一種濾波裝置及一種物質(zhì)探測(cè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及輻射探測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種濾波裝置及一種物質(zhì)探測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在非侵入式檢查領(lǐng)域中，X射線透射式檢查是重要的技術(shù)手段。不同的能量x射 線與物質(zhì)相互作用時(shí)，其發(fā)生的物理反應(yīng)與物質(zhì)屬性及X射線的能量相關(guān)，如圖1和圖2所 示，根據(jù)不同能量射線的探測(cè)中，可以判斷掃描物質(zhì)的基本屬性。其中，可以利用高能和低 能兩種射線透明度值差異來(lái)識(shí)別被檢物物質(zhì)屬性的技術(shù)。透明度定義為穿透物質(zhì)前后x射 線的強(qiáng)度比值。由于不同物質(zhì)的質(zhì)量衰減系數(shù)在IMeV附近趨于一致，所以采用該類(lèi)技術(shù) 時(shí)，一般希望x射線均大于IMeV或均小于IMeV，才能通過(guò)透明度值推斷物質(zhì)屬性。
[0003] 目前x射線有多種產(chǎn)生途徑，但醫(yī)療和工業(yè)領(lǐng)域中產(chǎn)生x射線主要依靠?jī)煞N手段： 1、放射性核素的自然衰變；2、電子的軔致輻射。其中放射性核素的自然衰變產(chǎn)生x射線的 單色性很好，但能量和強(qiáng)度不受人工控制，無(wú)法應(yīng)用在雙能x射線探測(cè)領(lǐng)域。利用高能電子 的軔致輻射產(chǎn)生x射線是目前非侵入式檢查領(lǐng)域中主要的射線來(lái)源，但是其能譜為連續(xù)譜 型，如圖3a和圖3b中的無(wú)濾波曲線，在應(yīng)用時(shí)有許多不足。特別是在材料識(shí)別中，當(dāng)x射 線最高能量大于IMeV時(shí)，能譜中高能射線傳遞的信息會(huì)受到低能射線的影響，導(dǎo)致識(shí)別不 準(zhǔn)甚至錯(cuò)誤。為了提高高能x射線探測(cè)設(shè)備的探測(cè)能力，需要對(duì)軔致輻射產(chǎn)生的連續(xù)譜進(jìn) 行整形，減小低能能譜所占的比例。傳統(tǒng)的方法是采用旋轉(zhuǎn)濾波體的方法獲得期望的能譜， 用高Z材料對(duì)高能射線濾波，用低Z材料或空氣對(duì)低能射線濾波，調(diào)制能譜，從而達(dá)到提高 分類(lèi)探測(cè)能力的目的。這種方法對(duì)雙能分類(lèi)能力有一定的提高，但是通過(guò)蒙特卡洛程序模 擬計(jì)算濾波后的能譜發(fā)現(xiàn)，濾波后還有大量的IMeV以下的光子（如圖3a和圖3b中通過(guò)蒙 特卡洛程序模擬計(jì)算的經(jīng)石墨濾波后的能譜所示），并不利于實(shí)現(xiàn)分類(lèi)探測(cè)。由于x射線系 統(tǒng)的能量在IMeV以上，分類(lèi)探測(cè)的實(shí)現(xiàn)主要依靠IMeV以上光子所帶來(lái)的信息，而當(dāng)?shù)湍苌?線濾波采用低Z材料或空氣時(shí)，濾波后還會(huì)有大量的IMeV以下的光子，對(duì)系統(tǒng)的分類(lèi)性能 帶來(lái)負(fù)面影響。同時(shí)由于需要保證高能射線用高Z材料濾波，低能射線用低Z材料濾波，因 此當(dāng)雙能射線交替發(fā)射時(shí)，需要采用旋轉(zhuǎn)方式的濾波器，讓濾波材料在高Z和低Z間切換， 并保證高低能射線能對(duì)應(yīng)相應(yīng)的濾波材料。在高頻率出束的情況下，濾波器的材料切換與 加速器高低能切換之間的同步往往難以保證，導(dǎo)致使用時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型提供一種濾波裝置及一種物質(zhì)探測(cè)裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)的輻射探測(cè) 過(guò)程中易于受到低能成分干擾的技術(shù)問(wèn)題。
[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種濾波裝置，所述裝置包括：
[0006] 雙能射線源，所述雙能射線源用于發(fā)射高能射線和低能射線；
[0007] 濾波片，位于所述雙能射線源的射線出射處，由高Z材料制成，用于對(duì)出射的高能 射線和低能射線進(jìn)行濾波。
[0008] 進(jìn)一步地，所述裝置還包括：
[0009] 第一準(zhǔn)直器，用于對(duì)經(jīng)所述濾波片濾波后的高能射線和/或低能射線進(jìn)行第一準(zhǔn) 直。
[0010] 進(jìn)一步地，所述裝置還包括：
[0011] 第二準(zhǔn)直器，用于對(duì)經(jīng)所述第一準(zhǔn)直器第一準(zhǔn)直后的高能射線和/或低能射線進(jìn) 行第二準(zhǔn)直。
[0012] 進(jìn)一步地，
[0013] 所述濾波片由鉛、鎢、銅、鐵、銻、鎳中的至少一種材料制成；
[0014] 進(jìn)一步地，
[0015] 所述濾波片的厚度根據(jù)射線在lm處的劑量率占所述雙能射線源的出射劑量率的 比例決定，其至少為5g/cm2。
[0016] 另一方面，本實(shí)用新型還提供一種物質(zhì)探測(cè)裝置，利用經(jīng)上述任一項(xiàng)所述的濾波 裝置濾波的高能射線和低能射線探測(cè)物質(zhì)，獲取所述物質(zhì)的高能探測(cè)值和低能探測(cè)值，根 據(jù)所述物質(zhì)的高能探測(cè)值和低能探測(cè)值對(duì)所述物質(zhì)進(jìn)行探測(cè)。
[0017] 可見(jiàn)，在本實(shí)用新型提供的濾波裝置及物質(zhì)探測(cè)裝置中，能夠通過(guò)對(duì)不同能量的x 射線采用同樣的高原子序數(shù)的濾波片，顯著減少檢測(cè)能譜中的低能成分，實(shí)現(xiàn)更大可分性 系數(shù)的物質(zhì)探測(cè)方式，從而獲得更優(yōu)越的系統(tǒng)分類(lèi)檢測(cè)性能。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例 或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是 本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下， 還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0019] 圖1是x射線與物質(zhì)相互作用的三種主要方式的相對(duì)比例；
[0020] 圖2是幾種典型材料的質(zhì)量衰減系數(shù)曲線；
[0021] 圖3a是3MeV射線無(wú)濾波和分別經(jīng)石墨濾波、鉛濾波后的能譜；
[0022] 圖3b是6MeV射線無(wú)濾波和分別經(jīng)石墨濾波、鉛濾波后的能譜；
[0023] 圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例濾波裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖5是本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例濾波裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖6a是3M射線劑量與不同濾波片層厚的關(guān)系；
[0026] 圖6b是6M射線劑量與不同濾波片層厚的關(guān)系；
[0027] 圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例物質(zhì)探測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028] 圖8是現(xiàn)有技術(shù)與本實(shí)用新型實(shí)施例方案的可分性對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實(shí)用新 型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描 述的實(shí)施例是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施 例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于 本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0030] 本實(shí)用新型首先提供一種濾波裝置，參見(jiàn)圖4,包括：
[0031] 雙能射線源1，雙能射線源1用于發(fā)射高能射線和低能射線；
[0032] 濾波片2,位于雙能射線源1的射線出射處，由高Z材料制成，用于對(duì)出射的高能射 線和低能射線進(jìn)行濾波。
[0033] 可選地，參見(jiàn)圖5,裝置還可以包括：第一準(zhǔn)直器3,用于對(duì)經(jīng)濾波片2濾波后的高 能射線和/或低能射線進(jìn)行第一準(zhǔn)直，以保證射線的準(zhǔn)直性，減少散射射線。
[0034] 可選地，裝置還可以包括：第二準(zhǔn)直器4,用于對(duì)經(jīng)第一準(zhǔn)直器3第一準(zhǔn)直后的高 能射線和/或低能射線進(jìn)行第二準(zhǔn)直，以進(jìn)一步保證射線的準(zhǔn)直性，減少散射射線。
[0035] 可選地，濾波片2可以由鉛、鎢、銅、鐵、銻、鎳中的至少一種材料制成，其需要為x 射線探測(cè)領(lǐng)域常用的高原子序數(shù)材料。
[0036] 可選地，濾波片2的厚度可以根據(jù)射線在lm處的劑量率占所述雙能射線源的出射 劑量率的比例決定，一般在優(yōu)先保證雙能射線源1正常工作在最穩(wěn)定的工作點(diǎn)時(shí)，根據(jù)兩 者的比例選擇厚度。另外，其可以至少為lOg/cm 2,此時(shí)lm處的劑量率與雙能射線源的出射 劑量率的一半相當(dāng)。具體的3M和6M射線劑量衰減比例與材料及厚度的關(guān)系可以參見(jiàn)圖6a 和圖6b。
[0037] 本實(shí)用新型還提供一種物質(zhì)探測(cè)裝置，其利用經(jīng)上述任一項(xiàng)所述的濾波裝置濾波 的高能射線和低能射線探測(cè)物質(zhì)5,獲取物質(zhì)5的高能探測(cè)值和低能探測(cè)值，根據(jù)物質(zhì)5的 高能探測(cè)值和低能探測(cè)值對(duì)物質(zhì)5進(jìn)行探測(cè)。
[0038] 如圖7所示，裝置具體還可以包括，利用探測(cè)器6收集物質(zhì)5的高能探測(cè)值和低能 探測(cè)值，然后對(duì)所收集的高能探測(cè)值和低能探測(cè)值進(jìn)行分析，獲取所探測(cè)物質(zhì)5的圖像和 物理性質(zhì)，例如物質(zhì)5的尺寸、形狀、原子序數(shù)、密度等等。
[0039] 在本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的濾波裝置和物質(zhì)探測(cè)裝置中，對(duì)不同能量的x射線 采用同樣的高原子序數(shù)的濾波片。經(jīng)濾波片濾波的高能射線和低能射線經(jīng)第一準(zhǔn)直器初步 準(zhǔn)直和第二準(zhǔn)直器再次準(zhǔn)直后，照射被探測(cè)的物質(zhì)5,并被探測(cè)器6所收集。在圖3a和圖 3b中3MeV和6MeV的軔致輻射能譜示出的經(jīng)10g/cnT2鉛濾波片和石墨濾波片后的能譜分 布中，通過(guò)蒙特卡洛程序計(jì)算模擬的結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)鉛濾波片之后的能譜在低能部分的比 重明顯減少，而經(jīng)石墨濾波片后能譜依然有大量的低能成分。如果將傳統(tǒng)的高能射線用鉛 材料濾波、低能射線用石墨濾波的方案稱(chēng)為方案一，將本實(shí)用新型實(shí)施例內(nèi)提出的高、低能 射線均采用高Z (如鉛）材料濾波的方案稱(chēng)為方案二。為了對(duì)比兩種方案的優(yōu)劣，采用C和 Fe材料間的可分性系數(shù)進(jìn)行分析。其計(jì)算方法為：
[0040]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種濾波裝置，其特征在于，所述裝置包括： 雙能射線源，所述雙能射線源用于發(fā)射高能射線和低能射線； 濾波片，位于所述雙能射線源的射線出射處，由高Z材料制成，包括鉛、鎢、銅、鐵、銻、 鎳中的至少一種材料，用于對(duì)出射的高能射線和低能射線進(jìn)行濾波。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波裝置，其特征在于，所述裝置還包括： 第一準(zhǔn)直器，用于對(duì)經(jīng)所述濾波片濾波后的高能射線和/或低能射線進(jìn)行第一準(zhǔn)直。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的濾波裝置，其特征在于，所述裝置還包括： 第二準(zhǔn)直器，用于對(duì)經(jīng)所述第一準(zhǔn)直器第一準(zhǔn)直后的高能射線和/或低能射線進(jìn)行第 二準(zhǔn)直。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾波裝置，其特征在于： 所述濾波片的厚度根據(jù)射線在Im處的劑量率占所述雙能射線源的出射劑量率的比例 決定，其至少為5g/cm2。
5. -種物質(zhì)探測(cè)裝置，其特征在于，利用經(jīng)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的濾波裝置濾 波的高能射線和低能射線探測(cè)物質(zhì)，獲取所述物質(zhì)的高能探測(cè)值和低能探測(cè)值，根據(jù)所述 物質(zhì)的高能探測(cè)值和低能探測(cè)值對(duì)所述物質(zhì)進(jìn)行探測(cè)。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供一種濾波裝置及一種物質(zhì)探測(cè)裝置，所述濾波裝置包括雙能射線源，所述雙能射線源用于發(fā)射高能射線和低能射線；濾波片，位于所述雙能射線源的射線出射處，由高Z材料制成，用于對(duì)出射的高能射線和低能射線進(jìn)行濾波。本實(shí)用新型能夠通過(guò)對(duì)不同能量的x射線采用同樣的高原子序數(shù)的濾波片，顯著減少檢測(cè)能譜中的低能成分，實(shí)現(xiàn)更大可分性系數(shù)的物質(zhì)探測(cè)方式，從而獲得更優(yōu)越的系統(tǒng)分類(lèi)檢測(cè)性能。
【IPC分類(lèi)】G01N23-04, G01N23-02
【公開(kāi)號(hào)】CN204536229
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420870981
【發(fā)明人】陳志強(qiáng), 張麗, 趙自然, 劉耀紅, 劉必成, 顧建平, 鄭娟
【申請(qǐng)人】同方威視技術(shù)股份有限公司
【公開(kāi)日】2015年8月5日
【申請(qǐng)日】2014年12月31日