可同時進行輻射成像檢查和放射性物質監測的系統的製作方法

2023-06-13 00:00:06 1

專利名稱：可同時進行輻射成像檢查和放射性物質監測的系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及放射性物質監測技術領域，尤其涉及實現了將輻 射成像檢查設備和放射性物質監測設備緊湊集成，可在進行射線輻射 成像檢查的同時完成放射性物質監測的技術。背條技術現有技術中，放射性物質監測技術和以加速器為輻射源的車輛/ 貨櫃檢查技術都已經相當成熟，並都在不同的檢查領域很好的完成 了各自的功能。常規的放射性物質監測技術，主要是利用放射性物質通過時發射 出的射線引起系統計數率的異常變化來實現對射線的監測，從而得到 通過的被檢物是否含有放射性物質。以加速器為輻射源的車輛/貨櫃檢査系統是一種典型的輻射成像系統，其根據X/y射線透過物體前後的強度變化來反映物體內部質量厚度的差異。作為貨櫃檢查系統的輻射源，有放射性同位素、x光機和加速器三種形式，但由於以加遝器為輻射源的輻射成像系統具 有穿透力強等許多優點，因此世界各國大多採用此類輻射成像系統進 行對車輛/貨櫃的走私和安全檢查。由於輻射成像檢查和放射性物質監測都是用在各個國家的海關、 邊境和重要的出入口進行安全檢查，因此希望有一種集成技術可在輻 射成像檢査的同時完成對放射性物質的快速監測。這樣就可以儘量減 少對與國家經濟休戚相關的合法貿易流邇的影響。但由於以加速器為輻射源的車輛/貨櫃檢查系統在進行車輛/貨櫃檢查時，其加速器會發射出大量的X/Y射線，而放射性物質監測 系統正是通過射線的探測來判斷通過的被檢物是否含有放射性物質；
因此若簡單的將輻射成像檢查和放射性物質監測系統堆砌到一起，則 輻射成像檢查時，放射性物質監測系統不能工作。 本實用新型就是為解決上述問題而提出的。實用新型內容為了克服上述現有技術中的不足，本實用新型提供一種可同時進 行輻射成像檢查和放射性物質監測的系統，該系統包括連為一體的輻射成像檢查子系統和放射性物質監測子系統；其中所述輻射成像檢查子系統包括加速器、同步控制器，所述加 速器用於發射脈衝射線，所述脈衝射線的發射受到控制信號的控制， 所述同步控制器用於發出控制信號使加速器和探測器同步工作；所述放射性物質監測子系統包括探測器及前端電路、信號傳輸控 制器、數據釆集分析處理計算機和報警裝置，所述探測器及前端電路 是一整體用於探測射線並將其轉換成電信號輸出，所述電信號的輸出 由同步控制器控制，所述信號傳輸控制器用於接收前端電路輸出信號 和同步控制器控制信號，經調製後輸出探測信號，所述數據採集分析 處理計算機用於將探測器發出的信號與本底計數信號比較是否超出 閾值，超出閾值輸出信號至報警裝置。其中來自於輻射成像檢查子系統的同步控制裝置的同步控制信 號在放射性物質監測子系統中的信號傳輸控制器中形成可調製脈寬 的門信號，用於對加速器出東期間的放射性物質監測子系統的釆集數 據進行去除。優選的，所述放射性物質監測子系統以系統沒有檢測物體時的本 底計數率為基礎設定報警閾值。優選的，在所述放射性物質監測子系統中設有光電倍增管附加電 路用於完成探測器短時間大劑量照射後的快速恢復。優選的，在系統中外部同步信號用於控制光電倍增管前幾級倍增 極的電壓並切斷電子產生的源頭。 優選的，所述光電倍增管附加電路中的光電倍增管釆用陰極接地 的分壓器迴路或者陽極接地的分壓器迴路本實用新型克服了現有技術中存在的不足，在以加速期為輻射源 的車輛/貨櫃檢查系統進行輻射成像檢查的同時完成放射性物質監 測，而不需要將兩種系統分別放置在兩個遠離的地點，或者在進行完 輻射成像檢查後再檢查放射性物質，從而提高了檢查的效率並降低了 設備的佔地面積。本實用新型提供的系統不僅能夠藉助於一個可調製脈寬的同步 信號完成放射性物質監測系統與輻射成像檢查系統的同時工作，更是 提供了光電倍增管快速恢復電路，釆用加速器出束時、外部的同步信 號通過控制光電倍增管前幾級倍增極的電壓方法將加速器出東對放 射性物質監測系統探測器的影響降低到可以接受的程度。


圖l為放射性物質監測系統的結構示意圖； 圖2為本實用新型的整體結構示意圖； 圖3為本實用新型的整體工作流程圖； 圖4為本實用新型光電倍增管附加電路的電路原理示意圖；圖5為輻射成像檢查系統的系統結構圖； 圖6為放射性物質監測系統的工作流程圖。
具體實施方式
以下實施例用於說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的範圍。放射性物質監測系統的工作原理是利用射線探測器探測放射性 物質/特殊核材料通過時發射出的射線所引起系統計數率的異常變 化，從而實現對被檢人、車輛或火車是否攜帶放射性物質/特殊核材 料的判斷。監測系統可以廣泛用於海關、邊境、機場、核電廠和其它 重要場所的出入口放射性檢查，是阻止放射性物質非法轉移的有效手 段之一。對放射性物質監測系統詳細技術原理的說明如下1) 放射性物質發射的伽馬射線和/或中子入射到探測器，與探測器材料相互作用變換為電脈衝信號輸出；該電脈衝信號經過數據釆集 與處理器系統時將被記錄下來。單位時間內記錄的脈衝數叫做計數率。2) 能夠引起這種計數的射線粒子除放射性物質的洩漏射線外， 還有由於宇宙射線連續不斷地轟擊大氣和環境中的天然放射性的存 在引起的計數，這個計數稱為本底計數。為了分析來自於放射性物質 的射線水平，本底計數必須考慮和修正。3) 利用射線探測器來探測放射性物質通過時發射出的射線引起 系統計數率的異常變化，從而實現判斷被檢物是否含有放射性物質。 為了有效的監測放射性物質，監測系統根據系統沒有檢測物體時的本 底計數率，採用特別的運算方法設定報警閾值，從而滿足對監測系統 靈敏度、監測速度和誤報警率的要求。當檢測物體通過時，如果測量 的放射性強度高於這個閾值，監測系統報警。放射性物質監測系統的系統組成如圖l所示，在圖1中，放射性物 質監測系統主要由伽馬探測組件、中子探測組件、佔用/速度探測器、 門探測器和數據釆集與處理子系統組成，其中各功能模塊可以根據實 際需求增減。下面對放射性物質監測系統的中的主要模塊進行簡要介紹。 伽馬探測組件由大面積高靈敏的塑料閃爍體和低噪聲光電倍增管組成珈馬探測器，用來探測珈馬射線，並將其信號傳輸給數據獲取與處理裝置。中子探測組件(可選)由優化慢化體結構的He-3正比中子管組 成中子探測器，用來探測中子，並將其信號傳輸給數據獲取與處理裝 置，採用中子探測組件可大大加強對特殊核材料的探測能力。 佔用/速度探測器由裝在對立探測柱上的對射式紅外傳感器組 成，用以獲知被檢物通過監測通道的過程及其通過速度和行駛方向。數據釆集與處理子系統由信號通訊與處理模塊和數據釆集處理 計算機組成，用來進行數據獲取分析處理來源於探測裝置的信號，並 根據要求顯示和記錄結果，由連接印表機和/或網絡輸出。在本實用新型中，將上述放射性物質檢測系統與輻射成像檢查設 備緊湊集合在一起，能夠有效提高安檢效率，同時也大大降低了設備的佔地面積、管理成本。本實用新型所述可同時進行輻射成像檢查和放射性物質監測的 系統的整體結構示意圖如圖2所示，該系統包括輻射成像檢查子系統 和放射性物質監測子系統兩大部分，輻射成像檢查子系統包括加速器 和同步控制裝置，放射性物質監測子系統包括探測器及前端電路、信 號傳輸控制器、數據釆集分析處理計算機和報警裝置。其中探測器(包 括中子、伽馬、佔用/速度、門控探測器等探測器)及前端電路輸出 電信號通過電傳輸線與信號傳輸控制器連接，並最終將數據信號傳送 到數據釆集分析處理計算機進行分析處理，當放射性物質監測子系統 監測到放射性物質，數據採集分析處理計算機控制報警裝置報警。在本實施例中，探測器和前端電路為不可分割的一部分，它們一 起組成了伽馬探測組件。其中探測器由閃爍體和光電倍增管(PMT) 組成，閃爍體是伽馬探測器材料，用於探測伽馬射線，光電倍增管附 加電路是屬於伽馬探測組件前端的電路，是伽馬探測組件的必要組 成；前端電路將探測到的伽馬射線轉換為電信號。圖l給出的是一個放射性物質監測系統實際應用組成，其中的中 子探測組件、溫度控制組件、視頻、門控、UPS等並不一定是系統必 需的，但通常會有。圖2主要目的是為了說明輻射成像檢查和放射性 物質監測之間的關係，用以說明它們是如何同步的，其中的探測器及 前端電路指的是伽馬探測組件。
在本實用新型的 一個實施例方式中，輻射成像檢查系統是以加速 器為輻射源的車輛/貨櫃檢查系統，其根據X々射線透過物體前後的 強度變化來反映物體內部質量厚度的差異。整個輻射成像檢查系統是 非常複雜的，通常包括加速器分系統、探測器分系統、掃描裝置、 掃描控制分系統、圖像獲取分系統和運行檢查分系統等部分，其系統結構如圖5所示。其中加速器分系統產生脈衝X/y射線，探測器分系統 探測到透過物體前後的強度變化，將其轉換為電信號傳輸到圖像獲取 分系統，並最終由運行檢查分系統完成輻射成像檢查。其中掃描裝置 用於完成必要的掃描動作(例如車載式輻射成像檢查系統中掃描車的 前後移動等)，掃描控制分系統用於控制掃描裝置和加速器的工作狀 態。其中和放射性物質監測系統同時進行相關的部分是加速器、圖 像獲取分系統中的同步控制裝置。圖像獲取分系統中同步控制裝置的 主要作用是給出加速器和探測器同步工作的脈衝信號。放射性物質監測系統的工作流程圖6所示，主要包括三個模式 本底模式、探測模式和維護模式。系統上電後初始化進入本底模式。伽馬和中子探測組件探測射線 信號並將其信號傳輸給數據獲取與處理裝置並由數據採集與處理子 系統進行分析處理。在本底模式，本底計數率連續釆集更新用以反映 天然本底射線強度的實時變化。本底計數率至少每100秒更新一次。 如果本底射線強度不在一個正常的範圍，監測系統將產生報警以提出 操作人員注意。一旦貨櫃車輛進入監測系統的探測區域，佔用/速度探測器將 被觸發；監測系統將自動進入探測模式。在探測模式中，監測系統將 探測射線強度，分析射線水平和由先前本底計數率得到的報警閾值進 行比較。如果射線水平高於報警閾值，監測系統將發出聲光報警。系 統產生報警日誌，包括報警數據、產生時間、類型等等有用信息，通 過印表機和/或網絡輸出。若需要進行系統維護可從本底模式進入維護模式，在維護模式中 能進行用戶設置、參數獲取和修改、功能和算法的調整和使用等功能。以加速器為輻射源的車輛/貨櫃檢查系統在進行車輛/貨櫃檢查時，其加速器是以脈衝的方式發射X/y射線。為了避免加速器產生的大量射線對放射性物質監測系統的影響，放射性監測系統只能利用 直線加速器的脈衝間隙進行放射性計數。當然，由於放射性物質監測 系統是和輻射成像系統集成在 一起的，輻射成像系統的加速器在非常 短的時間內產生的大量射線會導致放射性物質監測系統珈馬射線探 測器的信號堆積，從而使得伽馬射線探測器需要一個較長的恢復時間 (這個恢復時間的長短是和加速器產生的入射到伽馬探測器的伽馬 射線通量有關，不同的集成系統可能產生的恢復時間不同， 一般為幾 個亳秒)，因此並不能簡單釆用在加速器不出東時，放射性物質監測 系統就進行工作的方式來解決。因此，首先需要一個可調製脈寬的門 電路進行同步控制。可調製脈寬的門電路是一個通用技術，在本實施 例中，可調製脈寬的門電路在信號傳輸控制器中。在加速器劑量不是很大、出束頻率不是很高的情況下，可在珈馬 探測系統的電路中釆用普通的門電路將加速器出東和出束後珈馬探 測恢復時間(約幾個亳秒)內的計數去除，就可使得輻射成像檢查和 放射性物質監測同時進行。但是對於加速器劑量很大、出東頻率高的 情況，單次入射到放射性物質監測系統的射線會使探測器在短時間內 產生大量光子，由於後續光電倍增管的光電效應和倍增特性，故在短 時間內產生大量電子導致光電倍增管進入深度飽和，而光電倍增管深度飽和後的恢復時間較長(遠遠大於同步信號的脈寬)；並且伴隨著 振蕩的產生，使得後續信號處理電路的基線也隨之惡劣變化，本底計 數率抬高，這樣不僅會導致監測系統誤報警，同時也達不到準確監測 的目的。由於光電倍增管的工作高壓使之不能在微秒量級頻繁開關
(因為光電倍增管的需要一個穩定時間後才能正常工作，這個時間遠 大於微秒)，所以不能通過在加速器出東時通過開關伽馬探測器的輸 入來解決。為了將短時間大劑量入射光子對放射性物質監測系統探測器的 影響降低到可以接受的程度，我們釆用特別設計的光電倍增管附加電 路來完成探測器短時間大劑量照射後的快速恢復。具體方法是利用 外部的同步信號通過控制光電倍增管前幾級倍增極的電壓，切斷電子 產生的源頭，從而有效地消除短時間大劑量X/Y射線的影響。這樣既 可以在加速器出束時，同步裝置產生同步門脈衝信號使光電倍增管前 幾級倍增極的電壓使得PMT工作截止，同時又可使得當加速器停止出東後PMT可迅速恢復工作，並且可以長期穩定可靠的進行PMT工 作狀態的切換。另外，在本實用新型中，加速器是脈衝工作的，光電倍增管在出 束脈衝的間隔進行工作；因此在加速器脈衝工作期間，光電倍增管也 是在工作的。本實用新型所述系統的整體工作流程如圖3所示Sl:放射性物質監測子系統初始化自檢；S2:進入本底模式，探測射線信號，連續採集並及時更新本底計 數率，若本底射線強度超出正常範圍，產生報警；S3:若貨櫃車輛進入監測系統的探測區域，觸發佔用/速度探 測器，放射性物質子監測系統自動進入探測模式；S4:同時加速器以脈衝方式發射X/y射線，開始貨櫃輻射成像 檢查；S5:輻射成像檢查子系統發出的加速器出束同步信號通過控制光 電倍增管前幾級倍增極的電壓，切斷光電倍增管電子產生的源頭，從 而有效地消除短時間大劑量X/y射線的影響；S6:車輛通過監測通道後，本次車輛的輻射成像檢查和放射性物
質監測結束。本實用新型所特別設計的光電倍增管附加電路可以通過在普通 的光電倍增管分壓電路上改進獲得，電路原理如圖4所示。本實用新 型所使用的光電倍增管既可以釆用陰極接地的分壓器迴路，也可採用 陽極接地的分壓器迴路。以下的表述均以陰極接地的分壓器迴路為基 礎進行說明。在不施加控制信號的時候，PMT處於ON狀態，與普通PMT工 作情況相同。當控制信號在三極體Q2上施加正脈衝信號(高電平) 的時候，Q2導通，利用一個遠低於PMT工作高壓的電壓HV2在電 容C2產生脈衝電壓，C2放電，將D1極電壓降為0V， D3電壓低於 D2極的電壓，從而改變K極與Dl極之間、D2極與D3極之間的電 場方向，使得K極發射的電子不能到達D1極；同理，倍增極D5的 電壓也低於D4，從而使得PMT截止工作。這樣射線就不能成為幹擾 輸入，避免使光電倍增管及其後續輸出飽和，從而導致特性惡化等不 良影響的現象發生。另外，如果對Q2的輸入電路進行簡單改動，也可以使得PMT 與控制信號的邏輯實現反相。綜上所述，我們採用加速器出東的同步信號對改進後的光電倍增 管進行控制，從而很好的實現了放射性物質監測系統和輻射成像系統 的同步工作。雖然本實用新型是具體結合一個優選實施例示出和說明的，但熟 悉該技術領域的人員可以理解，其中無論在形式上還是在細節上都可 以作出各種改變，這並不背離本實用新型的精神實質和專利保護範 圍。
權利要求1、一種可同時進行輻射成像檢查和放射性物質監測的系統，其特徵在於，該系統包括連為一體的輻射成像檢查子系統和放射性物質監測子系統；其中所述輻射成像檢查子系統包括加速器、同步控制器，所述加速器用於發射脈衝射線，所述脈衝射線的發射受到控制信號的控制，所述同步控制器用於發出控制信號使加速器和探測器同步工作；所述放射性物質監測子系統包括探測器及前端電路、信號傳輸控制器、數據採集分析處理計算機和報警裝置，所述探測器及前端電路是一整體用於探測射線並將其轉換成電信號輸出，所述電信號的輸出由同步控制器控制，所述信號傳輸控制器用於接收前端電路輸出信號和同步控制器控制信號，經調製後輸出探測信號，所述數據採集分析處理計算機用於將信號傳輸控制器輸出的信號與本底計數信號比較是否超出閾值，超出閾值輸出信號至報警裝置。
2、 如權利要求l所述的可同時進行輻射成像檢查和放射性物質 監測的系統，其特徵在於所述來自於輻射成像檢查子系統的同步控 制裝置的同步控制信號在放射性物質監測子系統中的信號傳輸控制 器中形成可調製脈寬的門信號，用於對加速器出東期間的放射性物質 監測子系統的釆集數據進行去除。
3、 如權利要求1所述的可同時進行輻射成像檢查和放射性物質 監測的系統，其特徵在於所述放射性物質監測子系統以系統沒有檢 測物體時的本底計數率為基礎設定報警閾值。
4、 如權利要求2或3所述的可同時進行輻射成像檢查和放射性 物質監測的系統，其特徵在於在所述放射性物質監測子系統中設有 光電倍增管附加電路用於完成探測器短時間大劑量照射後的快速恢 復。
5、 如權利要求4所述的可同時進行輻射成像檢查和放射性物質監測的系統，其特徵在於在系統中外部同步信號用於控制光電倍增 管前幾級倍增極的電壓並切斷電子產生的源頭。
6、如權利要求4所述的可同時進行輻射成像檢查和放射性物質 監測的系統，其特徵在於所述光電倍增管附加電路中的光電倍增管 釆用陰極接地的分壓器迴路或者陽極接地的分壓器迴路。
專利摘要本實用新型涉及輻射成像檢查和放射性物質監測技術領域，本實用新型提供一種可同時進行輻射成像檢查和放射性物質監測的系統，該系統包括輻射成像檢查子系統和放射性物質監測子系統；其中輻射成像檢查子系統包括加速器和同步控制器，所述放射性物質監測子系統包括探測器及前端電路、信號傳輸與處理裝置、數據採集分析處理計算機、報警裝置等部分。本實用新型將輻射成像檢查設備和放射性物質監測設備緊湊集成、可在進行射線輻射成像檢查的同時完成放射性物質監測，提高了檢查的效率並降低了設備的佔地面積。
文檔編號G01N23/02GK201043956SQ20062017288
公開日2008年4月2日 申請日期2006年12月30日 優先權日2006年12月30日
發明者張清軍, 華 彭, 王小兵, 宇 賀, 崑 趙 申請人:同方威視技術股份有限公司;清華大學