對通過重要出入口的人員所攜帶的行李物品進行安全檢查已成為國際上廣泛采用的安全措施。近年來，受航空安全等需要的驅(qū)使，X射線安全檢查技術(shù)得到迅速發(fā)展，并已成為國際上廣泛采用的安檢技術(shù)。本文闡述了X射線安全檢查技術(shù)的基本原理，以及目前常用的X射線安檢方法。

    近年來，在世界范圍內(nèi)各種形式的恐怖事件頻發(fā)，公共安全成為國際社會關(guān)注的焦點。為對付日益猖獗的恐怖活動，各國政府紛紛出臺相應(yīng)政策，包括加強對機場、車站、碼頭等公共場所的安檢措施，并重點加強對爆炸物、毒品等違禁品的檢查力度。但是，由于爆炸物種類繁多，且物質(zhì)形態(tài)千差萬別，要準確、快速地檢查出爆炸物等違禁品，無疑提高了對安檢設(shè)備的技術(shù)要求。

    目前，國際上對爆炸物等違禁品的檢測技術(shù)研究，主要集中在X 射線檢測技術(shù)、中子檢測技術(shù)、電磁測量技術(shù)及蒸氣微粒探測技術(shù)等。其中X 射線檢測技術(shù)是相對成熟且應(yīng)用最廣泛的一項技術(shù)，主要包括X 射線透射法、雙能X 射線檢測法、X 射線散射法、X 射線CT等。這些技術(shù)通過提取被檢物的特征物理量信息，實現(xiàn)對違禁物的檢查。所提取的被檢物的特征物理量，主要是被檢物的密度（ρ）和有效原子序數(shù)（Zeff）信息。理論上，已知物質(zhì)的密度和有效原子序數(shù)就可以準確確定物質(zhì)的類型。但是，目前現(xiàn)有的各種安全檢查方法都存在著不同程度的不足與缺陷，將各種安檢方法相互補充，實現(xiàn)多級檢查是目前安檢中常用的手段。本文詳細闡述X射線安全檢查技術(shù)的基本原理，并介紹目前常用的X射線安檢方法。

原理
    X射線是一種高能的電磁輻射，是由高能電子在物質(zhì)中作減速運動或由原子內(nèi)層軌道電子的躍遷所產(chǎn)生，因其穿透性強，可以穿透包裹、行李等物品，被用來作為安全檢查的射線源。

    X射線產(chǎn)生后，通過準直器形成平面的扇形射線束照射被檢物，經(jīng)過與被檢物的相互作用，該扇形射線束的一部分能量被物質(zhì)吸收，一部分能量被物質(zhì)散射，由于不同種類的材料對X射線的吸收、散射能力不同，所以透射的X射線束到達探測器時的能量也不同。探測器把探測到的X射線能量轉(zhuǎn)化為載流子，并將微小尺寸范圍內(nèi)X射線能量的變化分辨出來，經(jīng)過處理，探測器接收的能量大小以灰度級圖像顯示。再經(jīng)計算機圖像技術(shù)處理后可使行李包裹中危險品和違禁品能被檢查出來。

    X射線穿過物質(zhì)時，其衰減存在以下規(guī)律：


    （1）式中，I0為X射線的入射強度；t為被檢物的厚度；μ為被檢物總衰減系數(shù)； I為出射的X射線強度。根據(jù)X射線與物質(zhì)的相互作用，按其作用原理可分為光電效應(yīng)、康普頓散射效應(yīng)、瑞利散射效應(yīng)和正負電子對效應(yīng)。X射線穿過物質(zhì)時，其總衰減系數(shù)μ為： [nextpage]
    （2）式中，Σ為宏觀界面；N為單位體積原子核數(shù)；σ為總衰減截面；σph為光電吸收截面；σc為康普頓散射截面；σr為瑞利散射截面；σK為電子對截面； A為原子質(zhì)量數(shù)； NA為阿伏加德羅常數(shù)；ρ為物質(zhì)密度。對于原子序數(shù)小的物質(zhì)（如：大部分的爆炸物、毒品）可近似認為：σph為原子序數(shù)Z和入射X光子能量hν的函數(shù)，σc僅為hν的函數(shù)，σr為Z與hν的函數(shù)，當入射光子能量達到兆電子伏時會產(chǎn)生電子對效應(yīng)，一般安全檢查設(shè)備所用X光子能量在千電子伏量級，不會產(chǎn)生電子對效應(yīng)，σK項可忽略。因此總衰減系數(shù)μ是Z、ρ、hν函數(shù)。

    因此，當X光子能量確定時，若只是簡單測量入射的X射線能量I0和出射的X射線能量I，則只能得到μt乘積的值，也就是關(guān)于Z，ρ，t三個變量的函數(shù)f（Z，ρ，t），是無法提取到被檢物的單個特征物理量的。為了把Z值從f（Z，ρ，t）中分離出來，需要再引入條件，構(gòu)建另一獨立的方程。為此引入具有另一能量的X射線束，通過公式1和公式2可以推導出，物質(zhì)對高能X射線衰減與對低能X射線衰減的比值K只與物質(zhì)的原子序數(shù)Z有關(guān)，而與ρ，t無關(guān)，即可以把Z值分離出來。對常見的有機物和無機物而言，Z值與K值是單調(diào)變化的，因此通過對K值的測量可以得到Z的信息。對于化合物和混合物而言，我們使用有效原子序數(shù)Zeff代替Z，兩者的關(guān)系為：

    （3）式中，Zeff為有效原子序數(shù)；Z為元素原子序數(shù)；a為元素原子個數(shù)與總原子個數(shù)的比值。一般而言，金屬的有效原子序數(shù)大于18，無機物的有效原子序數(shù)在10與18之間，而有機物的有效原子序數(shù)往往小于10。

    為獲取被檢物更加豐富的信息，對進入被檢物后被同相散射的X光子特征進行研究。這種背散射信號包括物質(zhì)吸收、散射幾率和散射后的衰減三部分，如下式所示：

    （4）式中，I為射線強度衰減；I0為X射線的初始強度；μ(E) 為吸收系數(shù)；ρ為物質(zhì)密度； t為經(jīng)過厚度；σs為散射截面；θ為散射角。

    當入射光子能量范圍在0.3MeV至10MeV之間，入射光子與多數(shù)物質(zhì)發(fā)生的作用以康普頓散射為主?？灯疹D散射的概率與電子的密度Ne成正比例，電子密度Ne與質(zhì)量密度有關(guān)，因此康普頓散射信號隨著質(zhì)量密度的增大而增強。對于高原子序數(shù)的物質(zhì)，康普頓散射會被光電效應(yīng)所抑制。

    如果物質(zhì)的Zeff越低以及探測器到包裹表面的距離越小，那么康普頓散射信號就越強，反之亦然。這意味著來自淺層區(qū)材料的Z 信息比透射雙能量系統(tǒng)中的信息豐富、靈敏。大多數(shù)爆炸品，尤其是可塑炸藥有較低的Zeff和較高的密度。因此對背散射信號的探測能給包裹表面的低原子序數(shù)的物質(zhì)提供更多的信息，對探測靠近行李表層的爆炸物具有特別重要的意義。

常用的X射線安全檢查技術(shù)
單能X射線法
    X射線透射法是根據(jù)不同物質(zhì)對X射線的衰減系數(shù)不同進行分辨，簡單測量入射的X射線能量I0和出射的X射線能量I，得到μt的乘積。使用這種方法對有效原子序數(shù)大的物質(zhì)（如金屬等）可清晰的成像，檢查效果較好，但對于隱藏在吸收系數(shù)大的物質(zhì)后面的違禁品（如炸藥）則不能探測到，因此檢測能力十分有限。

雙能X射線法
    進而發(fā)展了雙能X 射線檢測技術(shù)，該方法可得到被檢物的有效原子序數(shù)信息，可以將有機物從無機物中分離出來。

    利用高能和低能X射線照射物質(zhì)，測量物質(zhì)對高能X射線衰減與對低能X射線衰減的比值K，從而提取出被檢物的有效原子序數(shù)Zeff。雙能X射線檢測法可得到被檢物的有效原子序數(shù)信息，可以將有機物從無機物中分離出來，如將行李中常見的玻璃等無機物分離出，從而大大提高了檢測的準確率，且檢測速度快、成本較低，成為安檢設(shè)備的主流產(chǎn)品。但雙能X 射線檢測技術(shù)對行李中允許攜帶的有機物（如食品、塑料、織物等生活有機物）和違禁有機物（如TNT、C4、海洛因、可卡因等）的區(qū)分仍有困難。[nextpage]

X射線背散射法
    針對違禁物品多是被隱藏在行李外層的夾層和暗格中的特點，發(fā)展了X射線背散射技術(shù)。它是一項較新的X射線安檢技術(shù)，主要探測物質(zhì)對X光子的康普頓散射信號，因此對Zeff低、密度高且放在行李外層的物品有較好的檢查效果。與雙能量X射線檢查法相比，X射線背散射法獲取的行李外層的信息更豐富、靈敏，從而可進一步提高檢查準確率，尤其是對有較低Zeff和較高密度的塑性炸藥等效果很好。

    近年來，X射線背散射技術(shù)也應(yīng)用在大型物品的安全檢查中。利用車輛偷運炸藥、毒品和人員偷渡等往往是對車輛進行改造，制造厚鐵的暗格、夾層等，因為鐵板對X射線的吸收較強，隱藏于厚重鐵板后的炸藥、毒品等有機物在傳統(tǒng)的X射線檢查中被遮擋，難以發(fā)現(xiàn)。但有效原子序數(shù)低的有機物（毒品和爆炸物等）對X射線的散射效應(yīng)強，利用X射線背散射方法可實現(xiàn)對原子序數(shù)低的有機物（毒品和爆炸物等）的探測，特別是對位于被檢物淺層區(qū)（夾層等）的有機物探測其散射信號很強。圖1為被檢車輛的多視角X射線背散射圖像，可以清晰的看到隱藏在汽車前、后夾層中的違禁品及隱藏在車頂夾層中的偷渡人員。但是，X射線背散射法仍無法同時獲取有效原子序數(shù)和密度信息，對行李內(nèi)部和部分塑性炸藥也無法檢查。

    在安檢中，由于包裹行李中存在被檢物品繁雜且相互重疊、遮擋、混放的現(xiàn)象，為安全檢查帶來困難。目前，將X射線雙能量和背散射技術(shù)結(jié)合，可提供安檢員更多的信息，以提高檢查準確率，提高檢測的準確性，降低誤報率?，F(xiàn)已應(yīng)用在集裝箱檢查、車輛檢查、包裹行李檢查、人體檢查等安全檢查方面。

結(jié)論
    目前，多種X射線探測技術(shù)廣泛應(yīng)用于安全檢查的各個領(lǐng)域，但還沒有出現(xiàn)能單獨提供物質(zhì)的有效原子序數(shù)和密度信息的安檢產(chǎn)品。每種探測技術(shù)都有一定的優(yōu)勢和局限性及針對性。總之，多種技術(shù)融合及多級檢查是安檢設(shè)備發(fā)展的方向之一。