核技術(shù)在安檢領(lǐng)域的應(yīng)用

核檢測(cè)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(xiàn)，利用這些射線(xiàn)與物質(zhì)的相互作用來(lái)探測(cè)物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)等，從而確定物質(zhì)種類(lèi)。目前常用的核探測(cè)技術(shù)如下圖所示。

X射線(xiàn)安全檢查技術(shù)主要包括X射線(xiàn)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(jì)算機(jī)、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(xiàn)透視成像技術(shù)是利用X射線(xiàn)和物質(zhì)相互作用的物理機(jī)制，可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)違禁品的不開(kāi)箱檢查。X射線(xiàn)穿過(guò)物體時(shí)主要發(fā)生瑞利散射、康普頓散射、光電效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng)等相互作用，造成射線(xiàn)強(qiáng)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(zhǎng)度的不同而變化。根據(jù)穿透前后X射線(xiàn)的不同強(qiáng)度可得出物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

▲X射線(xiàn)透視成像原理圖

Ｘ射線(xiàn)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(gè)典型的成像裝置由射線(xiàn)源、探測(cè)器陣列、待檢物體及傳送裝置、計(jì)算機(jī)控制和成像設(shè)備等組成。

▲集裝箱X射線(xiàn)透視成像系統(tǒng)示意圖

其中，單能Ｘ射線(xiàn)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(duì)于材料分辨能力的缺失使其難以實(shí)現(xiàn)固、液態(tài)等危險(xiǎn)物質(zhì)的查驗(yàn)。隨著透視成像技術(shù)的進(jìn)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(dòng)式集裝箱/車(chē)輛檢查系統(tǒng)(a)及其雙能X射線(xiàn)成像圖像(b)

由于X射線(xiàn)透視檢查設(shè)備存在物品影像重疊、圖像失真的問(wèn)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(lái)，人們發(fā)明了X射線(xiàn)計(jì)算機(jī)斷層成像(CT)技術(shù)，如下圖所示。

▲X射線(xiàn)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(guò)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行全面的三維掃描，利用計(jì)算機(jī)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(shí)別率和查驗(yàn)效率。X射線(xiàn)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(shì)，被*是傳統(tǒng)X射線(xiàn)透視成像的替代技術(shù)，成為目前機(jī)場(chǎng)?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(gè)突出優(yōu)勢(shì)。不同于雙能透視成像，雙能CT可以對(duì)被檢物的成分進(jìn)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(jiàn)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)分析及報(bào)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(gè)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(dòng)標(biāo)識(shí)和報(bào)警

X射線(xiàn)衍射探測(cè)技術(shù)(XRD)測(cè)量的是物質(zhì)的相干散射信息，液體危險(xiǎn)品等違禁品的檢測(cè)提供了一種全新的技術(shù)手段，可進(jìn)一步提高現(xiàn)有X射線(xiàn)安檢系統(tǒng)的識(shí)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(shí)驗(yàn)研究；能量色散方式利用能譜探測(cè)器測(cè)量某一固定入射角下不同能量的散射射線(xiàn)強(qiáng)度，以獲得待檢測(cè)物體的特征圖譜。具有體積小、系統(tǒng)穩(wěn)定、射線(xiàn)穿透能力強(qiáng)、測(cè)量效率高等優(yōu)點(diǎn), 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(cè)量的乙醇、水及氯化鈉粉末的譜線(xiàn)（b）

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

系統(tǒng)必配硬件組成：

-γ探測(cè)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(cè)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(bào)警裝置：現(xiàn)場(chǎng)及控制中心聲光報(bào)警各1套
-中心管理控制系統(tǒng)：電腦、硬盤(pán)、數(shù)據(jù)庫(kù)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(cè)組件：長(zhǎng)壽命中子正比計(jì)數(shù)器1個(gè)
-在線(xiàn)核素識(shí)別組件：大體積NaI探測(cè)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(gè)
-現(xiàn)場(chǎng)記錄：高清夜視連續(xù)攝像、拍照裝置1套
-短信報(bào)警系統(tǒng)：SMS短信報(bào)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(hù)裝置：防護(hù)服及個(gè)人劑量報(bào)警儀1-2套
-現(xiàn)場(chǎng)尋源裝置：便攜式n、γ檢測(cè)儀1臺(tái)
-危險(xiǎn)品處理裝置：大鉛當(dāng)量源罐1只，加長(zhǎng)放射源操作鉗1把
-報(bào)告輸出：激光彩色打印機(jī)1臺(tái)，打印紙2包