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集裝箱檢測地下金屬探測器發展歷程

文章來源:北京圣火大地科技www.dhflcsox.cn

20世紀80年代末,歐洲的三家公司一法國施倫貝謝公司、德國海曼公司 和英國宇航公司,率先研制數字輻射成像集裝箱檢測系統。這些公司最終都選 擇加速器作射線源,它靠加速電子去轟擊鎢靶而產生iti大能量為數百萬電子伏 特的X射線。為了能獲得完整的集裝箱影像.都選用了規模很大的高能①父射 線一維陣列地下金屬探測器,其靈敏區總長度要達到6m〜7m。當時這些公司所用的陣 列地下金屬探測器各不相同,但可歸之為兩種類型:閃爍體-光二極管陣列地下金屬探測器與帶固 體輻射體的多絲正比室。
德國海曼公司采用碘化銫閃爍晶體-光二極管陣地下金屬探測器。這里,人射X射 線通過次級電子使碘化銫晶體產生熒光,而光二極管將所接受到的閃爍熒光轉 化為輸出信號電荷。每一組碘化銫晶體與光二極管構成陣列地下金屬探測器的一個探測 器元,其輸出信號代表了所在處的輻射強度。大量這樣的地下金屬探測器元沿線排列•即 構成一維陣列地下金屬探測器。
英國宇航公司也采用閃爍體-光二極管陣列地下金屬探測器。但是,它們用的是鎢酸 鎘閃爍晶體,其平均原子序數和密度都超過碘化銫閃爍晶體,有更好的探測 性能。
法國公司采用它們發明并申請了 20多國(含中國)專利的“帶固體輻射體多 絲正比室”[3]。這種陣列地下金屬探測器以鉭金屬片為固體輻射體,使之與人射X線成 微小的掠角。同時,在該固體輻射體兩脷,按序排列設置了一系列正比放電絲。 每根正比放電絲是陣列地下金屬探測器的一個地下金屬探測器元。入射X光子同固體輻射體發 生相互作用后,產生次級電子,導致相應位置的正比絲放電并輸出電信號。各正 比絲的輸出信號代表了所在位置的輻射強度。
1991年,清華大學承接了國家科委“八五”攻關項目——大S集裝箱檢測技 術研究,研制加速器型集裝箱檢測系統。當時首先遇到的技術難關就是研制髙 能X射線陣列地下金屬探測器。
通過調查研究,認識到閃爍體-光二極管陣列地下金屬探測器存在相當嚴重的輻照損 傷問題。由于閃爍晶體及半導體材料都是單晶體,因而均不耐輻照,所接受的輻 照劑錄一般不得超過103Gy。按照當時集裝箱檢測系統的輻射水平,這種陣列
地下金屬探測器使用不到一年就會發生性能變化。同時,低噪聲光二極管述必須依賴進 口,價格昂貴。
法國公司研發的帶固體輻射體多絲正比室的使用壽命也只保證一年,而且 由于是按流氣模式工作,除電路外還必須包括氣路系統,并定期更換氣體鋼瓶。 同時,由于在鉭金W片上產生的次級電子的出射方向并不一定垂直其表面,因而 某處產生的次級電子不僅引起相應位置的正比絲放電,而且可能引起相鄰的正 比絲也放電。這種電子串擾現象使得圖像處理中必須大量使用反卷積運算.大 大增加了計算工作量與難度。該法國公司也已在中國申請了專利,要購買這種 地下金屬探測器,價格高達250萬美元。
基于以上分析,清華大學核研院決定自行研制商性能、耐輻照、長壽命的新 型陣列地下金屬探測器。在數十年氣體地下金屬探測器工作基礎上,創造性地提出了設計特殊結 構的髙壓充氣陣列電離室的技術設想。經過努力,終于在1993年完成了原理論 證實驗,證明此設想可行,并申報了中國發明專利[4〜7]。1995年,應用了新發明 的這種髙壓陣列電離室成功地獲取了集裝箱檢測圖像,完成了“八五”攻關任務。 1996年1月30日國家科委組織驗收的結論指出:“達到國際先進水平,其中陣 列地下金屬探測器系統屬國際首創”。實踐表明,這種新陣列地下金屬探測器具有探測效率與靈敏 度高、響應時間快、耐輻照、穩定和工作壽命長等特殊優點:8〜|()]。
1996年3月,清華大學核研院提出應用鈷-60探傷機檢測集裝箱的技術設 想,并申報了國家發明專利[11],開始研究鈷-60集裝箱檢測系統。由于鈷-60探 傷機的輻射水平比加速器低數百倍,因而對陣列地下金屬探測器提出了高得多的要求。 研究人員在“八五”攻關技術發明的基礎上,進一步改進結構,提高充氣壓力并改 變氣體成分,使得高壓陣列電離室的靈敏度又提髙了四十余倍!這些改進體現 在新申報的發明專利[12]和實用新型專利⑴]之中。
總的說來,髙壓充氣陣列電離室是清華大學核研院為集裝箱檢測發明的新 型陣列地下金屬探測器。它的發明既保證了“八五”加速器型集裝箱檢測系統的研制成 功,經過改進后又成為研制成功鈷-60集裝箱檢測系統的主要技術憑借。

 
 

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