CN102565097B - 用于对被检物体进行放射性物质探测和x光辐射成像的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及放射性物质探测和X光辐射成像领域，提供了一种用于在同一地点进行对被检物体进行放射性物质探测和X光辐射成像的集成系统，解决了现有技术中两种检测必须分开进行的技术问题。本发明中的集成系统包括：X光检测设备，用于对被检物体进行X光辐射成像检查；放射性物质监测设备，用于检测所述被检物体发出的放射性射线；以及用于阻挡X光辐射到达所述放射性物质监测设备的装置。本发明实现了两种检测的紧凑集成，大大节约了空间、时间资源，避免了由于在放射性物质监测设备和X光检测设备之间不断运送货品导致的人力、物力上的浪费。

Description

用于对被检物体进行放射性物质探测和X光辐射成像的系统

技术领域

本发明总体涉及物品检查领域，具体涉及放射性物质检测以及X光检查领域。 

背景技术

放射性物质监测设备已经被广泛地用于海关、边境、机场、核电厂和其它重要场所的出入口放射性检查，用于阻止放射性物质的非法转移。现有技术中的放射性物质监测设备主要是利用放射性物质/特殊核材料通过设备时，对其所发射的伽马、中子射线进行检测，根据所述伽马、中子射线引起的系统计数率变化或能谱异常变化，从而判断通过的被检物体是否含有放射性物质/特殊核材料。 

除了放射性物质监测，通常在重要场所的出入口还要对进出物品进行X光检测。现有技术中的X光检测设备是利用X光机为辐射源，当被检物体通过检测设备时检测透过物体的X光剂量，根据测得的透过剂量变化获得物体的质量厚度和图象信息，并据此判断是否含有危险物品。 

上述的放射性物质监测设备和X光检测设备可以在不同的检查领域完成各自的功能，但一个问题在于，不能将上述的放射性物质监测设备和X光检测设备相邻放置对一件被检物体进行放射性物质监测和X光检测。其原因是：在对被检物体进行X光辐射成像检查时，X光检测设备会发射出大量的X射线，其中有一部分X射线会漏入到相邻放置的放射性物质监测设备中。由于放射性物质监测设备正是通过对射线的探测来判断通过的被检物体是否含有放射性物质，所以漏入的X射线会影响放射性物质监测设备的检测精度，使其无法正确判断所检测到的异常辐射是由于放射性物质引起还是由漏入的X射线引起的。进而，由于不能将上述放射性物质监测设备和X光检测设备相邻放置，所以在机场或港口等海关必须在放射性物质监测设备和X光检测设备之间不断运送货品，导致了大量的人力、物力、空间和时间上的浪费。 

发明内容

鉴于如上所述现有技术中具有的缺陷，希望提供一种集成系统，可以在同一地点同时探测放射性物质和进行X光辐射成像。 

本发明通过合理的屏蔽设置解决了所述放射性物质探测设备与X光检测设备的集成中出现的各种干扰和相互协调的问题。 

根据本发明的一个实施例，提供了一种用于对被检物体进行放射性物质探测和X光辐射成像的系统，该系统包括：X光检测设备，用于对被检物体进行X光辐射成像检查；放射性物质监测设备，与所述X光检测设备相邻放置，用于检测所述被检物体发出的放射性射线；以及用于阻挡X光辐射到达所述放射性物质监测设备的装置。 

通过以上技术方案，实现了X光物体检查设备与放射性物质监测设备的紧凑集成，可在同一地点进行射线辐射成像检查和放射性物质监测，大大节约了机场、港口等海关的空间资源，节省了时间，进而避免了由于在放射性物质监测设备和X光检测设备之间不断运送货品导致的人力、物力上的浪费。 

附图说明

下面通过结合附图对各个具体实施方式进行详细描述，相同的附图标记表示相同的组成部件。 

图1是根据本发明一个实施例的用于检测放射性物质并对物体进行X光检查的系统的侧视图； 

图2是如图1所示的用于检测放射性物质并对物体进行X光检查的系统的俯视图；

图3是放射性物质监测设备在包括环境本底工作时，多道脉冲幅度分析器（MCA）获得的散射能谱；

图4是放射性物质监测设备的具体组成框图。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例用于检测放射性物质并对物体进行X光检查的系统100的侧视图，其中附图标记101表示放射性物质监测设备，用于检测被检物体发出的伽马或中子射线。102表示X光检测设备，用于对被检物体进行X光辐射成像检查。其中放射性物质监测设备101置于X光检测设备102的入口两侧，但本领域技术人员也可以想到将其置于X光检测设备102的出口两侧，或置于入口或出口的一侧，及将其置于X光检测设备102的上、下方。103表示载物台，用于承载被检物体。104表示履带，用于传送被检物体从接受放射性物质监测的位置向前移动通过X光检测设备102。105表示支柱，用于支撑载物台103。 

图2是如图1所示的用于检测放射性物质并对物体进行X光检查的系统的俯视图，总体用附图标记200表示。其中附图标记201表示与图1中相同的放射性物质监测设备。202表示与图1中相同的X光检测设备。203表示在X光检测设备202中发射的、经过准直的X射线。在以X光检测设备102在进行检查时，该X光检测设备连续发射X射线，其中心存在很强的扇形初级X射线，该扇形初级X射线在被准直器准直成X射线203。在其被准直、透射过被检物体和探测器检测过程中，会有大量散射射线形成，这些散射射线在现有技术中可能会影响附近放射性物质检测设备201的检测精度。204表示铅帘，用于遮挡部分所述散射射线。205表示被检物体，而205’表示正处于接受X光检测位置的被检物体。206表示部分包围放射性物质监测设备201的第一屏蔽体。207表示至少部分包围X光检测设备202的第二屏蔽体。 

在图2所示的实施例中，X光检测设备202的横截面为矩形，其被第二屏蔽体207完全包围。放射性物质监测设备201和第一屏蔽体206被置于X光检测设备202的入口处的一侧，所述第一屏蔽体206为马蹄形，其圆弧端包围所述放射性物质监测设备201，开口轴线与被检物体的运送方向成例如45度角。并且开口部分的两臂从圆弧部位向外延伸，以确保由X光检测设备202在所有铅帘204处于自然垂直状态时发出的散射射线或被激发的X荧光射线以及此处泄漏出的散射射线不能到达放射性物质监测设备201。优选的，所述第一屏蔽体206还可以至少部分地屏蔽天然本底射线，以提高系统灵敏度。同时所述开口还保证了对被检物体205有足够的张角，可以正确的检测被检物体205发出的伽马和中子射线。该张角，或称视野，与X光检测设备202对物品的检查速度相关，速度快时张角适当加大，速度慢时张角可适当缩小。在本实施例中使用45度角作为示例，当然本领域的普通技术人员也可以容易的想到使用其他角度，例如30－60度之间的夹角，达到相同的技术效果。同样，本领域的普通技术人员可以容易的想到将放射性物质监测设备201和第一屏蔽体206置于X光检测设备202入口或者出口的两侧或上、下方，不影响并确保被检货物的畅行而且不占用外场地。只要第一屏蔽体206能屏蔽掉铅帘上的散射，则任何角度及放置位置都可以实现。多个置于不同位置、角度的放射性物质监测设备201和第一屏蔽体206可以同时使用，只要其能够屏蔽掉铅帘上的散射并且有足够的张角以用于检测被检物体205发出的伽马和中子射线。另外，除了马蹄形，第一屏蔽体206还可以以C形实现或任何具有一边开口的包围形状实现，如矩形等多边形。在另一实施例中，第一屏蔽体206被实现为单向的遮蔽体，所述单向遮蔽体可被置于所述放射性物质监测设备201与X光检测设备202之间，用于单向遮挡所述X光辐射到达所述放射性物质监测设备201。在一个优选的实施例中，第一屏蔽体206被实现为一字型的单向遮蔽体。 

在一个优选实施方式中，使用重金属材料制成第一屏蔽体206和第二屏蔽体207，由于中子对重金属具有良好的穿透性，因此用重金属材料构成第一屏蔽体206和第二屏蔽体207，不但可以对X射线达到良好的屏蔽效果，而且可以使中子的探测灵敏度不受影响或影响很小。 

下面结合图3解释通过提高放大器或多道的检测低限，减小散射射线对放射性物质监测设备的影响。在放射性物质发射的伽马和/或中子射线入射到放射性物质监测设备201时，与放射性物质监测设备201中的探测器材料相互作用并转换成为电脉冲信号输出；该电脉冲信号经线性放大成型、数据采集等，可被系统按计数率记录下来，也可按信号幅度大小记录成能谱。图3是放射性物质监测设备201在包括环境本底工作时，多道脉冲幅度分析器（MCA）获得的散射能谱,其中横轴表示道数，纵轴表示计数。 

图4具体解释了放射性物质监测设备的具体组成框图，该放射性物质监测设备在图4中总体以附图标记400表示。该放射性物质监测设备400主要包括：伽马探测模块401、中子探测模块402、占用/速度探测器403、门控探测器404、温度控制组件405、声光报警406、视频监控407、信号传输与控制器408、计算机409、TCP/IP模块410、USP电源411。其中信号传输与控制器408、计算机409、TCP/IP模块410包括在数据获取与处理分系统412中。伽马探测组件401由高灵敏的塑料闪烁体/NaI晶体、低噪声光电倍增管、高压、放大器等组成，用于探测伽马射线并将其信号传输给数据获取与处理分系统412。中子探测组件402由优化慢化体结构、He-3正比中子管、高压、放大器等组成，用于来探测中子并将其信号传输给数据获取与处理分系统412。占用/速度探测器403由装在对立探测柱上的对射式红外传感器组成，用以获知是否有被检物通过监测区域。数据获取与处理分系统412以计数器或多道分析器与高级精简指令系统处理器（ARM）嵌入式系统组成，用以采集和处理数据、判断是否存在射线计数率或能谱异常并产生相关的报警信息。通过软件对相关的数据处理和计算、条件修正、逻辑判断等形成一套报警算法，及用户界面、信息留存等软件。门控探测器404、温度控制组件405、声光报警406、视频监控407、信号传输与控制器408、计算机409、TCP/IP模块410、USP电源411属于现有技术中的功能模块，出于说明书简明考虑，在此不对其具体组成一一累述。本领域普通技术人员也可以理解，各功能模块可根据实际需求增减。 

当放射性物质通过检测设备时，在探测到的射线计数率或能谱发生异常时，可以判断被检物体含有放射性物质。为了有效的监测放射性物质，放射性物质监测设备201需根据系统所处环境本底水平，确定计数率报警阈值和/或射线能谱变化限值，以满足系统灵敏度、准确度、监测速度和误报警率的要求。系统测量的射线计数率或能谱的峰面积符合物理统计规律，即在一个相对稳定的环境，和无电子学噪声被记录（或相对少量）的情况下，已知前一时段的计数率或峰面积，可预知下一时段的计数率或面积出现值的几率，通常出现在5个西格玛之外的几率远小于0.1％，因而报警阈值基本上设定在5个西格玛，符合几乎所有标准要求的误报率水平，该阈值也成为该系统的灵敏度，当下一个计数率或峰面积等于或大于前一个（或平均或占用前）的计数率或峰面积加它的5个西格玛，即输出报警。同样，如果有一放射源，其射线被探测到的计数率或其峰面积的真值为此时本底计数率或峰面积（对应区）的5个西格玛，且系统阈值设置在5个西格玛，则按统计规律，该源被探测的准确率为50％，也为一般标准所要求；同理因统计规律，灵敏度等指标与探测的时间和物体移动速度等因素相关。当被检测物体通过放射性物质监测设备201时，如果测量到的射线计数率或能谱变化程度高于设定值，放射性物质监测设备201输出报警信息。根据系统探测到的射线能量特征（能谱），可以判别放射性物质的类别以及具体的核素。具体而言，能谱即按探测到的射线能量的大小记录的二维谱，如谱仪事先经过能量刻度，如用241Am（特征能量59KeV…）、137Cs（特征能量661.6KeV…）、60Co（特征能量1173.2KeV、1332.5KeV）,其全能峰对应的能量都是已知的；对未知源的探测，如能谱中出现峰或通过数学解谱得到峰位，经刻度系数转换为能量，即可知该峰的来源核素，当然很多核素有多个特征峰，且其分之比固定，但因自吸收、探测效率、屏蔽、干扰、多核素重叠等因素，探测到的峰面积比差异会很大。 

回到图3，图中下方的灰色谱线是环境本底的能谱，主要由宇宙射线和环境中的天然放射性物质构成。位于灰色谱线之上的黑色谱线是包含环境本底和X光检测设备202无铅帘屏蔽及工作时，放射性物质监测设备201检测到的能谱。在黑色能谱中，在低道数，即低能量区显示出很高的计数率。这是因为所述的散射射线在X光检测设备202中经过一次或多次散射后损失了大量能量，所以其能量主要集中在低能区。而被检物体如含有放射性物质时，其射线能量通常会高于图中所示的低能区。也就是说，被检物体发出的射线能量与X光散射射线处于不同的能量区中。 

根据本发明的一个实施例，在黑色能谱曲线从高计数率到平稳低计数率的拐点处设置了检测低限（LLD）。检测低限通过数字电路依据具体探测器射线能量范围的要求及灵敏度指标进行灵活的动态设置。根据确定的能量限，即可确定检测低限。具体而言，经刻度的能谱，能量与道数相对应，有确定的能量限即有确定检测低限。在一般标准中，对不同源的检测灵敏度要求不同，而灵敏度与本底的计数率或对应区间面积相关，因而为满足相应源的灵敏度要求，可以有针对性地调整检测低限，如60Co的特征峰在1MeV以上，因而对计数系统而言，通过提高检测低限，降低本底计数，即可提高探测60Co源的灵敏度。同时可确定探测能区内本底和包含X光检测设备工作时的系统的计数率及能谱，并计算出系统探测该能区的灵敏度及与X光检测设备不工作时的灵敏度差异量。通过设定这个检测低限，放射性物质监测设备201不记录低于该检测低限的低能散射射线，只记录高能放射性射线，从而减少了散射射线对放射性物质监测的影响。 

在X光检测设备工作时，因铅帘的开启、货物进出及大小、质量的不同，可能造成散射射线往高能区堆积，造成计数率和谱型的奇变，从而给检测低限的设定带来困难。从图3可见，在上述低能区的表示散射射线能量的部分黑色能谱是连续的、无明显特征峰的、呈指数下降型的光滑能谱。相反，所有放射性物质的射线能谱均应呈现有特征峰和有结构的能谱。因此，对通过使用多道脉冲幅度分析器来检测所述被检物体发出的放射性射线能谱的放射性物质检测系统，通过对黑色能谱进行数字滤波技术和光滑处理、能量标定、解谱等技术处理，可以将包含散射射线的连续光滑的本底谱滤掉，从而减小散射射线对放射性物质监测的影响。所述的数字滤波技术包括多种形式，如设计一个高通低阻滤波器F()用来转换能谱，如Bj＝F（Ai） i＝1,2,3,…1024，此处Ai为原始获取能谱，Bj为经滤波能谱。由于探测器测量射线的能量分辨是固定和已知的（通过刻度），因此所选滤波器的频谱是已知的。利用上述数字滤波技术补充检测低限的设置，可以降低解谱和寻峰、峰识别的难度。 

本领域的技术人员可以想到将使用重金属材料对X射线的屏蔽方案应用于各个实施例中。以及，可以将以上设置屏蔽体和设置检测低限等实施方式单独和组合使用。本领域的普通技术人员还可以在不脱离本发明整体构思的条件下想出各种变型和替换方案，其都在本申请的保护范围之内。术语“包括/包含”并不排除所列元件/步骤之外的元件/步骤，“一个/一种”不排除包含多个的情况。 

Claims (2)

1. 一种用于对被检物体进行放射性物质探测和X光辐射成像的系统，所述系统包括：

X光检测设备，用于对被检物体进行X光辐射成像检查；

放射性物质监测设备，与所述X光检测设备相邻放置，用于检测所述被检物体发出的放射性射线；

其特征在于，该系统还包括：

屏蔽体，所述屏蔽体置于所述放射性物质监测设备与 X光检测设备之间，用于单向遮挡所述X光检测设备的X光辐射到达所述放射性物质监测设备；所述屏蔽体还至少部分地屏蔽天然本底射线。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述屏蔽体是由重金属制成的。

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