使用宇宙射线电子和μ子的散射和停止辨别低原子重量材料制造技术

公开了用于构建在低‑原子‑质量材料的范围上的宇宙射线带电粒子(包括宇宙射线电子和/或宇宙射线μ子)的散射和停止关系、并且基于构建的散射和停止关系检测和识别暴露于宇宙射线带电粒子的感兴趣的体积(VOI)的内容物的技术、系统和设备。在一个方面，公开了用于构建暴露于宇宙射线带电粒子的一范围的低密度材料的散射‑停止关系的处理。该技术首先确定暴露于来自宇宙射线的带电粒子的在该低密度材料范围内的每种材料的散射参数和停止参数。该技术然后基于与该低密度材料范围相关联的确定的散射和停止参数对，建立该低密度材料范围的宇宙射线带电粒子的散射‑停止关系。

Scatter and stop the use of cosmic ray electrons and muon to identify low atomic weight materials

For the construction of cosmic ray charged particles in the range of low quality materials on the atomic disclosed (including cosmic ray electrons and / or cosmic ray muon scattering) and stop the relationship, and based on the scattering and stop relation detection and recognition of exposure to cosmic ray charged particles of the volume of interest (VOI) technology systems and equipment contents. In one aspect, processing for low density materials to build a scattering range of exposure to cosmic rays of charged particles to stop public relations. The technique first determines the scattering parameters and stopping parameters of each material exposed to the charged particles from cosmic rays in the low density range. Then, based on the technology associated with the low density material to determine the scope of the scattering and stop parameters on the scattering, cosmic ray charged particles to establish the low density material range stop relationship.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本专利文档要求2014年2月26日提交的美国临时专利申请No.61/945,061；2014年8月11日提交的美国临时专利申请No.62/036,050；和2014年11月5日提交的美国临时专利申请No.62/075,788的优先权的权益。上述专利申请的全部内容通过引用合并为本文档的公开的一部分。
本公开中描述的主题总的涉及用于基于宇宙射线断层扫描(tomography)成像和感测的系统、设备和处理。更具体地，公开的技术提供以不仅可以检测并且特性化重核(heavy nuclei)的密集聚集(assemblage)而且可以检测并且特性化中等原子质量材料和轻原子质量材料的聚集的方式应用宇宙射线断层扫描的技术。
技术介绍
宇宙射线成像和感测是利用高穿透宇宙射线产生的诸如μ子的带电粒子的多次库仑散射以不使用人工辐射而执行材料的无损检测的技术。地球连续不断地被来自外太空的能量稳定的带电粒子、主要是质子轰击。这些带电粒子在上层大气中与原子相互作用，以产生包括很多短寿命的介子的带电粒子的簇射，其衰减产生更长寿命的μ子。μ子主要通过库仑力与物质相互作用，不具有核相互作用并且容易地比电子辐射少得多。这样的宇宙射线产生的带电粒子通过电磁相互作用缓慢地损失能量。结果，很多宇宙射线产生的μ子由于高穿透带电辐射而到达地球的表面。在海平面的μ子通量是每分钟每cm2大约1μ子。
技术实现思路
公开了用于构建在低-原子-质量材料的范围上的宇宙射线电子和μ子的散射和停止关系、并且基于构建的散射和停止关系检测和识别暴露于包括电子和μ子的宇宙射线产生的带电粒子的VOI的内容物的技术、系统和设备。在一个方面，公开了用于构建暴露于宇宙射线带电粒子的一范围的低密度材料的散射-停止关系的处理。该处理包括确定在暴露于来自宇宙射线的带电粒子的在一范围的低密度材料范围内的给定材料的散射参数和停止参数。该处理包括创建材料的VOI。该处理包括对于在宇宙射线检测器内部的VOI，确定与材料的VOI相互作用的带电粒子的散射参数，以表示进入和离开VOI的一组宇宙射线带电粒子。该处理包括确定与材料的VOI相互作用的宇宙射线带电粒子的停止参数，以表示进入VOI并且在VOI内部停止的一组宇宙射线带电粒子。该处理包括基于与该范围的低密度材料相关联的确定的散射和停止参数对，建立该范围的低密度材料的宇宙射线带电粒子的散射-停止关系。在一些实现方式中，该处理包括通过在常规集装箱内部放置材料来创建该材料的VOI。在一些实现方式中，常规集装箱包括出货集装箱、车辆或者包装箱之一。在一些实现方式中，该处理包括当常规集装箱为空时，通过分别测量与常规集装箱相互作用的宇宙射线带电粒子的散射和停止参数，确定该常规集装箱的影响。在一些实现方式中，在该范围的低密度材料中的材料具有基本等于或者小于铝的密度的密度。在一些实现方式中，散射和停止参数对的值随着该范围的低密度材料的密度而基本单调增加。在一些实现方式中，该处理包括通过使用基于宇宙射线的检测系统，确定带电粒子的散射参数。基于宇宙射线的检测系统包括在关于VOI的第一位置处的第一组位置敏感宇宙射线带电粒子检测器，用以检测穿透第一组位置敏感宇宙射线带电粒子检测器并且进入VOI的入射宇宙射线带电粒子的事件。基于宇宙射线的检测系统包括在关于VOI并且与第一位置相对的位置处的第二组位置敏感宇宙射线带电粒子检测器，用以检测离开VOI的离去宇宙射线带电粒子的事件。基于宇宙射线的检测系统包括信号处理单元，用以接收来自第一组位置敏感宇宙射线带电粒子检测器的入射宇宙射线带电粒子的信号和来自第二组位置敏感宇宙射线带电粒子检测器的离去宇宙射线带电粒子的信号。该信号处理单元可以至少基于接收到的离去宇宙射线带电粒子的信号，确定散射参数。在一些实现方式中，该检测处理可以包括通过使用接收到的来自第一组位置敏感宇宙射线带电粒子检测器的入射宇宙射线带电粒子的信号以确定入射宇宙射线带电粒子的数目、并且使用接收到的来自第二组位置敏感宇宙射线带电粒子检测器的离去宇宙射线带电粒子的信号以确定散射宇宙射线带电粒子的数目，来确定宇宙射线带电粒子的停止参数。该处理包括通过从入射宇宙射线带电粒子的数目减去散射宇宙射线带电粒子的数目，计算停止宇宙射线带电粒子的原始数目。在一些实现方式中，该处理可以包括校正停止宇宙射线带电粒子的原始数目，以补偿在宇宙射线检测器内部的VOI的放置位置的影响。在宇宙射线检测器的边缘附近的放置位置可能由于位置敏感宇宙射线带电粒子检测器没有检测到的增加数目的散射宇宙射线带电粒子而趋于过度估计停止宇宙射线带电粒子的原始数目。在一些实现方式中，该处理可以包括将停止宇宙射线带电粒子的原始数目除以确定的散射宇宙射线带电粒子的数目以对于在位置敏感宇宙射线检测器的不同位置处的检测效率的变化归一化，来补偿VOI的放置位置的影响。在一些实现方式中，该处理包括校正停止带电粒子的原始数目，以补偿诸如VOI的厚度或者通过VOI中的材料的平均路径长度的样本性质的影响。在一些实现方式中，该处理包括校正确定的散射和停止参数，以补偿VOI的几何形状影响。在一些实现方式中，宇宙射线带电粒子包括宇宙射线电子和/或宇宙射线μ子。在另一方面，用于识别暴露于宇宙射线带电粒子的VOI的内容物的处理包括从与VOI相互作用的入射宇宙射线带电粒子确定散射宇宙射线带电粒子的数目。该处理包括从与VOI相互作用的入射宇宙射线带电粒子确定停止宇宙射线带电粒子的数目。该处理包括将散射和停止宇宙射线带电粒子的数目与对于暴露于宇宙射线带电粒子的一范围的低密度材料获取的宇宙射线带电粒子的建立的散射-停止关系相比较，以确定VOI的内容物是否匹配该范围的低密度材料中的材料。在一些实现方式中，VOI放置在集装箱内部。在一些实现方式中，集装箱可以包括出货集装箱、车辆或者包装箱之一。在一些实现方式中，该处理包括校正集装箱对确定的散射和停止宇宙射线带电粒子的数目的影响。在一些实现方式中，该处理包括通过使用宇宙射线带电粒子检测系统，确定散射宇宙射线带电粒子的数目。宇宙射线带电粒子检测系统包括在关于VOI的第一位置处的第一组位置敏感宇宙射线带电粒子检测器，用以检测穿透第一组位置敏感宇宙射线带电粒子检测器并且进入VOI的入射宇宙射线带电粒子的事件。该系统包括在关于VOI的并且与第一位置相对的第二位置处的第二组位置敏感宇宙射线带电粒子检测器，用以检测离开VOI的离去宇宙射线带电粒子的事件。该系统包括信号处理单元，用以接收来自第一组位置敏感宇宙射线带电粒子检测器的入射宇宙射线带电粒子的信号和来自第二组位置敏感宇宙射线带电粒子检测器的离去宇宙射线带电粒子的信号。该信号处理单元可以至少基于接收到的离去宇宙射线带电粒子的信号，确定散射宇宙射线带电粒子的数目。在一些实现方式中，该处理包括通过使用接收到的来自第一组位置敏感宇宙射线带电粒子检测器的入射宇宙射线带电粒子的信号以确定入射宇宙射线带电粒子的数目，确定停止宇宙射线带电粒子的数目。该处理可以包括通过从确定的入射宇宙射线带电粒子的数目减去确定的散射宇宙射线带电粒子的数目，计算停止宇宙射线带电粒子的原始数目。在一些实现方式中，该处理还包括校正停止宇宙射线带电粒子的原始数目，以补偿VO本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于识别暴露于宇宙射线带电粒子的一范围的低密度材料的散射‑停止关系的方法，所述方法包括：在带电粒子检测系统处将位于感兴趣的体积(VOI)内的所述范围的低‑密度材料暴露于宇宙射线带电粒子；确定与进入VOI、与位于VOI内的所述范围的低密度材料相互作用并且离开VOI的暴露宇宙射线带电粒子的子集相关联的散射信号；以及确定与进入VOI、与位于VOI内的所述范围的低密度材料相互作用并且在VOI内部停止的暴露宇宙射线带电粒子的子集相关联的停止力；以及至少部分基于确定的散射信号和停止力，识别所述范围的低‑密度材料的散射‑停止关系。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.26 US 61/945,061;2014.08.11 US 62/036,050;1.一种用于识别暴露于宇宙射线带电粒子的一范围的低密度材料的散射-停止关系的方法，所述方法包括：在带电粒子检测系统处将位于感兴趣的体积(VOI)内的所述范围的低-密度材料暴露于宇宙射线带电粒子；确定与进入VOI、与位于VOI内的所述范围的低密度材料相互作用并且离开VOI的暴露宇宙射线带电粒子的子集相关联的散射信号；以及确定与进入VOI、与位于VOI内的所述范围的低密度材料相互作用并且在VOI内部停止的暴露宇宙射线带电粒子的子集相关联的停止力；以及至少部分基于确定的散射信号和停止力，识别所述范围的低-密度材料的散射-停止关系。2.如权利要求1所述的方法，其中，将位于感兴趣的体积(VOI)内的所述范围的低-密度材料暴露于宇宙射线带电粒子包括将位于感兴趣的体积(VOI)内的所述范围的低-密度材料暴露于自然发生的宇宙射线产生的μ子或电子或者二者。3.如权利要求2所述的方法，其中，一次一种材料地对于所述范围的低-密度材料执行所述暴露、确定散射信号、确定停止力和识别。4.如权利要求2所述的方法，还包括：通过分别测量与空集装箱相关联的散射信号和停止力来确定限定VOI的集装箱的影响。5.如权利要求1所述的方法，其中，所述范围的低密度材料中的至少一种材料具有基本等于或者小于铝的密度的密度。6.如权利要求1所述的方法，其中，所述散射信号和停止力的值随着所述范围的低-密度材料的密度而基本上单调增加。7.如权利要求1所述的方法，其中，确定散射信号包括：从所述带电粒子检测系统的第一组位置敏感宇宙射线带电粒子检测器检测来自所述暴露宇宙射线带电粒子的、穿透所述第一组位置敏感宇宙射线带电粒子检测器并且进入VOI的入射带电粒子的事件；从所述带电粒子检测系统的第二组位置敏感宇宙射线带电粒子检测器检测来自所述暴露宇宙射线带电粒子的、离开VOI的离去带电粒子的事件；在所述带电粒子检测系统的信号处理单元处，接收来自所述第一组位置敏感宇宙射线带电粒子检测器的与入射宇宙射线带电粒子的事件相关联的信号、以及来自所述第二组位置敏感宇宙射线带电粒子检测器的与离去宇宙射线带电粒子的事件相关联的信号；以及由所述信号处理单元至少基于接收到的来自所述第二组位置敏感宇宙射线带电粒子检测器的与离去宇宙射线带电粒子的事件相关联的信号，确定所述散射信号。8.如权利要求7所述的方法，其中，确定与VOI相互作用的宇宙射线带电粒子的停止力包括：使用接收到的来自所述第一组位置敏感宇宙射线带电粒子检测器的与入射宇宙射线带电粒子的事件相关联的信号来确定入射宇宙射线带电粒子的数目，并且使用接收到的来自所述第二组位置敏感宇宙射线带电粒子检测器的与离去宇宙射线带电粒子的事件相关联的信号来确定散射宇宙射线带电粒子的数目；以及通过从所述入射宇宙射线带电粒子的数目中减去所述散射宇宙射线带电粒子的数目来计算停止宇宙射线带电粒子的原始数目。9.如权利要求8所述的方法，还包括校正停止宇宙射线带电粒子的原始数目，以补偿VOI在所述带电粒子检测器内部的放置位置的影响。10.如权利要求9所述的方法，其中，校正停止宇宙射线带电粒子的原始数目以补偿VOI的放置位置的影响包括将停止宇宙射线带电粒子的原始数目除以确定的散射宇宙射线带电粒子的数目，以对于在所述宇宙射线检测器的不同位置处的检测效率的变化归一化。11.如权利要求8所述的方法，还包括校正停止宇宙射线带电粒子的原始数目，以补偿VOI的厚度的影响。12.如权利要求7所述的方法，还包括校正确定的散射信号和停止力，以补偿VOI的几何形状影响。13.如权利要求1所述的方法，其中，宇宙射线带电粒子包括宇宙射线电子和/或宇宙射线μ子。14.一种用于识别暴露于宇宙射线带电粒子的感兴趣的体积(VOI)的内容物的方法，所述方法包括：由带电粒子检测系统从与VOI相互作用的宇宙射线带电粒子确定散射宇宙射线带电粒子的数目；从与VOI相互作用的宇宙射线带电粒子确定停止宇宙射线带电粒子的数目；以及将确定的散射和停止宇宙射线带电粒子的数目与暴露于宇宙射线带电粒子的一范围的低密度材料的宇宙射线带电粒子的预定散射-停止关系相比较，以确定VOI的内容物是否匹配所述范围的低-密度材料中的材料。15.如权利要求14所述的方法，其中，VOI被暴露于来自集装箱内部的宇宙射线带电粒子。16.如权利要求15所述的方法，其中，集装箱包括出货集装箱、...

【专利技术属性】
技术研发人员：G布兰皮德，S库马尔，D多罗，C摩根，MJ索桑，
申请(专利权)人：决策科学国际公司，
类型：发明
国别省市：美国;US