康普頓背散射檢測(cè)理論方法概述

顏靜儒 郭鳳美 王強(qiáng) 鄭玉來(lái)

【摘要】康普頓背散射檢測(cè)是通過(guò)探測(cè)康普頓效應(yīng)的背向散射信息判斷被照射物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的方法。該方法對(duì)原子序數(shù)較輕物質(zhì)的檢測(cè)尤其有效。本文闡述了康普頓背散射檢測(cè)應(yīng)用的基礎(chǔ)理論，為其更好的應(yīng)用提供了方法依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】康普頓 背散射

X射線(xiàn)成像系統(tǒng)作為一種主要安檢技術(shù)手段可以實(shí)現(xiàn)在人員密集場(chǎng)所對(duì)行包等物品的不開(kāi)包快速檢查。X射線(xiàn)成像技術(shù)已由傳統(tǒng)的單能透射發(fā)展為雙能透射，CT成像，X射線(xiàn)背散射法。其中，X射線(xiàn)康普頓背散射（CBS）技術(shù)可以有效提供表層較低原子序數(shù)而密度較高的被檢物的幾何形狀和空間分布特征?？灯疹D背散射檢測(cè)主要是依據(jù)γ或X射線(xiàn)與物質(zhì)相互作用的康普頓效應(yīng)，在被檢測(cè)物體同側(cè)測(cè)量不同位置的康普頓散射光子數(shù)，從而得到被測(cè)物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其主要特點(diǎn)有：輻射源與探測(cè)器位于被測(cè)物體的同側(cè)，可以檢測(cè)大型物體（圖1）;對(duì)低原子序數(shù)的物質(zhì)很靈敏，適宜對(duì)海洛因、炸藥等物品的檢測(cè)。但康普頓散射信號(hào)較弱，需要合理設(shè)計(jì)和優(yōu)化探測(cè)裝置，提高探測(cè)效率。

l 康普頓散射成像原理

光子與物質(zhì)的相互作用主要包括光電效應(yīng)、康普頓散射效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng)，三種效應(yīng)的優(yōu)勢(shì)范圍見(jiàn)圖2所示。三種效應(yīng)隨吸收體物質(zhì)以及光子能量而不同。在光子能量較低時(shí)（小于0.511MeV），光子與物質(zhì)的相互作用主要表現(xiàn)為光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)。

從式（1）、（2）可看出，康普頓效應(yīng)反應(yīng)截面是物質(zhì)原子序數(shù)Z的一次方，隨原子序數(shù)變化較小;而光電效應(yīng)截面隨原子序數(shù)增大而急速上升。根據(jù)這一特點(diǎn)，可通過(guò)探測(cè)康普頓散射光子以突顯較低原子序數(shù)的物質(zhì)（爆炸物、毒品等）。

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