一種濾波裝置和方法及一種物質(zhì)探測裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及輻射探測領(lǐng)域，尤其涉及一種濾波裝置和方法及一種物質(zhì)探測裝置和 方法。
【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識別被檢物物質(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射線主要依靠兩種手段： 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，無法應(yīng)用在雙能x射線探測領(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)域中主要的射線來源，但是其能譜為連續(xù)譜 型，如圖3a和圖3b中的無濾波曲線，在應(yīng)用時(shí)有許多不足。特別是在材料識別中，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受到低能射線的影響，導(dǎo)致識別不 準(zhǔn)甚至錯(cuò)誤。為了提高高能x射線探測設(shè)備的探測能力，需要對軔致輻射產(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材料對高能射線濾波，用低Z材料或空氣對低能射線濾波，調(diào)制能譜，從而達(dá)到提高 分類探測能力的目的。這種方法對雙能分類能力有一定的提高，但是通過蒙特卡洛程序模 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)分類探測。由于x射線系 統(tǒng)的能量在IMeV以上，分類探測的實(shí)現(xiàn)主要依靠IMeV以上光子所帶來的信息，而當(dāng)?shù)湍苌?線濾波采用低Z材料或空氣時(shí)，濾波后還會有大量的IMeV以下的光子，對系統(tǒng)的分類性能 帶來負(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)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種濾波裝置和方法及一種物質(zhì)探測裝置和方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的 輻射探測過程中易于受到低能成分干擾的技術(shù)問題。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種濾波裝置，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] 和/或，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。
[0015] 另一方面，本發(fā)明還提供一種物質(zhì)探測裝置，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物質(zhì)，獲取所述物質(zhì)的高能探測值和低能探測值，根據(jù)所 述物質(zhì)的高能探測值和低能探測值對所述物質(zhì)進(jìn)行探測。
[0016] 本發(fā)明還提供一種濾波方法，包括：
[0017] 出射尚能射線，利用尚Z材料制成的濾波片對所述尚能射線進(jìn)彳丁濾波；
[0018] 出射低能射線，利用高Z材料制成的濾波片對所述低能射線進(jìn)行濾波。
[0019] 進(jìn)一步地，所述方法還包括：
[0020] 對經(jīng)濾波后的所述高能射線和/或所述低能射線進(jìn)行第一準(zhǔn)直。
[0021 ] 進(jìn)一步地，所述方法還包括：
[0022] 對經(jīng)第一準(zhǔn)直后的所述高能射線和/或所述低能射線進(jìn)行第二準(zhǔn)直。
[0023] 進(jìn)一步地，
[0024] 所述濾波片由鉛、鎢、銅、鐵、銻、鎳中的至少一種材料制成；
[0025] 和/或，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，至少為5g/cm2。
[0026] 另一方面，本發(fā)明還提供一種物質(zhì)探測方法，利用上述任一項(xiàng)所述的濾波方法濾 波的高能射線和低能射線探測物質(zhì)，獲取所述物質(zhì)的高能探測值和低能探測值，根據(jù)所述 物質(zhì)的高能探測值和低能探測值對所述物質(zhì)進(jìn)行探測。
[0027] 可見，在本發(fā)明提供的濾波裝置和方法及物質(zhì)探測裝置和方法中，能夠通過對不 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)探測方式，從而獲得更優(yōu)越的系統(tǒng)分類檢測性能。
【附圖說明】
[0028] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā) 明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，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。
[0029] 圖1是x射線與物質(zhì)相互作用的三種主要方式的相對比例；
[0030] 圖2是幾種典型材料的質(zhì)量衰減系數(shù)曲線；
[0031] 圖3a是3MeV射線無濾波和分別經(jīng)石墨濾波、鉛濾波后的能譜；
[0032] 圖3b是6MeV射線無濾波和分別經(jīng)石墨濾波、鉛濾波后的能譜；
[0033] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例濾波裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖5是本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例濾波裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035] 圖6a是3M射線劑量與不同濾波片層厚的關(guān)系；
[0036] 圖6