CN110779939B - 双模探测方法、控制器和系统 - Google Patents

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Abstract

本公开提出一种双模探测方法、控制器和系统，涉及射线检测技术领域。本公开的一种双模探测方法包括：根据X射线物体探测数据、X射线无物体探测数据、中子物体探测数据和中子无物体探测数据，确定被测物体对于中子和X射线的微分截面的比值；根据被测物体对于X射线和中子的微分截面的比值与物质类型的对应关系识别物质类型。通过这样的方法，能够实现利用中子和X射线对被测物体的双能探测，利用物质对于中子和X射线的不同的衰减能力得到核素类型，实现识别元素种类，提高探测的精确度。

Description

双模探测方法、控制器和系统
技术领域
本公开涉及射线检测技术领域，特别是一种双模探测方法、控制器和系统。
背景技术
利用电子加速器产生的X射线来进行透射成像，是一种传统的技术，可以得到被检测物质的质量厚度信息，但是却无法进行物质识别。为了改善对物质的识别能力、甚至实现对同位素信息的分析，就需要利用两种或多种射线。
虽然一些新型的X射线成像检测技术，如：双能X射线、CT技术等在识别能力上有所提高，但仍难以克服不能识别元素种类的固有缺点。
发明内容
本公开的一个目的在于提出一种利用中子射线和X射线实现物质种类识别的方案。
根据本公开的一些实施例的一个方面，提出一种双模探测方法，包括：根据X射线物体探测数据、X射线无物体探测数据、中子物体探测数据和中子无物体探测数据，确定被测物体对于中子和X射线的微分截面的比值；根据被测物体对于X射线和中子的微分截面的比值与物质类型的对应关系识别物质类型。
可选地，当被测物体放置于双模探测装置的第一探测端口与X射线探测器之间时，根据X射线探测器的探测结果获取X射线物体探测数据，根据中子探测器的探测结果获取中子无物体探测数据；当被测物体放置于双模探测装置的第二探测端口与中子探测器之间时，根据X射线探测器的探测结果获取X射线无物体探测数据，根据中子探测器的探测结果获取中子物体探测数据；其中，第一探测端口发射X射线，第二探测端口发射中子射线。
可选地，双模探测装置通过单个电子加速器向X射线转换靶和中子转换靶同步发射电子，X射线转换靶产生的X射线从第一探测端口发射出，中子转换靶产生的中子射线从第二探测端口发射出。
可选地，确定被测物体对于中子和X射线的微分截面的比值包括：根据中子物体探测数据和中子无物体探测数据确定被测物体对于中子的质量衰减情况；根据X射线物体探测数据和X射线无物体探测数据确定被测物体对于X射线的质量衰减情况；根据被测物体对于中子的质量衰减情况和对于X射线的质量衰减情况确定被测物体对于中子和X射线的微分截面的比值。
可选地，确定被测物体对于中子和X射线的微分截面的比值包括：根据公式
F(n)＝σn/σX＝ln(In,0/In,D)/ln(IX,0/IX,D)
确定被测物体对于中子n和X射线的微分截面的比值F(n)，其中，σn为被测物体对于中子的微分截面，σX为被测物体对于X射线的微分截面，In,0为中子无物体探测数据，In,D为中子物体探测数据，IX,0为X射线无物体探测数据，IX,D为X射线物体探测数据。
可选地，双模探测方法还包括：根据被测物体对于不同能量中子和X射线的微分截面的比值确定被测物体中各种核素的相对含量。
可选地，确定被测物体中各种核素数目的相对含量包括：根据公式
Figure BDA0001726622290000021
确定各种核素数目的相对含量A1～Ak，其中，σni,j为对于第j种核素第i种能区的中子n的微分截面，σX,j为对于第j种核素X射线的微分截面，F(ni)为被测物体对于第i种能区的中子与X射线的微分截面的比值，Aj为第j种核素的相对含量，1≤i≤m，1≤j≤k，m为中子能区的数量，k为核素种类的数量，在测量过程中调整能区的数量使m＝k。
可选地，双模探测方法还包括：根据被测物体对于X射线和中子的微分截面的比值成像。
通过这样的方法，能够分别获得X射线、中子射线在被被测物体衰减和不被被测物体衰减状态下的探测数据，进而得到被测物体对于中子和X射线的微分截面的比值，通过不同物质对于中子和X射线的微分截面的比值与物质的对应关系确定被测物体的物质类型，从而实现利用中子和X射线对被测物体的双能探测，利用物质对于中子和X射线的不同的衰减能力得到核素类型，实现识别元素种类，提高探测的精确度。
根据本公开的一些实施例的另一个方面，提出一种双模探测控制器，包括：比值确定模块，被配置为根据X射线物体探测数据、X射线无物体探测数据、中子物体探测数据和中子无物体探测数据，确定被测物体对于中子和X射线的微分截面的比值；物质识别模块，被配置为根据被测物体对于X射线和中子的微分截面的比值识别物质类型。
可选地，比值确定模块包括：探测数据采集单元，被配置为当被测物体位于第一探测端口时，根据X射线探测器的探测结果获取X射线物体探测数据，根据中子探测器的探测结果获取中子无物体探测数据；当被测物体位于第二探测端口时，根据中子探测器的探测结果获取中子物体探测数据，根据X射线探测器的探测结果获取X射线无物体探测数据，其中，第一探测端口发射X射线，第二探测端口发射中子射线；比值运算单元，被配置为根据X射线物体探测数据、X射线无物体探测数据、中子物体探测数据和中子无物体探测数据确定被测物体对于X射线和中子的微分截面的比值。
可选地，比值运算单元被配置为：根据中子物体探测数据和中子无物体探测数据确定被测物体对于中子的质量衰减情况；根据X射线物体探测数据和X射线无物体探测数据确定被测物体对于X射线的质量衰减情况；根据被测物体对于中子的质量衰减情况和对于X射线的质量衰减情况确定被测物体对于中子和X射线的微分截面的比值；根据物质的中子和X射线的微分截面的比值与物质类型的对应关系确定被测物体的物质类型。
可选地，比值运算单元被配置为：根据公式
F(n)＝σn/σX＝ln(In,0/In,D)/ln(IX,0/IX,D)
确定被测物体对于中子和X射线的微分截面的比值F(n)，其中，σn为被测物体对于中子的微分截面，σX为被测物体对于X射线的微分截面，In,0为中子无物体探测数据，In,D为中子物体探测数据，IX,0为X射线无物体探测数据，IX,D为X射线物体探测数据。
可选地，物质识别模块还被配置为：根据被测物体对于不同能量中子和X射线的微分截面的比值确定被测物体中各种核素的相对含量。
可选地，确定被测物体中各种核素数目的相对含量包括：根据公式
Figure BDA0001726622290000041
确定各种核素数目的相对含量A1～Ak，其中，σni,j为对于第j种核素第i种能区的中子的微分截面，σX,j为对于第j种核素X射线的微分截面，F(ni)为被测物体对于第i种能区的中子与X射线的微分截面的比值，Aj为第j种核素的相对含量，1≤i≤m，1≤j≤k，m为中子能区的数量，k为核素种类的数量，在测量过程中调整能区的数量使m＝k。
可选地，双模探测控制器还包括：成像模块，被配置为根据被测物体对于X射线和中子的微分截面的比值成像。
根据本公开的一些实施例的又一个方面，提出一种双模探测控制器，包括：存储器；以及耦接至存储器的处理器，处理器被配置为基于存储在存储器的指令执行如上文中提到的任意一种双模探测方法。
这样的双模探测控制器能够分别获得X射线、中子射线在被被测物体衰减和不被被测物体衰减状态下的探测数据，进而得到被测物体对于中子和X射线的微分截面的比值，通过不同物质对于中子和X射线的微分截面的比值与物质的对应关系确定被测物体的物质类型，从而实现利用中子和X射线对被测物体的双能探测，利用物质对于中子和X射线的不同的衰减能力得到核素类型，实现识别元素种类，提高探测的精确度。
根据本公开的一些实施例的再一个方面，提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现上文中提到的任意一种双模探测方法的步骤。
通过执行这样的计算机可读存储介质上的指令，能够得到X射线、中子射线在被被测物体衰减和不被被测物体衰减状态下的探测数据，进而得到被测物体对于中子和X射线的微分截面的比值，通过不同物质对于中子和X射线的微分截面的比值与物质的对应关系确定被测物体的物质类型，从而实现利用中子和X射线对被测物体的双能探测，利用物质对于中子和X射线的不同的衰减能力得到核素类型，实现识别元素种类，提高探测的精确度。
另外，根据本公开的一些实施例的一个方面，提出一种双模探测系统，包括：上文中任意一种双模探测控制器；和，双模探测装置，包括：单个电子加速器，被配置为向X射线转换靶和中子转换靶同步发射电子；X射线转换靶被配置为在电子的激发下产生X射线，并从第一探测端口发射出；中子转换靶产生被配置为在电子的激发下的产生中子射线，并从第二探测端口发射出。
可选地，双模探测装置包括以下结构中的至少一种：中子转换靶与第二探测端口之间包括X射线斩波器；X射线转换靶与第一探测端口之间包括X射线准直器；或，中子转换靶与第二探测端口之间包括中子准直器。
可选地，第一探测端口和X射线转换靶的连线与第二探测端口和中子射线转换靶的连线垂直。
这样的双模探测系统能够探测并获取X射线、中子射线在被被测物体衰减和不被被测物体衰减状态下的探测数据，进而得到被测物体对于中子和X射线的微分截面的比值，通过不同物质对于中子和X射线的微分截面的比值与物质的对应关系确定被测物体的物质类型，从而实现利用中子和X射线对被测物体的双能探测，利用物质对于中子和X射线的不同的衰减能力得到核素类型，实现识别元素种类，提高探测的精确度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本公开的一部分，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
图1为本公开的双模探测方法的一些实施例的流程图。
图2为本公开的双模探测方法所采用的双模探测装置的一些实施例的示意图。
图3A为本公开双模探测方法所采用的双模探测装置的一些实施例的立体示意图。
图3B为本公开双模探测方法所采用的双模探测装置的一些实施例的剖面示意图。
图4为本公开的双模探测方法中确定被测物体对于中子和X射线的微分截面的比值的一些实施例的流程图。
图5为本公开的双模探测方法的另一些实施例的流程图。
图6为本公开的双模探测控制器的一些实施例的示意图。
图7为本公开的双模探测控制器中比值确定模块的一些实施例的示意图。
图8为本公开的双模探测控制器的另一些实施例的示意图。
图9为本公开的双模探测控制器的又一些实施例的示意图。
图10为本公开的双模探测系统的一些实施例的示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本公开的技术方案做进一步的详细描述。
本公开的双模探测方法的一些实施例的流程图如图1所示。
在步骤101中，根据X射线物体探测数据、X射线无物体探测数据、中子物体探测数据和中子无物体探测数据，确定被测物体对于中子和X射线的微分截面的比值。在一些实施例中，可以在保持X射线源、中子源的射线强度不变的情况下，分别将被测物体放置在X射线探测区域和中子探测区域探测，得到X射线物体探测数据、X射线无物体探测数据、中子物体探测数据和中子无物体探测数据，由于被测物体的厚度不变，因此基于上述数据能够计算得到被测物体对于中子和X射线的微分截面的比值。
在步骤102中，根据被测物体对于X射线和中子的微分截面的比值与物质类型的对应关系识别物质类型。在一些实施例中，可以基于预存的不同物质对于X射线和中子的微分截面的比值进行数值比对，确定被测物体的物质类型。
在一些实施例中，还可以根据被测物体对于X射线和中子的微分截面的比值成像，如针对不同的比值取值范围采用不同的颜色显示，或对于确定的危险物质做突出显示的效果，从而使探测结果直观化，提升用户友好度。
通过这样的方法，能够分别获得X射线、中子射线在被被测物体衰减和不被被测物体衰减状态下的探测数据，进而得到被测物体对于中子和X射线的微分截面的比值，通过不同物质对于中子和X射线的微分截面的比值与物质的对应关系确定被测物体的物质类型，从而实现利用中子和X射线对被测物体的双能探测，利用物质对于中子和X射线的不同的衰减能力得到核素类型，实现识别元素种类，提高探测的精确度。
在一些实施例中，可以采用如图2所示的双模探测装置获取探测数据。双模探测装置200可以包括第一探测端口211、X射线探测器212、第二探测端口221和中子探测器222，第一探测端口211射出的X射线束由X射线探测器212接收，第二探测端口221射出的中子束由中子探测器222接收。当被测物体被放置于第一探测端口211与X射线探测器212之间时，根据X射线探测器212的探测结果获取X射线物体探测数据，根据中子探测器222的探测结果获取中子无物体探测数据；当被测物体被放置于第二探测端口221和中子探测器222之间时，根据X射线探测器212的探测结果获取X射线无物体探测数据，根据中子探测器222的探测结果获取中子物体探测数据。
通过这样的方法，能够采用一次切换、两次探测的操作获取四项数据，在实现物质识别的同时节省了数据采集的时间。
在一些实施例中，为降低X射线对中子束的干扰，可以采用如图3A、3B所示的结构。图3A为本公开双模探测方法所采用的双模探测装置的一些实施例的立体示意图。电子直线加速器1工作在脉冲模式，电子在轰击X射线转换靶2后，产生前冲性的X射线，这些X射线中的一部分在经过X射线准直器6的屏蔽后形成成像X射线束4，穿透被测物体11，然后被X射线成像探测器5测量。
在X射线转换靶2旁边设置中子转换靶3，由X射线转换靶2产生的部分X射线与中子转换靶3发生反应，产生用于中子成像的中子束流7。在一些实施例中，中子束流7的引出方向与轰击X射线转换靶的电子方向为垂直关系，这样的设置考虑到X射线具有前冲性，而90度方向X射线强度相对较弱，从而减弱X射线脉冲对中子束线的干扰。
在一些实施例中，可以利用高能电子加速器产生X射线，X射线再与中子转化靶(例如重水D2O)发生(γ，n)反应，产生中子，经过慢化和反射体的减速和反射后，中子从预定的方向出射。
中子束流7穿过被测物体11后被中子成像探测器8测量。在一些实施例中，为了改善测量环境，需要可以在中子转换靶3与中子探测器之间设置中子准直器9以对中子束流7进行准直。此外，在一些实施例中，还可以在中子转换靶3与第二探测端口之间设置X射线斩波器10，降低X射线脉冲对中子探测器的影响。
在一些实施例中，X射线转换靶2与中子转换靶3的位置关系可以如图3B所示。中子转换靶3位于X射线转换靶2的侧面，两者相互垂直。图3B中的带箭头的曲线为X射线标识，带点头的直线为中子标识。可以看到，射线在经过X射线斩波器10后，去除了X射线，留下中子束对被测物体11进行探测。
这样的双模探测装置能够采用单个电子加速器同时产生X射线束和中子束，降低了成本，减小了设备体积，便于依靠单一设备内去顶物体的物质种类。
在一个实施例中，X射线源可以利用脉冲直线电子加速器的电子轰击X射线转换靶(W-Au复合靶)来实现，现有的2.5MeV～15MeV加速器均可采用(9MeV、15MeV加速器已经成功地用于工业照相系统)。
本射线源的中子是由X射线通过(γ,n)反应来制备的，表格1给出了一些常见核素的光中子反应阈值和截面，可以看出，阈值通常在7MeV左右，与核子的平均结合能相当。其中9Be和2H拥有最低的阈值，分别为1.67MeV和2.223MeV。不同核素的光中子反应阈值与截面可以如下表所示：
表1不同核素的光中子反应阈值与截面
Figure BDA0001726622290000091
Figure BDA0001726622290000101
在一些实施例中，综合考虑光中子反应截面与加速器能量、防护条件的关系，可以采用2.5～10MeV的电子加速器，这些加速器在技术成熟度和成本上均表现较好。由于可能导致空气活化的问题，不便采用更高能量的加速器。
本公开的双模探测方法中确定被测物体对于中子和X射线的微分截面的比值的一些实施例的流程图如图4所示。
在步骤401中，根据中子物体探测数据和中子无物体探测数据确定被测物体对于中子的质量衰减情况。
在步骤402中，根据X射线物体探测数据和X射线无物体探测数据确定被测物体对于X射线的质量衰减情况。
在一个实施例中，由公式：
Figure BDA0001726622290000102
可得μD,mtm＝ln(In,0/In,D) (1)
同理，μX,mtm＝ln(IX,0/IX,D) (2)
其中，In,0、In,D、IX,0和IX,D分别是中子无物体探测数据、中子物体探测数据、X射线无物体探测数据以及X射线物体探测数据，μn和μn,m分别是中子线性、质量衰减系数，μX和μX,m分别是X射线线性、质量衰减系数，t和tm分别是被测物体的厚度和质量厚度。由于MeV能量光子的康普顿散射占优，μn,m、μX,m在此能区近似可以看作常数。
在步骤403中，根据被测物体对于中子的质量衰减情况和对于X射线的质量衰减情况确定被测物体对于中子和X射线的微分截面的比值。在一个实施例中个，将公式(1)、(2)相结合，得
Figure BDA0001726622290000111
即：
Figure BDA0001726622290000112
由于质量衰减系数μm是微分截面σ与原子质量mA的比值，上式可进一步改写为：
Figure BDA0001726622290000113
若令：
Figure BDA0001726622290000114
则：
Figure BDA0001726622290000115
可以看出，测量值F(n)是由中子射线的衰减和X射线的衰减共同决定的，F(n)中与被测物体的质量厚度(或厚度)无关，只由被测物体的原子核或原子对中子或X射线的微分截面决定，或者可以说(在中子射线、X射线能量限定的前提下)F(n)只由物质的原子核/原子特性决定，因此能够通过F(n)识别物质类型。
通过这样的方法，能够通过数学计算的方式基于中子无物体探测数据、中子物体探测数据、X射线无物体探测数据和X射线物体探测数据得到被测物体对于中子和X射线的微分截面的比值，方便了通过该比值识别物质类型，提高了物质种类确定的效率。
本公开的双模探测方法的另一些实施例的流程图如图5所示。
在步骤501中，根据X射线物体探测数据、X射线无物体探测数据、中子物体探测数据和中子无物体探测数据，确定被测物体对于中子和X射线的微分截面的比值。
在步骤502中，根据被测物体对于X射线和中子的微分截面的比值与物质类型的对应关系识别物质类型。
在步骤503中，根据被测物体对于不同能量中子和X射线的微分截面的比值确定被测物体中各种核素的相对含量。
在一些实施例中，可以考虑利用分能中子成像时得到的F(n)，并有如下公式：
Figure BDA0001726622290000121
其中F(n1,2…,m)是利用不同能量的射线源得到的F(n)，m为中子分能的能区数量，A1……k为被测物体中各种主要核素的相对含量，右侧矩阵中的元素反映了不同核素在不同能区时对应的F(n)值。m的数量可在测量的过程中进行调整，可使m＝k，于是通过公式：
Figure BDA0001726622290000122
确定各种核素数目的相对含量A1～Ak，其中，σni,j为对于第j种核素第i种能区的中子的微分截面，σX,j为对于第j种核素X射线的微分截面，F(ni)为被测物体对于第i种能区的中子与X射线的微分截面的比值，Aj为第j种核素的相对含量，1≤i≤m，1≤j≤k，m为中子能区的数量，k为核素种类的数量，在测量过程中调整能区的数量使m＝k。
通过这样的方法，能够进一步了解被测物体中各元素(核素)的含量与构成，进一步提高探测的精确度。
本公开的双模探测控制器的一些实施例的示意图如图6所示。比值确定模块61能够根据X射线物体探测数据、X射线无物体探测数据、中子物体探测数据和中子无物体探测数据，确定被测物体对于中子和X射线的微分截面的比值。在一些实施例中，可以在保持X射线源、中子源的射线强度不变的情况下，分别将被测物体放置在X射线探测区域和中子探测区域探测，得到X射线物体探测数据、X射线无物体探测数据、中子物体探测数据和中子无物体探测数据，由于被测物体的厚度不变，因此基于上述数据能够计算得到被测物体对于中子和X射线的微分截面的比值。物质识别模块62能够根据被测物体对于X射线和中子的微分截面的比值与物质类型的对应关系识别物质类型。在一些实施例中，可以基于预存的不同物质对于X射线和中子的微分截面的比值进行数值比对，确定被测物体的物质类型。
这样的控制器能够分别获得X射线、中子射线在被被测物体衰减和不被被测物体衰减状态下的探测数据，进而得到被测物体对于中子和X射线的微分截面的比值，通过不同物质对于中子和X射线的微分截面的比值与物质的对应关系确定被测物体的物质类型，从而实现利用中子和X射线对被测物体的双能探测，利用物质对于中子和X射线的不同的衰减能力得到核素类型，实现识别元素种类，提高探测的精确度。
在一些实施例中，双模探测控制器还可以包括成像模块63，能够根据被测物体对于X射线和中子的微分截面的比值成像，如针对不同的比值取值范围采用不同的颜色显示，或对于确定的危险物质做突出显示的效果，从而使探测结果直观化，提升用户友好度。
本公开的双模探测控制器中比值确定模块的一些实施例的示意图如图7所示。探测数据采集单元711能够在被测物体位于第一探测端口时，根据X射线探测器的探测结果获取X射线物体探测数据，根据中子探测器的探测结果获取中子无物体探测数据；当被测物体位于第二探测端口时，根据中子探测器的探测结果获取中子物体探测数据，根据X射线探测器的探测结果获取X射线无物体探测数据，其中，第一探测端口发射X射线，第二探测端口发射中子射线。在一些实施例中，双模探测装置可以如图2、3A、3B所示。比值运算单元712根据X射线物体探测数据、X射线无物体探测数据、中子物体探测数据和中子无物体探测数据确定被测物体对于X射线和中子的微分截面的比值。
这样的双模探测控制器能够采用一次切换、两次探测的操作获取四项数据，在实现物质识别的同时节省了数据采集的时间。
在一些实施例中，比值确定模块可以分别通过如图4所示实施例中的方式，分别计算被测物体对于中子的质量衰减情况和被测物体对于X射线的质量衰减情况，进而确定被测物体对于中子和X射线的微分截面的比值。比值确定模块也可以直接利用上文中的公式(3)得到比值确定模块可以F(n)。
这样的双模探测控制器能够通过数学计算的方式基于中子无物体探测数据、中子物体探测数据、X射线无物体探测数据和X射线物体探测数据得到被测物体对于中子和X射线的微分截面的比值，方便了通过该比值识别物质类型，提高了物质种类确定的效率。
在一些实施例中，比值确定模块还可以利用上文中公式(4)，根据被测物体对于不同能量中子和X射线的微分截面的比值确定被测物体中各种核素的相对含量，从而能够进一步了解被测物体中各元素的含量与构成，进一步提高探测的精确度。
本公开双模探测控制器的一个实施例的结构示意图如图8所示。双模探测控制器包括存储器801和处理器802。其中：存储器801可以是磁盘、闪存或其它任何非易失性存储介质。存储器用于存储上文中双模探测方法的对应实施例中的指令。处理器802耦接至存储器801，可以作为一个或多个集成电路来实施，例如微处理器或微控制器。该处理器802用于执行存储器中存储的指令，能够实现利用中子和X射线对被测物体的双能探测，利用物质对于中子和X射线的不同的衰减能力得到核素类型，实现识别元素种类，提高探测的精确度。
在一个实施例中，还可以如图9所示，双模探测控制器900包括存储器901和处理器902。处理器902通过BUS总线903耦合至存储器901。该双模探测控制器900还可以通过存储接口904连接至外部存储装置905以便调用外部数据，还可以通过网络接口906连接至网络或者另外一台计算机系统(未标出)。此处不再进行详细介绍。
在该实施例中，通过存储器存储数据指令，再通过处理器处理上述指令，能够实现利用中子和X射线对被测物体的双能探测，利用物质对于中子和X射线的不同的衰减能力得到核素类型，实现识别元素种类，提高探测的精确度。
在另一个实施例中，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现双模探测方法对应实施例中的方法的步骤。本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用非瞬时性存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本公开的双模探测系统的一些实施例的示意图如图10所示。双模探测控制器1001可以为上文中提到的任意一种双模探测控制器。双模探测装置1002可以包括单个电子加速器，能够为向X射线转换靶和中子转换靶同步发射电子；X射线转换靶被配置为在电子的激发下产生X射线，并从第一探测端口发射出；中子转换靶产生被配置为在电子的激发下的产生中子射线，并从第二探测端口发射出。
这样的双模探测系统能够探测并获取X射线、中子射线在被被测物体衰减和不被被测物体衰减状态下的探测数据，进而得到被测物体对于中子和X射线的微分截面的比值，通过不同物质对于中子和X射线的微分截面的比值与物质的对应关系确定被测物体的物质类型，从而实现利用中子和X射线对被测物体的双能探测，利用物质对于中子和X射线的不同的衰减能力得到核素类型，实现识别元素种类，提高探测的精确度。
在一些实施例中，双模探测装置可以如图3A、3B中所示，中子转换靶3与第二探测端口之间包括X射线斩波器10，能够降低X射线脉冲对中子探测器的影响。
在一些实施例中，X射线转换靶2与第一探测端口之间可以包括X射线准直器，中子转换靶与第二探测端口之间包括中子准直器，从而起到X射线、中子束准直的效果。
在一些实施例中，考虑到X射线具有前冲性，而90度方向X射线强度相对较弱，将第一探测端口和X射线转换靶的连线与第二探测端口和中子射线转换靶的连线垂直，从而减弱X射线脉冲对中子束线的干扰。
本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
至此，已经详细描述了本公开。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
可能以许多方式来实现本公开的方法以及装置。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本公开的方法以及装置。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本公开的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本公开实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本公开的方法的机器可读指令。因而，本公开还覆盖存储用于执行根据本公开的方法的程序的记录介质。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本公开的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本公开进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本公开的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本公开技术方案的精神，其均应涵盖在本公开请求保护的技术方案范围当中。

Claims (17)

1.一种双模探测方法，包括：
当被测物体放置于双模探测装置的第一探测端口与X射线探测器之间时，根据所述X射线探测器的探测结果获取X射线物体探测数据，根据中子探测器的探测结果获取中子无物体探测数据；
当被测物体放置于双模探测装置的第二探测端口与所述中子探测器之间时，根据所述X射线探测器的探测结果获取X射线无物体探测数据，根据所述中子探测器的探测结果获取中子物体探测数据；
其中，所述第一探测端口发射X射线，所述第二探测端口发射中子射线；所述双模探测装置中，所述第一探测端口和X射线转换靶的连线与所述第二探测端口和中子射线转换靶的连线垂直；
根据X射线物体探测数据、X射线无物体探测数据、中子物体探测数据和中子无物体探测数据，确定所述被测物体对于中子和X射线的微分截面的比值；
根据所述被测物体对于X射线和中子的微分截面的比值与物质类型的对应关系识别物质类型。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述双模探测装置通过单个电子加速器向X射线转换靶和中子转换靶同步发射电子，所述X射线转换靶产生的X射线从所述第一探测端口发射出，所述中子转换靶产生的中子射线从所述第二探测端口发射出。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定所述被测物体对于中子和X射线的微分截面的比值包括：
根据所述中子物体探测数据和所述中子无物体探测数据确定所述被测物体对于中子的质量衰减情况；
根据所述X射线物体探测数据和所述X射线无物体探测数据确定所述被测物体对于X射线的质量衰减情况；
根据所述被测物体对于中子的质量衰减情况和对于X射线的质量衰减情况确定所述被测物体对于中子和X射线的微分截面的比值。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定所述被测物体对于中子和X射线的微分截面的比值包括：
根据公式
F(n)＝σn/σX＝(ln(In,0/In,D))/(ln(IX,0/IX,D))
确定所述被测物体对于中子n和X射线的微分截面的比值F(n)，其中，σn为所述被测物体对于中子的微分截面，σX为所述被测物体对于X射线的微分截面，In,0为所述中子无物体探测数据，In,D为所述中子物体探测数据，IX,0为所述X射线无物体探测数据，IX,D为所述X射线物体探测数据。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：
根据所述被测物体对于不同能量中子和X射线的微分截面的比值确定所述被测物体中各种核素的相对含量。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述确定所述被测物体中各种核素数目的相对含量包括：
根据公式
Figure FDA0002760044730000021
确定各种核素数目的相对含量A1～Ak，其中，σni,j为对于第j种核素第i种能区的中子n的微分截面，σX,j为对于第j种核素X射线的微分截面，F(ni)为被测物体对于第i种能区的中子与X射线的微分截面的比值，Aj为第j种核素的相对含量，1≤i≤m，1≤j≤k，m为中子能区的数量，k为核素种类的数量，在测量过程中调整能区的数量使m＝k。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：根据所述被测物体对于X射线和中子的微分截面的比值成像。
8.一种双模探测控制器，包括：
比值确定模块，被配置为根据X射线物体探测数据、X射线无物体探测数据、中子物体探测数据和中子无物体探测数据，确定被测物体对于中子和X射线的微分截面的比值，包括：
探测数据采集单元，被配置为当所述被测物体位于第一探测端口时，根据X射线探测器的探测结果获取X射线物体探测数据，根据中子探测器的探测结果获取中子无物体探测数据；当所述被测物体位于第二探测端口时，根据中子探测器的探测结果获取中子物体探测数据，根据X射线探测器的探测结果获取X射线无物体探测数据，其中，所述第一探测端口发射X射线，所述第二探测端口发射中子射线；所述第一探测端口和X射线转换靶的连线与所述第二探测端口和中子射线转换靶的连线垂直；
比值运算单元，被配置为根据所述X射线物体探测数据、所述X射线无物体探测数据、所述中子物体探测数据和所述中子无物体探测数据确定所述被测物体对于X射线和中子的微分截面的比值；
物质识别模块，被配置为根据所述被测物体对于X射线和中子的微分截面的比值识别物质类型。
9.根据权利要求8所述的控制器，其中，所述比值运算单元被配置为：
根据所述中子物体探测数据和所述中子无物体探测数据确定所述被测物体对于中子的质量衰减情况；
根据所述X射线物体探测数据和所述X射线无物体探测数据确定所述被测物体对于X射线的质量衰减情况；
根据所述被测物体对于中子的质量衰减情况和对于X射线的质量衰减情况确定所述被测物体对于中子和X射线的微分截面的比值；
根据物质的中子和X射线的微分截面的比值与物质类型的对应关系确定所述被测物体的物质类型。
10.根据权利要求8所述的控制器，其中，所述比值运算单元被配置为：
根据公式
F(n)＝σn/σX＝(ln(In,0/In,D))/(ln(IX,0/IX,D))
确定所述被测物体对于中子和X射线的微分截面的比值F(n)，其中，σn为所述被测物体对于中子的微分截面，σX为所述被测物体对于X射线的微分截面，In,0为所述中子无物体探测数据，In,D为所述中子物体探测数据，IX,0为所述X射线无物体探测数据，IX,D为所述X射线物体探测数据。
11.根据权利要求8所述的控制器，其中，所述物质识别模块还被配置为：
根据所述被测物体对于不同能量中子和X射线的微分截面的比值确定所述被测物体中各种核素的相对含量。
12.根据权利要求11所述的控制器，其中，所述确定所述被测物体中各种核素数目的相对含量包括：
根据公式
Figure FDA0002760044730000051
确定各种核素数目的相对含量A1～Ak，其中，σni,j为对于第j种核素第i种能区的中子的微分截面，σX,j为对于第j种核素X射线的微分截面，F(ni)为被测物体对于第i种能区的中子与X射线的微分截面的比值，Aj为第j种核素的相对含量，1≤i≤m，1≤j≤k，m为中子能区的数量，k为核素种类的数量，在测量过程中调整能区的数量使m＝k。
13.根据权利要求8所述的控制器，还包括：
成像模块，被配置为根据所述被测物体对于X射线和中子的微分截面的比值成像。
14.一种双模探测控制器，包括：
存储器；以及
耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器的指令执行如权利要求1至7任一项所述的方法。
15.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现权利要求1至7任意一项所述的方法的步骤。
16.一种双模探测系统，包括：
权利要求8～14任意一项所述的双模探测控制器；和，
双模探测装置，包括：
单个电子加速器，被配置为向X射线转换靶和中子转换靶同步发射电子；
所述X射线转换靶被配置为在所述电子的激发下产生X射线，并从所述第一探测端口发射出；
所述中子转换靶产生被配置为在所述电子的激发下的产生中子射线，并从所述第二探测端口发射出。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述双模探测装置包括以下结构中的至少一种：
所述中子转换靶与所述第二探测端口之间包括X射线斩波器；
所述X射线转换靶与所述第一探测端口之间包括X射线准直器；
或，
所述中子转换靶与所述第二探测端口之间包括中子准直器。
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