[发明专利]使用小角度图象测定物体内部结构和组成的检测设备

说明书

本发明涉及用穿透性放射线的小角度偏转测定物体内部结构和组成的方法和装置。

已知的吸收式放射线成象装置，通过记录放射线通过物体后的强度分布，测定一个物体的内部结构。强度分布的变化，是由于通过物体的不同路径的放射线吸收不同所致。对于这样的装置，在物体中放射线的散射产生背景噪音，并减小图象的对比度。为了补偿被散射的放射线的效应，美国专利Ser.No.4,651,002提出，分别用准直器和过滤器记录被散射的放射线，并随后从物体被X射线照射时获得的整个的强度分布中，减去所记录的散射的放射线强度。此美国专利Ser.No.4,651,002测量一总的散射强度，不要求精细调整准直器和过滤器的相对位置。因此，过滤器被设置为一个活动元件，测量大角度的散射。

为了考虑背景散射的放射线，美国专利Ser.No.4,549,307提出特殊的罩，它阻挡入射放射线，并在被检测的物体上形成点。在这些点中，仅背景，即仅散射的放射线被记录。在整个图象上的背景水平从这些点的测量中近似推出，随后从整个的吸收信号减去以获得较高对比度的图象。

如上所述，上述的装置从无偏转地通过物体的放射线的强度分布，鉴别或测定物体的内部结构。如果物体含有的物质仅在吸收性质上有微弱的不同，用这些装置获得的图象会缺少区别含有这些物质的物体的各部分所需要的对比度，因而对所述物体内部结构的成象会要求除吸收射线成象法以外的方法。

英国专利No.2,299,251(1996)提出一个使用从晶体结构的布喇格(Bragg)反射鉴别晶体和多晶物质的装置。该装置的准直器可记录放射线所通过的物体的各个区域的能量谱。在选择角度上反射的多色放射线的能量谱分布具有反射放射线的物质的晶体结构的特征，因此，用能量谱分布数据可以鉴别物质。此方法被提出用于鉴别行李中的爆炸物。但是，该方法限于检测具有晶体或多晶体结构的物质。

U.S.S.R专利文件SU1402871(1987)和俄罗斯专利文件RU2012872(1994)描述了一种形成物体内部结构的图象的装置，它使用X射线在具有不同电子浓度的物体部分之间的边界上偏转的效应。折射将X射线偏转达三角秒。这些装置使用单晶体准直入射的放射线和过滤折射的放射线。这些装置的缺点是它们依赖于根据布喇格(Bragg)定律的单晶体反射，因而造成小的孔径比。对于每个波长，在一个偏转间隔内放射线在特定的角度上被反射，所述偏转间隔等于布喇格(Bragg)反射的角度间隔，大约为十角秒。这意味着仅放射线源辐射能量的10^-5被用于物体的成象。

已公布的PCT专利申请No.WO96/17240(1996)描述了使用孔径格栅而不是单晶体来取得较大的孔径比的装置。在这种装置中，在物体前的准直格栅形成一系列窄的微弱扩散射束的入射通量。在物体和检测器间的过滤格栅起散射放射线过滤器的作用。这两个格栅彼此相对设置，使得被分析物体不存在时，穿透性放射线通量不会到达检测器。当成象时，物体相对于检测器不动，检测射线的空间频率和位置确定物体被X射线照射的部分的位置和大小。准直格栅最好足够大以包围整个物体，并应具有宽度不大于0.05-0.1mm的不透明区域，以确保在被分析物体中检测不均匀性的合适的分辨率。准直格栅的这两个要求提高装置的造价，并使装置的调节复杂化。

美国专利Ser.Nos.4,751,772；4,754,469；4,956,856；5,008,911和5,265,144描述了检验生物组织和鉴别行李中爆炸物的方法和装置，它是通过记录入射射束方向的1-12度内的角度上散射的相干放射线的谱线。如果X射线的能量足够小，弹性散射放射线的大部分是在那些角度内。如在这些专利中所规定的那样，物体的分析使用窄的准直的单色或多色放射线束。相干地散射的放射线的强度使用一个检测系统测量，所述系统既可分辨放射线的能量又可分辨放射线散射的角度。在这些装置中应用了的几个原理，其中之一是弹性散射放射线(不同于非弹性散射的康普顿(Compton)射线)的能量谱与入射射束的谱线是相同的。弹性散射的放射线的强度具有一个特征性的角度变化，在1-19度的角度间隔中有一个显著的最大值。最大的偏转角取决于被X射线照射的物质，和入射的放射线的能量。因为，小散射角度的相干散射放射线的强度分布取决于目标物质的分子结构，具有同一吸收性的物质(传统的吸收X线分析不能分辨)常能通过相干放射线的角度散射的强度分布进行辨别。