一種光中子轉換靶和光中子-x射線源的製作方法

2023-06-09 05:58:21

專利名稱：一種光中子轉換靶和光中子-x射線源的製作方法
技術領域：
本發明涉及光中子轉換靶，該光中子轉換靶用於利用x射線產生光中子，該光中子轉換靶特別是可用於違禁品檢測系統中. 背景技術目前，恐怖主義對國際和國內社會的安定構成了極大的威脅，各 國政府都在致力於解決反恐問題.而違禁品如爆炸物的檢測技術是反 恐問題的核心.一種現有的違禁品檢測技術是x射線成像檢測技術.x射線成像檢測技術是一種已經得到廣泛應用的安檢技術，在機場、火車站能夠看到很多基於x射線成像檢測技術的設備.由於x射線主要是與原子核外 的電子發生反應，對原子核的特性沒有區別能力，因此利用x射線只能測量被檢測物體的密度(質量厚度)，而無法判斷被檢測物體的元素 種類.在實際中，當違禁品與日常用品混合放置且密度難以區分的時 候，利用x射線成像檢測技術就很難發現它.雖然一些新型的x射線成像檢測技術，如雙能X射線、CT技術等在識別能力上有所提高，但是 仍然無法克服不能識別元素種類的固有缺點.另一類現有的危險品檢測技術是中子類檢測技術.對於中子類檢 測技術，中子能夠與物質的原子核發生反應，放出具有特徵性的Y射線， 根據y射線的能譜，則可判斷被分析的物質的元素種類.中子類檢測技 術的缺陷在於其較低的成像解析度，目前最好也只能達到5cmx 5cmx5cm的空間解析度，這遠低於X射線成像的mm級解析度.而且，單獨的 中子源通常價格昂責，使用時間有限，且所產生的中子強度不高.因此，就希望能夠有一種方法和/或系統能夠組合如上所述的X射 線成像檢測技術和中子類檢測技術，以獲得X射線成像檢測技術的高分 辨率以及中子類檢測技術的元素識別能力這些優點.美國專利 No， 5078952公開了一種組合了多種檢測手段的爆炸物檢測系統，其中 包括X射線成像裝置以及中子檢測裝置，以實現較高的檢測概率以及較 低的誤報率.並且，該美國專利還公開了將由X射線成像裝置獲得的數據與由中子檢測裝置獲得的數據相關聯，以便用高解析度的x射線困像來彌補中子類檢測技術解析度不高的缺陷.但是，在該美國專利中使用了彼此獨立的x射線源和中子源，其成本較高.值得注意的是，有一種產生中子的方式是用x射線轟擊轉換靶，並從該轉換靶中產生中子，這樣產生的中子可稱為光中子.這種中子產生方式提供了在一個源中產生x射線和中子這兩者的可能，這比分別用 兩個源來分別產生x射線和中子要節省成本.在國際申請公開W0 98/55851中公開了 一種利用光中子和X射線成 像來檢測和識別違禁品的系統.該系統採用兩步式方式來工作.具體 地，該系統首先用直線加速器X射線源產生X射線束，並用X射線成像對 被檢物體進行檢測，如果沒有發現異常，則讓被檢物體通過，如果發 現嫌疑區域，則臨時將一光中子轉換靶(鈹)插入X射線束中，以產生光中子，並根據光中子與物質原子核發生輻射俘獲反應所放出的特徵 性Y射線對嫌疑區域進行進一步的檢測.該系統僅用X射線進行笫一步 檢測，由於如上所述的X射線成像檢測技術的識別能力的限制，因此其 具有較低的檢測概率(probability of detection, PD) 而且，該 系統並不同時產生用於檢測的X射線和光中子，而是在兩個步驟中分別 產生用於檢測的X射線和光中子，即，在一個步驟中僅產生X射線而不 產生光中子，而在另一個步驟中是用X射線產生光中子，但該X射線僅 用於產生光中子而並不用於檢測目的.進一步地，其產生的光中子僅 用於檢測被檢物體的嫌疑區域，並不用於對被檢物體進行總體檢測.在本申請人的中國專利申請No. 200510086764. 8中公開了 一種用 快中子和X射線進行材料識別的方法.在該申請中描述了一種同時產生 X射線和光中子的方法和裝置，其將加速器產生的X射線分成兩束，其 中一束用於產生光中子.然而，在該申請中，對於中子來說，其是利 用光中子透射過被檢物體的強度來進行檢測的，而並非利用中子與被 檢物體反應所放出的特徵性Y射線.而且，在該申請中，在這樣的檢測 方式中，為了使得X射線束和中子束的檢測不互相干擾，通常需要使得 X射線束與中子束之間橫向隔開一定距離.上述申請和專利都被全文引入作為參考.發明內容本發明的目的是提供一種光中子轉換靶以及利用該光中子轉換靶的光中子-x射線源，其允許同時產生光中子和x射線.根據本發明的一個方面，提供了一種光中子轉換靶，用於利用x射線主束轟擊該光中子轉換靶而產生光中子，該光中子轉換靶具有本體以及由該本體限定的通道，該通道貫穿所述本體；其中，所述X射線主束中的笫一X射線束能夠穿過該通道而不與該 本體發生反應，同時，所述X射線主束中的第二X射線束能夠進入所述 本體內，並與該本體發生反應以產生光中子.根據本發明的另一方面，提供了一種光中子-x射線源，用於同時 產生光中子和X射線，包括X射線發生器，用於產生X射線主束；光中子轉換靶，所述X射線主束可轟擊該光中子轉換靶而產生光中 子，該光中子轉換靶具有本體以及由該本體限定的通道，該通道貫穿 所述本體；其中，所述X射線主束中的第一X射線束能夠穿過該通道而不與該 本體發生反應，同時，所述X射線主束中的第二X射線束能夠進入所述 本體內，並與該本體發生反應以產生光中子.本發明的光中子轉換靶以及利用該光中子轉換靶的光中子-x射線源能夠同時產生光中子和X射線.而且，該光中子轉換靶和該光中子-X射線源可以應用於任何同時需要光中子和x射線的應用場合，而不局限與下面的實施例所描述的場合.


圖i示出了按照本發明一個實施例的光中子-x射線違禁品檢測系 統的結構示意固；圖2示出了圖1中的光中子轉換靶的放大平面示意圖，其中示出了由該光中子轉換靶限定的通道；圖3示出了圖2中的光中子轉換靶的端視困； 圖4示出了一種改進的Y射線探測器.具體實施方式
下面參考附圖，對本發明的典型具體實施例作詳細描述.以下實 施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍.參考困l所示的示例，被檢物體(例如封閉貨櫃8)設置在平臺 19上.應當注意，在圖1中該貨櫃8以剖視困顯示，以便於顯示出其 中裝栽的各種貨物IO，這些貨物10可能包括各種材料，如金屬ll、木 塊12和炸藥13.該平臺19被拖動裝置20所牽引，進入本發明的檢測系 統的檢測區域.該貨櫃8—般是由波紋鋼和鋁製造的.其它的貨櫃 如航空貨櫃也可做類似的檢測.當位置傳感器(未示出)檢測到貨櫃8移動到預定位置時，該位 置傳感器可觸發本發明系統中的X射線發生器開始工作，在一個實施例 中，該X射線發生器包括電子加速器(未示出)以及電子把2,該未示 出的電子加速器產生射向電子靶2的電子束1.電子靶2通常是由原子序 數較高的物質如鎢、金構成的，電子在被鎢或金的原子阻擋以後，會 因為軔致輻射而放出X射線主束3.如下文將要描迷的那樣，將要從該X 射線主束3中分出第一X射線束和第二X射線束，其中，笫一X射線束用 於X射線成像檢測，而笫二X射線束用於中子檢測.在本文中，X射線成 像檢測是指X射線透射被檢物體，並通過探測X射線的襲減來檢測被檢 物體的密度信息；中子檢測是指中子與被檢物體的原子發生反應從而 放出特徵性Y射線，並通過探測該特徵性Y射線來檢測被檢物體的元素 種類信息.應當注意的是，在本發明中的系統和方法中，是同時利用X 射線成像檢測和和中子檢測對被檢物體進行檢測的.在圖l中，以局部剖視圖示出了光中子轉換靶4. X射線主束3轟擊 光中子轉換靶4來獲得光中子6，並利用該光中子6對貨櫃8進行中子 檢測.特別是，在該實施例中，該光中子轉換靶4還用來從X射線主束3 中分出第一X射線束和第二X射線束.圖1中的光中子轉換靶4在圖2和圖3中放大示出.如圖2所示，該光 中子轉換靶4包括本體401,在一個實施例中，該本體401為沿著X射線 主束3的傳播方向延伸的長型本體，其具有第一端部402和第二端部 403.該本體401內具有貫穿該本體401的通道404,該通道404從第一端 部402延伸至笫二端部403。該圖2和圖3的實施例中，該通道404形成為 在平面P (垂直於圖2和圖3的紙面)內充分延伸的縫隙，以致於將該本體401分成兩個相互分離的部分.優選是，該通道404穿過該本體401的 對稱中心，而將其分成兩個對稱的部分.該通道404被限定在這兩個分 離部分之間.當X射線主束3朝著光中子轉換靶4的本體401入射時，一 部分X射線束405經由該通道404直接穿過該光中子轉換靶4，而不與該 光中子轉換靶4發生任何反應，這部分X射線束被限定為笫一X射線束 405.另一部分X射線束406進入該本體401內，並朝著從第一端部402至 第二端部403的方向傳播，並在傳播過程中與該光中子轉換靶4的原子 核發生反應，從而放出光中子，這部分X射線束406被限定為第二X射線 束406.可以看出，該通道404亊實上起到了分束器的作用，用於從X射 線主束3中分出第一X射線束和笫二X射線束.在其它未示出的實施例 中，該通道404也可以採用其它形式，例如，該通道也可以並不將該本 體401分成兩部分，而是形成為貫穿該本體401的通孔(未示出)，或 者形成為由本體401限定的其它通道形式，只要保證用於X射線成像的 扇形X射線束能夠穿過該本體401即可.為了充分利用從電子靶2出射的X射線主束3，以提高該光中子轉換 靶4的光中子產重，該光中子轉換靶4的形狀可以設計成與X射線主束3 的強度分布基本上相匹配，即，使得強度大的X射線能在光中子轉換靶 4的本體401內傳播更遠的距離.參考困1和困2，從電子靶2出來的X射 線主束3通常具有成軸對稱的強度分布，其強度分布對稱軸線沿著電子 束1的方向，並且，通常越靠近該強度分布對稱軸線，X射線的強度越 大.相應地，在忽略該光中子轉換靶4中的通道404的情況下，該光中 子轉換靶4總體上可具有軸對稱形狀並限定了一靶對稱軸線409,並且 該光中子轉換靶的軸對稱形狀與X射線主束3的軸對稱分布基本上相匹 配.在該使用時，該把對稱軸線409與X射線主束3的強度分布對稱軸線 重合，優選地，該光中子轉換靶4的至少一部分最好為朝著第二端部403 漸縮的漸縮部分，以便使得光中子轉換靶4在更靠近該靶對稱軸線的地 方具有更長的長度.在圖2所示的實施例中，該光中子轉換靶4包括鄰 近第二端部403的漸縮部分408和鄰近笫一端部402的圃柱體部分407， 該圃柱體部分407可與該漸縮部分408—體成形.該漸縮部分408可終止 於第二端部403,圖2中所示的該漸縮部分408為截頭圃錐形.者以其它方式漸縮(例如以曲線方式漸縮).在另一些實施例中，該光中子轉換靶4也可以從第一端部402開始漸縮到第二端部403.儘管在圖l ~圖3中示出了由光中子轉換靶4限定的通道404作為分 束器，但是，本領域的普通技術人員可以理解，也可以採用其它形式 的分束器，用於從X射線主束3中分出第一X射線束和第二X射線束.例 如，可以採用在本申請人的中國專利申請No. 200510086764. 8中'>開的 雙通道分流準直器.該雙通道分流準直器可將X射線主束3分成相互間 隔開的兩束，並將光中子轉換靶設置在其中一束的傳播路徑上以產生 光中子.還應當注意，該光中子轉換靶4具有漸縮部分的這一特徵不局限於 用於本發明實施例所述的場合.該特徵還適用於使用X射線束轟擊光中 子轉換靶而產生光中子的任意其它場合，例如可應用於國際申請公開 WO 98/55851以及中國專利申請No. 200510086764. 8所述的場合中，以 提高光中子的產量.在這些其它應用場合中，該光中子轉換靶可以有 或沒有用作分束器的前述通道.返回困l,電子束1的能量的選取通常需要考慮所需要的X射線束的 能量以及光中子轉換靶的材料.根據被檢測物體的類型、檢測速度和 環境安全的不同，可以選擇不同能重的X射線束來進行穿透.為了安全 的原因以及為了節約成本，通常應選擇儘可能小的能量.未示出的電 子加速器產生的電子束l的能量可在lMeV 15MeV的範圍內.光中子轉 換把4的理想材料應該具有較小的光中子反應閾值和較大的光中子反 應截面，但這二者難以同時滿足.對於lMeV 15MeV的X射線來說，由 於其能量還不夠高，對於截面較大但閾值也高的材料來說光中子產額 較低，而鈹('Be)或者重水(D20)則是較為理想的材料.'Be的光中子 反應閾值僅為1.67MeV， D20中D的反應閾值為2. 223MeV.進入光中子轉 換靶4的X射線主束3與其中的'Be或者2H發生光中子反應，放出了光中子 6.由於X射線主束3的能謙是連續分布的，因此光中子6的能謙也是連 續分布的.另外，當所使用電子加速器能產生能量較高的電子束l時， 該光中子轉換靶4也可以使用閾值較高但是截面較大的材料，如鎢(W) 的各個同位素和鈾(U)的各個同位素.在一個實施例中，未示出的電子加速器可以以特定頻羋產生電子 束l，這樣，該電子束l則為具有該特定頻率的電子束脈衝l.電子束脈衝1轟擊電子靶2後，產生相同頻率的X射線脈衝3.該特定頻率可以根 據被檢測貨櫃8的行進速度來確定，例如可以在10Hz 1000Hz的範圍 內.在一個實施例中，該特定頻率可以為250Hz.該電子束脈衝l的脈 寬範閨可為1-10MS.需要注意的是，X射線主束3轟擊光中子轉換靶4產生光中子6所用 的時間非常短(通常小於lps),因此，可以說，在本發明中，用於 進行中子檢測的光中子6與X射線主束3中用於X射線成像檢測的第一X 射線束405幾乎是"同時"產生的，這樣就允許同時進行X射線成像檢 測和中子檢測，這明顯區別於閨際申請公開WO 98/55851.光中子6在光中子轉換靶4內產生時是各向同性的，因此只有一部 分光中子能夠射向被檢測的貨櫃8.由於光中子轉換把4中的'Be和211 對中子具有較大的散射截面，因此，射出光中子靶4的光中子6總體上 會向後(即相反於X射線主束3入射到光中子轉換靶4的方向)發射.為 了提高光中子6到達被檢測貨櫃8的效率，可以在光中子靶4的後面 (鄰近於光中子靶4的笫一端部402 )設置中子反射體(未示出).該 中子反射體用於反射背離該被檢貨櫃8運動的光中子6，使其朝著該 被檢貨櫃8運動.參考困1和圖2， X射線準直器5設置在第一X射線束405到達被檢物 體8之前的傳播路徑上，以便將該笫一X射線束405準直為平面扇形束. 該X射線準直器5最好設置成鄰近該光中子轉換靶4的本體402的第二端 部403，並與通道404對準.這樣，第一X射線束405經由通道404穿過該 光中子轉換靶4之後，由X射線準直器5進行準直，以形成平面扇形束7。 該扇形束7之外的X射線將被X射線準直器5所屏蔽，這樣可以降低X射線 對中子檢測(尤其是下文所述的Y射線探測器)的影響.下面將分別描述用第一X射線束405對貨櫃8進行的X射線成像檢 測以及用由笫二射線束406產生的光中子6對貨櫃8進行的中子檢測. 應當知道，X射線成像檢測和中子檢測本身分別是本領域普通技術人員 所熟知的.然而，在本發明中，由於第一X射線束405和光中子6可以同 時(或者說幾乎同時)產生，因此，射線束X射線成像檢測和中子檢測 可以同時進行.首先描述X射線成像檢測.參考困l， X射線扇形束7(即，被準直 的笫一X射線束405 )射向被檢測的貨櫃8，貨櫃8中所裝栽的貨物10會對該扇形束7進行衰減.由X射線探測裝置來測量這些被衰減的X射 線，該X射線探測裝置可以是包括多個X射線探測器的X射線探測器陣列 15. X射線的衰減倍數反映了從電子靶2到X射線探測器陣列15中對應X 射線探測器的連線上的物質對X射線的吸收能力，它的大小與貨櫃8 中所裝栽的物質密度和組成有關.利用X射線探測器陣列15可以實現對 貨櫃8的二維X射線成像.該X射線探測器陣列15中的探測器可以是氣 體電離室、鎢酸鎘晶體、Csl晶體，也可以是其它類型的探測器.如前 所述，電子束1以某一個特定頻率轟擊電子靶2，從而產生相同頻率的X 射線脈衝.對於每個X射線脈衝，探測器15陣列會得到關於貨櫃某個 斷面的一維圖像.隨著拖動裝置20牽引貨櫃8前進，由多次測量得到 的多個一維圖像就構成了關於貨櫃的二維透射圖像.現在描述和X射線成像檢測同時進行的中子檢測.經由光中子轉換 靶4產生光中子6之後，被檢貨櫃8將沐浴在光中子場中.光中子6射 入被檢測貨櫃8之後，通過散射(非彈性和彈性散射)而損失能量， 沒有必要在光中子6進入被檢貨櫃8之前對光中子6進行準直，因為它 在散射過程中會瀰漫到相當寬的區域中.光中子6在產生時是快中子， 然後在幾個jis的時間內就變為慢中子.之後，光中子6的能量進入熱中 子的能區.光中子6從快中子到熱中子的時間間隔一般約為lms.熱中 子最終會消失，消失的方法有兩種被物質所吸收，或者逃逸，熱中 子在空間的存在時間為Ins ~ 30flis.中子在快中子和慢中子能區的時候 也可以發生俘獲反應，但是截面很小，當中子能量降低的時候，由於 其俘獲截面與中子的運動速度成反比關係，因此截面迅速上升，由於 電子加速器是以連續脈衝方式工作的，因此不同脈衝之間的熱中子場 會發生疊加.例如，當電子加速器以頻率約為250Hz、脈寬5(is的方式 工作時，最終在空間中形成的中子場將是一個頻率為250Hz、脈寬為5jis 的快中子脈衝，疊加在一個近似恆定的熱中子場上.熱中子在物質發生輻射俘獲反應之後，可以放出具有特徵性的y射 線，例如^與中子反應可以放出2. 223MeV的特徵y射線，"N與中子反應 可以放出IO. 835MeV的特徵Y射線，"C1與中子反應可以放出6. 12MeV的 特徵Y射線.通過對這些特徵Y射線的測量可以判斷被檢測物體中的元 素種類.貨櫃8中的不同材料在中子的照射下能夠放出不同的特徵Y 射線.根據Y能謙的不同，可以分析出該物質的類型.例如，如果在貨櫃中發現大量N和H元素的信號，那麼就有可能存在爆炸物和"肥料炸 彈"；如果發現了大量的C1的Y射線，則就有可能發現毒品如海洛因和 古柯鹼(它們通常以氣化物的形式的被偷運).另外，通過測量由光 中子俘獲所產生的裂變中子，也可以對核材料(如鈾和鈽)進行檢查.對Y射線能譜的測量是由Y射線探測裝置來完成的，該Y射線探測裝 置可以是一個或多個Y射線探測器陣列14,每個Y射線探測器陣列14包括多個Y射線探測器，並布置成接收該特徵性y射線.並且，如圖1所示， 當包括多個Y射線探測器陣列14時，它們可以布置在貨櫃8的行進路 徑的兩側.並且，Y射線探測器陣列14可布置成遠離該X射線探測器陣 列15—定距離，也就是偏離該X射線扇形束7 (笫一X射線束) 一定距離， 以使得該第一X射線束對y射線探測器的影響最小化.對於每個y射線探 測器陣列，通過分析它的Y能譜信號，則獲得所關心的元素種類的二維 分布信息.y射線探測器可以選擇的種類較多，如Nal (Tl) , BGO, HPGe， LaBr3等.在本發明中用到了兩種類型的探測器X射線探測器和Y射線探測 器，這兩種探測器的工作在X射線、中子和Y射線共存的環境中.兩種 射線可能互相形成幹擾，特別是X射線相對於中子和Y射線來說很強， 因此它有可能對Y射線探測的Y能譜構成幹擾.因此，對於y探測器來說， 非常有必要對X射線和中子射線進行屏蔽.圖4示出了一種改進的Y射線探測器，其中，Nal晶體22和光電倍增 管23構成了該探測器的主體.該Nal晶體22具有用於接收y射線的前端 面30、與該前端面30相反的後端面31以及周向表面32.當Y射線射入NaI 晶體22的時候，會發生光電效應、康普頓散射或者電子對效應.y光子 將能量交付給次級電子，次級電子在晶體中發生電離，電離產生的電 子-空穴對將會產生螢光.螢光光子在光電倍增管23的光陰極上打出 光電子.光電子隨後被光電倍增管倍增，通過前放電路形成電壓信號. 為了向Nal晶體22提供對X射線和中子的屏蔽.困4所示的y射線探測器 還包括中子屏蔽材料28，該中子屏蔽材料28至少包圍了該Nal晶體22的 周向表面32，並暴露出該Nal晶體22的前端面30.優選是，該中子屏蔽 材料28還包圍了該Nal晶體22的後端面31.該中子屏蔽材料28—般由富 含H的物質構成，諸如石蠟、聚乙烯、水都是適用的材料.考慮到結構與防火要求， 一般選擇聚乙烯.中子屏蔽材料28中的H原子對中子具有 很大的散射截面，能夠反射中子，並迅速地將中子的能量降低和吸收. 但是中子屏蔽材料28在和中子發生輻射俘獲之後會放出2. 223MeV的特 徵Hy射線，該特徵Hy射線將對探測器所要測量的Y信號構成幹擾.因此， 在中子屏蔽材料28的內側，該Y射線探測器還包括X/Y射線屏蔽體26, 該XAy射線屏蔽體26至少包閨該探測器晶體的周向表面，並且暴露出該 Nal晶體22的前端面30.優選是，該X/y射線屏蔽體26還包圍了該NaI晶 體22的後端面31. X/y射線屏蔽體26不僅能夠吸收中子屏蔽材料28在與 中子發生反應時放出的Y射線，還能屏蔽來自電子靶2的絕大部分X射線及其散射射線，使得Y射線探測器能夠處在正常的工作環境中.該X/Y 射線屏蔽體26的材料為原子序數大於或等於74的重金屬，例如鉛Pb或 鵪W.在Y探測器晶體22的前方，面對著Nal晶體22的前端面30,還設有 中子吸收體27.與中子屏蔽材料28的要求不同，中子吸收體27不僅要 能夠吸收中子，而且不能放出H的2.223MeV的y射線.中子吸收體27可 由石蠟或聚乙烯與具有高強熱中子吸收能力的硼^B材料構成(如含硼 聚乙烯)，這使得H不再有機會放出y光子.為了使Y射線探測器只測量 它前方的被檢測物體區域，而對其它方向來的信號(如X射線散射、空 氣中N的Y計數本底)不感興趣，該Y射線探測器還包括準直器29.該準 直器29設在Nal晶體22與中子吸收體27的前方，用來屏蔽掉周圍空間的 X射線散射本底、中子在周閨物質中產生的Y本底.該準直器29包括與 Nal晶體的前端面30對準的通孔，該通孔限定了一延伸方向，用於僅允 許基本上沿著該延伸方向並經由該通孔到達該前端面的X/y射線進入 該Nal晶體，從而對所要探測的Y射線進行準直.該通孔的直徑可與NaI 晶體22的直徑相同，長度可以根據所需要的準直效果來確定， 一般選 擇5 30cm的長度範圍.該準直器29通常可用原子序數大於或等於74的 重金屬(例如鉛Pb或鎢W)或者用鋼製成.另外，儘管在圖中未示出，還可以為該Y射線探測器提供時間門控 電路，用於控制y射線探測器的測量時間，使得Y射線探測器的測量時 間避開本發明系統中X射線發生器所產生的X射線束的出束時間，這樣 可以進一步抑制X射線對Y射線探測器的幹擾.根據來自X射線探測器陣列15和Y射線探測器陣列14的信號，就可 以分別對被檢貨櫃8進行X射線成像和中子成像，以便獲得X射線圖像和中子圖像.返回困l，在本發明的系統中，x射線成像信號處理電路17接收來自X射線探測器陣列15的信號，並對其進行處理以獲得X射線 圖像.y射線信號處理電路18接收來自Y射線探測器陣列14的電壓信號， 並分析Y能譜，從而得到包含被檢物體的二維元素分布信息的二維中子 圖像.該二維中子圖像與所獲得的二維X射線困像相結合，實現對集裝 箱中違禁品的識別與發現，考慮到在對被檢測物體進行檢測的時候，由於X射線探測器陣列和 y射線探測器陣列的安放位置不同，使得被檢測物體在行進的過程中， x射線困像和中子困像不能同時得到，且各y射線探測器陣列之間由於 位置的不同，得到的中子困像也是不同的.為了將X射線圖像與中子困 像進行合併，以更好地實現違禁品檢查，採用了如下辦法對於不同的y射線探測器陣列，由於它們的距離關係是確定的， 因此它們的中子圖像之間的位置關係也是確定，對於先後獲得的中子 圖像，分別對它們位置進行調整，可以使得處於不同位置處的y射線 探測器陣列共同形成一幅反映元素分布的中子圖像.對於X射線圖像和中子困像，其空間位置關係也是確定的，可以將 中子圖像和/或X射線圖像進行平移並合併成一副圖像，使得中子圖像 和X射線圖像中對應於被檢測物體同一位置的點完全重合.這樣，對於 合併後的圖像來說，其中每一點都包括了被檢測物體的元素分布信息 和密度信息.在本發明的系統中，可以採用一圖像合併裝置(未示出) 來實現上述的對X射線圖像和中子圖像的位置調整，以便將X射線圖像 和中子圖像合併在一副困像內.這樣，搮作員只需要觀察一副困像就 能夠獲得被檢測物體的元素分布信息與密度信息，以便對被檢物體中 的可疑違禁品進行相對準確的定位.雖然已經描述了本發明的典型實施例，應該明白本發明不限於這 些實施例，對本專業的技術人員來說，本發明的各種變化和改進都能 實現，但這些都在本發明權利要求的精神和範閨之內.
權利要求
1.一種光中子轉換靶，用於利用X射線主束轟擊該光中子轉換靶而產生光中子，該光中子轉換靶具有本體以及由該本體限定的通道，該通道貫穿所述本體；其中，所述X射線主束中的第一X射線束能夠穿過該通道而不與該本體發生反應，同時，所述X射線主束中的第二X射線束能夠進入所述本體內，並與該本體發生反應以產生光中子。
2. 根據權利要求i所述的光中子轉換靶，其中，所述本體為沿著x 射線主束的傳播方向延伸的長型本體，該本體具有笫一端部和第二端 部，在使用時，所述x射線主束沿著從第一端部至笫二端部的方向轟擊所述光中子轉換靶；並且所述通道的延伸方向與所迷x射線主束的傳播方向相同.
3. 根據權利要求2所述的光中子轉換靶，其中，所迷光中子轉換靶 的本體的形狀設計成與所述X射線主束的強度分布基本上相匹配，使得 強度大的X射線能在光中子轉換靶的本體內傳播更遠的距離.
4. 根據權利要求3所述的光中子轉換靶，其中，所述X射線主束的 強度分布為軸對稱分布，其限定了一強度分布對稱軸線；所述光中子轉換靶的所述本體構造成關於一把對稱軸線成軸對稱 形狀，所述光中子轉換靶的軸對稱形狀與所述X射線主束的軸對稱分布 基本上相匹配；在使用時，所述靶對稱軸線與所述強度分布對稱軸線重合.
5. 根據權利要求3或4所述的光中子轉換靶，其中，所述本體的至 少一部分為漸縮部分，該漸縮部分朝著所述笫二端部漸縮.
6. 根據權利要求5所述的光中子轉換靶，其中，所述漸縮部分終止 於所述第二端部.
7. 根據權利要求6所述的光中子轉換靶，其中，所述漸縮部分為錐 形或截頭錐形.
8. 根據權利要求5所述的光中子轉換靶，其中，所述本體還包括圃 柱體部分，所述漸縮部分鄰近所述笫二端部，所述圓柱體部分鄰近所 述第一端部.
9. 根據權利要求4所述的光中子轉換靶，其中，所述通道沿著所述 本體的靶對稱軸線延伸.
10. —種光中 子-X射線源，用於同時產生光中子和X射線，包括 X射線發生器，用於產生X射線主束；光中子轉換靶，所述X射線主束可轟擊該光中子轉換靶而產生光中 子，該光中子轉換靶具有本體以及由該本體限定的通道，該通道貫穿 所述本體；其中，所述X射線主束中的第一X射線束能夠穿過該通道而不與該 本體發生反應，同時，所述X射線主束中的第二X射線束能夠進入所述 本體內，並與該本體發生反應以產生光中子.
11. 根據權利要求10所述的光中子-X射線源，其中，所述本體為沿 著X射線主束的傳播方向延伸的長型本體，該本體具有笫一端部和笫二 端部，在使用時，所述X射線主束沿著從第一端部至笫二端部的方向轟 擊所述光中子轉換靶；並且所述通道的延伸方向與所述X射線主束的傳播方向相同.
12.根據權利要求ll所述的光中子-X射線源，其中，所迷光中子轉 換靶的本體的形狀設計成與所述X射線主束的強度分布基本上相匹配， 使得強度大的X射線能在光中子轉換靶的本體內傳播更遠的距離.
13.根據權利要求12所述的光中子-X射線源，其中，所迷X射線主 束的強度分布為軸對稱分布，其限定了一強度分布對稱軸線；所述光中子轉換靶的所述本體構造成關於一靶對稱軸線成軸對稱 形狀，所述光中子轉換靶的軸對稱形狀與所述X射線主束的軸對稱分布 基本上相匹配；在使用時，所述靶對稱軸線與所述強度分布對稱軸線重合. 1(根據權利要求U或13所述的光中子-X射線源，其中，所述本體 的至少一部分為漸縮部分，該漸縮部分朝著所述第二端部漸縮.
14.根據權利要求ll所述的光中子-X射線源，其中，所迷光中子轉 換靶的本體的形狀設計成與所述X射線主束的強度分布基本上相匹配， 使得強度大的X射線能在光中子轉換靶的本體內傳播更遠的距離.
15. 根據權利要求14所述的光中子-X射線源，其中，所述漸縮部分 終止於所述第二端部.
16. 根據權利要求1S所述的光中子-X射線源，其中，所述漸縮部分 為錐形或截頭錐形.
17. 根據權利要求14所述的光中子-X射線源，其中，所述本體還包 括圃柱體部分，所述漸縮部分鄰近所述第二端部，所述圃柱體部分鄰 近所述第一端部.
18. 根據權利要求13所述的光中子-X射線源，其中，所述通道沿著所述本體的靶對稱軸線延伸.
19. 根據權利要求10所述的光中子-X射線源，其中，所述X射線發 生器產生的所述X射線主束為具有特定頻率的X射線脈衝.
20. 根據權利要求10所述的光中子-X射線源，其中，所述X射線發 生器包括電子加速器，用於產生電子束；和電子靶，所述電子束射向該電子靶，以產生所述X射線主束.
21. 根據權利要求20所述的光中子-X射線源，其中，所述電子束為具有特定頻率的電子束脈衝，所述電子加速器以所述特定頻率產生該 電子束脈衝，從而使得所述X射線主束為具有所述特定頻率的X射線脈衝.
22. 根振權利要求10所述的光中子-X射線源，還包括X射線準直器， 所述X射線準直器設置成與所述通道對準，用於將經過所迷通道的所述 第一X射線束準直為平面扇形束.
23. 根據權利要求10所述的光中子-X射線源，還包括中子反射體， 用於反射沿與所述X射線主束的傳播方向相反的方向運動的光中子.
全文摘要
本發明公開了一種光中子轉換靶以及利用該光中子轉換靶的光中子-X射線源，其可用於同時產生光中子和X射線。該光中子-X射線源包括X射線發生器，用於產生X射線主束；光中子轉換靶，所述X射線主束可轟擊該光中子轉換靶而產生光中子，該光中子轉換靶具有本體以及由該本體限定的通道，該通道貫穿所述本體；其中，所述X射線主束中的第一X射線束能夠穿過該通道而不與該本體發生反應，同時，所述X射線主束中的第二X射線束能夠進入所述本體內，並與該本體發生反應以產生光中子。
文檔編號H05H3/06GK101330795SQ200810125190
公開日2008年12月24日 申請日期2008年6月19日 優先權日2007年6月21日
發明者劉以農, 劉耀紅, 吳萬龍, 康克軍, 華 彭, 李元景, 李鐵柱, 楊褘罡, 程建平, 胡海峰, 苗齊田, 趙自然, 陳志強 申請人:清華大學;同方威視技術股份有限公司