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上海长方光学仪器有限公司

中核集团自研“背散射成像技术”打造新型核反恐与安保装备

2020-06-30 16:44:52  来源:仪器网整合 浏览量:466次
【导读】中X射线透射技术是安检设备常用的检测技术,而背散射技术能打破透射技术不易发现爆炸物等违禁品的瓶颈。

违禁品指法律规定不准私自制造、购买、使用、持有、储存、运输进出口的物品。不同的国家规定的禁品不同。在我国,为维护社会主义建设和人民生命财产安全,法律规定武 器、弹 药、爆 炸 物品(如炸 药、雷 管、导 火 索等)、剧毒 物品 (氰 化 钠、氰 化 钾等),麻 醉 剂 (鸦 片、海 洛 因,吗 啡 等)、放射性物品等均为违禁品。

近期,中核集团原子能院核技术所自主研制的移动式X射线背散射车辆违禁品检测装备、X射线透射和背散射一体化包裹违禁品检测装备,顺利通过国家安全防范报警系统产品质量监督检验中心和公安部安全防范报警系统产品质量监督检验测试中心的现场检测。

这两款核反恐与安保装备是运用原子能院多年积累的透射与背散射成像技术研发的新型产品,突破了X射线扫描方式构建等关键技术,具有自主知识产权。核技术目前广泛应用于核反恐与安保领域,其中X射线透射技术是安检设备常用的检测技术,而背散射技术能打破透射技术不易发现爆 炸 物等违禁品的瓶颈。

图1.jpg

背散射成像技术

简称BSE,是一种基于扫描电子显微镜(SEM)的微结构晶体学表征技术,通常用于研究晶体或多晶材料。该技术可以提供有关材料中的结构,晶体取向 ,相或应变的信息。传统上,这些类型的研究是使用X射线衍射(XRD),中子衍射和/或电子衍射进行的在透射电子显微镜中。

对于EBSD测量,将一个平坦/抛光的晶体样品以相对于衍射相机的高度倾斜角度(与水平方向成〜70°)放置在SEM室中,以增加所得电子背散射衍射图的对比度。所述荧光体屏幕位于SEM的样品室中,在大约90°到磁极片的角度,并且被耦合到从荧光屏将图像聚焦到CCD相机一个紧凑的透镜。在这种配置下,一些进入样品反向散射并可能逸出的电子。当这些电子离开样品时,它们可能以与周期性原子晶格间距有关的布拉格条件离开平面的晶体结构和衍射。这些衍射电子可以逸出材料,一些电子会碰撞并激发荧光粉,从而发出荧光。

在实验上,EBSD使用配备了EBSD检测器的SEM进行,该检测器至少包含荧光屏,紧凑型镜头和低光CCD相机。市售的EBSD系统通常配备两个不同的CCD摄像机之一:为了快速测量,CCD芯片的原始分辨率为640×480像素;对于更慢,更敏感的测量,CCD芯片分辨率可以达到1600×1200像素。高分辨率探测器的最大优势是灵敏度更高,因此可以更详细地分析每个衍射图样中的信息。对于纹理和方向测量,将衍射图进行装箱,以减小其尺寸并减少计算时间。现代的基于CCD的EBSD系统可以将图案索引速度提高到1800 /秒。这使得能够生成非常快速且丰富的微结构图。

X射线投射检测技术

是利用射线穿过物质,并被其衰减来实现检测的,此技术的演化经过了低劣的微光图像获取,有噪声的电离放射线荧光屏成像和高分辨率清晰的数字图象设备等几个阶段。X射线检测技术是无损检测技术的一种。X射线不能直接测量,在测量前必须把它转化为可测量的量,有照相法和电信号法两种X射线检测技术。照相法是把X射线的方位和强度转换成照片面积上相应位置的黑度,然后进行直接测量,或辅以测微光度等仪器对低频进行测量。

X射线检测三种常见方式:

1、X射线小角散射

当X射线照射到试样上时,如果试样内部存在纳米尺寸的密度不均匀区,则会在入射束周围的小角度区域内出现散射X射线,这种现象称为X射线小角散射或小角X射线散射。根据电磁波散射的反比定律,相对于波长来说,散射体的有效尺寸越大则散射角越小。因此,广角X射线衍射关系着原子尺度范围内的物质结构,而小角X射线散射则相应于尺寸在零点几纳米至近百纳米区域内电子密度的起伏。纳米尺度的微粒子和孔洞均可产生小角散射现象。这样,由散射图形的分析,可以解析散射体粒子体系或多孔体系的结构。这种方式对样品的适用范围宽,不论是干态还是湿态都适用,无论是开孔还是闭孔都能检测到。

2、X射线层析摄像法

近些年来,X射线层析摄像技术已成为获取多孔材料内部结构无损图像的有力工具。该技术可很好的表征多孔体的显微构造,被成功地应用于多孔结构及其变形模式的研究,这与X射线在该类材料中的低吸收有关。由于这种低吸收,X射线层析摄像法可用于对大块的多孔材料进行研究,而致密材料则须切成小块。这种方法的第二个优点就是可对多孔体的大变形实现无损成像,因而能够观测出多孔体在变形过程中所出现的重要屈曲、弯曲、或断裂等现象。X射线层析摄像技术可对微结构(可细至纳米尺度)进行定量的无损检测,空间分辨尺度可达10纳米左右。

3、射线折射分析法

定量的二维X射线折射层析摄像技术可用来改进材料的无损检测,如用于生物医学陶瓷、工业陶瓷、高性能陶瓷、复合材料和其他异质材料。该方法基于来自微结构界面的X射线折射率差异而产生的X射线折射超小角散射探测技术,可直接检测得出尺寸范围在微米级至纳米级范围的内部表面数量和位置。折射强度正比于内表面密度,即式样的表面积与单位体积之比率。它通过已知晶粒尺寸和堆积密度的均匀粉末来进行校准标核而确定。在对样品做扫描时,每个分离的散射体即代表对应的局部积分界面性质。通过同时测定X射线的折射值和吸收值,可以分析出局部内表面和局部孔率两者之间的波动关系。

    新闻来源:中核集团


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2020-06-30 16:44:52
标签:背散射成像技术 , X射线投射检测技术
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