CN104535592A - 一种滤波装置和方法及一种物质探测装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种滤波装置和方法及一种物质探测装置和方法，所述滤波装置包括双能射线源，所述双能射线源用于发射高能射线和低能射线；滤波片，位于所述双能射线源的射线出射处，由高Z材料制成，用于对出射的高能射线和低能射线进行滤波。本发明能够通过对不同能量的x射线采用同样的高原子序数的滤波片，显著减少检测能谱中的低能成分，实现更大可分性系数的物质探测方式，从而获得更优越的系统分类检测性能。
Description
技术领域
本发明涉及辐射探测领域，尤其涉及一种滤波装置和方法及一种物质探测装置和方法。
背景技术
在非侵入式检查领域中，x射线透射式检查是重要的技术手段。不同的能量x射线与物质相互作用时，其发生的物理反应与物质属性及x射线的能量相关，如图1和图2所示，根据不同能量射线的探测中，可以判断扫描物质的基本属性。其中，可以利用高能和低能两种射线透明度值差异来识别被检物物质属性的技术。透明度定义为穿透物质前后x射线的强度比值。由于不同物质的质量衰减系数在1MeV附近趋于一致，所以采用该类技术时，一般希望x射线均大于1MeV或均小于1MeV，才能通过透明度值推断物质属性。
目前x射线有多种产生途径，但医疗和工业领域中产生x射线主要依靠两种手段：1、放射性核素的自然衰变；2、电子的轫致辐射。其中放射性核素的自然衰变产生x射线的单色性很好，但能量和强度不受人工控制，无法应用在双能x射线探测领域。利用高能电子的轫致辐射产生x射线是目前非侵入式检查领域中主要的射线来源，但是其能谱为连续谱型，如图3a和图3b中的无滤波曲线，在应用时有许多不足。特别是在材料识别中，当x射线最高能量大于1MeV时，能谱中高能射线传递的信息会受到低能射线的影响，导致识别不准甚至错误。为了提高高能x射线探测设备的探测能力，需要对轫致辐射产生的连续谱进行整形，减小低能能谱所占的比例。传统的方法是采用旋转滤波体的方法获得期望的能谱，用高Z材料对高能射线滤波，用低Z材料或空气对低能射线滤波，调制能谱，从而达到提高分类探测能力的目的。这种方法对双能分类能力有一定的提高，但是通过蒙特卡洛程序模拟计算滤波后的能谱发现，滤波后还有大量的1MeV以下的光子(如图3a和图3b中通过蒙特卡洛程序模拟计算的经石墨滤波后的能谱所示)，并不利于实现分类探测。由于x射线系统的能量在1MeV以上，分类探测的实现主要依靠1MeV以上光子所带来的信息，而当低能射线滤波采用低Z材料或空气时，滤波后还会有大量的1MeV以下的光子，对系统的分类性能带来负面影响。同时由于需要保证高能射线用高Z材料滤波，低能射线用低Z材料滤波，因此当双能射线交替发射时，需要采用旋转方式的滤波器，让滤波材料在高Z和低Z间切换，并保证高低能射线能对应相应的滤波材料。在高频率出束的情况下，滤波器的材料切换与加速器高低能切换之间的同步往往难以保证，导致使用时出现问题。
发明内容
本发明提供一种滤波装置和方法及一种物质探测装置和方法，以解决现有技术的辐射探测过程中易于受到低能成分干扰的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种滤波装置，所述装置包括：
双能射线源，所述双能射线源用于发射高能射线和低能射线；
滤波片，位于所述双能射线源的射线出射处，由高Z材料制成，用于对出射的高能射线和低能射线进行滤波。
进一步地，所述装置还包括：
第一准直器，用于对经所述滤波片滤波后的高能射线和/或低能射线进行第一准直。
进一步地，所述装置还包括：
第二准直器，用于对经所述第一准直器第一准直后的高能射线和/或低能射线进行第二准直。
进一步地，
所述滤波片由铅、钨、铜、铁、锑、镍中的至少一种材料制成；
和/或，所述滤波片的厚度根据射线在1m处的剂量率占所述双能射线源的出射剂量率的比例决定，其至少为5g/cm2。
另一方面，本发明还提供一种物质探测装置，利用经上述任一项所述的滤波装置滤波的高能射线和低能射线探测物质，获取所述物质的高能探测值和低能探测值，根据所述物质的高能探测值和低能探测值对所述物质进行探测。
本发明还提供一种滤波方法，包括：
出射高能射线，利用高Z材料制成的滤波片对所述高能射线进行滤波；
出射低能射线，利用高Z材料制成的滤波片对所述低能射线进行滤波。
进一步地，所述方法还包括：
对经滤波后的所述高能射线和/或所述低能射线进行第一准直。
进一步地，所述方法还包括：
对经第一准直后的所述高能射线和/或所述低能射线进行第二准直。
进一步地，
所述滤波片由铅、钨、铜、铁、锑、镍中的至少一种材料制成；
和/或，所述滤波片的厚度根据射线在1m处的剂量率占所述双能射线源的出射剂量率的比例决定，至少为5g/cm2。
另一方面，本发明还提供一种物质探测方法，利用上述任一项所述的滤波方法滤波的高能射线和低能射线探测物质，获取所述物质的高能探测值和低能探测值，根据所述物质的高能探测值和低能探测值对所述物质进行探测。
可见，在本发明提供的滤波装置和方法及物质探测装置和方法中，能够通过对不同能量的x射线采用同样的高原子序数的滤波片，显著减少检测能谱中的低能成分，实现更大可分性系数的物质探测方式，从而获得更优越的系统分类检测性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是x射线与物质相互作用的三种主要方式的相对比例；
图2是几种典型材料的质量衰减系数曲线；
图3a是3MeV射线无滤波和分别经石墨滤波、铅滤波后的能谱；
图3b是6MeV射线无滤波和分别经石墨滤波、铅滤波后的能谱；
图4是本发明实施例滤波装置的结构示意图；
图5是本发明一个优选实施例滤波装置的结构示意图；
图6a是3M射线剂量与不同滤波片层厚的关系；
图6b是6M射线剂量与不同滤波片层厚的关系；
图7是本发明实施例物质探测装置的结构示意图；
图8是现有技术与本发明实施例方案的可分性对比图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明首先提供一种滤波装置，参见图4，包括：
双能射线源1，双能射线源1用于发射高能射线和低能射线；
滤波片2，位于双能射线源1的射线出射处，由高Z材料制成，用于对出射的高能射线和低能射线进行滤波。
可选地，参见图5，装置还可以包括：第一准直器3，用于对经滤波片2滤波后的高能射线和/或低能射线进行第一准直，以保证射线的准直性，减少散射射线。
可选地，装置还可以包括：第二准直器4，用于对经第一准直器3第一准直后的高能射线和/或低能射线进行第二准直，以进一步保证射线的准直性，减少散射射线。
可选地，滤波片2可以由铅、钨、铜、铁、锑、镍中的至少一种材料制成，其需要为x射线探测领域常用的高原子序数材料。
可选地，滤波片2的厚度可以根据射线在1m处的剂量率占所述双能射线源的出射剂量率的比例决定，一般在优先保证双能射线源1正常工作在最稳定的工作点时，根据两者的比例选择厚度。另外，其可以至少为10g/cm2，此时1m处的剂量率与双能射线源的出射剂量率的一半相当。具体的3M和6M射线剂量衰减比例与材料及厚度的关系可以参见图6a和图6b。
本发明还提供一种物质探测装置，其利用经上述任一项所述的滤波装置滤波的高能射线和低能射线探测物质5，获取物质5的高能探测值和低能探测值，根据物质5的高能探测值和低能探测值对物质5进行探测。
如图7所示，装置具体还可以包括，利用探测器6收集物质5的高能探测值和低能探测值，然后对所收集的高能探测值和低能探测值进行分析，获取所探测物质5的图像和物理性质，例如物质5的尺寸、形状、原子序数、密度等等。
在本发明实施例所提供的滤波装置和物质探测装置中，对不同能量的x射线采用同样的高原子序数的滤波片。经滤波片滤波的高能射线和低能射线经第一准直器初步准直和第二准直器再次准直后，照射被探测的物质5，并被探测器6所收集。在图3a和图3b中3MeV和6MeV的轫致辐射能谱示出的经10g/cm^2铅滤波片和石墨滤波片后的能谱分布中，通过蒙特卡洛程序计算模拟的结果显示，经过铅滤波片之后的能谱在低能部分的比重明显减少，而经石墨滤波片后能谱依然有大量的低能成分。如果将传统的高能射线用铅材料滤波、低能射线用石墨滤波的方案称为方案一，将本发明实施例内提出的高、低能射线均采用高Z(如铅)材料滤波的方案称为方案二。为了对比两种方案的优劣，采用C和Fe材料间的可分性系数进行分析。其计算方法为：
当系统分类检测性能不好时，不同材料间的透明度值会越相近，可分性系数越小，反之，系统分类检测性能则越好。即不同材料间的透明度值差异越大，可分性系数越大。随着低能透明度变化，可以获得一条系统的可分性曲线。图8给出了上述两种方案下的系统可分性。由于通过方案二整形后，低能能谱中低能成分明显减少，可知本发明实施例的方案二下的系统可分性优于方案一。
本发明实施例还提供一种滤波方法，包括：
出射高能射线，利用高Z材料制成的滤波片对所述高能射线进行滤波；出射低能射线，利用高Z材料制成的滤波片对所述低能射线进行滤波。
可选地，方法还可以包括：对经滤波后的所述高能射线和/或所述低能射线进行第一准直。
可选地，方法还可以包括：对经第一准直后的所述高能射线和/或所述低能射线进行第二准直。
可选地，滤波片可以由铅、钨、铜、铁、锑、镍中的至少一种材料制成；和/或，所述滤波片的厚度根据射线在1m处的剂量率占所述双能射线源的出射剂量率的比例决定，至少为5g/cm2。
本发明实施例还提供一种物质探测方法，利用如上任一项所述的滤波方法滤波的高能射线和低能射线探测物质，获取所述物质的高能探测值和低能探测值，根据所述物质的高能探测值和低能探测值对所述物质进行探测。
可见，在本发明实施例提供的滤波装置和方法及物质探测装置和方法中，能够通过对不同能量的x射线采用同样的高原子序数的滤波片，显著减少检测能谱中的低能成分，实现更大可分性系数的物质探测方式，从而获得更优越的系统分类检测性能。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种滤波装置，其特征在于，所述装置包括：
双能射线源，所述双能射线源用于发射高能射线和低能射线；
滤波片，位于所述双能射线源的射线出射处，由高Z材料制成，用于对出射的高能射线和低能射线进行滤波。
2.根据权利要求1所述的滤波装置，其特征在于，所述装置还包括：
第一准直器，用于对经所述滤波片滤波后的高能射线和/或低能射线进行第一准直。
3.根据权利要求2所述的滤波装置，其特征在于，所述装置还包括：
第二准直器，用于对经所述第一准直器第一准直后的高能射线和/或低能射线进行第二准直。
4.根据权利要求1所述的滤波装置，其特征在于：
所述滤波片由铅、钨、铜、铁、锑、镍中的至少一种材料制成；
和/或，所述滤波片的厚度根据射线在1m处的剂量率占所述双能射线源的出射剂量率的比例决定，其至少为5g/cm2。
5.一种物质探测装置，其特征在于，利用经权利要求1-4中任一项所述的滤波装置滤波的高能射线和低能射线探测物质，获取所述物质的高能探测值和低能探测值，根据所述物质的高能探测值和低能探测值对所述物质进行探测。
6.一种滤波方法，其特征在于，包括：
出射高能射线，利用高Z材料制成的滤波片对所述高能射线进行滤波；
出射低能射线，利用高Z材料制成的滤波片对所述低能射线进行滤波。
7.根据权利要求6所述的滤波方法，其特征在于，所述方法还包括：
对经滤波后的所述高能射线和/或所述低能射线进行第一准直。
8.根据权利要求7所述的滤波方法，其特征在于，所述方法还包括：
对经第一准直后的所述高能射线和/或所述低能射线进行第二准直。
9.根据权利要求6所述的滤波方法，其特征在于：
所述滤波片由铅、钨、铜、铁、锑、镍中的至少一种材料制成；
和/或，所述滤波片的厚度根据射线在1m处的剂量率占所述双能射线源的出射剂量率的比例决定，至少为5g/cm2。
10.一种物质探测方法，其特征在于，利用权利要求6-9中任一项所述的滤波方法滤波的高能射线和低能射线探测物质，获取所述物质的高能探测值和低能探测值，根据所述物质的高能探测值和低能探测值对所述物质进行探测。
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