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Radiological inspections, in general, are the nondestructive testing (NDT) methods to detect the bulk of explosives in large objects. In contrast to personal luggage, cargo or building components constitute a complexity that may significantly hinder the detection of a threat by conventional X-ray transmission radiography. In this article, a novel X-ray backscatter technique is presented for detecting suspicious objects in a densely packed large object with only a single sided access. It consists of an X-ray backscatter camera with a special twisted slit collimator for imaging backscattering objects. The new X-ray backscatter camera is not only imaging the objects based on their densities but also by including the influences of surrounding objects. This unique feature of the X-ray backscatter camera provides new insights in identifying the internal features of the inspected object. Experimental mock-ups were designed imitating containers with threats among a complex packing as they may be encountered in reality. We investigated the dependence of the quality of the X-ray backscatter image on (a) the exposure time, (b) multiple exposures, (c) the distance between object and slit camera, and (d) the width of the slit. At the end, the significant advantages of the presented X-ray backscatter camera in the context of aviation and port security are discussed.

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KurzfassungZur Durchstrahlung großer, dichter Objekte reichen die Energien, die mit normalen Röntgenröhren erzielt werden können, ab gewissen Schichtdicken nicht mehr aus. Als hochenergetische Strahlenquellen stehen Kobalt-60 und Elektronenbeschleuniger zur Verfügung. Als Einschränkung der Hochenergieradiografie ist der geringere Kontrast besonders beim Vorhandensein leichterer Objekte umgeben von Körpern bestehend aus schweren Elementen anzusehen. Es ist daher zu erwarten, dass Objekte aus organischen Substanzen hinter dicken Schwermetallwänden oder in Bohrungen von Metallblöcken schwer zu erkennen sind. Im Unterschied zu einem Gammastrahler wie Kobalt-60 mit den beiden Spektrallinien um 1,3 MeV besitzt die Bremsstrahlung aus einem Beschleuniger einen wesentlichen Anteil an niederenergetischer Strahlung, der fließend zu höheren Energien übergeht. Es wird hier untersucht, welche Signaturen von leichten Materialien in einer Umgebung aus Schwermetall bis zu welcher Dicke und bis zu welchem Komplexitätsgrad erkennbar sind. Mit einem Betatron (JME X-ray Betatron 7,5 MeV) und einem Matrixdetektor (Perkin Elmer XRD 1621) wurden Aufnahmen von unterschiedlichen leichten Objekten angefertigt, die zunehmend in eine Umgebung aus Schwermetallen gestellt wurden. Mit unterschiedlichen Energieeinstellungen wurde untersucht, inwieweit eine Materialerkennung hinter welcher Abschirmung möglich ist. Die experimentellen Ergebnisse werden mit Simulationen verglichen, die mit einer Software zur Modellierung von Durchstrahlungsverfahren (aRTist) erzeugt wurden. Dabei wird dem Problem der Aufhärtung bei Anwendung von Bremsstrahlung Rechnung getragen. Die Ergebnisse können sowohl zur Erkennung von Fremdkörpern in Maschinen oder Pumpen als auch zur Überprüfung von Frachtladungen im Bereich der öffentlichen Sicherheit und bei Zollkontrollen dienen.

KurzfassungDer große praktische Vorteil der Rückstreuradiografie allgemein ist, dass kein Bilddetektor am Objekt auf der der Strahlenquelle gegenüberliegenden Seite aufgestellt werden muss. Dieses ist immer dann gegeben, wenn sich das Untersuchungsobjekt in oder an einer Wand befindet oder es so groß ist, dass eine Durchstrahlung aufgrund der zu durchdringenden Schichtdicken nicht infrage kommt. Von der üblichen Methode, das Objekt mit einem wandernden ausgeblendeten Einzelstrahl („Bleistiftstrahl“) abzutasten und die gesamte rückgestreute Strahlung großflächig zu registrieren, unterscheidet sich das hier verwendete Verfahren grundsätzlich. Das Objekt wird voll von einem (unkollimierten) Kegelstrahl angestrahlt. Das Bild wird mit einer Kamera aus absorbierendem Material (Wolfram, Blei) aufgenommen, die einen Matrixdetektor als Bildempfänger enthält. Die „Optik“ besteht aus einer besonders geformten Schlitzblende, die nach einem erweiterten Lochkameraprinzip arbeitet, das auch dickere Blendenmaterialschichten zulässt. Die voneinander unabhängige Positionierung von Kamera und Strahlenquellen erlaubt unterschiedliche Einstrahlgeometrien, die verschiedene Ergebnisbilder liefern. So erscheint ein komplexer Gegenstand vor einer rückstreuenden Wand völlig anders, als wenn er frei im Raum steht. Röntgenrückstreubilder müssen deshalb abhängig von ihrer „Ausleuchtung“ mit der Röntgenstrahlung und näheren Umgebung interpretiert werden.