多能量多劑量加速器和具有該加速器的快檢系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種多能量多劑量加速器和具有該加速器的快檢系統(tǒng)。該多能量多劑量加速器，包括：電子槍，提供第一電子槍電壓和第二電子槍電壓；和加速管，根據第一電子槍電壓來產生具有第一劑量和第一能量的第一X射線，并且根據第二電子槍電壓來產生具有第二劑量和第二能量的第二X射線，其中第一劑量是人體能夠接受的劑量且遠小于第二劑量，其中第一X射線用于檢查人員所在的第一區(qū)域，并且第二X射線用于檢查貨物所在的第二區(qū)域。
【專利說明】多能量多劑量加速器和具有該加速器的快檢系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種多能量多劑量加速器，并且更特別地涉及在對目標進行分區(qū)域成像時使用的多能量多劑量加速器。此外，本實用新型還涉及一種具有該加速器的快速檢查系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]在X射線安全檢查領域中，X射線車輛檢查系統(tǒng)由X射線成像分系統(tǒng)、掃描控制分系統(tǒng)、運行檢查分系統(tǒng)和輻射安全分系統(tǒng)組成。其中X射線成像分系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的核心，由射線源、探測器和數據獲取與控制模塊組成，用來生成X射線透射和/或散射圖像。在對被檢集裝箱/車輛進行掃描時，射線源產生高能X射線脈沖，穿透被檢貨物，高靈敏度探測器陣列接收X射線并將之轉換成輸出信號，由數據獲取與控制模塊實時生成一系列的數字圖像信號。當整個掃描過程結束時，系統(tǒng)自動生成被檢車輛的完整圖像。
[0003]傳統(tǒng)的集裝箱/車輛快速檢查系統(tǒng)采用加速器作為射線源對集裝箱進行掃描成像。在X射線安全檢查領域中認識到，如果可以由車輛的駕駛員來駕駛貨物通過靜止的X射線檢查系統(tǒng)，將是有利的。然而，為了保證穿透力及圖像質量，加速器輸出的X射線具有較高的劑量率。但是，在大多數商用工作環(huán)境下，當使用高劑量X射線源來成像時，在此掃描處理期間將被駕駛員累積的射線劑量將處于不可接受的水平。因此如圖1所示，為了保證司機輻射安全，需要對駕駛室部分進行避讓。然而，這樣就無法得到駕駛室及司機的掃描圖像，存在一定的安全風險。為了在集裝箱/車輛快速檢查系統(tǒng)中得到包括駕駛室在內的全車掃描圖像，在圖2中示出了一種可行的方案，其中采用低劑量射線對車頭進行掃描，在保證人員安全的前提下得到掃描圖像。而對車廂部分采用正常劑量的射線進行掃描。
[0004]針對圖2中所示的可行方案，目前有多種可能的實現方式，其中一種是如圖3所示的采用兩套成像裝置，其采用兩個射線源(射線源I和射線源2)，對車頭部分采用低能X光管輸出的低劑量射線進行掃描，對車廂部分采用加速器輸出的高劑量射線進行掃描。這種實現方式結構復雜，需要兩套成像裝置，成本較高，系統(tǒng)結構復雜。同時，低能X光機產生的低能X射線穿透能力較差，成像效果不理想。
[0005]另外一種可能的駕駛室低劑量射線掃描方案(圖4A和圖4B)是米用一個加速器作為射線源，加速器輸出穩(wěn)定的高劑量射線，而在駕駛室通過時(如圖4A所示)，采用一個特殊的準直機構對射線進行遮擋，使照射到駕駛室的X射線劑量率降低，滿足人員安全的要求。在貨物通過時(如圖4B所示)，不采用該特殊的準直機構對射線進行遮擋，使貨物受到高劑量射線的照射。這種方案需要特殊的機械準直機構，控制復雜且存在發(fā)生機械故障的風險。
實用新型內容
[0006]基于此，本文提出了一種不同于以上兩種方案的車頭低劑量X射線掃描方案，采用一個加速器對車頭及車廂部分進行掃描。在標準加速器劑量輸出的基礎上，加速器增加一檔位低劑量X射線輸出檔位，可以實現在一次掃描過程中，多種劑量輸出。不需要特殊的機械準直機構對射線進行遮擋，具有結構簡單，成本低，可靠性高的優(yōu)點。
[0007]為此，本實用新型提供了一種多能量多劑量加速器，包括:電子槍，提供第一電子槍電壓和第二電子槍電壓；和加速管，根據第一電子槍電壓來產生具有第一劑量和第一能量的第一 X射線，并且根據第二電子槍電壓來產生具有第二劑量和第二能量的第二 X射線，其中第一劑量是人體能夠接受的劑量且遠小于第二劑量，其中第一 X射線用于檢查人員所在的第一區(qū)域，并且第二 X射線用于檢查貨物所在的第二區(qū)域。
[0008]根據本實用新型的電子槍還提供第三電子槍電壓，加速管根據第三電子槍電壓來產生具有第三劑量和第三能量的第三X射線，其中第一劑量遠小于第三劑量并且第二能量不同于第三能量，并且其中第二 X射線和第三X射線被交替用于檢查貨物所在第二區(qū)域。
[0009]在本實用新型的一個實施例中，第一電子槍電壓低于第二和第三電子槍電壓，并且第一能量高于第二和第三能量。
[0010]在本實用新型的另一個實施例中，第一電子槍電壓高于第二和第三電子槍電壓，
并且第一能量低于第二和第三能量。
[0011 ] 在本實用新型的一個實施例中，所述加速管是駐波加速管。
[0012]在本實用新型的又一個方面，提供了一種射線檢測系統(tǒng)，包括:多能量多劑量加速器，包括:電子槍，提供第一電子槍電壓和第二電子槍電壓；和加速管，根據第一電子槍電壓來產生具有第一劑量和第一能量的第一 X射線，并且根據第二電子槍電壓來產生具有第二劑量和第二能量的第二 X射線，其中第一劑量是人體能夠接受的劑量且遠小于第二劑量，其中第一 X射線用于檢查人員所在的第一區(qū)域，并且第二 X射線用于檢查貨物所在的第二區(qū)域；探測器，接收從加速器發(fā)出的通過被檢目標被透射或散射的X射線并將其轉換為輸出信號；和數據獲取與成像模塊，接收來自探測器的輸出信號，根據該輸出信號獲得該目標的第一和第二區(qū)域之一的部分掃描圖像，并且將所獲得的部分掃描圖像組成為該目標的完整掃描圖像。
[0013]利用根據本實用新型的加速器和具有該加速器的快檢系統(tǒng)，能夠在不增加成本的情況下，在一次掃描過程中兼顧被檢目標的不同區(qū)域的需求，以實現對目標內多個區(qū)域的測量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]為了更完整地理解對本實用新型，現在結合附圖對隨后的說明書進行描述，其中:
[0015]圖1示出了避讓車頭方案的劑量率的圖表；
[0016]圖2示出了低劑量率掃描車頭方案的劑量率的圖表；
[0017]圖3是用兩個射線源分別對被檢目標的兩個區(qū)域進行掃描的示意圖；
[0018]圖4A和圖4B是現有技術中用一個射線源對被檢目標全部區(qū)域進行掃描的示意圖；
[0019]圖5是示出了加速器中的電子槍電壓、加速管輸出的X射線的能量和劑量之間的關系的不意圖；
[0020]圖6示出了用單能X射線檢查車廂時的電子槍電源的電壓；
[0021]圖7示出了用雙能X射線檢查車廂時的電子槍電源的交替電壓；[0022]圖8示出了根據本實用新型的用低劑量X射線掃描駕駛室、用單能X射線檢查車廂時的電子槍電源的電壓；
[0023]圖9示出了根據本實用新型的用低劑量X射線掃描駕駛室、雙能X射線檢查車廂時的電子槍電源的電壓；
[0024]圖1OA是將根據本實用新型的加速器作為統(tǒng)一射線源對兩個區(qū)域中的射線敏感目標所在區(qū)域進行掃描的示意圖；以及
[0025]圖1OB是將根據本實用新型的加速器作為統(tǒng)一射線源對兩個區(qū)域中的射線不敏感目標所在區(qū)域進行掃描的示意圖。
【具體實施方式】
[0026]為使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本實用新型技術方案作進一步說明。
[0027]圖5是示出了加速器中的電子槍電壓、加速管輸出的X射線的能量和劑量之間的關系的示意圖。電子槍通常由熱陰極、控制電極和若干加速陽極等組成，它是加速器的電子注入器，并且它發(fā)射出具有一定能量、一定流強、一定束流直徑和發(fā)射角的電子束流引(該電子束的方向和強度可以控制)注入到加速管。加速管是加速器的關鍵部件，它把從電子槍注入的電子在微波電場作用下加速到高能，最后打靶產生高能X射線。駐波加速管結構在駐波電子直線加速器中占有重要地位，它是駐波加速器的核心，它的性能很大程度上決定了整機的性能。加速管采用駐波方式加速電子，駐波加速結構的分流阻抗高，在給定的微波功率下，可以激勵較高的加速場強，有利于加速器的小型化。
[0028]駐波加速管在注入微波脈沖功率不變的條件下，加速管輸出X射線的能量和劑量符合以下曲線規(guī)律，曲線I表示射線能量與電子槍電壓的關系，曲線2表示射線劑量與電子槍電壓的關系:即，隨著電子槍高壓的升高，加速器輸出X射線的劑量率先增加再減小，同時能量變小。加速管的種類不限于是駐波加速管，還可以是行波加速管等。
[0029]在傳統(tǒng)集裝箱/車輛快速檢查系統(tǒng)中，可以使用單能電子加速裝置系統(tǒng)或使用雙能或多能電子加速裝置系統(tǒng)。在如圖4A和4B所使用的單能加速器的情況下，加速器在諸如B檔位或C檔位的電壓檔位上工作，只要加速管輸出X射線的能量能夠滿足檢查貨物所要求的能量。圖6示出了用單能X射線檢查車廂時的電子槍電源的電壓。根據圖5中能量與劑量的關系，加速管輸出正常劑量。在雙能X射線的輸出時，加速器在B檔位和C檔位中交替切換。圖7示出了用雙能X射線檢查車廂時的電子槍電源的交替電壓。根據圖5中能量與劑量的關系，加速管輸出(交替的)正常劑量。雙能或多能電子加速裝置系統(tǒng)是指一臺裝置可產生兩種或多種能量的電子束流的電子加速系統(tǒng)。雙能電子加速系統(tǒng)與傳統(tǒng)的單能電子加速系統(tǒng)相比，不只是單機所提供的能量的多樣化，更大的技術優(yōu)勢在于它能結合新一代探測器系統(tǒng)、數據圖像處理系統(tǒng)等來實現對不同的物質材料進行分辨。在傳統(tǒng)的工業(yè)無損檢測、海關集裝箱檢測、CT等領域應用單能加速器系統(tǒng)只能對物質的形狀進行識別，而應用雙能加速器系統(tǒng)則可以同時對物質的形狀和材質進行識別。
[0030]為了實現駕駛室部分的低劑量X射線掃描，可以在B、C檔位的基礎上，增加額外的一個檔位A，降低電子槍電壓和升高電子槍電壓都可以實現。在實際的應用中，由于低電子槍電壓比高電子槍電壓更容易實現，優(yōu)選地，在電子槍電源中增加一個超低電壓檔位A，在此電壓檔位，可以實現低劑量X射線的輸出。這樣，在一次掃描過程中，加速器電子槍電壓可以在A、B、C三個檔位進行切換。在用單能X射線對貨物進行掃描的情況下，在掃描車頭時，加速器電子槍電壓切換到A檔位，并且當掃描車廂時，加速器電壓被切換到B檔位或C檔位。在這種情況下，如圖8所示，在掃描車頭時，加速管輸出與A檔位對應的超低劑量和正常能量，并且在掃描車廂時，加速管輸出與B檔位或C檔位對應的正常劑量以及與B檔位或C檔位對應的能量。在用雙能X射線對貨物進行掃描的情況下，在掃描車頭時，加速器電子槍電壓切換到A檔位，并且當掃描車廂時，加速器電壓被交替地切換到B檔位和C檔位。這種情況下，如圖9所示，在掃描車頭時，加速管輸出與A檔位對應的超低劑量和正常能量，并且在掃描車廂時，加速管輸出與交替的B檔位和C檔位對應的(交替的)正常劑量以及與交替的B檔位和C檔位對應的交替能量。
[0031 ] 在一個可替換實施例中，如前所述，也可以在電子槍電源中增加一個高電壓檔位D。在此電壓檔位，也可以實現低劑量X射線的輸出，同時輸出的X射線的能量需滿足檢查貨物的需要。這樣，在一次掃描過程中，加速器電子槍電壓可以在B、C、D三個檔位進行切換，其中D檔位的劑量可以與A檔位的劑量相同。與前述的A、B、C三個檔位的切換類似，也可以針對用單能和多能X射線進行掃描的情況，對B、C、D三個檔位進行切換。
[0032]在一個實施例中，A、B、C、D四個檔位對應的X射線能量可以分別是6.5MeV、6MeV、3MeV、lMeV。在另一個實施例中，A、B、C、D四個檔位對應的X射線能量可以分別是9.5MeV、9MeV、6MeV、2MeV。在又一個實施例中，A、B、C、D四個檔位對應的X射線能量可以分別屬于范圍(6.1,9.5)MeV, (6，9)MeV、(3，6)MeV、(1，2.9)MeV，同時A檔位對應的X射線能量大于B檔位對應的X射線能量、B檔位對應的X射線能量大于C檔位對應的X射線能量、且C檔位對應的X射線能量大于D檔位對應的X射線能量。同時，無論是對于上述三個實施例還是其他具體的實施方式，A檔和D檔的X射線劑量均需滿足條件:司機駕車通過時，司機單次吸收劑量不大于0.25 μ Sv (根據美國國家標準學會/保健物理學會最新的ANSI/HPSΝ43.17-2009標準規(guī)定，單次檢查輻射劑量低至0.25 μ Sv及以下的設備，屬于公共安檢通用設備范圍)。
[0033]在根據本實用新型的一個實施方式中，采用根據本實用新型的加速器作為射線源對目標進行檢查，在一次掃描過程中，射線源可在兩個或多個工作狀態(tài)中進行切換，狀態(tài)切換方式為射線源本身輸出射線能量或劑量率的變化的方式得以實現。在每種工作狀態(tài)中，包括射線源和探測器的成像設備可獲得目標的部分區(qū)域掃描圖像，如在低劑量率下獲得人員或其他敏感目標所在區(qū)域的掃描圖像，在高劑量率下獲得貨物所在區(qū)域的掃描圖像，這些圖像共同組成整個目標的掃描圖像。在一次掃描過程中，成像設備與被檢目標做相對運動，當如圖1OA所示的到達人員或其他敏感目標所在區(qū)域時，成像設備切換為低劑量率狀態(tài)進行掃描(如圖8和9左側)，當如圖1OB所示的到達其他區(qū)域時(如貨物所在區(qū)域)，成像設備在短時間內切換為高劑量率狀態(tài)并進行掃描(如圖8和圖9右側)。
[0034]圖1OA是將根據本實用新型的加速器作為統(tǒng)一射線源對兩個區(qū)域中的射線敏感目標所在區(qū)域I進行掃描的示意圖。圖1OA采用統(tǒng)一射線源對被檢目標進行掃描，當到達人員或其他敏感目標所在區(qū)域I (如司機駕駛室)時，包括射線源和探測器的成像設備切換為低劑量率狀態(tài)進行掃描。在參考圖5的實施例中，射線源工作在A檔位或D檔位。在A檔位下，射線源輸出高能量和低劑量，或者在D檔位下，射線源輸出低能量和低劑量。在對區(qū)域I的掃描過程中，成像設備與被檢對象做相對運動，從被檢目標的區(qū)域I的一端移動到另外一端。從射線源輸出的射線通過被檢目標被透射或散射到探測器，以對被檢目標的區(qū)域I進行掃描成像。此時，成像設備在低劑量率狀態(tài)下對被檢設備進行掃描成像。在低劑量率狀態(tài)下，被檢目標所接收的射線劑量率較低，以確保人員或敏感目標的安全。
[0035]圖1OB是將根據本實用新型的加速器作為統(tǒng)一射線源對兩個區(qū)域中的射線不敏感目標所在區(qū)域2進行掃描的示意圖。圖1OB采用統(tǒng)一射線源對被檢目標進行掃描，當到達被檢目標(如貨車)的區(qū)域2 (如貨物所在區(qū)域)時，系統(tǒng)在短時間內切換為高劑量率狀態(tài)并進行掃描。在參考圖5的實施例中，射線源可以工作在B檔位或C檔位的單能狀況下，或者可以工作在交替的B檔位和C檔位的雙能狀況下。在單能狀況下，射線源輸出相對高的能量和相對高的劑量。在雙能狀況下，加速器輸出交替的能量和交替的劑量，其中交替的能量均小于射線源在A檔位下輸出的能量且均大于射線源在D檔位下輸出的能量，并且交替的劑量均大于加速器在A檔位下或在D檔位下輸出的劑量。在對區(qū)域2的掃描過程中，包括射線源和探測器的成像設備與被檢對象繼續(xù)做相對運動，從被檢目標的區(qū)域2的一端移動到另外一端。從射線源輸出的射線通過被檢目標被透射或散射到探測器，以對被檢目標的區(qū)域2進行掃描成像。此時，成像設備在高劑量率狀態(tài)下對被檢設備進行掃描成像。在高劑量率狀態(tài)下，被檢目標所接收的射線劑量率較高，以保證掃描圖像清晰。
[0036]由于米用工作在不同掃描狀態(tài)下的一個射線源在一次掃描過程中針對同一目標的不同區(qū)域進行掃描成像，可以對被檢目標進行無遺漏掃描，而且可以兼顧敏感區(qū)域的安全和非敏感區(qū)域的清晰成像，以更好地滿足查驗需求。在一次掃描過程中完成對被檢對象的不同區(qū)域的掃描成像，也提高系統(tǒng)的工作效率。
[0037]圖1OA和IOB中的成像設備還可包括數據獲取與成像模塊(未示出)，其接收來自探測器的輸出信號，根據該輸出信號獲得在射線源的每個工作狀態(tài)下該目標的多個區(qū)域之一的部分掃描圖像，并且將所獲得的部分掃描圖像組成為該目標的完整掃描圖像。
[0038]以上公開的僅為本實用新型的具體實施例，但是本實用新型并非局限于此，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍。顯然這些改動和變型均應屬于本實用新型要求的保護范圍保護內。
【權利要求】
1.一種多能量多劑量加速器，包括: 電子槍，提供第一電子槍電壓和第二電子槍電壓；和 加速管，根據第一電子槍電壓來產生具有第一劑量和第一能量的第一 X射線，并且根據第二電子槍電壓來產生具有第二劑量和第二能量的第二 X射線，其中第一劑量是人體能夠接受的劑量且遠小于第二劑量，其中第一 X射線用于檢查人員所在的第一區(qū)域，并且第二 X射線用于檢查貨物所在的第二區(qū)域。
2.如權利要求1所述的多能量多劑量加速器，其中電子槍還提供第三電子槍電壓，力口速管根據第三電子槍電壓來產生具有第三劑量和第三能量的第三X射線，其中第一劑量遠小于第三劑量并且第二能量不同于第三能量，并且其中第二 X射線和第三X射線被交替用于檢查貨物所在第二區(qū)域。
3.如權利要求2所述的多能量多劑量加速器,其中第一電子槍電壓低于第二和第三電子槍電壓，并且第一能量高于第二和第三能量。
4.如權利要求2所述的多能量多劑量加速器，其中第一電子槍電壓高于第二和第三電子槍電壓，并且第一能量低于第二和第三能量。
5.如權利要求1-4之一所述的多能量多劑量加速器，其中所述加速管是駐波加速管。
6.一種射線檢測系統(tǒng)，包括: 多能量多劑量加速器，包括: 電子槍，提供第一電子槍電壓和第二電子槍電壓；和 加速管，根據第一電子槍電壓來產生具有第一劑量和第一能量的第一 X射線，并且根據第二電子槍電壓來產生具有第二劑量和第二能量的第二 X射線，其中第一劑量是人體能夠接受的劑量且遠小于第二劑量，其中第一 X射線用于檢查人員所在的第一區(qū)域，并且第二 X射線用于檢查貨物所在的第二區(qū)域； 探測器，接收從加速器發(fā)出的通過被檢目標被透射或散射的X射線并將其轉換為輸出信號；和 數據獲取與成像模塊，接收來自探測器的輸出信號，根據該輸出信號獲得該目標的第一和第二區(qū)域之一的部分掃描圖像，并且將所獲得的部分掃描圖像組成為該目標的完整掃描圖像。
7.如權利要求6所述的射線檢測系統(tǒng)，其中電子槍還提供第三電子槍電壓，加速管根據第三電子槍電壓來產生具有第三劑量和第三能量的第三X射線，其中第一劑量遠小于第三劑量并且第二能量不同于第三能量，并且其中第二 X射線和第三X射線被交替用于檢查貨物所在第二區(qū)域。
8.如權利要求7所述的射線檢測系統(tǒng)，其中第一電子槍電壓低于第二和第三電子槍電壓，并且第一能量高于第二和第三能量。
9.如權利要求7所述的射線檢測系統(tǒng)，其中第一電子槍電壓高于第二和第三電子槍電壓，并且第一能量低于第二和第三能量。
10.如權利要求6-9之一所述的射線檢測系統(tǒng)，其中所述加速管是駐波加速管。
【文檔編號】G01N23/10GK203786061SQ201420029610
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年1月17日 優(yōu)先權日:2013年11月14日
【發(fā)明者】康克軍, 李薦民, 李營, 李元景, 印煒, 鄭娟, 曾磊 申請人:清華大學, 同方威視技術股份有限公司