X射线与光中子透射成像复合探测方法研究

The detection of contrabands concealed in marine container or air cargo is a research interest to fulfill the request of anti-terrorism. Though X-ray based technique has been well developed and applied worldwide, its intrinsic drawback that can not provide materials identification information hinders its further application in homeland security. The idea of fusing the information of single energy photon's attenuation and 14MeV neutron's attenuation together to enhance the materials identification capability has been proved to be feasible by other researchers. But neutron generator is not suitable in real application for its short lifetime and low neutron yield. In this project, a photoneutron convertor will be used to convert part of X-ray to photoneutron and forms a X-ray/photoneutron combined source. Both X-ray and photoneutron are emitted from the source and transmit the marine container or air cargo in one direction to the combined detector simultaneously. The combined detector should be able to measure X-ray and photoneutron simultaneously and acquire their attenuation information. The combination of them will be researched to realize the materials identification. The imaging method of photoneutron will also be researched to implement photoneutron radiography. The fusion of neutron image and X-ray image will help the identification of contrabands in marine container or air cargo.

在大型货物安检中，为了能够检出爆炸物、核材料等涉及恐怖活动的危禁品，需要大型货物安检系统不但能够看到货物的形状，更应该能够看到货物的物质种类。这就需要结合X射线透射成像和中子透射成像来实现，其中中子透射成像需要高产额、长寿命、稳定性好的中子源，本项目中采用由X射线打靶产生中子，称为光中子源。同时透过靶的X射线强度依然很高，和光中子一起构成X射线与光中子复合源。本项目将主要研究复合射线成像系统中的射线探测方法和物质识别方法，这是X射线与光中子透射成像技术的关键组成部分。由于来自射线源的X射线和光中子是同时穿过货物打到探测器系统上的，因此，该探测器系统应该具有同时测量X射线和光中子强度信息的能力。该复合射线探测器系统由多个探测单元构成，具有空间位置分辨能力，经过对货物一次扫描，即可同时得到货物的X射线和光中子透射图像。经过对两幅图像的处理，可以进行货物种类识别，得到含有货物种类信息的融合图像。

安全检测技术被应用于关系到国土安全以及普通民众生命财产安全的方方面面，其性能的不断提升是国家与社会的持续需求。采用X射线与中子联合成像可以提高针对危禁品的鉴别能力，是安全检测技术发展的重要方向。光中子源能够同时提供X射线与光中子，且中子产额高，系统稳定性好，X射线与中子来自同一个源，结构简单，是用于X射线与中子联合成像的理想选择，中子产额可达1010~1011n/s。.针对光中子源的强X射线场下探测光中子困难的特点，采用慢化延时的方法，并通过新颖的探测系统设计，成功解决了慢化过程导致的空间分辨率恶化的问题。能够在强X射线场下获得较高的光中子探测效率（29%@25.3meV），对大型物件空间分辨率可达到2cm。项目设计完成了完整的实验系统，包括液闪探测器，聚乙烯屏蔽壳设计，以及n/γ甄别电路和数采系统等。开展了中子成像物质识别实验研究，表明中子和X射线复合成像可以实现物质成分的有效识别。.针对小型物件中子成像，开展了中子灵敏MCP探测器的进一步研究，以达到高的空间分辨率。基于直径为106 mm的大面积中子敏感微通道板，给出了腔体的改进版本和新的夹具设计，使得探测器的安装更加方便，重量大大减轻。探测器获得了34%@25.3meV的探测效率，是目前国内国际上最高的。利用热中子束线获得了88 μm的位置分辨，成像面积为8012 mm2，目前此nMCP探测器在国内外相关研究中具有最大的成像面积。所做工作对于进一步开展更大面积的微通道板中子成像研究，包括新型的读出方法研究，探测器真空封装的进一步优化以及更大面积的中子微通道板研制奠定了基础，具有较为重要的参考意义。.项目开展了新型涂硼气体中子探测器的研究，已经取得了很好的实验结果，预期可以实现一种大面积、易于制造、价格便宜的气体中子探测器。