[发明专利]确定物质原子序数的系统和方法

说明书

发明背景

本发明总体上涉及确定物质类型的系统和方法，更具体地涉及确定物 质原子序数的系统和方法。

2001年9月11日的事件激起更有效、严格筛检机场行李的紧迫性。安 保的紧迫性从对随身行李中刀具和枪支的检查扩展到对受检行李中各种危 险物特别是暗藏的爆炸物进行全面检查。x射线成像是目前广泛用于筛检 (screening)的一种技术。然而，目前设计用于探测爆炸物和非法物质的x射 线行李扫描设备，包括计算机图像处理层析摄影(computed tomography)(CT) 系统，不能够辨别密度在一定范围内的无害物质和类似塑性炸药的危险物 质。

与x射线行李扫描设备相比，基于多种x射线衍射(XRD)技术的多种判 定系统提供改善的材料辨别度。XRD判定系统测量物质中微晶的多个点阵 平面之间的多个d间距。

然而，用于爆炸物探测和行李扫描的XRD判定系统还未达到高度发达。 另外，衍射技术对于某些类型的物质存在错误警报的问题。存在某些类型 的爆炸物质，其中的爆炸成分不能够被XRD判定系统识别，识别力的缺失 导致高的错误警报率。

发明内容

一方面，本发明描述确定物质类型的方法。该方法包括根据衍射谱中 探测x射线散射光子数的测量比率确定物质的有效原子序数。

另一方面，本发明描述确定物质类型的处理器。配置该处理器以根据衍 射谱中探测x射线散射光子数的测量比率确定物质的有效原子序数。

再一方面，本发明描述确定物质类型的系统。该系统包括：x射线源， 其配置用于产生x射线；探测器，其配置用于探测x射线穿过物质之后的 一次散射和相干散射；处理器，其配置用于根据衍射谱中探测x射线散射 光子数的测量比率确定物质的有效原子序数。

附图说明

图1为确定物质原子序数的系统的方框图。

图2为图1所示系统的实施方式的方框图。

图3为确定物质原子序数的方法的实施方式的流程图。

图4示出了图2所示系统的处理器生成的衍射谱。

图5示出了图2所示系统的处理器生成的虚线和实线。

具体实施方式

图1为确定物质原子序数的系统10的方框图。系统10包括：x射线源 12、一次准直器14、二次准直器(Sec准直器)16和探测器18。探测器18包 括用于探测一次辐射的中央探测元件20或中央探测器单元。探测器18还 包括多个用于探测相干散射的探测器单元或探测元件22、24、26、28、30、 32、34和36。探测器18包括任意数量例如256～1024(包括端值)个探测元件。 容器38放置在x射线源12和探测器18之间的支撑体40上。容器38的实 例包括袋、箱和航空货物容器。x射线源12的实例包括多色x射线管 (polychromatic x-ray tube)。容器38容纳物质42。物质42的实例包括有机爆 炸物、结晶度小于25％的非晶物质、结晶度至少等于25％且小于50％的准 非晶物质、以及结晶度至少等于50％且小于100％的部分结晶物质。非晶、 准非晶和部分结晶物质的实例包括胶态爆炸物、浆状爆炸物、含有硝酸铵 的爆炸物和特种核材料。特种核材料的实例包括钚和铀。支撑体40的实例 包括平台和传送带。探测器18的实例包括由锗制成的分段探测器(segmented detector)。

x射线源12发射一定能量范围的x射线，该范围取决于电源向x射线 源12施加的电压。利用一次准直器14，使产生的x射线形成一次波束44， 例如笔形波束。一次波束44穿过布置在支撑体40上的容器38，从而产生 散射辐射，例如多条散射射线46、58和50。支撑体40下方布置有探测器 18，该探测器18测量一次波束44的强度和散射辐射的光子能量。探测器 18通过输出多个输出电信号以对能量敏感的方式测量x射线，所述输出电 信号与从一次波束44和散射辐射探测到的多种x射线量子能量成线性关 系。