[发明专利]物品检测设备及其检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及辐射探测技术领域，特别涉及一种对物品中的爆炸物、化学物质、生物武器、核材料、毒品等危险品进行安全检测的物品检测设备和使用该物品检测设备进行检测的方法。

背景技术

在针对集装箱、航空箱的安检领域，对特异物质的检测是一个持续的热点需求。这些特异物质包括爆炸物、化学物质、生物武器、核材料、毒品等。人们已经开发了很多技术来致力于对这些物品的检测。其中X射线的透视技术就是一个非常流行的技术类型，其它如中子技术也是被关注的候选技术，下面对这两种技术进行简单的介绍。

1.X射线可以分为传统透射技术和其它类型：

a)在传统的X射线技术中，无论是单能X射线透射、还是双多能X射线透射技术，所利用的都是X射线在穿透物体之后的衰减信息，然后用探测器阵列来实现精密的二维成像，这样得到的图像基本反映了X射线穿透路径上物体的质量厚度信息。操作人员通过对图像的形状进行分析来判断其中是否存在有可疑的特异物质。这种X射线方法的根本问题是它所测量的是X射线路径上材料衰减能力的积分，因此有可能将高Z高密度但厚度小的物体和低Z低密度但厚度大的物体视作相同，这对核材料的检测是非常不利的。

b)核共振荧光技术是一种利用X射线来激发原子核，然后测量原子核退激后放出的特征能量γ光子的方法。这种方法能够得到感兴趣原子核的“指纹”信息，是一种值得研究的方法。但这种方法的问题是灵敏度很低，因为能够发生共振吸收的X射线能谱宽度非常小，使得经X射线照射之后被检测物品产生的共振荧光很少而散射光子很多，对灵敏度和信噪比都提出了挑战。有人提出了利用能量可调的单能X射线源来进行检测，但是这需要具有100MeV以上的电子加速器，后者又是一个新的挑战。

2.中子类技术大致可以分为两类：透射方法和元素分析方法。

a)基于中子的透射方法与X射线透射方法较为相似，但中子对低原子序数(尤其是H)敏感，而对高Z的物质则相对不敏感，因此与X射线相较而言，它更擅长于对富含H物质的检测，但是中子的透射方法测量的也是中子路径上的积分信息，无法区分某个空间位置的元素构成。

b)基于元素分析的中子方法能够根据与中子反应后放出的γ射线来区分不同的核素，因此具有元素识别的能力，在此基础上，有人更增加三维空间分辨的能力，使得能够对被检测的集装箱或者车辆进行5cm×5cm×5cm的三维元素空间成像。但元素分析方法只能对那些与中子反应截面大的核素有效，如N、C、O(快中子反应)，N、H(热中子反应)等，对于那些中子反应截面很小的元素来讲，灵敏度很差。另外，元素分析方法对能谱测量的精确度要求很高，由于中子诱发的γ能谱往往不是单能的，而探测器对单能γ能谱的响应也是连续的，因此实际中的解谱工作也是非常困难的。

还有一些其它的技术类型，如电四极矩方法，这种方法具有对分子敏感的特性，能够提取分子的“指纹”信息，但是该技术成立的前提是分子中存在电四极矩不为0的原子核，而且原子核所处的电场梯度较大。但是这一点只对少数物体才是有效的。另外，这种技术会受到电磁屏蔽措施的反制。

发明内容

鉴于现有技术存在的上述技术问题，本发明的至少一个方面在于提供一种能够容易地实现三维成像的物品检测设备及其检测方法。

根据本发明的一个示例性的实施例，提供一种物品检测设备，该物品检测设备包括：

X光机；

X光机准直装置，所述X光机准直装置用于将所述X光机产生的X射线成型为透射物品的扇面光束；

透射探测器阵列，所述透射探测器阵列用于探测从物品透射过的X射线，以便形成物品的二维透射图像；和

至少一个散射探测器阵列，所述至少一个散射探测器阵列中的每个散射探测器阵列包括排成i行j列的多个相同的探测模块；

其中，物品被X射线透射的透射截面被分成i行xj列个大小相同的分块区域，并且

所述每个散射探测器阵列的ixj个探测模块与物品的透射截面的ixj个分块区域一一对应，用于探测对应的分块区域处X射线产生的电子对效应湮没光子和康普顿散射光子，并且

根据探测到的电子对效应湮没光子计数与康普顿散射光子计数的比值来获得各个分块区域处的原子序数，从而形成物品的三维图像，

其中，i和j均为大于或等于2的正整数。