用于材料辨别的飞行时间中子探询的方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了基于飞行时间的中子检查系统。该系统采用快中子的准直束对货物中的可疑区域作针对性探询。作为深度的函数地确定元素成分。然后使用分析来确定违禁品的存在。该系统可以用于辨别材料的次级检查，以降低假报警率，降低高成本和缩短与人工开箱相联系的时间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于材料辨别的飞行时间中子探询的方法和系统交叉引用相关申请本申请要求如下申请的优先权以及依赖于如下申请：2012年6月1日提交、专利技术名称为“MethodsandSystemsforTime-of-FlightNeutronInterrogationforMaterialDiscrimination(用于材料辨别的飞行时间中子探询的方法和系统)”的美国临时专利申请第61/654,656号，在此通过引用将其全文并入。
本说明书一般涉及探测隐藏对象的辐射能成像系统的领域，尤其涉及使用中子探询检查对象以及提供更高水平的材料表征的系统。
技术介绍
包括邮件、商品、原材料、和其它货物的装运的材料的有形装运是任何经济的组成部分。通常，材料以集装箱或货柜的形式装运，该集装箱或货柜一般经由半挂车、大型卡车、和机动有轨车以及可以在集装箱船或货运飞机上携带的联运集装箱运输。但是，这样的装运或货物集装箱有时也被用于违禁品的非法运输。对这些危险品的探测需要迅速、安全和精确的检查系统。全世界都采用高能x射线检查来探测包括毒品、货币、武器和明显亵渎品的违禁品。违禁品探测通常通过分析图像的异常来进行。时常当异常被识别成潜在违禁品时，需要劳动力密集的和费时的开箱。在一些情况下，不得不损坏装备来确定违禁品是否实际存在。不幸的是，这些异常可能由良性货物的自然变化引起，因此导致不必要人工检查的假报警状况。检查集装箱化货物的已知扫描过程包括X射线扫描、化学分析从货物中发出的汽化物、侦听来自货物的声音以探测活体以及最终由一个或多个安全官员介入性地人工搜索货物。在一些系统中，将中子用在次级检查技术和方法中来探测和/或查明爆炸物和其它材料的存在。例如，RapiscanSystems公司拥有采用慢化232Cf自发裂变源或像d-D或d-T那样的电子中子发生器(ENG)来产生检查货物集装箱的中子的运输工具爆炸物探测系统(VEDS)。在大多数情况下，中子大体上是非准直的，撞击在集装箱的大区域上，非深度敏感的以及提供有限元素信息。因此，这些系统可以探测中等数量的违禁品以及局限于某些类型的材料。采用中子的优点之一是它们与物质的相互作用导致γ射线。这些γ射线是产生它们的元素的特征，因此可以用于导出元素成分。当利用中子探询一个对象时，从该对象的不同部分中产生γ射线信号；通过确定作为时间的函数的单能中子的位置降低信号混合。这又产生作为时间的函数的γ射线信息。由于中子的速度是已知的，所以可以计算产生γ射线的地点。这使得可以来自其它区域的信号的混合小地确定作为深度的函数的扫描区域的元素成分。对于连续产生辐射或以微秒间隔脉冲化的连续波(CW)源，非常难以确定产生γ射线的地点。在对象的前面、中心和后面产生的γ射线会发生叠加，使导出的元素成分混合在一起。例如，如果有一定数量的可卡因处在载纸集装箱的中心，则将存在主要来自纸张和少量来自可卡因的γ射线，在该情况下，可能仍然探测不到可卡因。这是因为由于衰减，中子在前面比在中心多地发生相互作用，由于没有时间(深度)信息，来自可卡因的元素信号(非常小信号)与纸张的元素信号(更丰富信号)累加在一起。例如，可卡因的信号是C＝4和O＝1(C/O＝4)。纸张的信号是C＝10和O＝10(C/O＝1)。测量的信号是C/O为1.3的C＝14和O＝11。但是，如果存在时间(深度)信息，则将来自前面、中心和后面的信息分离成离散、可探测信号。因此，由于作为深度的函数的信号的混合，TNA(热中子分析)效果不怎么好。举例来说，在脉冲快中子分析(PFNA)技术中，高能脉冲氘束撞击在氘靶上，产生强纳秒级脉冲中子束，这使得可以确定正受到检查的区域的元素含量。通过准直的使用获得横截面(x-y)映像，以及使用飞行时间(ToF)技术获得深度(z)图。PFNA可以用于初级检查和/或用于次级检查。在次级做法中，初级系统(PFNA、x射线等)识别怀疑包含违禁品、然后利用准直中子束检查的区域。尽管PFNA是非常强有力的技术，但基于这种技术的系统既庞大又昂贵，这限制了它的部署。类似地，相关的α粒子成像(API)采用部分准直中子束来检查对象，从而可以确定对象的元素图。通过探测相对于发射中子的方向180°发射的相关α粒子方向获得横截面元素图。深度图也是使用ToF技术而不是使用脉冲中子束获得的，对α粒子的探测提供开始时间。当来自发生器的氘击中氚靶时，核反应导致相互180°产生的α粒子和中子。首先探测到α粒子，因为α探测器近。因此，可以用于启动确定相关中子在何处的时钟。如果在t＝0时，中子在10cm上，则在t＝1ns时，它将在15cm上，以及在t＝2ns时，它将在20cm上，因为中子以近似5cm/ns运动。由于α粒子和中子诱发γ射线测量的随机符合，所得信号受限制最大中子输出的高本底影响。这要求将中子输出降低到这种本底低的水平，但导致检查时间延长，降低了吞吐量。虽然已经使用了采用与PFNA和API类似的技术的d-D和d-T中子发生器，但由于尺寸和成本的限制，或作为低中子产额的结果的长检查时间，它们未得到广泛部署。d-D中子发生器采用撞击在氘气靶上以便以～8.5MeV的束能量产生中子束的氘束。d-T中子发生器使用氘(2H)-氚(3H)反应产生中子。加速束中的氘原子与靶中的氘和氚原子熔合产生中子和α粒子。因此，需要适合部署的小型、低成本、高强度、特定材料初级和次级检查系统和方法。作为次级检查方法和系统，需要那种方法和系统可以高吞吐量地在相对较短检查时间内查明或确认初级系统的警报。因此，所需的是导致检查时间短的小型、高产额和可部署定向中子检查系统。
技术实现思路
本说明书描述了基于飞行时间的中子检查系统。该系统采用快中子的准直束来探询可疑货物，以便作为深度的函数地确定元素信息。然后分析该元素成分以确定违禁品的存在。在一个实施例中，采用了纳秒级脉冲、小型和高产额d-T发生器。在一个实施例中，该系统可以用于初级检查，以及以入口、门框或可移动配置实现。在另一个实施例中，该系统可以用于辨别材料的次级检查，以降低假报警率，降低高成本和缩短与人工开箱相联系的时间。在一个实施例中，通过初级系统或由操作人员将受到检查的对象识别为包含潜在危险品，然后将其输送到本专利技术的系统作次级检查。在一个实施例中，初级系统以受到检查的对象内的小区域为目标。在又一个实施例中，将得到适当准直的API发生器应用于次级检查。以小区域为目标使得可以提高API发生器的强度，因为以前用于探询大区域的强度现在集中到较小斑点上，因此将中子输出提高到本底低的水平上，并且使得可以缩短检查时间。在一个实施例中，本说明书描述了检查对象中的可疑区域的系统，其包含：纳秒级脉冲氘发生器，所述发生器包含产生氘离子的束的离子源、和将氘离子的束成形成窄脉冲宽度的离子过滤器、斩波器和聚束器；当受到氘离子的脉冲束撞击时产生脉冲中子的氚靶；将脉冲中子对准可疑区域的可动准直器；探测脉冲中子与可疑区域相互作用之后产生的γ射线的γ射线探测器；以及分析来自该探测器的飞行时间(ToF)数据以确定可疑区域中的材料的处理单元。在一个实施例中，该纳秒级脉冲氘发生器产生至少109个中子/秒。在一个实施例中，该处理单元使用ToF数据作为深度的函数地将来自γ射线探测器的信号映射到可疑区本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检查对象中的可疑区域的系统，包含：生成至少109个中子/秒的纳秒级脉冲氘发生器，所述发生器包含产生氘离子的束的离子源、和将氘离子的束成形成窄脉冲宽度的离子过滤器、斩波器和聚束器；当受到氘离子的脉冲束撞击时产生脉冲中子的氚靶；将脉冲中子对准可疑区域的可动准直器；探测脉冲中子与可疑区域相互作用之后产生的γ射线的γ射线探测器；以及分析来自该探测器的飞行时间(ToF)数据以确定可疑区域中的材料的处理单元。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.01 US 61/654,6561.一种检查对象中的可疑区域的系统，该系统包含：产生中子和相应α粒子的d-T中子发生器；将中子引向可疑区域的中子束准直器，其中使用包含硼酸聚乙烯、钨、钢、铜和铅的至少一种的层将所述准直器屏蔽起来以降低在该准直器中产生的中子泄漏和γ射线；相对于可疑区域180°放置以探测α粒子和确定生成中子的时间的α粒子探测器，其中该α粒子探测器被准直到与该中子束准直器相同的角开孔；探测中子与可疑区域相互作用之后产生的γ射线的γ射线探测器，其中所述γ射线探测器被屏蔽起来，以防止热和超热捕获；以及根据生成中子的时间和产生的γ射线的时间谱，作为深度的函数地确定可疑区域的元素成分的处理单元。2.如权利要求1所述的系统，其中该d-T中子发生器的总中子输出至少是109个中子每秒。3.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：J本达汉，V索洛夫延，
申请(专利权)人：拉皮斯坎系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US