险品；

第二步、取出疑似危险品的待测物体置于衍射装置的两侧对待检测物进行X射线波长色散衍射检测，实现对危险品的在线检测和现场鉴定；

第三步、将用Ag或Mo靶获得的衍射谱2θ-I进行数据处理和检索匹配，实现危险品检测。

2.根据权利要求1所述的基于X射线波长色散衍射危险品检测方法，其特征是，所述的衍射装置包括：X射线源、光阑组件、截限狭缝、高能探测器及数据记录系统，其中：X射线源位于待测物体的前方，光阑组件位于X射线源和待测物体之间，截限狭缝紧贴在待测物体后面，高能探测器位于待测物体后衍射线方向的滑车上，数据记录系统与高能探测器相连接以接收检测信号。

3.根据权利要求1所述的基于X射线波长色散衍射危险品检测方法，其特征是，所述的波长色散衍射是指：(1)在衍射装置的进行待测物的透射式波长色散衍射的在线检测；(2)从待测物取出少量样品，在衍射装置的进行样品的反射式波长色散衍射的现场鉴定。

4.根据权利要求1所述的基于X射线波长色散衍射危险品检测方法，其特征是，所述的X射线源是指最大工作电压为60kV的Mo或Ag靶的特征X射线线谱，输出电流40mA或更高。

5.根据权利要求1所述的基于X射线波长色散衍射危险品检测方法，其特征是，所述的截限狭缝采用单层厚度为0.2mm的铅箔或双层层叠的厚度为0.1mm的钽箔制成，其中：截限狭缝的宽度A小于等于入射X射线束的宽度，截限狭缝的厚度为a，其满足

6.根据权利要求1所述的基于X射线波长色散衍射危险品检测方法，其特征是，所述的数据处理是，把使用MoK_a或AgK_a辐射波长色散衍射检测所获得的2θ_Ag，Mo-I谱，快速按2dsinθ_Ag，Mo＝λ_Ag，Mo公式换算成d-I谱，然后用2dsinθ_Cu＝1.54056

换算成对应于Cu靶的2θ_Cu-I谱。

7.根据权利要求1所述的基于X射线波长色散衍射危险品检测方法，其特征是，所述的检索匹配是指：把检测获得2θ_Cu-I谱对照标准衍射谱数据库进行检索匹配，得到待检测物和样品为何种炸药或毒品的鉴定结果。

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