CN113281354A - 基于中子与x射线的危险品检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于中子与X射线的危险品检测装置及方法，涉及公共安全技术领域。该装置的控制系统用于控制传送带将待检测物品传送至X射线机内对待检测物品进行X射线检测，并控制传送带将待检测物品传送至中子源的探测区域内，并通过中子源旋转系统控制中子源旋转，使中子源的中轴线穿过危险品；并控制中子源和γ射线探测器对危险品进行中子检测，得到中子检测结果；元素分析系统用于根据X射线检测结果和中子检测结果确定危险品的种类。本发明通过中子源旋转系统将中子源旋转至危险品、中子源和中子源旋转系统在一条线上的位置，这样可以确保靶片距离疑似危险品最近，疑似危险品处的14MeV中子数目最多，从而提高检测效率。

Description

基于中子与X射线的危险品检测装置及方法

技术领域

本发明涉及公共安全技术领域，尤其涉及一种基于中子与X射线的危险品检测装置及方法。

背景技术

货包爆炸物恐怖袭击是恐怖分子常用的袭击手段，因此，对于爆炸物等危险品的检测对于公共安全非常重要。目前，爆炸物主要通过X射线进行检测，X射线检测作为常用检测方法，其通过货包中货物密度不同进行三维成像检测，具有检测速度快的优点。然而，很多爆炸物密度与常见生活用品很近，因而，从密度上探测爆炸物会经常发生虚警现象，并且X射线检测不能识别物质种类。

中子检测技术能够检测被检爆炸物的化学元素组成及元素含量比，可测定爆炸物中主要成分C、N、O和H等原子密度和相对含量，进而准确检测隐藏的爆炸物。中子检测技术中，伴随α粒子/中子飞行时间法利用伴随α粒子对中子进行标记，可以有效降低检测过程中非标记中子与被检物及其周围环境作用产生的强γ本底信号的影响，具有检测本底低的优点。该检测方法利用T(d,n)4He反应可以产生14MeV的高能中子，在反应中产生的α粒子和中子在时间上是一一对应关系，在几何位置上α粒子与中子是背对背飞出的。因此，利用α粒子的位置灵敏探测器测定α粒子的飞行方向，即可确定中子的飞行方向，测定α粒子和中子引起的符合γ射线随时间的变化，由中子飞行速度就可以确定中子飞行的距离，进而可以确定被检测元素含量的空间分布。伴随α粒子/中子飞行时间法可以测出元素含量的空间分布，具有高的空间分辨本领和强的爆炸物识别能力。

申请号为5838759的美国专利公开了一种用于爆炸物检测与识别的单束光中子管和X射线成像系统，包括X射线源、中子源、准直器、探测器、传送带、信号获取与处理电子学系统、移动控制电子学等，该系统采用X射线源与X射线-Be光中子源耦合测量爆炸物，首先利用X射线检测货箱，若发现可疑物，则利用X射线-Be光中子源检测可疑物，通过探测器测量热中子与可疑物发生核反应产生的伽马射线，从而获得可疑物成分检测。此专利利用X射线和热中子耦合测量爆炸物，大大提高爆炸物检测成功率。然而，由于货箱周围物品多，造成热中子与可疑物反应产生的伽马射线本底高，造成中子检测准确度难以提高。

申请号为201621106604.5的中国专利申请公开了一种可移动包裹爆炸物中子检测装置，包括中子发生器、α粒子位置灵敏探测器、屏蔽体、γ射线探测器、控制系统、数据获取与处理系统，该装置的α粒子位置灵敏探测器由多个α粒子探测器形成的阵列构成，α粒子探测器采用的探测器材料选用ZnO闪烁体、半导体或YAP:Ce。此专利利用中子飞行时间法测量爆炸物，能够避免在γ射线探测器上产生干扰信号。然而，中子飞行时间法测量的符合伽马信号低，探测效率低。

申请号为201410160790.X的中国专利申请公开了一种爆炸物检测装置，所述检测装置包括主机、传输定位系统、屏蔽墙、控制系统；被测物品经传输定位系统送至检测区，启动中子源，通过被测物品后出射的γ信号经探测器阵列、数据采集系统送至控制系统，分析获取箱包内爆炸物信息；中子源中集成有α粒子探测器。此专利使用中子飞行时间法测量爆炸物，通过传输定位系统将被测物品送至检测区，实现爆炸物的实时检测。然而，该专利并没有解决中子飞行时间法探测效率低的问题。

申请号为92101973.4的中国专利申请公开了一种高空间分辨快中子检测爆炸物系统，包括中子发生器、快速α粒子位置灵敏探测器和一组γ射线探测器及数据获取、处理、控制计算机。快速α粒子位置灵敏探测器是由多个快速α粒子探测器构成的阵列。此专利充分利用中子飞行时间法的高空间分辨的特点检测爆炸物。然而，该专利并没有解决中子飞行时间法探测效率低的问题。

申请号为201010620666.9的中国专利申请公开了一种用于密封中子发生器的伴随α粒子探测器，包括光电倍增管、发光晶体、光学密封法兰、外壳；发光晶体为YAP:Ce，光学密封法兰为蓝宝石玻璃法兰。该专利提供了一种伴随α粒子探测器的制作方法，该探测器阵列直接测量伴随α粒子，获得标记中子的位置信息。然而，该α粒子探测器标记的中子角度分布是一定的，不能随着爆炸物尺寸调整标记的中子角度。为了提高中子飞行时间法的探测效率，需要增加到达被检测物处中子数目，但是，现有的伴随α粒子探测器会因为探测信号太强而发生信号堵死的问题。

综上所述，目前中子飞行时间法检测爆炸物技术采用的方案是被检测物放在中子源的正上方或正下方，α粒子探测器为ZnO闪烁体、半导体或YAP:Ce阵列，通过α粒子探测器测定中子的飞行方向，测定α粒子和中子引起的符合γ射线随时间的变化，从而确定危险品的空间分布。然而此类方案存在以下不足：1)探测效率低。利用中子飞行时间法检测爆炸物时，符合γ射线测量的信号弱，导致探测效率低；2)存在信号堵死的问题。为了提高中子飞行时间法的探测效率，需要提高中子源强，以增加到达被检测物处中子数目。然而由于伴随α粒子探测器对应的α粒子立体角是固定的、无法调整，随着中子源强的提高，现有的伴随α粒子探测器和电子学系统存在信号堵死等问题。

基于此，现急需一种基于中子与X射线耦合的危险品的精准快速检测方法和装置，以期对上述现有技术缺陷进行改善。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于中子与X射线的危险品检测装置及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种基于中子与X射线的危险品检测装置，包括：X射线机、中子源旋转系统、中子源、γ射线探测器、传送带、控制系统和元素分析系统，其中：

所述控制系统用于控制所述传送带将待检测物品传送至所述X射线机内，所述X射线机用于对所述待检测物品进行X射线检测，根据X射线检测结果确定所述待检测物品中的危险品的位置；

所述控制系统还用于控制所述传送带将所述待检测物品传送至所述中子源的探测区域内，并根据所述危险品的位置向所述中子源旋转系统发送控制指令，所述中子源旋转系统根据所述控制指令控制所述中子源旋转，使所述中子源的中轴线穿过所述危险品；

所述控制系统还用于控制所述中子源和所述γ射线探测器对所述危险品进行中子检测，得到中子检测结果；

所述元素分析系统用于根据所述X射线检测结果和所述中子检测结果确定所述危险品的种类。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：

一种基于中子与X射线的危险品检测方法，包括：

控制系统控制传送带将待检测物品传送至X射线机内，所述X射线机对所述待检测物品进行X射线检测，根据X射线检测结果确定所述待检测物品中的危险品的位置；

所述控制系统控制所述传送带将所述待检测物品传送至中子源的探测区域内，并根据所述危险品的位置向中子源旋转系统发送控制指令，所述中子源旋转系统根据所述控制指令控制所述中子源旋转，使所述中子源的中轴线穿过所述危险品；

所述控制系统控制所述中子源和γ射线探测器对所述危险品进行中子检测，得到中子检测结果；

元素分析系统根据所述X射线检测结果和所述中子检测结果确定所述危险品的种类。

本发明的有益效果是：本发明首先通过X射线机检测的疑似危险品位置，在确定危险品的大致位置后，控制传送带将待检测物品传送至中子源的探测区域内，再通过中子源旋转系统将中子源旋转至危险品、中子源和中子源旋转系统在一条线上的位置，这样可以确保靶片距离疑似危险品最近，疑似危险品处的14MeV中子数目最多，从而提高检测效率。

本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。

附图说明

图1为本发明危险品检测装置的实施例提供的结构示意图；

图2为本发明危险品检测方法的实施例提供的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

中子检测技术中，伴随α粒子/中子飞行时间法利用伴随α粒子对中子进行标记，可以有效降低检测过程中非标记中子与被检物及其周围环境作用产生的强γ本底信号的影响，具有检测本底低的优点。该检测方法利用T(d,n)4He反应可以产生14MeV的高能中子，在反应中产生的α粒子和中子在时间上是一一对应关系，在几何位置上α粒子与中子是背对背飞出的。因此，利用α粒子的位置灵敏探测器测定α粒子的飞行方向，即可确定中子的飞行方向，测定α粒子和中子引起的符合γ射线随时间的变化，由中子飞行速度就可以确定中子飞行的距离，进而可以确定被检测元素含量的空间分布。伴随α粒子/中子飞行时间法可以测出元素含量的空间分布，具有高的空间分辨本领和强的爆炸物识别能力。

然而，利用中子飞行时间法检测爆炸物时，符合γ射线测量的信号弱，导致探测效率低，并且为了提高中子飞行时间法的探测效率，需要提高中子源强，以增加到达被检测物处中子数目，然而由于伴随α粒子探测器对应的α粒子立体角是固定的无法调整，随着中子源强的提高，现有的伴随α粒子探测器和电子学系统存在信号堵死等问题。

基于此，本发明提供了如下实施方式。

如图1所示，为本发明危险品检测装置的实施例提供的结构示意图，该危险品检测装置基于中子与X射线的耦合实现，适用于如爆炸物等危险品的检测，包括：X射线机2、中子源4旋转系统3、中子源4、γ射线探测器5、传送带1、控制系统和元素分析系统，其中：

控制系统用于控制传送带1将待检测物品6传送至X射线机2内，X射线机2用于对待检测物品6进行X射线检测，根据X射线检测结果确定待检测物品6中的危险品的位置；

控制系统还用于控制传送带1将待检测物品6传送至中子源4的探测区域内，并根据危险品的位置向中子源4旋转系统3发送控制指令，中子源4旋转系统3根据控制指令控制中子源4旋转，使中子源4的中轴线穿过危险品；

控制系统还用于控制中子源4和γ射线探测器5对危险品进行中子检测，得到中子检测结果；

元素分析系统用于根据X射线检测结果和中子检测结果确定危险品的种类。

下面对危险品检测装置的工作流程进行说明。

沿着传送带1的传送方向，在传送带1的上方依次设置有X射线机2和中子源4，γ射线探测器5可以根据实际需求选择数量，例如，可以为8个，呈对称分布，γ射线探测器5可以固定在中子源4上，传送带1首先在控制系统的控制下将待检测物品6传送到X射线机2内进行X射线检测，然后再在控制系统的控制下将待检测物品6传送到中子源4的下方，进行中子检测，然后中子源4旋转系统3根据X射线检测结果控制中子源4旋转，确保靶片44距离疑似的危险品最近，进行中子检测。然后元素分析系统根据X射线检测结果和中子检测结果确定危险品的种类，再由控制系统控制传送带1将待检测物品6传送出去。

需要说明的是，可以根据实际需求设置外壳，将X射线机2、中子源4旋转系统3、中子源4、γ射线探测器5和传送带1设置在外壳内，中子源4旋转系统3可以包括微控制器和伺服电机，由于中子源4是一个整体的结构，因此，可以将伺服电机的运动端与中子源4靠近离子源41的一端固定连接，将伺服电机固定在外壳内部的顶部，并将伺服电机的信号输入端与微控制器连接，微控制器可以与运动系统中发出指令的终端连接，从而能够根据运动系统发出的控制指令，控制伺服电机带动中子源4转动，使中子源4的靶片44与危险品位置最近。

应理解，伺服电机的连接结构与控制方法为公知技术，在此不再赘述。

应理解，X射线机2可以包括X射线的发射装置和接收装置，利用X射线实现货包中危险品检测和物品的三维建模，获得疑似危险品位置和货包中物品的体积和密度三维建模，X射线机2可以由控制系统进行控制，对待检测物品6进行检测，X射线机2也为公知技术，在此不再赘述。

应理解，控制系统可以通过带有预设控制程序的终端、微控制器和相应的传动结构实现，例如，可以通过预先编写对应的控制程序，在电脑、手机或平板电脑等终端上运行，在危险品检测装置内设置微控制器，通过控制程序向微控制器发送控制指令，微控制器接收控制指令，通过控制电机及传动机构带动传送带1运动，由于传送带1的传动结构及控制属于公知技术，在此不再赘述。

元素分析系统同样可以通过带有预设处理程序的终端实现，例如，可以预先编写对应的处理程序，对X射线的检测结果和中子检测结果进行处理，判断出危险品的种类，结合X射线的检测结果和中子检测结果的危险品检测方式可以根据实际需求设置，下面给出可选的实施方式。

例如，以采用X射线源与X射线-Be光中子源4耦合测量爆炸物为例，可以利用X射线检测货箱，若发现可疑物，则利用X射线-Be光中子源4检测可疑物，通过探测器测量热中子与可疑物发生核反应产生的伽马射线，从而获得可疑物成分检测。

本实施例首先通过X射线机2检测的疑似危险品位置，在确定危险品的大致位置后，控制传送带1将待检测物品6传送至中子源4的探测区域内，再通过中子源4旋转系统3将中子源4旋转至危险品、中子源4和中子源4旋转系统3在一条线上的位置，这样可以确保靶片44距离疑似危险品最近，疑似危险品处的14MeV中子数目最多，从而提高检测效率。

可选地，在一些可能的实施方式中，中子源4包括：离子源41、螺线管42、α粒子探测器阵列43和靶片44，其中，螺线管42为管状结构，在螺线管42内，沿着螺线管42的轴线方向依次设置有离子源41、α粒子探测器阵列43和靶片44，离子源41和靶片44位于离子源41的两端，靶片44位于靠近危险品的一端，α粒子探测器阵列43为管状结构，α粒子探测器阵列43的中轴线与螺线管42的中轴线平行，且垂直于靶片44。

可选地，α粒子探测器阵列43可以为ZnO闪烁体、半导体或YAP:Ce阵列等。

需要说明的是，α粒子探测器阵列43的探测面朝外，即朝向螺线管42，传统的中子源4的α粒子探测器阵列43平行于靶片44，面向靶片44的一面为探测面，能够探测α粒子，而本发明将α粒子探测器阵列43的探测面垂直与靶片44设置，螺线管42中电流方向从靠近离子源41的螺线管42端流向靠近靶片44的螺线管42端，在螺线管42中形成一个平行于螺线管42轴向且垂直于靶片44方向的磁场，该磁场可以将靶片44上产生的α带电粒子旋转至螺线管42内侧的α粒子探测器阵列43上，通过调节螺线管42中电流大小，控制到达探测器阵列43的靶片44上α粒子立体角大小，即使中子源4强提高，测量α粒子的探测器和数字化仪不会因为信号太多而堵死。

可选地，在一些可能的实施方式中，元素分析系统包括：N个数字化仪和分析装置，N个数字化仪分别与分析装置连接，N≥2；

α粒子探测器阵列43为方管结构，包括4N个SiC探测器片，α粒子探测器阵列43的每一面包括N个首尾依次连接的SiC探测器片，处于同一水平面的4个SiC探测器片为一组，每组SiC探测器片均与一个数字化仪对应连接。

如图1所示，可以包括40个SiC探测器片，该α粒子探测器阵列43由4个面组成，每个面从上到下包括10个首尾依次连接的SiC探测器片，处于同一水平面的4个SiC探测器片为一组，共10组SiC探测器片。

应理解，由于α粒子探测器阵列43包含多组SiC探测器片，每组探测器片连接到一个数字化仪，也即靶片44上一定立体角上的α粒子被多组SiC探测器片和多组数字化仪探测，因此，当中子源4强提高时，能够进一步提高信号的防拥堵能力。

可选地，在一些可能的实施方式中，控制系统具体用于控制螺线管42中电流方向从靠近离子源41的一端流向靠近靶片44的一端，在螺线管42中形成一个平行于螺线管42轴向且垂直于靶片44方向的磁场，磁场将靶片44上产生的α带电粒子旋转至位于螺线管42内侧的α粒子探测器阵列43上，并通过调节螺线管42中电流大小，控制到达α粒子探测器阵列43上的α粒子的立体角大小。

可选地，可以基于疑似危险品对靶片44中心连线与中子源4中轴线的最大夹角，通过控制螺线管42中电流大小，使得轰击疑似危险品位置处的中子对应的伴随α粒子聚焦在α粒子探测器阵列43上，实现了α粒子探测器阵列43测量α粒子角度的自适应调节，通过该系统，实现α粒子探测器阵列43测量的α粒子与危险品位置处的中子一一对应，且防止α粒子探测器阵列43测量的α粒子对应非危险品位置的中子，从而达到α粒子探测器阵列43的测量效率最高。

可选地，在一些可能的实施方式中，γ射线探测器5设置在靠近靶片44的一端，与中子源4固定连接，γ射线探测器5包括：探测器本体、γ射线屏蔽体51和中子屏蔽体52，探测器本体设置在γ射线屏蔽体51的空腔内，探测方向朝向靶片44，中子屏蔽体52设置在γ射线屏蔽体51与靶片44之间。

可选地，探测器本体可以为LaBr3闪烁体探测器，LaBr3闪烁体探测器的数据输出端与数字化仪连接。

可选地，在一些可能的实施方式中，γ射线探测器5的数量为偶数个，全部γ射线探测器5沿着中子源4的轴线方向对称分布，每个数字化仪均与全部γ射线探测器5连接。

例如，γ射线探测器5可以设置8个，以中子源4的中轴线为中心，每45度设置一个γ射线探测器5，γ射线探测器5与中子源4的中轴线可以呈一定的角度，以便跟准确地检测γ射线。

这8个γ射线探测器5分别与每个数字化仪连接，也就是说，每个数字化仪均连接有全部的8个γ射线探测器5，这样结合全方位的γ射线探测结果，能够提高中子检测的准确性。

可选地，在一些可能的实施方式中，γ射线屏蔽体51为空心圆筒状，中子屏蔽体52为圆锥形，且中子屏蔽体52的轴线穿过探测器本体的晶体中心和靶片44的中心。

γ射线屏蔽体51可以为空心圆筒状的铅，中子屏蔽体52可以为圆锥形的钨。

通过采用空心圆筒状的γ射线屏蔽体51和圆锥形的中子屏蔽体52，能够提高屏蔽的效果，从而提高γ射线探测的准确性。

可选地，在一些可能的实施方式中，元素分析系统还包括：存储器，存储器中存储有中子和伽马衰减数据库，中子和伽马衰减数据库存储有预设物品的密度对应的中子和伽马衰减数据。

可选地，可以预先建立中子和伽马衰减数据库，可以在未进行危险品检测情况下，通过X射线机2进行大量货包样品的模拟训练，获得常见物品的形状、密度与元素成分信息，并通过蒙特卡罗粒子输运模拟计算，建立货包中物品的密度对应的中子和伽马衰减数据库。

可选地，在一些可能的实施方式中，X射线检测结果包括：待检测物品6中的危险品的位置、待检测物品6中的物品的体积和密度的三维建模，中子检测结果包括：α粒子探测结果和γ射线探测结果；

元素分析系统具体用于根据α粒子探测结果和γ射线探测结果标记每组α粒子探测器对应的中子位置，结合中子源4与危险品的位置中间的各个物品的中子和伽马衰减数据库，得出危险品中C、N、O的核子数目，通过与预设危险品的C、N、O的核子数目进行比较，确定危险品的种类。

下面给出一种示例性的分析过程。

首先，控制系统通过传送带1将货包传送至X射线机2处停止，X射线机2通过X射线检测，实现货包中物品的三维建模，获得疑似危险品位置(x_i,y_i,z_i)与中子源4中间的物品体积V_i、密度ρ_i的三维建模，根据中子和伽马衰减数据库，建立对应密度物品的中子和伽马衰减因子：

其中，D_n为中子衰减后能谱分布因子，D_γ为伽马衰减因子，E_n为14MeV能量中子经过物品慢化后的中子能量，μ为物品的质量衰减因子，Z为危险品中元素的核子数，E_γ为危险品中关键元素C、N、O的特征伽马射线能量，L为靶片44与危险品沿着轴线方向的距离。

经过X射线机2检测后，传送带1将货包传送至中子源4处停止，控制系统根据X射线机2检测到的疑似危险品位置，通过中子源4旋转系统3，将中子源4旋转至距离危险品位置(x_i,y_i,z_i)最近的位置，确保中子源4的中轴线通过危险品位置(x_i,y_i,z_i)。

中子源4发射高流强14MeV中子，控制系统通过改变螺线管42中电流强度I_i，将轰击疑似危险品位置(x_i,y_i,z_i)处的中子对应的伴随α粒子聚焦在α粒子探测器阵列43上，电流强度I_i可表示为：

中子源4的半径r可以表示为：

其中，μ是真空磁导率，n是匝数线密度，m是α粒子的质量，q是α粒子的电荷数，e是单位电荷量，l是α粒子阵列探测器沿着轴向方向的长度，θ_i是疑似危险品对靶片44中心连线与中子源4中轴线的夹角，式中I_i与θ_i是一一对应关系。

基于中子源4与疑似危险品位置(x_i,y_i,z_i)中间的各个物品的体积V_i、密度ρ_i与元素成分，再结合γ射线探测器5测量的C、N、O元素的特征伽马数目N_i，得到疑似危险品中C、N、O的核子数目为：

其中，σ_i(E_γ,E_n)为E_n能量中子产生C、N、O的特征伽马射线E_γ的核反应截面，ε(E_γ)为伽马探测器效率。

根据测得的C、N、O比例，与危险品的C、N、O比较，从而能够确定危险品种类。

可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施方式中的部分或全部。

如图2所示，为本发明危险品检测方法的实施例提供的流程示意图，该危险品检测方法基于中子与X射线耦合的危险品检测系统实现，适用于如爆炸物等危险品的检测，该危险品检测系统包括：X射线机、中子源旋转系统、中子源、γ射线探测器、传送带、控制系统和元素分析系统，其中：

控制系统用于控制传送带将待检测物品传送至X射线机内，X射线机用于对待检测物品进行X射线检测，根据X射线检测结果确定待检测物品中的危险品的位置；

控制系统还用于控制传送带将待检测物品传送至中子源的探测区域内，并根据危险品的位置向中子源旋转系统发送控制指令，中子源旋转系统根据控制指令控制中子源旋转，使中子源的中轴线穿过危险品；

控制系统还用于控制中子源和γ射线探测器对危险品进行中子检测，得到中子检测结果；

元素分析系统用于根据X射线检测结果和中子检测结果确定危险品的种类。

该检测方法包括：

S1，控制系统控制传送带将待检测物品传送至X射线机内，X射线机对待检测物品进行X射线检测，根据X射线检测结果确定待检测物品中的危险品的位置；

S2，控制系统控制传送带将待检测物品传送至中子源的探测区域内，并根据危险品的位置向中子源旋转系统发送控制指令，中子源旋转系统根据控制指令控制中子源旋转，使中子源的中轴线穿过危险品；

S3，控制系统控制中子源和γ射线探测器对危险品进行中子检测，得到中子检测结果；

S4，元素分析系统根据X射线检测结果和中子检测结果确定危险品的种类。

本实施例首先通过X射线机检测的疑似危险品位置，在确定危险品的大致位置后，控制传送带将待检测物品传送至中子源的探测区域内，再通过中子源旋转系统将中子源旋转至危险品、中子源和中子源旋转系统在一条线上的位置，这样可以确保靶片距离疑似危险品最近，疑似危险品处的14MeV中子数目最多，从而提高检测效率。

可选地，在一些可能的实施方式中，中子源包括：离子源、螺线管、α粒子探测器阵列和靶片，其中，螺线管为管状结构，在螺线管内，沿着螺线管的轴线方向依次设置有离子源、α粒子探测器阵列和靶片，离子源和靶片位于离子源的两端，靶片位于靠近危险品的一端，α粒子探测器阵列为管状结构，α粒子探测器阵列的中轴线与螺线管的中轴线平行，且垂直于靶片。

可选地，在一些可能的实施方式中，元素分析系统包括：N个数字化仪和分析装置，N个数字化仪分别与分析装置连接，N≥2；

α粒子探测器阵列为方管结构，包括4N个SiC探测器片，α粒子探测器阵列的每一面包括N个首尾依次连接的SiC探测器片，处于同一水平面的4个SiC探测器片为一组，每组SiC探测器片均与一个数字化仪对应连接。

可选地，在一些可能的实施方式中，控制系统具体用于控制螺线管中电流方向从靠近离子源的一端流向靠近靶片的一端，在螺线管中形成一个平行于螺线管轴向且垂直于靶片方向的磁场，磁场将靶片上产生的α带电粒子旋转至位于螺线管内侧的α粒子探测器阵列上，并通过调节螺线管中电流大小，控制到达α粒子探测器阵列上的α粒子的立体角大小。

可选地，在一些可能的实施方式中，γ射线探测器设置在靠近靶片的一端，与中子源固定连接，γ射线探测器包括：探测器本体、γ射线屏蔽体和中子屏蔽体，探测器本体设置在γ射线屏蔽体的空腔内，探测方向朝向靶片，中子屏蔽体设置在γ射线屏蔽体与靶片之间。

可选地，在一些可能的实施方式中，γ射线探测器的数量为偶数个，全部γ射线探测器沿着中子源的轴线方向对称分布，每个数字化仪均与全部γ射线探测器连接。

可选地，在一些可能的实施方式中，γ射线屏蔽体为空心圆筒状，中子屏蔽体为圆锥形，且中子屏蔽体的轴线穿过探测器本体的晶体中心和靶片的中心。

可选地，在一些可能的实施方式中，元素分析系统还包括：存储器，存储器中存储有中子和伽马衰减数据库，中子和伽马衰减数据库存储有预设物品的密度对应的中子和伽马衰减数据。

可选地，在一些可能的实施方式中，X射线检测结果包括：待检测物品中的危险品的位置、待检测物品中的物品的体积和密度的三维建模，中子检测结果包括：α粒子探测结果和γ射线探测结果；

元素分析系统具体用于根据α粒子探测结果和γ射线探测结果标记每组α粒子探测器对应的中子位置，结合中子源与危险品的位置中间的各个物品的中子和伽马衰减数据库，得出危险品中C、N、O的核子数目，通过与预设危险品的C、N、O的核子数目进行比较，确定危险品的种类。

可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施方式中的部分或全部。

需要说明的是，上述各实施方式是与在先产品实施例对应的方法实施例，对于方法实施方式的说明可以参考上述各产品实施方式中的对应说明，在此不再赘述。

读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的方法实施例仅仅是示意性的，例如，步骤的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个步骤可以结合或者可以集成到另一个步骤，或一些特征可以忽略，或不执行。

上述方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于中子与X射线的危险品检测装置，其特征在于，包括：X射线机、中子源旋转系统、中子源、γ射线探测器、传送带、控制系统和元素分析系统，其中：

所述控制系统用于控制所述传送带将待检测物品传送至所述X射线机内，所述X射线机用于对所述待检测物品进行X射线检测，根据X射线检测结果确定所述待检测物品中的危险品的位置；

所述控制系统还用于控制所述传送带将所述待检测物品传送至所述中子源的探测区域内，并根据所述危险品的位置向所述中子源旋转系统发送控制指令，所述中子源旋转系统根据所述控制指令控制所述中子源旋转，使所述中子源的中轴线穿过所述危险品；

所述控制系统还用于控制所述中子源和所述γ射线探测器对所述危险品进行中子检测，得到中子检测结果；

所述元素分析系统用于根据所述X射线检测结果和所述中子检测结果确定所述危险品的种类。

2.根据权利要求1所述的基于中子与X射线的危险品检测装置，其特征在于，所述中子源包括：离子源、螺线管、α粒子探测器阵列和靶片，其中，所述螺线管为管状结构，在所述螺线管内，沿着所述螺线管的轴线方向依次设置有离子源、α粒子探测器阵列和靶片，所述离子源和所述靶片位于所述离子源的两端，所述靶片位于靠近所述危险品的一端，所述α粒子探测器阵列为管状结构，所述α粒子探测器阵列的中轴线与所述螺线管的中轴线平行，且垂直于所述靶片。

3.根据权利要求2所述的基于中子与X射线的危险品检测装置，其特征在于，所述元素分析系统包括：N个数字化仪和分析装置，N个所述数字化仪分别与所述分析装置连接，N≥2；

所述α粒子探测器阵列为方管结构，包括4N个SiC探测器片，所述α粒子探测器阵列的每一面包括N个首尾依次连接的SiC探测器片，处于同一水平面的4个SiC探测器片为一组，每组所述SiC探测器片均与一个数字化仪对应连接。

4.根据权利要求3所述的基于中子与X射线的危险品检测装置，其特征在于，所述控制系统具体用于控制所述螺线管中电流方向从靠近所述离子源的一端流向靠近所述靶片的一端，在所述螺线管中形成一个平行于所述螺线管轴向且垂直于所述靶片方向的磁场，所述磁场将所述靶片上产生的α带电粒子旋转至位于所述螺线管内侧的所述α粒子探测器阵列上，并通过调节所述螺线管中电流大小，控制到达所述α粒子探测器阵列上的α粒子的立体角大小。

5.根据权利要求3所述的基于中子与X射线的危险品检测装置，其特征在于，所述γ射线探测器设置在靠近所述靶片的一端，与所述中子源固定连接，所述γ射线探测器包括：探测器本体、γ射线屏蔽体和中子屏蔽体，所述探测器本体设置在所述γ射线屏蔽体的空腔内，探测方向朝向所述靶片，所述中子屏蔽体设置在所述γ射线屏蔽体与所述靶片之间。

6.根据权利要求5所述的基于中子与X射线的危险品检测装置，其特征在于，所述γ射线探测器的数量为偶数个，全部所述γ射线探测器沿着所述中子源的轴线方向对称分布，每个所述数字化仪均与全部所述γ射线探测器连接。

7.根据权利要求5所述的基于中子与X射线的危险品检测装置，其特征在于，所述γ射线屏蔽体为空心圆筒状，所述中子屏蔽体为圆锥形，且所述中子屏蔽体的轴线穿过所述探测器本体的晶体中心和所述靶片的中心。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的基于中子与X射线的危险品检测装置，其特征在于，所述元素分析系统还包括：存储器，所述存储器中存储有中子和伽马衰减数据库，所述中子和伽马衰减数据库存储有预设物品的密度对应的中子和伽马衰减数据。

9.根据权利要求8所述的基于中子与X射线的危险品检测装置，其特征在于，所述X射线检测结果包括：所述待检测物品中的危险品的位置、所述待检测物品中的物品的体积和密度的三维建模，所述中子检测结果包括：α粒子探测结果和γ射线探测结果；

所述元素分析系统具体用于根据所述α粒子探测结果和所述γ射线探测结果标记每组α粒子探测器对应的中子位置，结合所述中子源与所述危险品的位置中间的各个物品的中子和伽马衰减数据库，得出所述危险品中C、N、O的核子数目，通过与预设危险品的C、N、O的核子数目进行比较，确定所述危险品的种类。

10.一种基于中子与X射线的危险品检测方法，其特征在于，包括：

控制系统控制传送带将待检测物品传送至X射线机内，所述X射线机对所述待检测物品进行X射线检测，根据X射线检测结果确定所述待检测物品中的危险品的位置；

所述控制系统控制所述传送带将所述待检测物品传送至中子源的探测区域内，并根据所述危险品的位置向中子源旋转系统发送控制指令，所述中子源旋转系统根据所述控制指令控制所述中子源旋转，使所述中子源的中轴线穿过所述危险品；

所述控制系统控制所述中子源和γ射线探测器对所述危险品进行中子检测，得到中子检测结果；

元素分析系统根据所述X射线检测结果和所述中子检测结果确定所述危险品的种类。

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