康普頓背散射檢測理論方法概述

顏靜儒 郭鳳美 王強 鄭玉來

【摘要】康普頓背散射檢測是通過探測康普頓效應的背向散射信息判斷被照射物體內部結構的方法。該方法對原子序數較輕物質的檢測尤其有效。本文闡述了康普頓背散射檢測應用的基礎理論，為其更好的應用提供了方法依據。

【關鍵詞】康普頓 背散射

X射線成像系統作為一種主要安檢技術手段可以實現在人員密集場所對行包等物品的不開包快速檢查。X射線成像技術已由傳統的單能透射發展為雙能透射，CT成像，X射線背散射法。其中，X射線康普頓背散射（CBS）技術可以有效提供表層較低原子序數而密度較高的被檢物的幾何形狀和空間分布特征。康普頓背散射檢測主要是依據γ或X射線與物質相互作用的康普頓效應，在被檢測物體同側測量不同位置的康普頓散射光子數，從而得到被測物體內部結構，其主要特點有：輻射源與探測器位于被測物體的同側，可以檢測大型物體（圖1）;對低原子序數的物質很靈敏，適宜對海洛因、炸藥等物品的檢測。但康普頓散射信號較弱，需要合理設計和優化探測裝置，提高探測效率。

l 康普頓散射成像原理

光子與物質的相互作用主要包括光電效應、康普頓散射效應和電子對效應，三種效應的優勢范圍見圖2所示。三種效應隨吸收體物質以及光子能量而不同。在光子能量較低時（小于0.511MeV），光子與物質的相互作用主要表現為光電效應、康普頓效應。

從式（1）、（2）可看出，康普頓效應反應截面是物質原子序數Z的一次方，隨原子序數變化較小;而光電效應截面隨原子序數增大而急速上升。根據這一特點，可通過探測康普頓散射光子以突顯較低原子序數的物質（爆炸物、毒品等）。

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