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从X光到毫米波与太赫兹--人体安检演进史
发布:2019年10月21日来源:THzWave太赫兹世界编辑:郭大路

【编者按】时隔三年,再回首2016年发生的弱光子安检事件,不禁感慨人体安检演进充满波折。为更好地了解社会需求背景、市场应用背景和技术现状,“THzWave太赫兹世界”特邀毫米波太赫兹安检技术专家郭大路博士提供了安检技术相关系列文章。本系列文章分为四篇,分别从应用源起、技术路线、国内外进展现状和未来发展展望四个方面进行介绍。希望通过这四期的专题介绍,让行业内外的朋友对毫米波太赫兹安检技术有更客观的认识。

时间回溯到2016年9月12日,成都。双流机场仍笼罩在一片炎热中,这个国内规模前四的航空港当日吞吐量超过12万人。所有旅客经由机场大厅通道时,发现门口多出了数台新设备,并被要求站上机器传送带接受扫描。大多数旅客在工作人员指引下,好奇地完成了这项约10s的检查。

成都双流机场


与此同时,平日安静的一个行业科研微信群沸腾了。当月正值第三届全国太赫兹科学技术与应用学术交流会在成都召开。汇集蓉城的毫米波和太赫兹行业的各路师生和专家们,注意到这批标称为弱光子人体安检仪的设备探测方式实为 X光体制。

微信群消息记录


机器旁树立的宣传牌说明,该设备的单次检测辐射剂量为0.05 - 0.2mSV。其属于低剂量检测,符合国内和国际标准,不会对人体和周边环境产生危害和影响。这间接说明,生产厂家使用“弱光子”概念,是为了避免公众对X光的恐慌情绪进行的名词偷换。

时摄于成都双流机场(2016.9.12)


随即有人发现成都火车东站等地也部署了相同设备。群情激愤下,有老师开始向成都市长热线和四川环保厅提出意见。更有联系媒体发文者,各种反馈进展交流一时热火朝天。进入9月下旬,事件进一步发酵。网易、腾讯、果壳等科技媒体首先跟进,微博和知乎上同时引发了热议。至月末,央广网和人民网也进行了批判性报道。

https://view.news.qq.com/original/intouchtoday/n3665.html(可点击新闻链接)

在网络和官媒舆论压力下,环境保护部16年10月10日向四川省环保厅下发加急文件《关于对X射线人体安检设备辐射安全管理相关问题的复函》。复函指出,X射线人体安检设备属“其它高于豁免水平的X射线机”范畴,为Ⅲ类射线装置。环保部要求四川省环保厅严格执法,对未经许可违法生产、销售、使用X射线人体安检设备的单位,责令立即停止违法行为,确保公众安全。至此,这场由科研界引发,政府最终发函平息的弱光子安检仪事件尘埃落定。

 http://www.mee.gov.cn/gkml/hbb/bgth/201610/t20161012_365397.htm(可点击新闻链接)

 在学术界,0.2mSV对人产生的风险难以定性评估。但向前追溯5年,欧盟委员会在2011年已规定在各成员国的机场中,禁止对乘客使用X射线安检仪进行检查。美国交通安全部基于保护隐私理由,在2013年也将机场中的人体安检设备全部换成了毫米波安检仪。纵观国内外政府部门,在对待X射线人体安检应用时,更多是考虑综合因素的政治决策。大多民众对X光和毫米波、太赫兹的区别不甚了解,往往谈辐射色变。而不少媒体甚至专业人士在引用材料时也常有混淆。这里我们老生常谈,借此专栏机会重温重点。

电磁波谱


在人类已知的电磁频谱中,无线电和微波的波长较长,对人体和更小尺寸目标表现为不同程度绕射、衍射和散射,其分辨率级别过低,无法支撑实现成像。而可见光和临近的紫外、红外频段信号,对人体衣物穿透性弱,无法实现隐匿探测。

X射线一经人类发现,便被用在了成像探测,迄今已有百年历史。从医学影像、工业探伤,到安检行业的集装箱、行李物品机,包括X射线人体安检,无不是利用物质对X光的吸收和透过率差异进行测量反演。因此通过X光的透射特性,能够实现实现人体内部结构成像。

X光安检产品并非在上述事件中首次应用于人体安检。在国内通常不公开报道的特定场合,如监狱、公检法、矿井等,业内均有使用该技术,以防出现目标体内夹藏毒品、危险品和贵重物情况。

英国新任首相鲍里斯·约翰逊视察利兹监狱安检设备


营销网文中的X光安检照片


从电磁频谱上不难发现:毫米波和太赫兹的波长远大于X光,这就从物理层面决定了毫米波和太赫兹安检的成像分辨率低于X光。由于该频段单个光子能量低于生物分子电离或剥离其价电子所需能量几个数量级(通常为数个eV),因此,该频段电磁波为一种非电离辐射,相对目前的X射线透视和散射等电离辐射成像方式,其对生物组织辐射影响很小,仅为后者能量的百万分之一。而由于毫米波和太赫兹波能够穿透普通人体衣物,而对于金属和特定的化学物质则表现出不同强度的辐射信息,因此可被用于机场、地铁以及重要活动中的人体为对象的成像探测和无害安检(隐匿的管制刀具、枪支弹药、毒品爆炸物等)。

X光和毫米波安检成像效果对比(左图长期被误作毫米波太赫兹成像)


一项新型技术的推广和应用,往往夹杂社会需求、民众心理和行业利益等众多复杂因素的博弈。从X 光到毫米波与太赫兹,其应用目标是采用成像探测取代传统的金属安检门。金属安检门在实际中仅能指示目标是否携带金属,对非金属的陶瓷刀具、爆炸物和毒品等违禁物无能为力。现有安检仍主要依靠安检员的手工贴身排查,效率低下。X光成像性能更理想,但其电离辐射特性无法被普通公共场合接受。从统计学角度,年吞吐量数千万的机场,和数亿计的火车站和地铁站,对可能存在的致癌率是完全零容忍的。

金属安检门在大流量安检中形同虚设


新技术的出现不一定颠覆之前技术,但一定具有不可替代的优势场景。毫米波和太赫兹安检,正是基于此种背景诞生,并在近十几年中不断演进发展。作为亲历者,我们都在以不同的形式参与其中,见证技术发展带来的生活细节改变。


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