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X射线爆炸物及毒品探测技术解析阅读次数 [820] 发布时间 :2018-03-22

  对通过重要出入口的人员所携带的行李物品进行安全检查已成为国际上广泛采用的安全措施。近年来,受航空安全等需要的驱使,X射线安全检查技术得到迅速发展,并已成为国际上广泛采用的安检技术。本文阐述了X射线安全检查技术的基本原理,以及目前常用的X射线安检方法。

  世界范围内各种形式的恐怖事件频发,公共安全已成为国际社会关注焦点。为对付日益猖獗的恐怖活动,各国政府纷纷出台相应政策,包括加强对机场、车站、码头等公共场所的安检措施,并重点加强对爆炸物、毒品等违禁品的检查力度。但是,由于爆炸物种类繁多,且物质形态千差万别,要准确、快速地检查出爆炸物等违禁品,无疑提高了对安检设备的技术要求。

  目前,国际上对爆炸物等违禁品的检测技术研究,主要集中在X 射线检测技术、中子检测技术、电磁测量技术及蒸气微粒探测技术等。其中X 射线检测技术是相对成熟且应用最广泛的一项技术,主要包括X 射线透射法、双能X 射线检测法、X 射线散射法、X 射线CT等。这些技术通过提取被检物的特征物理量信息,实现对违禁物的检查。所提取的被检物的特征物理量,主要是被检物的密度(ρ)和有效原子序数(Zeff)信息。理论上,已知物质的密度和有效原子序数就可以准确确定物质的类型。但是,目前现有的各种安全检查方法都存在着不同程度的不足与缺陷,将各种安检方法相互补充,实现多级检查是目前安检中常用的手段。本文详细阐述X射线安全检查技术的基本原理,并介绍目前常用的X射线安检方法。

  X射线原理:

  X射线是一种高能的电磁辐射,是由高能电子在物质中作减速运动或由原子内层轨道电子的跃迁所产生,因其穿透性强,可以穿透包裹、行李等物品,被用来作为安全检查的射线源。

  X射线产生后,通过准直器形成平面的扇形射线束照射被检物,经过与被检物的相互作用,该扇形射线束的一部分能量被物质吸收,一部分能量被物质散射,由于不同种类的材料对X射线的吸收、散射能力不同,所以透射的X射线束到达探测器时的能量也不同。探测器把探测到的X射线能量转化为载流子,并将微小尺寸范围内X射线能量的变化分辨出来,经过处理,探测器接收的能量大小以灰度级图像显示。再经计算机图像技术处理后可使行李包裹中危险品和违禁品能被检查出来。

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  X射线穿过物质时,其衰减存在以下规律:

  (1)式中,I0为X射线的入射强度;t为被检物的厚度;μ为被检物总衰减系数; I为出射的X射线强度。根据X射线与物质的相互作用,按其作用原理可分为光电效应、康普顿散射效应、瑞利散射效应和正负电子对效应。X射线穿过物质时,其总衰减系数μ为:

  (2)式中,Σ为宏观界面;N为单位体积原子核数;σ为总衰减截面;σph为光电吸收截面;σc为康普顿散射截面;σr为瑞利散射截面;σK为电子对截面; A为原子质量数; NA为阿伏加德罗常数;ρ为物质密度。对于原子序数小的物质(如:大部分的爆炸物、毒品)可近似认为:σph为原子序数Z和入射X光子能量hν的函数,σc仅为hν的函数,σr为Z与hν的函数,当入射光子能量达到兆电子伏时会产生电子对效应,一般安全检查设备所用X光子能量在千电子伏量级,不会产生电子对效应,σK项可忽略。因此总衰减系数μ是Z、ρ、hν函数。