DE102011013942A1

DE102011013942A1 - Anlage zur Überprüfung von großvolumigen Gütern, insbesondere von Frachtgütern

Info

Publication number: DE102011013942A1
Application number: DE102011013942A
Authority: DE
Inventors: Bernd Bartscher; Andreas Frank; Rainer Henkel; Claus Meder
Original assignee: Smiths Heimann GmbH
Current assignee: Smiths Heimann GmbH
Priority date: 2011-03-14
Filing date: 2011-03-14
Publication date: 2012-09-20
Also published as: US9158028B2; WO2012123248A2; WO2012123248A3; US20140016746A1; EP2686711A2

Abstract

Bei einer Anlage zur Prüfung von großvolumigen Gütern, insbesondere von Frachtgütern, mit einer Röntgenquelle (1), die Röntgenstrahlen zum Durchstrahlen der Güter abgibt, und mit einer auf die Röntgenquelle ausgerichteten Detektoranordnung, sind die Detektoren (4, 5) der Detektoranordnung so aufgebaut oder angeordnet, dass Detektorzeilen (3, 6, 7) mit zwei rechtwinklig an ihren Längsseiten aneinander stoßenden Zeilenschenkeln entstehen, von denen ein Schenkel parallel zur Bewegungsrichtung (9) des Prüfguts, der andere senkrecht dazu in Richtung zur Röntgenquelle (1) ausgerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Prüfung von großvolumigen Gütern, insbesondere von Frachtgütern, mit einer Röntgenquelle, die Röntgenstrahlen zum Durchstrahlen der Güter abgibt, und mit einer auf die Röntgenquelle ausgerichteten Detektoranordnung.
Zur Kontrolle von großvolumigen Frachtgütern wie LKW- oder Containerladungen werden bekannterweise Röntgenprüfanlagen eingesetzt, die eine Röntgenquelle und eine auf die Röntgenquelle ausgerichtete Detektoranordnung aufweisen. Während das zu überprüfende Gut zwischen der Röntgenquelle und der Detektoranordnung relativ zu diesen bewegt wird, wird es von Röntgenstrahlen durchstrahlt und dabei abgescannt. Für die Relativbewegung zwischen der Prüfanlage und dem Prüfgut wird entweder das Prüfgut selbst, beispielsweise ein LKW, zwischen der Röntgenquelle und der Detektoranordnung hindurch bewegt, oder die Prüfanlage hat einen eigenen Fahrantrieb, mit dem sie relativ zu dem Prüfgut bewegt wird.
Um das Prüfgut in einem Scanvorgang zeilenweise zu überprüfen, ist es bekannt, in der Detektoranordnung die Detektoren in entsprechenden Detektorzeilen anzuordnen. Wie in der DE 101 22 279 A beschrieben, enthält die Detektoranordnung zwei rechtwinklig zueinander abgewinkelte Detektorzeilen, von denen sich eine senkrecht nach oben, die andere waagrecht oberhalb der Prüfstrecke erstreckt.
Die Fracht-Scansysteme verwenden hauptsächlich Cäsiumjodid(CsJ)-Szintillatoren für die Detektion der transmittierten Röntgenstrahlen. Bei Gepäckprüfanlagen werden teilweise Keramik-Szintillatoren eingesetzt. Dies ist bei Fracht-Scansysteme bisher nicht der Fall, da wegen der großen Prüffläche und der riesigen Anzahl der benötigten Kristalle der Kostenanteil der Detektoren an den Herstellkosten zu groß würde.
Zum Durchdringen der Lastkraftwagen und Container werden Röntgenstrahlen mit hoher Energie von beispielsweise 3,5 bis 4 MeV verwendet. Die Röntgenstrahlen werden mit gepulsten Elektronenbeschleunigern erzeugt. Wegen der hohen Energien werden Detektoren mit einer bestimmten Tiefe benötigt. Die Tiefe wird dabei in Richtung zur Röntgenquelle und damit senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Prüfguts gemessen.
Bei höheren Relativgeschwindigkeiten des Prüfguts ist es schwierig, gute Bilder ohne Streifen zu erzeugen, da dazu die Relativgeschwindigkeit auf die von den Detektormaßen abhängige Pulsfrequenz abgestimmt werden muss.
Bei Frachtprüfsystemen werden eine immer bessere Bildauflösung und eine höhere Durchdringung verlangt. Diese können durch Verbesserungen an der Röntgenquelle und an den Detektoren erreicht werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zur Überprüfung von großvolumigen Gütern, insbesondere von Frachtgütern, bereitzustellen, die bei erhöhter Relativgeschwindigkeit des Prüfguts lückenlose Bilder in verbesserter Qualität liefert.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass die Detektoren der Detektoranordnung so aufgebaut oder angeordnet sind, dass Detektorzeilen mit zwei rechtwinklig an ihren Längsseiten aneinander stoßenden Zeilenschenkeln entstehen, von denen ein Schenkel parallel zur Bewegungsrichtung des Prüfguts, der andere senkrecht dazu in Richtung zur Röntgenquelle ausgerichtet ist.
Bevorzugt ist der parallel zu der Bewegungsrichtung ausgerichtete Schenkel in Richtung der Röntgenstrahlen vorne, also näher zur Röntgenquelle, angeordnet.
Bevorzugt enthalten die Detektoren als Szintillationsmaterial Gadolinium-Oxysulfid (GOS), das bevorzugt mit Cer dotiert ist (Gd₂O₂S:Ce). Alternativ wird als Szintillationsmaterial Cadmiumwolframat (CdWO₄) verwendet.
GOS als Szintillationsmaterial hat gegenüber CsJ mehrere Vorteile. Da es eine höhere Dichte und ein höheres Z_eff hat, ist es besonders zur Detektion von Photonen oberhalb 100 keV geeignet. Weiterhin ist es nicht hygroskopisch. Allerdings ist das Material nicht transparent für die emittierten Szintillations-Photonen. Das begrenzt die Verwendung in Richtung auf höhere Energien, da die Szintillations-Photonen des gesamten Kristalls nicht mehr eingesammelt werden können.
Cadmiumwolframat als alternatives Szintillationsmaterial hat ebenfalls Vorteile in Bezug auf Absorption und Nachleuchten. Zusätzlich sind Cadmiumwolframat-Kristalle transparent für die Szintillations-Photonen. Daher gibt es weniger Beschränkung in der Kristallgröße. Allerdings ist die Lichtausbeute von Cadmiumwolframat pro Photon viel geringer als die Ausbeute von GOS, das auch im Hinblick auf Umwelt- und Gesundheitsschutz überlegen ist.
In der nachfolgenden Tabelle 1 sind Eigenschaften verschiedener Szintillatoren aufgeführt.

Szintillator ρ [g/cm^–3] Afterglow λ_max [nm] Z_eff Hygroscopic

CsI 4.51 1% @ 100 ms 310 54 Yes

Gd₂O₂S:Ce 7.34 0.02% @ 3.5 ms 580 61.1 No

CdWO₄ 7.9 < 0.1% @ 3 ms 495 64.2 No

Table 1: Properties of different Scintillators (λ_max: wavelength of the maximum of the distribution of scintillation photons)
In 2 ist der Aufbau einer Prüfanlage dargestellt.
In einem Gehäuse 1 ist eine Röntgenquelle angeordnet. Die Röntgenstrahlen werden von einem Elektronenbeschleuniger mit einer Energie zwischen 3,5 und 4 MeV erzeugt und treten durch eine Blende 2 im Gehäuse 1 aus. Mit Abstand von dem Gehäuse 1 befindet sich eine senkrechte Detektorzeile 3, die aus einzelnen Detektoren 4, 5 aufgebaut ist. Am oberen Ende der senkrechten Detektorzeile 3 verläuft eine weitere waagrechte Detektorzeile 6, die mit einer weiteren senkrechten Detektorzeile 7 auf dem Gehäuse 1 abgestützt ist. Zwischen dem Gehäuse 1 und den Detektorzeilen 3, 6, 7 ist ein ausreichend großer Freiraum, durch den ein großvolumiges Gut wie ein LKW 10 oder ein Standard-Frachtcontainer für die Überprüfung in Richtung des Pfeils 9 bewegt werden kann.
Wie in den 3 und 4 dargestellt, besteht jede Detektorzeile 3, 6, 7 aus zwei rechtwinklig an ihren Längsseiten aneinanderstoßenden Zeilenschenkeln, die jeweils von nebeneinander oder übereinander angeordneten Detektoren 4, 5 gebildet werden. Einer der Schenkel ist jeweils parallel zur Bewegungsrichtung 9 des Prüfguts (im Beispiel der von den Detektoren 5 gebildete Schenkel) ausgerichtet. Der andere, im Beispiel von den Detektoren 4 gebildete Schenkel, ist dazu senkrecht in Richtung zur Röntgenquelle 2 ausgerichtet. Die in Bewegungsrichtung 9 gemessene Länge I der in Bewegungsrichtung 9 ausgerichteten Detektoren 5 beträgt ca. 10 mm, ihre dazu senkrecht gemessene Tiefe t beträgt ca. 5 mm. Die entsprechend gemessene Länge 1 der dazu senkrecht angeordneten Detektoren 4 beträgt ca. 5 mm. Deren Tiefe t beträgt ca. 20 mm bis 30 mm.
Bevorzugt ist der parallel zu der Bewegungsrichtung 9 des Prüfguts ausgerichtete Schenkel 5 in Richtung der Röntgenstrahlen vorne, also näher zur Röntgenquelle 1, angeordnet, wie in den 2 und 3 dargestellt ist. Dann werden auch durch den Compton-Effekt in Vorwärtsrichtung gestreute Photonen mit höherer Energie in den anderen Detektoren 4 detektiert.
Die andere, in 4 dargestellte Variante, bei der der parallel zu der Bewegungsrichtung 9 des Prüfguts ausgerichtete Schenkel 5 in Richtung der Röntgenstrahlen hinten, also weiter von der Röntgenquelle 1 weg, angeordnet ist, hat Vorteile im Hinblick auf Auflösung feiner Strukturen, da weniger Übersprechen zwischen den Kanälen auftreten kann.
Die Detektorzeilen mit abgewinkelten Schenkeln lassen sich beispielsweise so herstellen, dass auf einen standardmäßig angeordneten Detektor, beispielsweise aus GOS, ein zusätzlicher dünner GOS-Szintillatorstab geklebt wird, der die Detektorbreite in Bewegungsrichtung 9 vergrößert.
Die nachfolgende Tabelle 2 zeigt Parameter, die nach einem Standardtest für verschiedene Detektorzeilen erhalten wurden.

Parameter Truck Speed GOS CsI

Steel Penetration ~ 1 m/sec 24 cm 20 cm

Min Wire Resolution ~ 1 m/sec 3 mm 3 mm

Min Hole Resolution ~ 1 m/sec 4 mm (10 mm plate) 4 mm (10 mm plate)

Table 2: Parameters obtained for the different detection lines using the penetration test tool and a test tool according to ANSI Standard 42.46.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10122279 A [0003]

Claims

Anlage zur Prüfung von großvolumigen Gütern, insbesondere von Frachtgütern, mit einer Röntgenquelle (1), die Röntgenstrahlen zum Durchstrahlen der Güter abgibt, und mit einer auf die Röntgenquelle ausgerichteten Detektoranordnung, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoren (4, 5) der Detektoranordnung so aufgebaut oder angeordnet sind, dass Detektorzeilen (3, 6, 7) mit zwei rechtwinklig an ihren Längsseiten aneinander stoßenden Zeilenschenkeln entstehen, von denen ein Schenkel parallel zur Bewegungsrichtung (9) des Prüfguts, der andere senkrecht dazu in Richtung zur Röntgenquelle (1) ausgerichtet ist.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der parallel zu der Bewegungsrichtung (9) ausgerichtete Schenkel (5) in Richtung der Röntgenstrahlen vorne, also näher zur Röntgenquelle, angeordnet ist.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der parallel zu der Bewegungsrichtung (9) ausgerichtete Schenkel (5) in Richtung der Röntgenstrahlen hinten, also weiter von der zur Röntgenquelle weg, angeordnet ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoren als Szintillationsmaterial Gadolinium-Oxysulfid (GOS), das bevorzugt mit Cer dotiert ist (Gd2O2S:Ce) enthalten.
Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoren als Szintillationsmaterial Cadmiumwolframat (CdWO4) enthalten.