DE4216929C2 - Einrichtung zur Abbildung eines Gegenstandes mittels gestreuter Strahlung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ein­ richtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zur Abbildung eines Gegenstandes mittels gestreuter Strah­ lung. Die Einrichtung ist in der Lage, ein gutes Bild von Stoffen mit niedriger Atomzahl Z zu gewinnen, beispiels­ weise Plastiksprengstoffen und Narkotika, die bei der bis­ herigen Technologie unentdeckbar waren, zu dem Zwecke, das Eintreten solcher Gegenstände in das Sicherheitsfeld, ins­ besondere einen Flughafen oder andere Bereiche festzustel­ len, die als gefährlich betrachtet werden (wie beispiels­ weise Plastiksprengstoffe) oder durch Gesetz geregelt sind (wie beispielsweise Narkotika).

Eine herkömmliche Technik zur Feststellung von Stoffen mit niedriger Atomanzahl Z, die bei dem früheren Stand der Technik angewandt wird, ist beispielsweise von Annis et al in US-PS 47 99 247 angegeben.

Die dort beschriebene Einrichtung ist in Fig. 1 ge­ zeigt. In dieser Einrichtung liefert eine Röntgenstrahlen­ quelle 1 einen im allgemeinen konischen Strahl von Rönt­ genstrahlen, der auf eine strahlungsundurchlässige Platte 2 mit einem Schlitz 3 gerichtet ist. Der Schlitz 3 gestat­ tet den Durchtritt eines blattförmigen Röntgenstrahlenbündels zu einer rotierenden Scheibe 4, in der ein Schlitz 5 gebildet ist. Wenn die Drehscheibe 4 rotiert, so schneidet die Drehscheibe 4 das blattförmige Strahlenbündel, und der Schlitz 5 gestattet den Durchtritt eines dünnen Strahlenbündels 6. Dieses tastet einen zu prüfenden Ge­ genstand 7 ab, und ein Transportband 9 trägt den Gegen­ stand 7 in Richtung eines Pfeiles 8 über eine Linie des dünnen Strahlenbündels 6.

Ein Rückstreudetektor 10 spricht auf rückgestreute Röntgenstrahlen (insbesondere durch Compton-Streuung) an, wenn sie von dem Gegenstand 7 zurückreflektiert wird, und sie gibt Rückstreusignale entsprechend dem rückgestreuten Röntgenstrahl ab.

Die Rückstreusignale werden an eine Streuelektronik 11 geführt, wo sie summiert und zur Entwicklung eines Video­ signals zur Speisung eines Displays 12 verwendet werden mögen, die eine Streuabbildungseinrichtung ist.

Ein Detektor 13 spricht auf Röntgenstrahlung an, die von dem Gegenstand 7 durchgelassen worden ist, und gibt durchgelassene Signale an eine Übertragungselektronik 14 entsprechend dem durchgelassenen Röntgenstrahl ab.

In der gleichen Weise zeigt ein Display 15 ein Bild übertragener Röntgenstrahlung auf der Basis von übertrage­ nen Signalen.

Da die Materialien mit hoher Atomzahl Z ohne weiteres mehr Röntgenstrahlung absorbieren als Materialien mit niedriger Atomzahl Z, kann das übertragene Bild ohne wei­ teres zur Erkennung der Form irgendeines Materials mit hoher Atomzahl Z durch die spezielle Form des Schattens verwendet werden, den das Material mit hoher Atomzahl Z erzeugt.

Das Bild der Streuung kann in gleicher Weise zur Erken­ nung der Form irgendeines Materials mit niedriger Atomzahl Z durch die spezielle Form des Schattens verwendet werden, den das Material mit niedriger Atomzahl Z erzeugt.

Diese Einrichtung gemäß Fig. 1 ist wirksam bei der Aus­ führung der Prüfung des Gegenstandes, jedoch ist es auch bekannt, daß sie die folgenden Nachteile hat.

Bei dieser Einrichtung sind die mit "fliegendem Punkt" arbeitenden Abtaster und Detektoren horizontal angeordnet, und das dünne Strahlenbündel wird in horizontaler Richtung ausgestrahlt.

Die Form der Einrichtung ist daher horizontal. Somit nimmt die Einrichtung einen großen Bereich des Fußbodens ein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrich­ tung zur Abbildung eines Gegenstandes mittels gestreuter Strahlung zu schaffen, bei der die Einrichtung nur eine geringe Fußbodenfläche beansprucht.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale ge­ löst.

Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Röntgenstrahlinspektionssystems, das einen Sendedetektor und einen Rückstreude­ tektor jeweils zusammen mit zugehörigen Dis­ plays verwendet,

Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht und Blockdiagramm für eine Ausführungsform einer Einrichtung zur Abbildung von gestreuter Strahlung gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 einen Vertikalschnitt der Einrichtung gemäß Fig. 2 zur Abbildung gestreuter Strahlung,

Fig. 4 ein schematisches Diagramm des Prinzips der Arbeitsweise der Einrichtung gemäß Fig. 3,

Fig. 5 eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Einrich­ tung zur Abbildung von gestreuter Strahlung gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines Rück­ streuungsdetektors zur Verwendung bei einer Ausführungsform der Einrichtung zur Abbildung der Streustrahlung,

Fig. 7 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles A in Fig. 6,

Fig. 8 einen Querschnitt entlang der Linie B-B durch Fig. 6,

Fig. 9 eine Schnittansicht eines Abwandlungsbei­ spiels für einen Rückstreuungsdetektor in Fig. 6,

Fig. 10 eine Querschnittsansicht eines weiteren Ab­ wandlungsbeispiels für einen Detektor in Fig. 6 für Rückstreuung,

Fig. 11 einen Vertikalschnitt C-C durch Fig. 10,

Fig. 12 eine Querschnittsansicht in Richtung eines Pfeiles C in Fig. 11,

Fig. 13 ein erläuterndes Diagramm und eine Erklärung des festen Winkels in den Fig. 10, 11.

Es sei nun auf Fig. 2 Bezug genommen, wo eine Ausfüh­ rungsform einer Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfin­ dung gezeigt ist. Sie weist eine Einheit 32 zur Erzeugung eines bündelförmigen Strahles für einen wandernden Fleck auf, einen Röntgenstrahlgenerator mit einer Röhre 19 zur fortwährenden Ausstrahlung eines Röntgenstrahles auf einen zu prüfenden Gegenstand, ein Blendenrad 20 (nicht gezeigt) zur Formung des von der Röntgenröhre 19 emittierten Rönt­ genstrahles zu einem sich drehenden, fächerförmigen Strahl und einen linearen Kollimator 21 zur Formung des sich dre­ henden, fächerförmigen Strahls zu einem bündelförmigen Strahl mit einem wandernden Punkt, der sich wiederholt entlang einer Linie im Raum bewegt. Ein Transportband 22 dient zur Bewegung eines Gegenstandes in die Richtung quer zu der Linie, die abgetastet wird; ein Rückstreudetektor 23 dient zur Feststellung von Röntgenstrahlen, die von dem Gegenstand rückgestreut worden sind, und ein Über­ tragungsdetektor 24 stellt übertragene Röntgenstrahlen fest, die von dem Gegenstand stammen. Eine Kontrolleinheit 25 für Röntgenstrahlen steuert die Emission der Röntgen­ strahlung von der Röntgenröhre 19, eine Rückstreuungdaten­ sammeleinheit 26 sammelt festgestellte Daten, die an dem Ausgang des Rückstreuungsdetektors 23 erscheinen, und wan­ delt die abgetasteten Daten in Signaldaten durch Anwendung einer A/D-Wandlung und anderer Vorverarbeitungsvorgänge um; Übertragungsdatensammeleinheit 27 tastet abgetastete Daten ab, die von dem Übertragungsdetektor 24 abgegeben werden und wandelt die abgetasteten Daten in Signaldaten durch Anwendung einer A/D-Wandlung und anderer Vorverar­ beitungsvorgänge um. Eine Eingangssteuerung 28 gestattet die Ausführung verschiedener Steuervorgänge durch eine Bedienungsperson; eine CPU 29 steuert die Arbeitsweise der gesamten Einrichtung zur Abbildung eines Gegenstandes mit­ tels Streustrahlung und erzeugt außerdem ein Rück­ streuungsbild und ein ausgesandtes Bild des zu prüfenden Gegenstandes aus den Signaldaten, die von der Rückstreuda­ tensammeleinheit 26 und der Übertragungsdatensammeleinheit 27 gewonnen worden sind; eine Displayeinheit 30 zeigt das Rückstreubild, und eine Displayeinheit 31 gibt das über­ tragene Bild wieder.

Bei Betrieb wird der Wanderpunktbündelstrahl, der von der Strahlung gebildet ist, die von der Röntgenröhre 19 ausgestrahlt wird, durch das Blendenrad 20 in einen konus­ förmigen Strahl und dann in einen wandernden, bündel­ förmigen Strahl 33 durch den linearen Kollimator 21 umge­ wandelt.

Der den wandernden Punkt erzeugende Strahl 32 verläuft unter dem Transportband 22.

Das Transportband 22 sorgt für eine Bewegung eines zu prüfenden Gegenstandes darauf in Richtung im wesentlichen senkrecht zur Richtung des bündelförmigen Strahls 33.

Rückstreudetektor 23 ist zwischen oberem Trum 34 und unterem Trum 35 des Transportbandes 22 angeordnet und be­ findet sich darüber hinaus dicht zu dem oberen Trum 34.

Der Rückstreudetektor 23 ist mit einem Schlitz 36 aus­ gerüstet, durch den der wandernde, bündelförmige Strahl 33 hindurchtritt.

Der Übertragungsdetektor 24 ist über dem oberen Trum 34 des Transportbandes 22 angeordnet und so ausgebildet, daß er den gesamten bündelförmigen Strahl aufnimmt, der durch den Gegenstand übertragen worden ist.

Es sei nun auf Fig. 3 Bezug genommen, wo eine Röntgen­ strahlfokusposition 37 senkrecht unter der Kante der hori­ zontalen Detektionsebene des Übertragungsdetektors 24 an­ geordnet ist.

Der bündelförmige Strahl 33 kann bis zu der Kante der horizontalen Detektionsebene des Übertragungsdetektors 24 über einen Winkel α abgetastet werden.

Als Ergebnis wird der zu prüfende Gegenstand 38 voll­ ständig durch den bündelförmigen Strahl abgetastet unter der Voraussetzung, daß die Breite des Gegenstandes 38 kleiner ist als die Breite des oberen Trums 34.

Es sei nun auf die Fig. 2, 3 und 4 Bezug genommen, an­ hand deren die Arbeitsweise der Einrichtung zur Abbildung des Gegenstandes mittels Streuung beschrieben wird.

Der bündelförmige Strahl 33 durchdringt beide Trums 34, 35 des Transportbandes 22 und tritt durch den Schlitz des Rückstreudetektors 23. Somit tastet der bündelförmige Strahl 33 den Gegenstand 38 auf dem oberen Trum 34 des Transportbandes ab.

Der Übertragungsdetektor 24 stellt Röntgenstrahlen 39 fest, welche den Gegenstand 38 durchdringen, und Rück­ streudetektor 23 stellt Röntgenstrahlen 40 fest, die durch den Gegenstand 38 gestreut werden.

Die von dem Gegenstand 38 gestreuten Röntgenstrahlen 40 durchdringen das obere Trum 34 des Transportbandes 22, und die rückgestreuten Röntgenstrahlen 40 werden durch den Rückstreudetektor 23 festgestellt.

Der Rückstreudetektor 23 ist dicht an dem oberen Trum 34 des Transportbandes 22 angeordnet. Somit befindet sich der Gegenstand 38 dicht an dem Rückstreudetektor. Da die rückgestreuten Röntgenstrahlen 40 nur das obere Trum 34 durchdringen, bevor sie den Rückstreudetektor 23 errei­ chen, werden die rückgestreuten Röntgenstrahlen 40 nicht durch das untere Trum 35 des Transportbandes absorbiert. Die Dämpfung des geringen Energiepegels der rückgestreuten Röntgenstrahlen ist daher gering, und der Wirkungsgrad der Feststellung der rückgestreuten Röntgenstrahlen ist hoch.

Durch Kombination der Abtastwirkung des bündelförmigen Strahls 33 mit der relativen Bewegung des Gegenstandes 38 zu dem bündelförmigen Strahl 33 erfolgt eine Rasterabta­ stung des Gegenstandes 38 durch den bündelförmigen Strahl 33.

Jeder der beiden Detektoren 23, 24 erzeugt Detektions­ daten entsprechend den auf den Detektoren 23, 24 auftref­ fenden Röntgenstrahlen.

Die durch die Detektoren 23, 24 erzeugten Detektions­ daten werden in die Übertragungsdatensammeleinheit 27 für übertragene Daten und Übertragungsdatensammeleinheit 26 für Rückstreudaten eingespeist, wo sie in regelmäßigen Intervallen abgetastet werden.

Übertragungsdatensammeleinheit 26 für übertragene Daten und Übertragungsdatensammeleinheit 27 für rückgestreute Daten liefern Signale an die CPU 29, wo sie summiert, kon­ trolliert und zur Bildung eines Videosignals für die Dis­ playeinheit 30, 31 verwendet werden.

Die Displayeinheit 30 zeigt ein Bild entsprechend dem übertragenen Bild des Gegenstandes 38. Die Displayeinheit 31 zeigt ein Bild entsprechend dem Rückstreubild des Ge­ genstandes 38.

Das gesendete Bild kann einfach zur Identifizierung der Form irgendeines Materials mit hoher Atomzahl Z verwendet werden, z. B. einer Pistole oder einer aus Metall gefertig­ ten Bombe. Das rückgestreute Bild kann in einfacher Weise zur Erkennung der Form irgendeines Materials mit niedriger Atomzahl Z verwendet werden, z. B. einer Bombe, die aus Plastik gefertigt ist, oder von Narkotika. Die Bedienungs­ person kann die Bestandteile des Gegenstandes 38 prüfen.

Es sei nun auf Fig. 5 Bezug genommen, wo eine abgewan­ delte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt ist.

Die Abwandlung verwendet einen Generator der oben be­ schriebenen Art zur Erzeugung eines aufwärts gerichteten Beleuchtungsstrahls und eine Wanderpunktstrahlenbündeler­ zeugungseinheit 41 oberhalb des Transportbandes zur Erzeu­ gung einer abwärts gerichteten Beleuchtung und einen Rück­ streudetektor 42.

Der Rückstreudetektor 42 ist zwischen der Wanderpunkt­ strahlenbündelerzeugungseinheit 41 und dem oberen Trum an­ geordnet.

Die Abwandlung kann somit ein rückgestreutes Bild für jede Seite des Gegenstandes erzeugen.

Jeder Rückstreudetektor 23, 42 wird vorwiegend Materia­ lien mit niedriger Atomzahl Z darstellen, die dichter an jedem Rückstreudetektor liegen.

Eine Bedienungsperson kann somit exakt die Innenseite des Gegenstandes prüfen.

Es sei nun auf die Fig. 5, 6 und 7 Bezug genommen und die Konstruktion des Rückstreudetektors 23 beschrieben. Es ist erwünscht, daß der Rückstreudetektor 23 wirksam auf rückgestreute Röntgenstrahlen 40 von dem Gegenstand 38 an­ spricht.

Daher muß der Rückstreudetektor 23 näher zu dem oberen Trum 34 des Transportbandes 22 angeordnet sein. Es ist au­ ßerdem erwünscht, daß der Rückstreudetektor 23 in der Lage ist, dem Gewicht des Gegenstandes 38 auf dem oberen Trum 34 zu widerstehen. Somit ist der Rückstreudetektor 23 die­ ser Ausführungsform in einem Gehäuse 45 gehalten, das mit Verstärkungsstreben 43 versehen ist, die die beiden Seiten des Gehäuses 45 überspannen.

Es ist außerdem erwünscht, daß das Material der Front­ platte 44 für Röntgenstrahlen durchlässig ist und einen niedrigen Kontaktwiderstand hat.

Die untere Kante jeder Verstärkungsstrebe 43 erreicht nicht den Boden des Gehäuses 45, vielmehr berührt die obe­ re Kante die Frontplatte 44.

Die Innenflächen des Gehäuses 45 und die Verstärkungs­ streben 43 sind mit einer fluoreszierenden Substanz 46 be­ deckt, die rückgestreute Röntgenstrahlen in Licht umwan­ deln.

Eine Reihe von Fotovervielfacherröhren 47 (nachfolgend abgekürzt FVR) sind auf dem Boden des Gehäuses 45 unter­ halb jeder der Verstärkungsstreben 43 gehalten. Somit ist der Wirkungsgrad der Röntgenstrahlfeststellung maximiert, während die Zahl der erforderlichen FVRs 47 verringert ist.

Es sei nun auf Fig. 9 Bezug genommen, wo eine weitere Abwandlung des Rückstreudetektors gezeigt ist.

Bei dieser Abwandlung ist das Gehäuse 45 durch die Ver­ stärkungsstreben 48 in getrennte Kammern unterteilt, und die FVRs 47 sind innerhalb der Kammern des Gehäuses 45 an­ geordnet.

Es sei nun auf die Fig. 10, 11 und 12 Bezug genommen, wo eine weitere Abwandlung des Rückstreudetektors gezeigt ist, bei der die Basis des Gehäuses 49 als ein Paar von gegenüberliegend geneigten Flächen ausgebildet ist. Somit ist die Tiefe der Kammern 50, 51 innerhalb des Gehäuses in Richtung auf die Mittellinie bei der Position des Schlit­ zes 36 zunehmend geringer, wobei die Formen der Kammern 50, 51 zu dem Schlitz 36 symmetrisch sind, und eine Ver­ stärkungsstrebe 43 ist für jede der Kammern vorgesehen.

Die obere Kante der Verstärkungsstrebe 43 berührt die Unterseite der Frontplatte 44. Ein FVR 47 ist zu jeder Seite des Gehäuses mit Blick nach innen in Richtung auf die geneigte, durch die Grundplatte gebildete Basis ge­ richtet, wie das in Fig. 11 gezeigt ist. Aus Fig. 14 ist zu ersehen, daß somit der feste Winkel Θ von FVR 47 errei­ chendem Licht vergrößert ist, und die Detektionsebene von FVR 47 befindet sich dicht an dem Erzeugungspunkt von ge­ streuter Röntgenstrahlung. Der Wirkungsgrad der Röntgen­ strahlfeststellung ist somit verbessert.

Claims (6)

1. Einrichtung zur Abbildung eines Gegenstandes mittels gestreuter Strahlung mit

• - einer Strahlungsquelle,
• - Mitteln zur Umformung der von der Strahlungsquelle aus­ gesandten Strahlung in ein dünnes Strahlenbündel, das wiederholt entlang einer Linie auslenkt,
• - einem Transportband mit einem oberen und einem unteren Trum, um einen auf dem oberen Trum befindlichen abzu­ bildenden Gegenstand in einer Richtung senkrecht zu der genannten Linie zu transportieren, so daß das Strahlen­ bündel den Gegenstand abtastet,
• - einem Streustrahlungsdetektor zur Feststellung der vom Gegenstand gestreuten Strahlung und
• - Displaymitteln zur Darstellung eines Bildes des Gegen­ standes, das mittels der Streustrahlungsdaten erzeugt ist, die von dem Streustrahlungsdetektor gewonnen wor­ den sind,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Strahlungsquelle (19, 20, 21) unterhalb des Transportbandes (22) angeordnet ist,
• - daß die Linie, entlang der das dünne Strahlenbündel auslenkt, im wesentlichen horizontal und quer zur Bewe­ gungsrichtung des Förderbandes (22) verläuft,
• - daß der Streustrahlungsdetektor (23) zwischen dem obe­ ren Trum (34) und dem unteren Trum (35) des Transport­ bandes (22) angeordnet ist und
• - daß der Streustrahlungsdetektor (23) mit einem Schlitz (36) versehen ist, durch den das dünne Strahlenbündel tritt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

• - einen oberhalb des Transportbandes angeordneten Über­ tragungsdetektor zur Feststellung von Strahlung, die den genannten Gegenstand durchdringt,
• - zweite Displaymittel zur Darstellung eines Bildes des Gegenstandes, das aus den vom Übertragungsdetektor er­ mittelten Übertragungsdaten erzeugt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch

• - eine zweite Strahlungsquelle, die oberhalb der genann­ ten Transportmittel angeordnet ist,
• - zweite Umformmittel zur Umformung der von der zweiten Strahlungsquelle emittierten Strahlung in ein zweites dünnes Strahlenbündel, das wiederholt senkrecht zur Bewegungsrichtung der genannten Transportmittel wan­ dert, wobei diese Umformmittel oberhalb der genannten Transportmittel angeordnet sind,
• - einen zweiten Streustrahlungsdetektor zur Feststellung von Strahlung, die von dem Gegenstand auf dem oberen Trum des Transportbandes gestreut worden ist, um zweite Streustrahlungsdaten zu gewinnen, wobei der zweite Streustrahlungsdetektor zwischen den zweiten Umform­ mitteln und den genannten Transportmitteln angeordnet und mit einem Schlitz versehen ist, durch den das ge­ nannte zweite Strahlenbündel tritt, und
• - dritte Displaymittel zur Darstellung eines zweiten Bil­ des des Gegenstandes, das aus den zweiten Streustrah­ lungsdaten erzeugt worden ist, die durch den zweiten Streustrahlungsdetektor gewonnen worden sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der in Anspruch 1 genannte Streustrahlungs­ detektor aufweist:

• - Eine dunkle Gehäuseverstärkungsstrebe in dem Gehäuse zum Tragen des Gewichtes des Gegenstandes,
• - Mittel zur Umwandlung von Strahlung innerhalb des Ge­ häuses in optische Signale und
• - Mittel zur Umwandlung dieser Signale in elektrische Signale, um die in Anspruch 1 genannten ersten Streu­ strahlungsdaten zu bilden.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der in Anspruch 1 genannte Streustrahlungs­ detektor aufweist:

• - Ein Gehäuse mit einer Basis mit einer geneigten Fläche,
• - Mittel auf den inneren Flächen des Gehäuses zur Umwand­ lung von das Innere des Gehäuses erreichender Strahlung in optische Signale und Wandlermittel, die wenigstens auf einer Seite des Gehäuses gegenüber der geneigten Fläche angeordnet sind, um die genannten optischen Signale in elektrische Signale umzuwandeln, um die in Anspruch 1 genannten ersten Streustrahlungsdaten zu bilden.