基于X射线能谱的爆炸物检测算法研究

正确识别行李包裹中的爆炸物是车站、机场等重要出入口处安检工作中极为迫切的需求。x射线技术是目前国内外安检系统中应用最广泛的技术,随着高分辨率光子计数器的发展,多能谱X射线技术应用于安检成为了可能。本文首先介绍了X射线与物质的各种相互作用,重点介绍了光电效应和康普顿散射原理,指出了物质的线性衰减系数与物质等效原子序数、光子能量之间的关系,以及康普顿散射衰减系数与物质电子密度、光子能量之间的关系,这将作为本文实验的理论基础。实验利用一个X射线源和两个高分辨率的探测器,分别采集经过物质吸收衰减以后和发生康普顿散射的光子强度,通过相关算法分别计算出物质的透射衰减曲线和康普顿散射衰减曲线,以此作为物质识别的依据。除此以外,对于具有包装物的物质检测,在已知包装物的材料属性(透射衰减曲线)的前提下,研究了计算被检测物的透射衰减曲线和散射衰减曲线的数学模型,利用最优化方法求解,获得被检测物的衰减曲线。关于透射的实验,首先采用几种常见的等效原子序数与爆炸物相近有机物以及不同浓度的溶液作为实验样本,证实了本文实验系统的分辨能力要大于常规的双能系统。然后用试管和铁皮分别作为包装物,并与直接测量的结果进行对比,成功地验证了本文方法的准确性。关于康普顿散射的实验,首先采用玻璃、木材和石蜡作为实验样本,实验结果与每种材料的真实电子密度进行对比,结果表明本文实验系统可以成功地获得被检物质的电子密度信息。除此之外,通过实验有效地区分出了装在试管中的水和酒精,也成功地识别出了铁皮包装下的几种有机物。实验结果证明,本文的方法对物质识别以及具有包装物的物质检测切实有效,可以应用于爆炸物检测。