康普顿背散射检测理论方法概述

颜静儒 郭凤美 王强 郑玉来

【摘要】康普顿背散射检测是通过探测康普顿效应的背向散射信息判断被照射物体内部结构的方法。该方法对原子序数较轻物质的检测尤其有效。本文阐述了康普顿背散射检测应用的基础理论，为其更好的应用提供了方法依据。

【关键词】康普顿 背散射

X射线成像系统作为一种主要安检技术手段可以实现在人员密集场所对行包等物品的不开包快速检查。X射线成像技术已由传统的单能透射发展为双能透射，CT成像，X射线背散射法。其中，X射线康普顿背散射（CBS）技术可以有效提供表层较低原子序数而密度较高的被檢物的几何形状和空间分布特征。康普顿背散射检测主要是依据γ或X射线与物质相互作用的康普顿效应，在被检测物体同侧测量不同位置的康普顿散射光子数，从而得到被测物体内部结构，其主要特点有：辐射源与探测器位于被测物体的同侧，可以检测大型物体（图1）;对低原子序数的物质很灵敏，适宜对海洛因、炸药等物品的检测。但康普顿散射信号较弱，需要合理设计和优化探测装置，提高探测效率。

l 康普顿散射成像原理

光子与物质的相互作用主要包括光电效应、康普顿散射效应和电子对效应，三种效应的优势范围见图2所示。三种效应随吸收体物质以及光子能量而不同。在光子能量较低时（小于0.511MeV），光子与物质的相互作用主要表现为光电效应、康普顿效应。

从式（1）、（2）可看出，康普顿效应反应截面是物质原子序数Z的一次方，随原子序数变化较小;而光电效应截面随原子序数增大而急速上升。根据这一特点，可通过探测康普顿散射光子以突显较低原子序数的物质（爆炸物、毒品等）。

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