ITTO20070167A1 - Dispositivo e metodo per la generazione di raggi x aventi differenti livelli di energia e sistema di discriminazione di materiali - Google Patents

Dispositivo e metodo per la generazione di raggi x aventi differenti livelli di energia e sistema di discriminazione di materiali Download PDF

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ITTO20070167A1
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Zhiqiang Chen
Jianjun Gao
Jinsheng Liu
Yaohong Liu
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Description

DESCRIZIONE
CAMPO DELL'INVENZIONE
La presente invenzione è relativa ad un linac di elettroni (acceleratore lineare di elettroni) per la formazione di immagini radiografiche di oggetti di dimensioni grandi e medie, più in particolare ad un dispositivo di accelerazione lineare di elettroni per generare raggi X aventi livelli di energia diversi e un relativo metodo così come un sistema di discriminazione di materiali, che può discriminare il materiale contenuto negli oggetti di dimensioni grandi e medie come ad esempio merci o contenitori di merci per aria.
STATO DELLA TECNICA
Il sistema dì controllo di merci esistente basato sulla formazione di immagine radiografica fa in generale sì che una singola radiazione di energia interagisca con l'oggetto in fase di controllo, e rilevi quindi la radiazione che è penetrata nell'oggetto in fase di controllo per ottenere un'immagine. Anche se tale sistema può riflettere la variazione di forma e spessore di massa dell'oggetto sotto controllo, non può discriminare la proprietà del materiale dell'oggetto sotto controllo.
Dato che la preoccupazione dell'antiterrorismo globale cresce, i requisiti di controllo per articoli pericolosi e proibiti sono aumentati, per cui si sono proposti vari mezzi di rilevamento, in cui un metodo di discriminazione di materiali che impiega la formazione di immagini a raggi X a doppia energia può ottenere la discriminazione tra i numeri atomici effettivi delle sostanze, e pertanto è utilizzato ampiamente nel campo dell'energia bassa (< 450 keV). Come è ben noto, gli effetti di assorbimento fotoelettrico e dispersione di Compton predominano quando i raggi X all'interno della gamma di bassa energia interagiscono la sostanza. Dato che il rapporto tra l'indice di attenuazione corrispondente all'effetto di assorbimento fotoelettrico e il numero atomico è μρhotoo Z<4>, il metodo a doppia energia è ben in grado di distinguere la differenza tra vari numeri atomici.
Tuttavia, quando i raggi X all'interno della gamma di energia elevata (>lMeV) interagiscono con la sostanza, gli effetti dì generazione dì coppia dì elettroni e dispersione di Compton predominano, e il rapporto tra l'indice di attenuazione corrispondente all'effetto di generazione di coppia di elettroni e il numero atomico è μρarioc Z, che rende la sensibilità del metodo a doppia energia bassa nella distinzione di numeri atomici nella gamma di energia elevata. Così, il requisito di precisione di rilevamento di sistema è molto elevato. Il Brevetto Statunitense No.
6069936 e la domanda internazionale WO 0043760 descrivono entrambi che viene impiegata una sorgente a raggi X singola ad elevata energia, e due fasci di raggi X aventi spettri di energia diversi sono ottenuti attraverso l'assorbimento del materiale specifico. Tuttavia, dato che un singolo raggio X ad elevata energia genera soltanto uno spettro di energia originale, gli spettri di energia di due raggi di radiazione ottenuti attraverso l'assorbimento di materiale specifico diventeranno quasi identici dopo che i due fasci di raggi aventi spettri dì energia diversi passano attraverso l'oggetto controllato di grande spessore di massa e di conseguenza si attenuano. In questo momento è impossibile distinguere il numero atomico effettivo della sostanza. Se due fasci di raggi X ad elevata energia aventi livelli e spettri di energia originali diversi sono generati rispettivamente utilizzando sorgenti a bassa radiazione allo scopo di identificare il materiale, il sistema sarà troppo complesso e costoso.
Di conseguenza, è stato considerato non pratico implementare il controllo di oggetti di grandi dimensioni e la discriminazione di materiali da parte del metodo a doppia energia nella gamma di energia elevata.
RIEPILOGO DELL'INVENZIONE
Tenendo presente il suddetto problema della tecnica anteriore, si è realizzata la presente invenzione. Uno scopo della presente invenzione è quello di prevedere un linac di elettroni per generare raggi X aventi livelli di energia diversi e un relativo metodo così come un sistema di discriminazione di materiali, che possono generare alternativamente fasci di elettroni aventi spettri di energia diversi, i livelli di energia dei quali sono distinti uno dall'altro, e alternativamente generare raggi X aventi spettri di energia diversi tramite l'utilizzo di obiettivi di fasci di elettroni. Facendo sì che i raggi X di due livelli di energia interagiscano con la sostanza, è possibile controllare in modo non distruttivo oggetti di dimensioni grandi e medie e identificare il materiale contenuto .
Secondo un primo aspetto della presente invenzione, è previsto un dispositivo per generare alternativamente raggi X aventi livelli di energia diversi comprendenti: mezzi di modulazione di impulsi per generare una prima tensione a impulsi, una seconda tensione a impulsi, una terza tensione a impulsi e una quarta tensione a impulsi; mezzi di generazione di fasci di elettroni per generare un primo fascio di elettroni avente un primo carico di fascio e un secondo fascio di elettroni avente un secondo carico di fascio, rispettivamente, basandosi sulla prima tensione a impulsi e la seconda tensione a impulsi; mezzi di generazione di microonde per generare una prima microonda avente una prima potenza e una seconda microonda avente una seconda potenza, rispettivamente, basandosi sulla terza tensione a impulsi e la quarta tensione a impulsi; mezzi di accelerazione di fasci di elettroni per accelerare il primo fascio di elettroni e il secondo fascio di elettroni rispettivamente utilizzando la prima microonda e la seconda microonda per ottenere il primo fascio di elettroni accelerato e il secondo fascio di elettroni accelerato; e un obiettivo da colpire da parte del primo fascio di elettroni accelerato e il secondo fascio di elettroni accelerato per generare un primo raggio X e un secondo raggio X aventi livelli di energia diversi.
Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, i mezzi di generazione di fasci di elettroni comprendono un cannone di elettroni controllato a griglia, e i mezzi di modulazione di impulsi comprendono un alimentatore le cui ampiezze di impulso di griglia si alternano.
Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, il primo carico di fascio è maggiore del secondo carico di fascio, e la prima potenza è minore della seconda potenza.
Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, il primo carico di fascio è minore del secondo carico di fascio, e la prima potenza è maggiore della seconda potenza.
Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, i mezzi di generazione di microonde modificano alternativamente l'intensità del campo magnetico in sincronizzazione con la terza tensione a impulsi e la quarta tensione a impulsi per generare la prima microonda e la seconda microonda.
Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, i mezzi di generazione di microonde sono un magnetrone o klystrone.
Secondo una forma di realizzazione della presente invenzione, i mezzi di accelerazione di fasci di elettroni sono un tubo di accelerazione a onde in movimento o un tubo di accelerazione a onde stazionarie.
Secondo un altro aspetto della presente invenzione, è previsto un sistema di discriminazione di materiali comprendente: il dispositivo come sopra descritto; mezzi di controllo di sincronizzazione per generare un segnale di controllo di sincronizzazione; mezzi di rilevamento per rilevare raggi X dopo che il primo raggio X e il secondo raggio X generati dal dispositivo interagiscono con l'oggetto controllato, basandosi sul segnale di controllo di sincronizzazione generato dai mezzi di controllo di sincronizzazione, per generare segnali digitali; e mezzi di elaborazione di immagini e discriminazione di materiali per classificare i segnali digitali per l'oggetto controllato con una curva di taratura predefinìta per discriminare il materiale dell'oggetto controllato.
Secondo un altro aspetto della presente invenzione, è previsto un dispositivo per generare alternativamente raggi X aventi livelli di energia diversi comprendente: mezzi di modulazione di impulsi per generare una prima tensione a impulsi e una seconda tensione a impulsi; mezzi di generazione di fasci di elettroni per generare un primo fascio di elettroni avente un primo carico di fascio e un secondo fascio di elettroni avente un secondo carico di fascio, rispettivamente, basandosi sulla prima tensione a impulsi e la seconda tensione a impulsi; mezzi di generazione di microonde per modificare l'intensità del campo magnetico in sincronizzazione con la prima tensione a impulsi e la seconda tensione a impulsi per generare una prima microonda avente una prima potenza e una seconda microonda avente una seconda potenza; mezzi di accelerazione di fasci di elettroni per accelerare il primo fascio di elettroni e il secondo fascio di elettroni rispettivamente utilizzando la prima microonda e la seconda microonda per ottenere il primo fascio di elettroni e il secondo fascio di elettroni accelerati; e un obiettivo da colpire da parte del primo fascio di elettroni accelerato e il secondo fascio di elettroni accelerato per generare un primo raggio X e un secondo raggio X aventi livelli di energia diversi.
Secondo un altro ulteriore aspetto della presente invenzione, è previsto un metodo per generare alternativamente raggi X aventi livelli di energia diversi comprendente le fasi di: generare una prima tensione a impulsi, una seconda tensione a impulsi, una terza tensione a impulsi e una quarta tensione a impulsi; generare un primo fascio di elettroni avente un primo carico di fascio e un secondo fascio di elettroni avente un secondo carico di fascio, rispettivamente, basandosi sulla prima tensione a impulsi e la seconda tensione a impulsi; generare una prima microonda avente una prima potenza e una seconda microonda avente una seconda potenza, rispettivamente, basandosi sulla terza tensione a impulsi e la quarta tensione a impulsi; accelerare il primo fascio di elettroni e il secondo fascio di elettroni rispettivamente utilizzando la prima microonda e la seconda microonda per ottenere il primo fascio di elettroni e il secondo fascio di elettroni accelerati; e colpire un obiettivo con il primo fascio di elettroni accelerato e il secondo fascio di elettroni accelerato per generare un primo raggio X e un secondo raggio X aventi livelli di energia diversi.
Come risultato, i fasci di elettroni accelerati aventi livelli di energia diversi possono essere ottenuti modificando in modo sincrono l'intensità di carico di fascio dell'acceleratore. Nel frattempo, la differenza di livello di energia tra due fasci di elettroni accelerati può essere ulteriormente allargata modificando in modo sincrono la potenza a microonde alimentata nel tubo di accelerazione. I raggi X, che derivano dagli obiettivi da parte dei due fasci di elettroni aventi livelli di energia diversi, presentano una grande differenza tra i livelli di energia, cioè una grande distinzione tra gli spettri di energia dei due fasci a raggi X.
Con la presente invenzione, modificando i parametri prestabiliti rilevanti per modificare le tensioni a impulsi del cannone di elettroni e la potenza a microonde, si possono ottenere i fasci di elettroni aventi livelli di energia diversi e in tal modo i raggi X aventi livelli di energia diversi. Questo non richiede alcuna variazione strutturale nell'acceleratore e consente di rispettare i requisiti di una varietà di applicazioni.
In aggiunta, i raggi X ad elevata energia generati alternativamente con una grande differenza di energia possono implementare la discriminazione di materiali per oggetti di dimensioni grandi e medie con una precisione superiore.
Inoltre, la presente invenzione realizza una rapida commutazione tra due livelli di energia diversi tramite configurazione di circuito, superando in tal modo la limitazione del commutatore di energia convenzionale con una struttura meccanica, cioè il commutatore meccanico ha difficoltà a effettuare una rapida commutazione tra due livelli di energia diversi e ha una breve durata.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
La Figura 1A illustra la caratteristica di emissione di elettroni di un cannone di elettroni; la Figura 1B è un diagramma schematico di energia di elettroni accelerata che varia con il carico del fascio;
la Figura 1C è un diagramma schematico dell'energia di elettroni accelerati che varia con la potenza di microonde alimentata;
la Figura 2 è un diagramma schematico del rapporto di parametri tra i rispettivi sistemi principali dell'acceleratore mentre si generano alternativamente raggi X aventi livelli di energia diversi secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;
la Figura 3 è un diagramma schematico della variazione dell'energia di elettroni accelerati quando si modifica simultaneamente il carico di fascio e la potenza di microonde alimentata;
la Figura 4A è un diagramma schematico strutturale del linac di elettroni secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;
la Figura 4B è un diagramma schematico che illustra un cannone di elettroni bipolare alimentato con potenza basata su divisione nel tempo da due limitatori hard di dimensioni piccole, che costituiscono un modulatore di impulsi 401 come illustrato in Figura 4A e inviano in uscita tensioni diverse;
la Figura 5 è un diagramma schematico della differenza di spettro di energia tra raggi X aventi due livelli di energia diversi, che sono generati dal linac di elettroni secondo una forma di realizzazione della presente invenzione; e
la Figura 6 è un diagramma schematico di un sistema di discriminazione, che esegue il controllo non distruttivo sulle merci di contenitore e implementa la discriminazione di materiali utilizzando il linac di elettroni della presente invenzione.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA
DELLE FORME DI REALIZZAZIONE PREFERITE
Qui di seguito, una forma di realizzazione della presente invenzione sarà spiegata in dettaglio con riferimento ai disegni.
La Figura 1A illustra la caratteristica di emissione di elettroni di un cannone di elettroni. La Figura 1B è un diagramma schematico dell'energia di elettroni accelerati variabile con il carico di fascio. La Figura 1C è un diagramma schematico dell'energia di elettroni accelerati variabile con la potenza a microonde alimentata. La Figura 2 è un diagramma schematico del rapporto di parametri per i rispettivi sistemi principali dell'acceleratore mentre si generano alternativamente raggi X aventi livelli di energia diversi secondo una forma di realizzazione della presente invenzione.
Come è illustrato in Figura 1A, il canale di elettroni ha capacità diverse di emissione di elettroni con ampiezze di tensione diverse. Il modulatore di impulsi per comandare il cannone di elettroni genera tensioni elevate aventi due ampiezze diverse, che fanno si che il cannone di elettroni emetta fasci di elettroni aventi intensità di corrente diverse, cioè fasci di elettroni ottenuti aventi carichi di fascio diversi come illustrato in Figura 2.
L'effetto di carico di fascio è rappresentato dalla formula E = √AP -BI
dove E è l'energia degli elettroni accelerati, I è l'intensità di fascio degli elettroni accelerati, P è la potenza a microonde alimentata nella sezione di accelerazione, e A e B sono costanti prestabilite. Secondo l'effetto di carico di fascio, fasci di elettroni diversi sono accelerati per ottenere fasci dì elettroni ad elevata energia aventi livelli di energia diversi.
La Figura 1B è un diagramma schematico che illustra l'effetto di carico di fascio. Come illustrato nella Curva 2 di Figura 1B, quanto maggiore è l'intensità del carico di fascio, tanto minore è l'energia ottenuta accelerando il fascio nel tubo di accelerazione. Quando l'intensità del fascio di elettroni a impulsi è elevata, cioè l'intensità del carico dì fascio è grande, una piccola potenza a microonde è alimentata nel tubo di accelerazione, ottenendo in tal modo un fascio dì elettroni dì un livello dì energia relativamente basso. Al contrario, quando l'intensità del carico di fascio del fascio di elettroni è piccola, si alimenta una potenza a microonde grande, ottenendo in tal modo un fascio di elettroni avente un livello di energia relativamente elevato .
La Figura 3 è un diagramma schematico della variazione di energia negli elettroni accelerati quando si modifica simultaneamente il carico di fascio e potenza di microonde alimentata. Come illustrato in Figura 3, se la potenza di microonde alimentata è modificata in sincronizzazione con la variazione del carico di fascio, l'energia ottenuta alla fine accelerando i fasci di elettroni varierà ulteriormente dando in tal modo come risultato una maggior differenza di energia tra i fasci di elettroni accelerati aventi due carichi di fascio diversi.
Così, se il primo e il secondo fascio di elettroni aventi carichi di fascio 10a e 11a rispettivamente sono accelerati completamente nella stessa condizione, si otterranno due fasci di elettroni aventi livelli di energia diversi. Nel frattempo, la potenza a microonde alimentata nel tubo di accelerazione è cambiata per produrre la prima e la seconda microonda aventi potenza di microonda 10b e llb, rispettivamente. Come illustrato in Figura 1, la potenza della prima microonda è maggiore di quella della seconda.
La curva 3 di Figura 1C illustra la caratteristica dell'accelerazione di fascio da parte del tubo di accelerazione dotato di potenza di microonde diverse. Come si può vedere in Figura 1C, quando il carico di fascio è fisso, quanto maggiore è la potenza di microonde alimentata, tanto maggiore è l'energia ottenuta accelerando il fascio. Se il sistema opera nella prima modalità, cioè la modalità ad elevata energia, il primo fascio di elettroni avente il carico di fascio IOa è accelerato con la prima microonda avente la potenza di microonda 10b per ottenere un fascio di elettroni di energia elevata avente l'energia di fascio di elettroni 10c. Quindi si fa in modo che il fascio di elettroni ad elevata energia colpisca un obiettivo per generare un raggio X ad elevata energia con la sua energia che è 1Od.
Se il sistema opera in una seconda modalità, cioè la modalità a bassa energia, la seconda microonda avente la potenza llb, la cui ampiezza è inferiore alla potenza 10b della prima microonda, sarà alimentata nel tubo di accelerazione. Il secondo fascio di elettroni avente il carico di fascio Ila è accelerato per ottenere un fascio di elettroni a bassa energia dell'energia di fasci di elettroni Ile. Quindi si fa in modo che il fascio di elettroni a bassa energia colpisca l'obiettivo per generare un raggio X a bassa energia con la sua energia che è lld. In questa maniera, il sistema cambia alternativamente tra la modalità ad elevata energia e la modalità a bassa energia in modo da generare raggi X con i loro livelli dì energia che variano alternativamente .
La Figura 4A è un diagramma schematico struttura del linac di elettroni secondo una forma di realizzazione della presente invenzione. Come è illustrato in Figura 4A, il linac di elettroni 400 della forma di realizzazione è un linac di elettroni che genera alternativamente raggi X a doppia energia. Il linac di elettroni 400 comprende un generatore di segnali 403, un primo e un secondo modulatore di impulsi 401 e 404 connessi al generatore di segnali 403, un cannone di elettroni 402 connesso al primo modulatore di impulsi 401, un magnetrone 405 connesso al secondo modulatore di impulsi 404, un tubo di accelerazione 406 connesso al cannone di elettroni 402 e al magnetrone 405, e un obiettivo 407 su cui urtano i raggi generati dal tubo di accelerazione 406.
Il generatore di segnali 403 può generare segnali di livello alto e livello basso a una frequenza fissa a seconda dei parametri predefiniti. Il primo modulatore di impulsi 401 e il secondo modulatore di impulsi 404 generano tensioni elevate aventi ampiezze diverse, per esempio una prima tensione elevata avente la prima ampiezza e una seconda tensione elevata avente la seconda ampiezza, basandosi sui segnali generati dal generatore di segnali 403. A seconda dei diversi sistemi, le funzioni del primo modulatore di impulsi 401 e il secondo modulatore di impulsi 404 possono essere adempiute con un singolo modulatore di impulsi. Come illustrato in Figura 4A, il primo modulatore di impulsi 401 invia in uscita la tensione HV1 o LV1 avente ampiezze diverse al cannone di elettroni 402, e il secondo modulatore di impulsi 401 invia in uscita la tensione HV2 oppure LV2 avente ampiezze diverse al magnetrone 405, ciascuno basato su un segnale di sincronizzazione. Qui, nel caso di un cannone di elettroni controllato a griglia, il primo modulatore di impulsi 401 e il secondo modulatore di impulsi 404 possono alimentare potenza per il cannone di elettroni utilizzando un alimentatore di cannone controllato a griglia con l'ampiezza di impulso di griglia che si alterna, o nel caso del cannone di elettroni 402 che è un cannone di elettroni bipolare, la potenza è alimentata su base a divisione nel tempo da due modulatori di impulsi a tubo duro di piccole dimensioni (limitatori duri) che inviano in uscita tensioni diverse. Gli intervalli di impulso degli impulsi generati dal primo e il secondo modulatore di impulsi possono essere identici o diversi uno dall 'altro.
La Figura 4B è un diagramma schematico che illustra un cannone di elettroni bipolare alimentato con potenza su base a divisione nel tempo da due modulatori di impulsi a tubo duro di piccole dimensioni (limitatori duri), che costituiscono il modulatore di impulsi 401 come è illustrato in Figura 4A e inviano in uscita tensioni diverse. Come illustrato in Figura 4B, le uscite degli alimentatori ad alta tensione 1 e 2 sono connesse al circuito di comando del cannone di elettroni, che è connesso ad un circuito di sincronizzazione di impulsi e controllo di commutazione. Basandosi sui segnali di sincronizzazione esterni 1 e 2, il circuito di sincronizzazione di impulsi e controllo di commutazione controlla il modulo 401a e il modulo 401b per inviare in uscita una tensione elevata HV1 e una tensione relativamente bassa LV1, rispettivamente. Date le ampiezze di tensione diverse, il cannone di elettroni 402 emette fasci di elettroni con il carico di fascio che è 10a o Ila. Il secondo modulatore di impulsi 404, che fornisce tensione per il magnetrone, è simile al primo modulatore di impulsi 401 e comprende due moduli (non illustrati) da cui si ottengono rispettivamente le tensioni HV2 e LV2 aventi ampiezze diverse. Cioè, gli alimentatori ad alta tensione 1 e 2 hanno le loro uscite connesse al circuito di sincronizzazione di impulsi e controllo di commutazione da controllare per alimentare potenza per il magnetrone su base a divisione nel tempo.
Le tensioni HV2 e LV2 aventi ampiezze elevate e basse inviate in uscita alternativamente dal secondo modulatore di impulsi 404 fanno sì che la corrente operativa del magnetrone 405 si alterni in modo da ottenere microonde aventi potenze diverse alternativamente, come ad esempio la prima microonda che ha l'ampiezza 10b e la seconda microonda che ha l'ampiezza llb. In aggiunta, come altra forma di realizzazione, il magnetrone 405 può essere controllato in modo tale che la sua intensità di campo magnetico si alterni tra alta e bassa in sincronizzazione con il suo impulso di corrente operativo, allo scopo di ottenere microonde aventi potenze diverse.
Di conseguenza, microonde aventi potenze diverse possono essere alimentate da due metodi come segue.
1. Il modulatore di impulsi genera impulsi aventi ampiezze di tensione alta e bassa e li invia in uscita al magnetrone alternativamente in modo da far sì che la corrente operativa del magnetrone si alterni tra alta e bassa;
2. l'intensità di campo magnetico del magnetrone si alterna tra alta e bassa in sincronizzazione con i suoi impulsi di corrente operativi .
Utilizzando entrambi o uno dei suddetti metodi, si può realizzare l'alternanza della potenza a impulsi per la microonda inviata in uscita dal magnetrone .
Basandosi sul segnale di sincronizzazione, il magnetrone 405 alimenta microonde aventi potenze diverse, come ad esempio la prima o la seconda microonda aventi potenze d'onda 10b o llb, nel tubo di accelerazione 406 attraverso l'esempio di un tubo di accelerazione a onde in movimento o onde stazionarie per accelerare il primo o il secondo fascio di elettroni aventi il carico di fascio 10a o 10b. Come approccio di accelerazione sincronizzata in Figura 2, il primo o il secondo fascio di elettroni è accelerato all'interno del tubo di accelerazione 406 per ottenere fasci di elettroni accelerati aventi livelli dì energìa diversi, per esempio il primo e il secondo fascio di elettroni accelerati aventi l'energia 10c e Ile rispettivamente. Quindi, i fasci di elettroni accelerati aventi livelli di energia diversi sono utilizzati per colpire alternativamente l'obiettivo 407 efficiente per generare fasci di raggi X aventi livelli di energia alta e bassa alternati, come ad esempio il primo e il secondo fascio di raggi X aventi energia lOd e lld.
Come risultato, i fasci dì elettroni accelerati aventi livelli di energia diversi possono essere ottenuti modificando l'intensità di carico di fascio dell 'acceleratore. Nel frattempo, la differenza di livello di energia tra due fasci di elettroni accelerati può essere ulteriormente allargata modificando in modo sincrono la potenza di microonde alimentata nel tubo di accelerazione. I raggi X, che derivano dagli obiettivi da parte dei due fasci di elettroni aventi livelli di energia diversi, hanno una grande differenza tra i livelli di energia. Esiste una grande distinzione tra gli spettri di energia dei due fasci di raggi X. La Figura 5 illustra spettri di energia a raggi X quando i raggi X aventi elevata energia di 9MeV e bassa energia di 6MeV sono inviati in uscita dall'acceleratore a doppia energia implementato secondo la presente invenzione. La curva 51 illustra lo spettro di energia per l'energia bassa di 6MeV, e la curva 52 illustra lo spettro di energia per l'energia elevata di 9MeV. Si può vedere in Figura 5 che i livelli di energia dei due spettri continui sono diversi notevolmente uno dall'altro.
La Figura 6 è un diagramma schematico di un sistema di controllo, che esegue il controllo non distruttivo su merce di contenitore e implementa la discriminazione di materiali utilizzando il linac di elettroni della presente invenzione. Come illustrato in Figura 6, la parte di controllo di sincronizzazione 605 è connessa all'acceleratore 400 e il rilevatore 603 e fornisce ad essi segnali di livello alto e basso 600 generati basandosi sui parametri prestabiliti. Basandosi sul segnale di sincronizzazione, l'acceleratore 400 genera alternativamente fasci di raggi X 606 aventi livelli di energia alti e bassi, il che dà come risultato fasci di raggi X a forma dì ventaglio dopo essere passati attraverso il collimatore 601.
Quindi, i fasci di raggi X a forma di ventaglio aventi livelli di energia alto e basso interagiscono con l'oggetto controllato quasi nella stessa posizione e quindi sono raccolti dal rilevatore 603, che è connesso al sistema di elaborazione di immagini e discriminazione di materiali 604 e invia in uscita a questi segnali digitali. Qui, l'oggetto controllato si muove a una certa velocità nella direzione illustrata in Figura 6 in modo da garantire la differenza tra le posizioni, in cui i fasci di raggi X aventi livelli di energia alto e basso interagiscono con l'oggetto controllato rispettivamente, sia consentita, cioè interagiscono quasi nella stessa posizione. Pertanto, il sistema di elaborazione di immagini e discriminazione di materiali 604 può ottenere i valori di segnali di rilevamento DI e D2 per livelli di energia alti e bassi dopo l'interazione con l'oggetto controllato 602 nella stessa posizione.
Quindi, basandosi sul rapporto di curve di taratura In (D1/D10)-In (D2/D20)=f(Di) (dove Dl0e D20sono i valori di carico zero dei fasci di raggi X ad alta e bassa energia, rispettivamente) ottenuti sottoponendo a scansione la sostanza di proprietà di materiale nota, i segnali digitali, che sono raccolti dopo l'interazione tra l'oggetto controllato e i fasci di raggi X a doppia energia, sono classificati in modo da determinare alla fine la proprietà di materiale dell'oggetto controllato, come ad esempio materia organica, metallo leggero, materia inorganica, metallo pesante, ecc.
Quelle sopra citate sono soltanto le forme di realizzazione specifiche della presente invenzione, mentre il campo di protezione della presente invenzione non è limitato ad esse. Qualsiasi modifica o sostituzione, che è ovvia all'esperto nel ramo nell’ambito del campo tecnico descritto nella presente invenzione, dovrebbe essere inclusa nel campo di protezione della presente invenzione, che è così definito dalle rivendicazioni.

Claims (1)

  1. RIVENDICAZIONI 1. - Dispositivo per generare alternativamente raggi X aventi livelli di energia diversi comprendente: mezzi di modulazione di impulsi per generare una prima tensione a impulsi, una seconda tensione a impulsi, una terza tensione a impulsi e una quarta tensione a impulsi; mezzi di generazione di fasci di elettroni per generare un primo fascio di elettroni avente un primo carico di fascio e un secondo fascio dì elettroni avente un secondo carico di fascio, rispettivamente, basandosi sulla prima tensione a impulsi e la seconda tensione a impulsi; mezzi di generazione di microonde per generare una prima microonda avente una prima potenza e una seconda microonda avente una seconda potenza, rispettivamente, basandosi sulla terza tensione a impulsi e la quarta tensione a impulsi; mezzi di accelerazione di fasci di elettroni per accelerare il primo fascio di elettroni e il secondo fascio di elettroni rispettivamente utilizzando la prima microonda e la seconda microonda per ottenere il primo fascio di elettroni accelerato e il secondo fascio di elettroni accelerato; e un obiettivo che deve essere colpito dal primo fascio di elettroni accelerato e dal secondo fascio di elettroni accelerato per generare un primo raggio X e un secondo raggio X aventi livelli di energia diversi . 2. - Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui i mezzi di generazione di fasci di elettroni comprendono un cannone di elettroni controllato a griglia, e i mezzi di modulazione di impulsi comprendono un alimentatore le cui ampiezze di impulso di grìglia sì alternano. 3. - Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui il primo carico di fascio è maggiore del secondo carico di fascio, e la prima potenza è minore della seconda potenza. 4.- Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui il primo carico di fascio è minore del secondo carico di fascio, e la prima potenza è maggiore della seconda potenza. 5. - Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui i mezzi di generazione di microonde modificano alternativamente l'intensità di campo magnetico in sincronizzazione con la terza tensione a impulsi e la quarta tensione a impulsi per generare la prima microonda e la seconda microonda. 6. - Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui i mezzi di generazione di microonde sono un magnetrone o un Klystrone. 7. - Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui i mezzi di accelerazione di fasci di elettroni sono un tubo di accelerazione a onde in movimento o un tubo di accelerazione a onde stazionarie. 8. - Sistema di discriminazione di materiali comprendente : il dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7; mezzi di controllo di sincronizzazione per generare un segnale di controllo di sincronizzazione; mezzi di rilevamento per rilevare i raggi X dopo che il primo raggio X e il secondo raggio X generati dal dispositivo interagiscono con l'oggetto controllato, basandosi sul segnale di controllo di sincronizzazione generato dai mezzi di controllo di sincronizzazione, per generare segnali digitali; e mezzi dì elaborazione dì immagini e discriminazione di materiali per classificare i segnali digitali per l'oggetto controllato con una curva di taratura predefinita per discriminare il materiale dell'oggetto controllato. 9. - Dispositivo per generare alternativamente raggi X aventi livelli di energia diversi comprendente: mezzi di modulazione di impulsi per generare una prima tensione a impulsi e una seconda tensione a impulsi; mezzi di generazione di fasci di elettroni per generare un primo fascio di elettroni avente un primo carico di fascio e un secondo fascio di elettroni avente un secondo carico di fascio, rispettivamente, basandosi sulla prima tensione a impulsi e la seconda tensione a impulsi; mezzi di generazione di microonde per modificare l'intensità del campo magnetico in sincronizzazione con la prima tensione a impulsi e la seconda tensione a impulsi per generare una prima microonda avente una prima potenza e una seconda microonda avente una seconda potenza; mezzi dì accelerazione di fasci di elettroni per accelerare il primo fascio di elettroni e il secondo fascio di elettroni rispettivamente utilizzando la prima microonda e la seconda microonda per ottenere il primo fascio di elettroni accelerato e il secondo fascio di elettroni accelerato; e un obiettivo che deve essere colpito dal primo fascio di elettroni accelerato e dal secondo fascio di elettroni accelerato per generare un primo raggio X e un secondo raggio X aventi livelli di energia diversi. 10. - Dispositivo secondo la rivendicazione 9, in cui i mezzi di generazione di fasci di elettroni comprendono un cannone di elettroni bipolare, e i mezzi di modulazione di impulso comprendono due modulatori di impulsi a tubo duro di piccole dimensioni (limitatori duri) in grado di generare uscite di tensione aventi ampiezze diverse. 11. - Dispositivo secondo la rivendicazione 9, in cui il primo carico di fascio è maggiore del secondo carico di fascio, e la prima potenza è minore della seconda potenza. 12. - Dispositivo secondo la rivendicazione 9, in cui il primo carico di fascio è minore del secondo carico di fascio, e la prima potenza è maggiore della seconda potenza. 13. - Dispositivo secondo la rivendicazione 9, in cui i mezzi di generazione di microonde sono un magnetrone o un Klystrone. 14. - Dispositivo secondo la rivendicazione 9, in cui i mezzi di accelerazione di fasci di elettroni sono un tubo dì accelerazione a onde in movimento o un tubo dì accelerazione a onde stazionarie. 15. - Sistema di discriminazione di materiali comprendente: il dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 9 a 14; mezzi di controllo di sincronizzazione per generare un segnale di controllo di sincronizzazione; mezzi di rilevamento per rilevare raggi X dopo che il primo raggio X e il secondo raggio X generati dal dispositivo interagiscono con l'oggetto controllato, basandosi sul segnale di controllo di sincronizzazione generato dai mezzi di controllo di sincronizzazione, per generare i segnali digitali; e mezzi di elaborazione di immagini a discriminazione di materiali per classificare i segnali digitali per l'oggetto controllato con una curva dì taratura predefinita per discriminare il materiale dell'oggetto controllato. 16. - Metodo per generare alternativamente raggi X aventi livelli di energia diversi comprendente le fasi di: generare una prima tensione a impulsi, una seconda tensione a impulsi, una terza tensione a impulsi e una quarta tensione a impulsi; generare un primo fascio di elettroni avente un primo carico di fascio e un secondo fascio di elettroni avente un secondo carico di fascio, rispettivamente, basandosi sulla prima tensione a impulsi e la seconda tensione a impulsi; generare una prima microonda avente una prima potenza e una seconda microonda avente una seconda potenza, rispettivamente, basandosi sulla terza tensione a impulsi e la quarta tensione a impulsi; accelerare il primo fascio di elettroni e il secondo fascio di elettroni rispettivamente utilizzando la prima microonda e la seconda microonda per ottenere il primo fascio di elettroni e il secondo fascio di elettroni accelerati; e colpire un obiettivo con il primo fascio di elettroni accelerato e il secondo fascio di elettroni accelerato per generare un primo raggio X e un secondo raggio X aventi livelli di energia diversi. 17. - Metodo secondo la rivendicazione 16, in cui il primo carico di fascio è maggiore del secondo carico di fascio, e la prima potenza è minore della seconda potenza. 18. - Metodo secondo la rivendicazione 16, in cui il primo carico di fascio è minore del secondo carico di fascio, e la prima potenza è maggiore della seconda potenza. 19. - Metodo secondo la rivendicazione 16, in cui l'intensità del campo magnetico è modificata alternativamente in sincronizzazione con la terza tensione a impulsi e la quarta tensione a impulsi per generare la prima microonda e la seconda microonda. 20. - Metodo per generare alternativamente raggi X aventi livelli di energia diversi comprendente le fasi di: generare una prima tensione a impulsi e una seconda tensione a impulsi; generare un primo fascio di elettroni avente un primo carico di fascio e un secondo fascio di elettroni avente un secondo carico di fascio, rispettivamente, basandosi sulla prima tensione a impulsi e la seconda tensione a impulsi; modificare l'intensità del campo magnetico in sincronizzazione con la prima tensione a impulsi e la seconda tensione a impulsi per generare una prima microonda avente una prima potenza e una seconda microonda avente una seconda potenza; accelerare il primo e il secondo fascio dì elettroni rispettivamente utilizzando la prima microonda e la seconda microonda per ottenere il primo fascio di elettroni accelerato e il secondo fascio di elettroni accelerato; e colpire un obiettivo con il primo fascio di elettroni accelerato e il secondo fascio dì elettroni accelerato per generare un primo raggio X e un secondo raggio X aventi livelli di energìa diversi. 21. - Metodo secondo la rivendicazione 20, in cui il primo carico di fascio è maggiore del secondo carico di fascio, e la prima potenza è minore della seconda potenza. 22. - Metodo secondo la rivendicazione 20, in cui il primo carico di fascio è minore del secondo carico di fascio, e la prima potenza è maggiore della seconda potenza.
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