安全检测中的物理学原理探讨范文

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【摘要】

近几年需要安检的地方越来越多，安检技术也越来越重要，它对危险品的勘测是预测爆炸恐怖事件的重要环节。安全检测技术中离不开物理学原理，介绍了常用在安全检测中的物理学原理如X射线原理、太赫兹光谱原理、γ射线原理等，最后介绍了还未成熟但是未来发展趋势的人体生物识别方法。

【关键词】

安全检测；危险品；物理学

安检技术现已成为科学界的研究热点之一，在多领域的科学家的努力下，研究出了很多检测方法，为世界和平做出了很大的贡献。其中运用了物理学原理的技术应用最广，性价比也最高，下文中将介绍一些常用原理。

1X射线原理

X射线是由德国物理学家伦琴发现的，波长为0.01～10nm较短，但能量却很大，也常用于现在的医学成像检测。它的原理是利用射线穿过物质时发生的产生光电子及光子散射等物理反应，这时会导致很多入射光子被物质吸收。假设一束初始强度为I0的X射线（或γ射线）穿过厚度为d的均匀物质后，其强度减弱为I=I0e-μd。式中μ是物质的吸收系数，它是物质本身的性质，只在物质的成份、结构及密度等因素变化时随之变化。比如说一位旅客将其行李包放在安全检测台上，用X射线对这个行李包进行照射，根据上式测得衰减后的X射线强度和其他物理量，就会得到包里各物质的吸收系数、密度等信息，经计算机特定算法处理，可以让行李包的内部情况的图形反映出来，并将所测得的数据与在此之前预存的危险品有关数据进行比较，就可判断包中是否含有违禁物品。以上是X射线的透视原理，X射线的反散射探测即康普顿散射效应也可以用于安检技术。康普顿散射效应指的是低剂量X射线照射在物质上时会碰撞出电子，当照射在低原子数的物质（如人体组织）时反弹回的电子较多，使用在显示器上会显示为亮点；而金属之类（如枪支、刀具等）的物质原子数高，所以照射上以后碰撞出的电子少，会在监视器上显示为暗区。

2太赫兹光谱原理

太赫兹(Terahertz)是指频率在0.1至10THz范围内的电磁波，它的波长是0.03至3mm，在电磁波谱上的位置在毫米波与红外线之间，太赫兹波检测的原理因为是通过电磁波照射在物质上发生比如透射、反射、发射等等的物理反应，发射波或折射波可以反映出关于物质的大量信息。而且像爆炸性物质和这类物质基本上都是有机大分子，他们的振动和转动能级谱都处于太赫兹波段，所以极易用太赫兹波检查出来。太赫兹的特性也十分突出，其指纹谱性使之能检测出物质结构的微小变化和差异，可以检测出物质的特征指纹谱确定物质的结构及种类，非电离性意味着不会使生物分子产生电离，所以应用于人体检测也比较安全。其最大的优点就是强穿透性，它可以穿透甚至是像墙壁这种隐蔽性材料，所以可以对非金属、非极性材料覆盖的隐蔽物质进行非接触式检测，将在军事反恐方面发挥巨大的作用。

3γ射线原理

利用γ射线的基本原理与X射线原理类似，而且由于γ射线的穿透力更强，生成的图像也更清晰，所以常用于检测大型货物，如安装在港口等地扫描货车等。γ射线成像探测器的优点很多，不仅穿透力强，成像效果好，而且体积小、效率高。

4核磁共振原理

核磁共振在医学扫描仪中更为常用，当磁矩不为零的原子核处于外加磁场中时，核磁矩会进动使其轴线描绘出一个圆锥面，进动时的旋转频率ωL与外加磁场强度B0有关，即ωL=γB0。式中γ为磁旋比，不同的核有不同的γ值。当核磁矩进动的旋转频率与投射在物质上的射频电磁波的频率一致时，核磁矩会吸收无线电波的能量而跃迁到激发状态，也就是发生了核磁共振，而被测物质的有关信息就可以通过核磁共振中有关核磁矩参数的分析得到。核磁共振原理应用到安检技术中称为四极共振分析技术，不过这种技术的效率没有X射线的高，所以没有X射线检测技术在安全检测使用方面那么普及。

5人体生物识别方法

每个人都是独一无二的，所以每个人的特征也可以进行识别，比如人们说话声音的频率各不相同、指纹与掌纹不同、还有眼睛中虹膜的不同也可以进行识别。若要对长相进行扫描，可以用监视器拍下目标的面部照片，然后测量面部一些曲线的角度，再数字化关键信息与目标的数据比较。现在影视剧中常出现的视网膜或虹膜安检技术也已成为现实，其中虹膜辨别更加可靠。虹膜是眼睛瞳孔外围的那一道彩色圆圈，人在出生一年半以后虹膜就会终生保持不变，结构十分复杂，其中的变量多而且千变万化，即使是双胞胎的虹膜也是不同的。但是人体生物识别技术还尚未成熟，因为它的稳定性一直得不到技术的保证。比如说人类的声音频率会因为生病等特殊情况发生变化，或故意作假；辨别指纹、掌纹时手要保持洁净干燥；若用红外相机扫描人的面部也要注意是否会因为体温变化使面部热辐射改变等等。

6结语

检测技术并非一成不变的，为了适应能够辨别日新月异的恐怖袭击手段，安检方法常常组合使用来加强检测效果。还有很多准确性与效率极高的技术尚未走出实验室进行实际应用，物理技术未来的发展也一定程度上决定了安检技术的未来。技术的革新也意味着更加和平的未来，希望物理学在安检技术中能贡献更多的力量。

参考文献：

[1]卢树华.基于太赫兹光谱技术的爆炸物类危险品检测[J].激光与光电子学进展,2012(04).

[2]翁诗甫.傅里叶变换红外光谱分析[M].北京:化学工业出版社,2010.

作者：何海 单位：浙江众城检测技术有限公司