伪双能X射线透射系统矫正厚度影响的物质鉴别方法

　　目前,X射线安全检查系统已经广泛应用于机场、车站等一些重要的场所,对出入人员所携带的行李物品实施快速有效的安全检查[122].检查人员可以通过安检系统屏幕显示的透射图像,鉴别出行李物品中的炸药、枪支、刀具等的危险物品[324],从而保障交通方面的安全.

　　1　理论分析

　　X射线透射安检系统按照不同的射线源能量主要分为单能和双能两种.单能系统即标准的X射线透射扫描系统,是指单一的射线源和一组的X射线探测器组成的系统,该系统形成的图像信息有限,基本上只能根据图像中物品的形状来进行辨别.而双能系统可以得到被扫描物品的原子序数或者有效原子序数等信息,从原子角度鉴别物质.双能系统根据射线源的不同,又可以分为真双能和伪双能两种.其中真双能系统采用两个独立的能够产生高低两种不同能量的X射线源和两组响应不同能谱的探测器;伪双能系统采用单一X射线源产生连续的X射线能谱,用上下两组探测器,在两组探测器之间加一层铜滤波片,上面一组探测器响应连续能谱的低频部分,经过铜片的滤波,下面一组探测器响应连续能谱的高频部分,由此得到近似的双能量值.本文所讨论的问题以及做的实验是建立在伪双能X射线透射系统的基础上的.

伪双能系统由于X射线源产生的是连续谱,所以无法象单色谱那样直接由高低能的光强公式推导出物质的属性值.但是我们可以参照单色谱的R值公式,将连续谱近似为某个等效的单色谱,首先得到近似下等效的R值公式

　　为了下文的计算方便,取r为等效属性值的倒数.伪双能系统中,低能与高能探测器之间夹有铜滤波片,目的是减少X线低能区域的能量,更大程度上分开高低能探测器响应光谱分布.当能量较高的时候,X线光子与物质

　　因此在连续能谱X射线源下,用式(8)计算出的等效物质属性值,因为受到物体厚度的影响而变得不准确.我们基于式(11)得出的r和Il的关系,　绘制出以r、Il为横纵坐标的二维平面图,通过分析实验数据曲线,对r值进行厚度影响的矫正.

　　2　实验分析

　　实验用的X射线源的管压值为140 kV,管电流值为0.7 mA,探测器为CsI:T1闪烁晶体.实验选取台阶状的有机玻璃、铝和铁三种典型的材料标准块,分别代表有机物、混合物和无机物三　　种分类物质.将测得的数据在r2Il平面上绘制成点,如图1所示:

　　图1中横坐标为r(×1 000),纵坐标为Il,左侧深灰色的是有机玻璃块的数据点,中部浅灰色的是铝块的数据点,右侧黑色的是铁块的数据点.从图中的数据点分布可以看出,连续能谱X射线源下受物体厚度的影响,计算出的等效物质属性值r在一维方向上的重叠情况比较严重.尤其是铝块和铁块,在1.2~2.0的r值范围内,均有两者的数据点.传统的方法,将属性值在一维方向上简单分割为有机物、混合物和无机物三段来鉴别物质,在连续能谱X射线下是行不通的.为此构造r-Il平面,将一维r值扩展到二维平面上.实验数据分布图显示,在r-Il平面上三种标准物质的分布相对分散和明显,并且对于Il三者的r值均有一定的函数曲线的变化关系.我们可以根据r-Il平面图,采用二维r值分割的方法矫正厚度影响的物质属性值.