核技術(shù)在安檢領(lǐng)域的應(yīng)用

核檢測技術(shù)是指用放射性元素如鈷、銫和氫的同位素氕氘氚等做放射源，產(chǎn)生X、γ、α和中子等高能射線，利用這些射線與物質(zhì)的相互作用來探測物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)等，從而確定物質(zhì)種類。目前常用的核探測技術(shù)如下圖所示。

X射線安全檢查技術(shù)主要包括X射線透視成像技術(shù)、X-CT成像技術(shù)和衍射XRD技術(shù)等，這些技術(shù)跟計算機、微電子和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合表現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

X射線透視成像技術(shù)是利用X射線和物質(zhì)相互作用的物理機制，可以有效實現(xiàn)對違禁品的不開箱檢查。X射線穿過物體時主要發(fā)生瑞利散射、康普頓散射、光電效應(yīng)和電子對效應(yīng)等相互作用，造成射線強度的衰減。衰減程度隨著被穿透物質(zhì)的成分和穿透路徑長度的不同而變化。根據(jù)穿透前后X射線的不同強度可得出物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

▲X射線透視成像原理圖

Ｘ射線透視成像技術(shù)在貨物以及旅客行李物品安全檢查中都有著廣泛的應(yīng)用。一個典型的成像裝置由射線源、探測器陣列、待檢物體及傳送裝置、計算機控制和成像設(shè)備等組成。

▲集裝箱X射線透視成像系統(tǒng)示意圖

其中，單能Ｘ射線成像技術(shù)是最早應(yīng)用于安全檢查的技術(shù)之一，但是對于材料分辨能力的缺失使其難以實現(xiàn)固、液態(tài)等危險物質(zhì)的查驗。隨著透視成像技術(shù)的進步，逐漸發(fā)展出雙能透視成像、多視角成像等新技術(shù)，極大地提升了材料分辨及爆炸物的檢出能力，因此得到了迅速普及。

▲移動式集裝箱/車輛檢查系統(tǒng)(a)及其雙能X射線成像圖像(b)

由于X射線透視檢查設(shè)備存在物品影像重疊、圖像失真的問題，難以清晰展現(xiàn)復(fù)雜行包中的物品結(jié)構(gòu)信息。后來，人們發(fā)明了X射線計算機斷層成像(CT)技術(shù)，如下圖所示。

▲X射線CT成像系統(tǒng)示意圖(a)和CT三維重建圖像(b)

X-CT技術(shù)通過對目標(biāo)物體進行全面的三維掃描，利用計算機重建獲得被檢物體內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)信息，有效提升了違禁品識別率和查驗效率。X射線CT技術(shù)在成像模式?掃描速度和可靠性等方面的突出優(yōu)勢，被*是傳統(tǒng)X射線透視成像的替代技術(shù)，成為目前機場?海關(guān)等用于行包檢查的新手段。

結(jié)合雙能技術(shù)是CT應(yīng)用于安檢的一個突出優(yōu)勢。不同于雙能透視成像，雙能CT可以對被檢物的成分進行準(zhǔn)確的定量分析，其技術(shù)的關(guān)鍵在于結(jié)合雙能分解和CT重建技術(shù)獲得物質(zhì)等效原子序數(shù)和電子密度的空間分布。

▲電子密度與原子序數(shù)關(guān)系圖

由于大部分的物品的電子密度和原子序數(shù)是確定的，并且爆炸物等違禁品明顯的處于和常見物品不同的位置，結(jié)合其空間形狀信息，雙能CT可以準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)并定位行李中隱藏的違禁品，實現(xiàn)自動分析及報警功能，這是除了三維結(jié)構(gòu)成像以外，CT技術(shù)替代傳統(tǒng)透視技術(shù)的另一個重要因素。

▲雙能CT重建圖像. (a) 三維重建結(jié)果; (b) 斷層結(jié)果及自動標(biāo)識和報警

X射線衍射探測技術(shù)(XRD)測量的是物質(zhì)的相干散射信息，液體危險品等違禁品的檢測提供了一種全新的技術(shù)手段，可進一步提高現(xiàn)有X射線安檢系統(tǒng)的識別準(zhǔn)確率。該技術(shù)大致分為角度色散方式和能量色散方式，角度色散方式多用于實驗研究；能量色散方式利用能譜探測器測量某一固定入射角下不同能量的散射射線強度，以獲得待檢測物體的特征圖譜。具有體積小、系統(tǒng)穩(wěn)定、射線穿透能力強、測量效率高等優(yōu)點, 更適用于安檢等應(yīng)用領(lǐng)域。

▲能量色散XRD系統(tǒng)（a）及其測量的乙醇、水及氯化鈉粉末的譜線（b）

RJ12系列行人、行包放射性檢測設(shè)備-通道式行人/行包輻射監(jiān)測設(shè)備

系統(tǒng)必配硬件組成：

-γ探測組件：塑料閃爍體1塊+低噪聲光電倍增管1套
-支撐結(jié)構(gòu)：ABS整體箱1套
-探測器準(zhǔn)直：5面環(huán)鉛鉛盒1套
-占位裝置：紅外占位裝置、超聲波占位裝置（可選）1套
-報警裝置：現(xiàn)場及控制中心聲光報警各1套
-中心管理控制系統(tǒng)：電腦、硬盤、數(shù)據(jù)庫及分析軟件1套
-傳輸組件：TCP/IP傳輸組件1套
-穩(wěn)壓續(xù)航裝置：UPS不間斷電源1套

系統(tǒng)選配輔助裝置：

-中子探測組件：長壽命中子正比計數(shù)器1個
-在線核素識別組件：大體積NaI探測器+低鉀光電倍增光1套
-探頭端分析裝置：1024道多道γ能譜分析器1個
-現(xiàn)場記錄：高清夜視連續(xù)攝像、拍照裝置1套
-短信報警系統(tǒng)：SMS短信報警系統(tǒng)1套
-γ自標(biāo)定裝置：低活度天然放射性礦物盒（非放射源）1枚
-人員防護裝置：防護服及個人劑量報警儀1-2套
-現(xiàn)場尋源裝置：便攜式n、γ檢測儀1臺
-危險品處理裝置：大鉛當(dāng)量源罐1只，加長放射源操作鉗1把
-報告輸出：激光彩色打印機1臺，打印紙2包