專利名稱：一種光中子轉(zhuǎn)換靶和光中子-x射線源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光中子轉(zhuǎn)換靶，該光中子轉(zhuǎn)換靶用于利用x射線產(chǎn)生光中子，該光中子轉(zhuǎn)換靶特別是可用于違禁品檢測系統(tǒng)中. 背景技術(shù)目前，恐怖主義對國際和國內(nèi)社會的安定構(gòu)成了極大的威脅，各 國政府都在致力于解決反恐問題.而違禁品如爆炸物的檢測技術(shù)是反 恐問題的核心.一種現(xiàn)有的違禁品檢測技術(shù)是x射線成像檢測技術(shù).x射線成像檢測技術(shù)是一種已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用的安檢技術(shù)，在機場、火車站能夠看到很多基于x射線成像檢測技術(shù)的設(shè)備.由于x射線主要是與原子核外 的電子發(fā)生反應(yīng)，對原子核的特性沒有區(qū)別能力，因此利用x射線只能測量被檢測物體的密度(質(zhì)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(qū)分的時 候，利用x射線成像檢測技術(shù)就很難發(fā)現(xiàn)它.雖然一些新型的x射線成像檢測技術(shù)，如雙能X射線、CT技術(shù)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(xiàn)有的危險品檢測技術(shù)是中子類檢測技術(shù).對于中子類檢 測技術(shù)，中子能夠與物質(zhì)的原子核發(fā)生反應(yīng)，放出具有特征性的Y射線， 根據(jù)y射線的能譜，則可判斷被分析的物質(zhì)的元素種類.中子類檢測技 術(shù)的缺陷在于其較低的成像分辨率，目前最好也只能達到5cmx 5cmx5cm的空間分辨率，這遠低于X射線成像的mm級分辨率.而且，單獨的 中子源通常價格昂責，使用時間有限，且所產(chǎn)生的中子強度不高.因此，就希望能夠有一種方法和/或系統(tǒng)能夠組合如上所述的X射 線成像檢測技術(shù)和中子類檢測技術(shù)，以獲得X射線成像檢測技術(shù)的高分 辨率以及中子類檢測技術(shù)的元素識別能力這些優(yōu)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(tǒng)，其中 包括X射線成像裝置以及中子檢測裝置，以實現(xiàn)較高的檢測概率以及較 低的誤報率.并且，該美國專利還公開了將由X射線成像裝置獲得的數(shù)據(jù)與由中子檢測裝置獲得的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，以便用高分辨率的x射線困像來彌補中子類檢測技術(shù)分辨率不高的缺陷.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(chǎn)生中子的方式是用x射線轟擊轉(zhuǎn)換靶，并從該轉(zhuǎn)換靶中產(chǎn)生中子，這樣產(chǎn)生的中子可稱為光中子.這種中子產(chǎn)生方式提供了在一個源中產(chǎn)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(chǎn)生x射線和中子要節(jié)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(tǒng).該系統(tǒng)采用兩步式方式來工作.具體 地，該系統(tǒng)首先用直線加速器X射線源產(chǎn)生X射線束，并用X射線成像對 被檢物體進行檢測，如果沒有發(fā)現(xiàn)異常，則讓被檢物體通過，如果發(fā) 現(xiàn)嫌疑區(qū)域，則臨時將一光中子轉(zhuǎn)換靶(鈹)插入X射線束中，以產(chǎn)生光中子，并根據(jù)光中子與物質(zhì)原子核發(fā)生輻射俘獲反應(yīng)所放出的特征 性Y射線對嫌疑區(qū)域進行進一步的檢測.該系統(tǒng)僅用X射線進行笫一步 檢測，由于如上所述的X射線成像檢測技術(shù)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(tǒng)并不同時產(chǎn)生用于檢測的X射線和光中子，而是在兩個步驟中分別 產(chǎn)生用于檢測的X射線和光中子，即，在一個步驟中僅產(chǎn)生X射線而不 產(chǎn)生光中子，而在另一個步驟中是用X射線產(chǎn)生光中子，但該X射線僅 用于產(chǎn)生光中子而并不用于檢測目的.進一步地，其產(chǎn)生的光中子僅 用于檢測被檢物體的嫌疑區(qū)域，并不用于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(chǎn)生 X射線和光中子的方法和裝置，其將加速器產(chǎn)生的X射線分成兩束，其 中一束用于產(chǎn)生光中子.然而，在該申請中，對于中子來說，其是利 用光中子透射過被檢物體的強度來進行檢測的，而并非利用中子與被 檢物體反應(yīng)所放出的特征性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(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種光中子轉(zhuǎn)換靶以及利用該光中子轉(zhuǎn)換靶的光中子-x射線源，其允許同時產(chǎn)生光中子和x射線.根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種光中子轉(zhuǎn)換靶，用于利用x射線主束轟擊該光中子轉(zhuǎn)換靶而產(chǎn)生光中子，該光中子轉(zhuǎn)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(fā)生反應(yīng)，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(nèi)，并與該本體發(fā)生反應(yīng)以產(chǎn)生光中子.根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種光中子-x射線源，用于同時 產(chǎn)生光中子和X射線，包括X射線發(fā)生器，用于產(chǎn)生X射線主束；光中子轉(zhuǎn)換靶，所述X射線主束可轟擊該光中子轉(zhuǎn)換靶而產(chǎn)生光中 子，該光中子轉(zhuǎn)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(fā)生反應(yīng)，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(nèi)，并與該本體發(fā)生反應(yīng)以產(chǎn)生光中子.本發(fā)明的光中子轉(zhuǎn)換靶以及利用該光中子轉(zhuǎn)換靶的光中子-x射線源能夠同時產(chǎn)生光中子和X射線.而且，該光中子轉(zhuǎn)換靶和該光中子-X射線源可以應(yīng)用于任何同時需要光中子和x射線的應(yīng)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(fā)明一個實施例的光中子-x射線違禁品檢測系 統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意固；圖2示出了圖1中的光中子轉(zhuǎn)換靶的放大平面示意圖，其中示出了由該光中子轉(zhuǎn)換靶限定的通道；圖3示出了圖2中的光中子轉(zhuǎn)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(fā)明的典型具體實施例作詳細描述.以下實 施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍.參考困l所示的示例，被檢物體(例如封閉集裝箱8)設(shè)置在平臺 19上.應(yīng)當注意，在圖1中該集裝箱8以剖視困顯示，以便于顯示出其 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(fā)明的檢測系 統(tǒng)的檢測區(qū)域.該集裝箱8—般是由波紋鋼和鋁制造的.其它的集裝箱 如航空集裝箱也可做類似的檢測.當位置傳感器(未示出)檢測到集裝箱8移動到預(yù)定位置時，該位 置傳感器可觸發(fā)本發(fā)明系統(tǒng)中的X射線發(fā)生器開始工作，在一個實施例 中，該X射線發(fā)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(chǎn)生射向電子靶2的電子束1.電子靶2通常是由原子序 數(shù)較高的物質(zhì)如鎢、金構(gòu)成的，電子在被鎢或金的原子阻擋以后，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 于X射線成像檢測，而笫二X射線束用于中子檢測.在本文中，X射線成 像檢測是指X射線透射被檢物體，并通過探測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(fā)生反應(yīng)從而 放出特征性Y射線，并通過探測該特征性Y射線來檢測被檢物體的元素 種類信息.應(yīng)當注意的是，在本發(fā)明中的系統(tǒng)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(zhuǎn)換靶4. X射線主束3轟擊 光中子轉(zhuǎn)換靶4來獲得光中子6，并利用該光中子6對集裝箱8進行中子 檢測.特別是，在該實施例中，該光中子轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換靶4在圖2和圖3中放大示出.如圖2所示，該光 中子轉(zhuǎn)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(nèi)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 (垂直于圖2和圖3的紙面)內(nèi)充分延伸的縫隙，以致于將該本體401分成兩個相互分離的部分.優(yōu)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(zhuǎn)換靶4的本體401入射時，一 部分X射線束405經(jīng)由該通道404直接穿過該光中子轉(zhuǎn)換靶4，而不與該 光中子轉(zhuǎn)換靶4發(fā)生任何反應(yīng)，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(nèi)，并朝著從第一端部402至 第二端部403的方向傳播，并在傳播過程中與該光中子轉(zhuǎn)換靶4的原子 核發(fā)生反應(yīng)，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，用于從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也可以采用其它形式，例如，該通道也可以并不將該本 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，只要保證用于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(zhuǎn)換 靶4的光中子產(chǎn)重，該光中子轉(zhuǎn)換靶4的形狀可以設(shè)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(zhuǎn)換靶 4的本體401內(nèi)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，并且，通常越靠近該強度分布對稱軸線，X射線的強度越 大.相應(yīng)地，在忽略該光中子轉(zhuǎn)換靶4中的通道404的情況下，該光中 子轉(zhuǎn)換靶4總體上可具有軸對稱形狀并限定了一靶對稱軸線409,并且 該光中子轉(zhuǎn)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(yōu)選地，該光中子轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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 于第二端部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(zhuǎn)換靶4也可以從第一端部402開始漸縮到第二端部403.盡管在圖l ~圖3中示出了由光中子轉(zhuǎn)換靶4限定的通道404作為分 束器，但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，也可以采用其它形式 的分束器，用于從X射線主束3中分出第一X射線束和第二X射線束.例 如，可以采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，并將光中子轉(zhuǎn)換靶設(shè)置在其中一束的傳播路徑上以產(chǎn)生 光中子.還應(yīng)當注意，該光中子轉(zhuǎn)換靶4具有漸縮部分的這一特征不局限于 用于本發(fā)明實施例所述的場合.該特征還適用于使用X射線束轟擊光中 子轉(zhuǎn)換靶而產(chǎn)生光中子的任意其它場合，例如可應(yīng)用于國際申請公開 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(chǎn)量.在這些其它應(yīng)用場合中，該光中子轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換靶的材料.根據(jù)被檢測物體的類型、檢測速度和 環(huán)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(jié)約成本，通常應(yīng)選擇盡可能小的能量.未示出的電 子加速器產(chǎn)生的電子束l的能量可在lMeV 15MeV的范圍內(nèi).光中子轉(zhuǎn) 換把4的理想材料應(yīng)該具有較小的光中子反應(yīng)閾值和較大的光中子反 應(yīng)截面，但這二者難以同時滿足.對于lMeV 15MeV的X射線來說，由 于其能量還不夠高，對于截面較大但閾值也高的材料來說光中子產(chǎn)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(yīng)閾值僅為1.67MeV， D20中D的反應(yīng)閾值為2. 223MeV.進入光中子轉(zhuǎn) 換靶4的X射線主束3與其中的'Be或者2H發(fā)生光中子反應(yīng)，放出了光中子 6.由于X射線主束3的能謙是連續(xù)分布的，因此光中子6的能謙也是連 續(xù)分布的.另外，當所使用電子加速器能產(chǎn)生能量較高的電子束l時， 該光中子轉(zhuǎn)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(chǎn)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沖l.電子束脈沖1轟擊電子靶2后，產(chǎn)生相同頻率的X射線脈沖3.該特定頻率可以根 據(jù)被檢測集裝箱8的行進速度來確定，例如可以在10Hz 1000Hz的范圍 內(nèi).在一個實施例中，該特定頻率可以為250Hz.該電子束脈沖l的脈 寬范閨可為1-10MS.需要注意的是，X射線主束3轟擊光中子轉(zhuǎn)換靶4產(chǎn)生光中子6所用 的時間非常短(通常小于lps),因此，可以說，在本發(fā)明中，用于 進行中子檢測的光中子6與X射線主束3中用于X射線成像檢測的第一X 射線束405幾乎是"同時"產(chǎn)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(qū)別于閨際申請公開WO 98/55851.光中子6在光中子轉(zhuǎn)換靶4內(nèi)產(chǎn)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集裝箱8.由于光中子轉(zhuǎn)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 會向后(即相反于X射線主束3入射到光中子轉(zhuǎn)換靶4的方向)發(fā)射.為 了提高光中子6到達被檢測集裝箱8的效率，可以在光中子靶4的后面 (鄰近于光中子靶4的笫一端部402 )設(shè)置中子反射體(未示出).該 中子反射體用于反射背離該被檢集裝箱8運動的光中子6，使其朝著該 被檢集裝箱8運動.參考困1和圖2， X射線準直器5設(shè)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(shè)置成鄰近該光中子轉(zhuǎn)換靶4的本體402的第二端 部403，并與通道404對準.這樣，第一X射線束405經(jīng)由通道404穿過該 光中子轉(zhuǎn)換靶4之后，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對集裝箱8進行的X射線成像檢 測以及用由笫二射線束406產(chǎn)生的光中子6對集裝箱8進行的中子檢測. 應(yīng)當知道，X射線成像檢測和中子檢測本身分別是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 所熟知的.然而，在本發(fā)明中，由于第一X射線束405和光中子6可以同 時(或者說幾乎同時)產(chǎn)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 )射向被檢測的集裝箱8，集裝箱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(shù)反映了從電子靶2到X射線探測器陣列15中對應(yīng)X 射線探測器的連線上的物質(zhì)對X射線的吸收能力，它的大小與集裝箱8 中所裝栽的物質(zhì)密度和組成有關(guān).利用X射線探測器陣列15可以實現(xiàn)對 集裝箱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(chǎn)生相同頻率的X 射線脈沖.對于每個X射線脈沖，探測器15陣列會得到關(guān)于集裝箱某個 斷面的一維圖像.隨著拖動裝置20牽引集裝箱8前進，由多次測量得到 的多個一維圖像就構(gòu)成了關(guān)于集裝箱的二維透射圖像.現(xiàn)在描述和X射線成像檢測同時進行的中子檢測.經(jīng)由光中子轉(zhuǎn)換 靶4產(chǎn)生光中子6之后，被檢集裝箱8將沐浴在光中子場中.光中子6射 入被檢測集裝箱8之后，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進入被檢集裝箱8之前對光中子6進行準直，因為它 在散射過程中會彌漫到相當寬的區(qū)域中.光中子6在產(chǎn)生時是快中子， 然后在幾個jis的時間內(nèi)就變?yōu)槁凶?之后，光中子6的能量進入熱中 子的能區(qū).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(zhì)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(qū)的時候 也可以發(fā)生俘獲反應(yīng)，但是截面很小，當中子能量降低的時候，由于 其俘獲截面與中子的運動速度成反比關(guān)系，因此截面迅速上升，由于 電子加速器是以連續(xù)脈沖方式工作的，因此不同脈沖之間的熱中子場 會發(fā)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 的快中子脈沖，疊加在一個近似恒定的熱中子場上.熱中子在物質(zhì)發(fā)生輻射俘獲反應(yīng)之后，可以放出具有特征性的y射 線，例如^與中子反應(yīng)可以放出2. 223MeV的特征y射線，"N與中子反應(yīng) 可以放出IO. 835MeV的特征Y射線，"C1與中子反應(yīng)可以放出6. 12MeV的 特征Y射線.通過對這些特征Y射線的測量可以判斷被檢測物體中的元 素種類.集裝箱8中的不同材料在中子的照射下能夠放出不同的特征Y 射線.根據(jù)Y能謙的不同，可以分析出該物質(zhì)的類型.例如，如果在集裝箱中發(fā)現(xiàn)大量N和H元素的信號，那么就有可能存在爆炸物和"肥料炸 彈"；如果發(fā)現(xiàn)了大量的C1的Y射線，則就有可能發(fā)現(xiàn)毒品如海洛因和 可卡因(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(chǎn)生的裂變中子，也可以對核材料(如鈾和钚)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，并布置成接收該特征性y射線.并且，如圖1所示， 當包括多個Y射線探測器陣列14時，它們可以布置在集裝箱8的行進路 徑的兩側(cè).并且，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.對于每個y射線探 測器陣列，通過分析它的Y能譜信號，則獲得所關(guān)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(fā)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(huán)境中.兩種 射線可能互相形成干擾，特別是X射線相對于中子和Y射線來說很強， 因此它有可能對Y射線探測的Y能譜構(gòu)成干擾.因此，對于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(gòu)成了該探測器的主體.該Nal晶體22具有用于接收y射線的前端 面30、與該前端面30相反的后端面31以及周向表面32.當Y射線射入NaI 晶體22的時候，會發(fā)生光電效應(yīng)、康普頓散射或者電子對效應(yīng).y光子 將能量交付給次級電子，次級電子在晶體中發(fā)生電離，電離產(chǎn)生的電 子-空穴對將會產(chǎn)生熒光.熒光光子在光電倍增管23的光陰極上打出 光電子.光電子隨后被光電倍增管倍增，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，并暴露出該Nal晶體22的前端面30.優(yōu)選是，該中子屏蔽 材料28還包圍了該Nal晶體22的后端面31.該中子屏蔽材料28—般由富 含H的物質(zhì)構(gòu)成，諸如石蠟、聚乙烯、水都是適用的材料.考慮到結(jié)構(gòu)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，并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(fā)生輻射俘獲之后會放出2. 223MeV的特 征Hy射線，該特征Hy射線將對探測器所要測量的Y信號構(gòu)成干擾.因此， 在中子屏蔽材料28的內(nèi)側(cè)，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，并且暴露出該 Nal晶體22的前端面30.優(yōu)選是，該X/y射線屏蔽體26還包圍了該NaI晶 體22的后端面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(fā)生反應(yīng)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(huán)境中.該X/Y 射線屏蔽體26的材料為原子序數(shù)大于或等于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(shè)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(gòu)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(qū)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(shù)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(shè)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(zhì)中產(chǎn)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，用于僅允 許基本上沿著該延伸方向并經(jīng)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(jù)所需要的準直效果來確定， 一般選 擇5 30cm的長度范圍.該準直器29通常可用原子序數(shù)大于或等于74的 重金屬(例如鉛Pb或鎢W)或者用鋼制成.另外，盡管在圖中未示出，還可以為該Y射線探測器提供時間門控 電路，用于控制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(fā)明系統(tǒng)中X射線發(fā)生器所產(chǎn)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射線探測器的干擾.根據(jù)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 以分別對被檢集裝箱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(fā)明的系統(tǒng)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，并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， 并分析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(jié)合，實現(xiàn)對集裝 箱中違禁品的識別與發(fā)現(xiàn)，考慮到在對被檢測物體進行檢測的時候，由于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于 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 像進行合并，以更好地實現(xiàn)違禁品檢查，采用了如下辦法對于不同的y射線探測器陣列，由于它們的距離關(guān)系是確定的， 因此它們的中子圖像之間的位置關(guān)系也是確定，對于先后獲得的中子 圖像，分別對它們位置進行調(diào)整，可以使得處于不同位置處的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.對于X射線圖像和中子困像，其空間位置關(guān)系也是確定的，可以將 中子圖像和/或X射線圖像進行平移并合并成一副圖像，使得中子圖像 和X射線圖像中對應(yīng)于被檢測物體同一位置的點完全重合.這樣，對于 合并后的圖像來說，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(fā)明的系統(tǒng)中，可以采用一圖像合并裝置(未示出) 來實現(xiàn)上述的對X射線圖像和中子圖像的位置調(diào)整，以便將X射線圖像 和中子圖像合并在一副困像內(nèi).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(jīng)描述了本發(fā)明的典型實施例，應(yīng)該明白本發(fā)明不限于這 些實施例，對本專業(yè)的技術(shù)人員來說，本發(fā)明的各種變化和改進都能 實現(xiàn)，但這些都在本發(fā)明權(quán)利要求的精神和范閨之內(nèi).
權(quán)利要求
1.一種光中子轉(zhuǎn)換靶，用于利用X射線主束轟擊該光中子轉(zhuǎn)換靶而產(chǎn)生光中子，該光中子轉(zhuǎn)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(fā)生反應(yīng)，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(nèi)，并與該本體發(fā)生反應(yīng)以產(chǎn)生光中子。
2. 根據(jù)權(quán)利要求i所述的光中子轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換靶；并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(jù)權(quán)利要求2所述的光中子轉(zhuǎn)換靶，其中，所迷光中子轉(zhuǎn)換靶 的本體的形狀設(shè)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(zhuǎn)換靶的本體內(nèi)傳播更遠的距離.
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光中子轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換靶的所述本體構(gòu)造成關(guān)于一把對稱軸線成軸對稱 形狀，所述光中子轉(zhuǎn)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(jù)權(quán)利要求3或4所述的光中子轉(zhuǎn)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(jù)權(quán)利要求5所述的光中子轉(zhuǎn)換靶，其中，所述漸縮部分終止 于所述第二端部.
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的光中子轉(zhuǎn)換靶，其中，所述漸縮部分為錐 形或截頭錐形.
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光中子轉(zhuǎn)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(jù)權(quán)利要求4所述的光中子轉(zhuǎn)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，用于同時產(chǎn)生光中子和X射線，包括 X射線發(fā)生器，用于產(chǎn)生X射線主束；光中子轉(zhuǎn)換靶，所述X射線主束可轟擊該光中子轉(zhuǎn)換靶而產(chǎn)生光中 子，該光中子轉(zhuǎn)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(fā)生反應(yīng)，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(nèi)，并與該本體發(fā)生反應(yīng)以產(chǎn)生光中子.
11. 根據(jù)權(quán)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(zhuǎn)換靶；并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(jù)權(quán)利要求ll所述的光中子-X射線源，其中，所迷光中子轉(zhuǎn) 換靶的本體的形狀設(shè)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(zhuǎn)換靶的本體內(nèi)傳播更遠的距離.
13.根據(jù)權(quán)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(zhuǎn)換靶的所述本體構(gòu)造成關(guān)于一靶對稱軸線成軸對稱 形狀，所述光中子轉(zhuǎn)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求ll所述的光中子-X射線源，其中，所迷光中子轉(zhuǎn) 換靶的本體的形狀設(shè)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(zhuǎn)換靶的本體內(nèi)傳播更遠的距離.
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的光中子-X射線源，其中，所述漸縮部分 終止于所述第二端部.
16. 根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求10所述的光中子-X射線源，其中，所述X射線發(fā) 生器產(chǎn)生的所述X射線主束為具有特定頻率的X射線脈沖.
20. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的光中子-X射線源，其中，所述X射線發(fā) 生器包括電子加速器，用于產(chǎn)生電子束；和電子靶，所述電子束射向該電子靶，以產(chǎn)生所述X射線主束.
21. 根據(jù)權(quán)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沖，所述電子加速器以所述特定頻率產(chǎn)生該 電子束脈沖，從而使得所述X射線主束為具有所述特定頻率的X射線脈沖.
22. 根振權(quán)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(shè)置成與所述通道對準，用于將經(jīng)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(jù)權(quán)利要求10所述的光中子-X射線源，還包括中子反射體， 用于反射沿與所述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(fā)明公開了一種光中子轉(zhuǎn)換靶以及利用該光中子轉(zhuǎn)換靶的光中子-X射線源，其可用于同時產(chǎn)生光中子和X射線。該光中子-X射線源包括X射線發(fā)生器，用于產(chǎn)生X射線主束；光中子轉(zhuǎn)換靶，所述X射線主束可轟擊該光中子轉(zhuǎn)換靶而產(chǎn)生光中子，該光中子轉(zhuǎn)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(fā)生反應(yīng)，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(nèi)，并與該本體發(fā)生反應(yīng)以產(chǎn)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(yōu)先權(quán)日2007年6月21日
發(fā)明者劉以農(nóng), 劉耀紅, 吳萬龍, 康克軍, 華 彭, 李元景, 李鐵柱, 楊袆罡, 程建平, 胡海峰, 苗齊田, 趙自然, 陳志強 申請人:清華大學(xué);同方威視技術(shù)股份有限公司