暴恐事件的頻發嚴重影響了國際社會的安全和秩序，給客運、貨運安全帶來了前所未有的挑戰。有效打擊恐怖活動，保障人身、財產安全，是國內乃至全球公共安全領域的重要訴求。因此，如何通過高技術手段提升安全檢查能力，成為人們關注的重要問題和研究熱點。隨著具有穿透能力的核探測技術的飛速發展，使用核射線對藏匿于貨物、行李及人體內外的爆炸物及違禁品進行檢查,日益成為目前行之有效的技術手段。特別是近幾十年來,利用X射線、中子等所具有的多種與物質相互作用機制,研究和發展出多種查驗技術，為公共安全提供了重要保障，表現出極其廣泛的應用前景。

核檢測技術是指用放射性元素如鈷、銫和氫的同位素氕氘氚等做放射源，產生X、γ、α和中子等高能射線，利用這些射線與物質的相互作用來探測物質的原子結構等，從而確定物質種類。目前常用的核探測技術如下圖所示。

核檢測技術一覽

1、X射線安全檢查技術

X射線安全檢查技術主要包括X射線透視成像技術、X-CT成像技術和衍射XRD技術等，這些技術跟計算機、微電子和網絡技術相結合表現出廣闊的應用前景。

X射線透視成像技術是利用X射線和物質相互作用的物理機制，可以有效實現對違禁品的不開箱檢查。X射線穿過物體時主要發生瑞利散射、康普頓散射、光電效應和電子對效應等相互作用，造成射線強度的衰減。衰減程度隨著被穿透物質的成分和穿透路徑長度的不同而變化。根據穿透前后X射線的不同強度可得出物體的內部結構。

X射線透視成像原理圖

X射線透視成像技術在貨物以及旅客行李物品安全檢查中都有著廣泛的應用。一個典型的成像裝置由射線源、探測器陣列、待檢物體及傳送裝置、計算機控制和成像設備等組成。

集裝箱X射線透視成像系統示意圖

其中，單能X射線成像技術是最早應用于安全檢查的技術之一，但是對于材料分辨能力的缺失使其難以實現固、液態炸藥等危險物質的查驗。隨著透視成像技術的進步，逐漸發展出雙能透視成像、多視角成像等新技術，極大地提升了材料分辨及爆炸物的檢出能力，因此得到了迅速普及。清華大學康克軍等在國際上首次提出了基于能譜整形及圖像相似性聚類的高能雙能成像及材料識別方法，實現了無機物、有機物、輕金屬及重金屬四類物質的有效區分，為新一代大型貨物內特異物質的檢測提供了新思路，并成功研制了世界首套具備特殊材料識別功能的集裝箱/車輛檢查系統。

移動式集裝箱/車輛檢查系統(a)及其雙能X射線成像圖像(b)

由于X射線透視檢查設備存在物品影像重疊圖像失真的問題，難以清晰展現復雜行包中的物品結構信息。后來，人們發明了X射線計算機斷層成像(CT)技術，如下圖所示。

X射線CT成像系統示意圖(a)和CT三維重建圖像(b)

X-CT技術通過對目標物體進行全方位的三維掃描，利用計算機重建獲得被檢物體內部三維結構信息，有效提升了違禁品識別率和查驗效率。X射線CT技術在成像模式掃描速度和可靠性等方面的突出優勢，被公認是傳統X射線透視成像的替代技術，成為目前機場海關等用于行包檢查的新手段。

結合雙能技術是CT應用于安檢的一個突出優勢。不同于雙能透視成像，雙能CT可以對被檢物的成分進行準確的定量分析，其技術的關鍵在于結合雙能分解和CT重建技術獲得物質等效原子序數和電子密度的空間分布。

電子密度與原子序數關系圖

由于大部分的物品的電子密度和原子序數是確定的，并且爆炸物、毒品等違禁品明顯的處于和常見物品不同的位置，結合其空間形狀信息，雙能CT可以準確地發現并定位行李中隱藏的違禁品，實現自動分析及報警功能，這是除了三維結構成像以外，CT技術替代傳統透視技術的另一個重要因素。下為同方威視研制的CT型行李安全檢查設備的雙能CT重建三維結果及切片圖像，設備同時具有嫌疑物自動報警功能，對可疑物體用紅框予以標記。

雙能CT重建圖像. (a) 三維重建結果; (b) 斷層結果及自動標識和報警

X射線衍射探測技術(XRD)測量的是物質的相干散射信息，為毒品、炸藥、液體危險品等違禁品的檢測提供了一種全新的技術手段，可進一步提高現有X射線安檢系統的識別準確率。該技術大致分為角度色散方式和能量色散方式，角度色散方式多用于實驗研究;能量色散方式利用能譜探測器測量某一固定角下不同能量的散射射線強度,以獲得待檢測物體的特征圖譜。具有體積小、系統穩定、射線穿透能力強、測量效率高等優點, 更適用于安檢等應用領域。

能量色散XRD系統(a)及其測量的乙醇、水及氯化鈉粉末的譜線(b)

目前，Halo，SmithDetection，Morpho等國外安檢廠商已經推出了基于能量色散的XRD安檢產品，這類新型安檢設備能夠提供傳送帶連續掃包檢查功能，在降低誤報率同時也保證了高效的檢測率。

基于以上幾種探測原理的安檢設備具有廣闊的用途，各國在這方面的研發也都不遺余力，典型的成果有美國是Analogic公司的ConneCT和L3公司的ClearScan。

ConneCT安全檢查設備是Analogic公司研發的最新一代違禁品自動探測CT設備，該設備采用了先進的三維CT成像技術，創新性的爆炸物自動探測算法，同時在軟件中結合了模塊化和可互操作的網絡架構設計。

ConneCT安檢設備

ClearScan安全檢查設備是L3公司研發的新一代違禁品自動探測CT設備，主要用于檢查客艙行李，該設備結合了雙能量CT技術和先進的爆炸物探測算法，可對行李進行360度掃描。

ClearScan安檢設備

2、中子探測技術

中子探測技術是運用中子照射被檢測物，通過元素衰變，輻射出具有元素特征屬性的中子或者γ射線，從而判斷被檢測物中C、H、O、N元素含量的比值和含量，以確定是否是爆炸物。主要技術是研制出高精度的中子源、中子探測器和γ射線探測器。國外主要中子探測系統有歐洲的EURITRACK 項目、美國的PELAN 系統和俄羅斯的SENNA 系統等。所用的中子探測系統如下表所示。

圖表：國外典型中子安檢探測系統

其中以歐洲的EURITRACK項目最為著名，EURITRACK項目包含一個移動式氘氚中子發生器，該發生器由α位置敏感器，快速中子和γ射線探測器，執行光譜測量的前端電子系統，用于數據采集、處理和分析的軟件管理系統組成。

EURITRACK項目示意圖

在快速中子誘導反應中產生的伽馬射線具有碳、氧和氮的特征，它們是炸藥或麻醉品的主要組成部分。該裝置利用D+T聚變反應產生一個14mev中子和一個α粒子，這兩個粒子幾乎是背靠背發射的。然后通過測量相關聯的α粒子推斷出中子的方向和飛行時間，用20多塊直徑5英寸的Nal晶體與閃爍液體作探測器，可測出集裝箱中各部位的碳、氫、氧、氮成分比例，從而判定有否炸藥或毒品。

3、放射性物質的探測

對于由放射性物質與炸藥組成的臟彈類武器，測量其γ放射性是最直接的方法。由于自然環境中存在天然放射性本底，因此檢查儀器應迅速排除周圍物質的天然放射性貢獻。對于鈾和钚，可測量其自身發射的中子，或用中子源激發產生的次生中子或γ射線。

國外對輻射探測技術的新發展主要體現在探測設備的便攜性、隱蔽性、和分辨率上，代表性產品有美國的RadEyeSPRD-GN和MP-100。

RadEyeSPRD-GN是美國賽默飛世爾公司(Thermo Fisher Scientific)2016年11月推出的一款新型手持高靈敏度輻射探測器，能同時探測伽瑪射線和中子，響應速度快，兩秒內即可報警，產品采用了新型探測材料氯化銫鋰釔(CLYC)，集成脈沖分析技術，很容易區分人工放射性和天然放射性，可將背景中真正的中子與其他高能粒子分開。

RadEyeSPRD-GN(左)和MP-100(右)

MP-100是美國Rapiscan公司2016年2月研發的一款背包輻射探測設備，重量輕，隱蔽性強，整套設備封裝在小型商務背包中，可同時檢測放射性物質和核材料，伽馬探測和中子探測切換使用，探測性能好，電池壽命長，可作為一個獨立的輻射監測器使用，獨立報警。

化生放核(CBRN)是恐怖主義背景下人類面臨的一個共同威脅，其多樣性和復雜性對CBRN威脅態勢感知提出了新的挑戰。為此，美國積極探索能夠早期發現和感知CBRN的新技術路徑，發展實時掌控國家重點地區乃至全國CBRN威脅態勢的能力。在此背景下，2013年，美國國防高級研究計劃局(DARPA)國防科學辦公室(DOS)首次提出開展“西格瑪”(SIGMA)項目，以應對美國當前面臨的最大的國內安全威脅——核與放射性“臟彈”。

SIGMA項目計劃

SIGMA項目研究的重要目標之一就是開發低成本、高效且可大范圍部署的核探測裝置。在2016年10月的一次測試中，使用了由日本Kromek公司開發的僅為智能手機大小的新型輻射探測器D3S，該探測器綜合采用了兩種先進探測技術，一是非氦-3緊湊型熱中子閃爍探測器和摻鉈的碘化銫晶體，二是硅光電倍增器的伽馬探測器。探測器滿足了SIGMA項目對低成本、攜帶方便、高靈敏度和使用壽命長等設計預期。試驗還展示了D3S探測器實時檢測伽馬輻射和中子輻射能力，且初步建立了傳感器網絡，并實現了與手機網絡的互聯。

D3S探測器

SIGMA+是拓展SIGMA項目的增項計劃，它以SIGMA項目為基礎，將發展可用于整個城市化生放核爆(CBRNE)威脅的全譜、實時、持久、早期探測系統。根據2018年4月DARPA發布的公告(BAA)，SIGMA+項目共提出傳感器、網絡與分析、測試與評估三個重點發展內容，分成兩個實施階段。第一階段重點是研究傳感器、組網架構和自動分析功能;第二階段重點是監測網絡的整體集成。整個項目期間將貫穿進行系統模擬、試驗和評價。其中，網絡與分析任務分為兩期實施計劃：A期從2019財年第四季度(FY19Q4)到2021財年第四季度(FY21Q4)，共27個月;B期從2022財年(FY22)到2023財年(FY23)，為期24個月。

SIGMA+項目計劃

總結：隨著恐怖主義在世界范圍內愈演愈烈，在公共場所對危險品進行有效檢測已經成為各國政府的重要工作目標。本文介紹了幾種常用的危險品核檢測方法，在檢測技術和設備應用方面進行了初步探討。X射線檢測是目前最成熟也是應用最多的危險品檢測方法，中子和γ射線檢測技術正在受到越來越多的重視，是未來核檢測技術的發展方向。美歐在核檢測技術方面走在世界前列，美國為了應對核生化威脅，提出了著名的SIGMA計劃，在全國范圍內檢測放射性物質。