90˚ 컴프턴산란 검색시스템에서 불법물질 검출을 위한 이중에너지 이중빔 방법

Abstract

마약과 폭발물 같은 수화물 내 불법물질의 검색을 위한 새로운 방법인 이중에너지 이중빔 방법론을 제안하였으며 마약류와 폭발물류를 대상으로 모사실험을 수행하여 본 연구에서 제안한 방법론을 검증하였다. 화합물의 유효원자번호는 물질의 종류를 구분하는데 있어 매우 중요한 정보이나 기존의 검색기들은 검색물의 물성 정보를 제공하는데 한계를 가지고 있으며, 수화물 내 임의 위치에 있는 물체에 대한 물성 정보만을 별도로 제공하지 못하고 있다. 최근들어 테러 등 위험요인 증가로 새로운 위험물 검색 기술은 물체의 형태뿐 아니라 물성치를 직접 검색할 수 있는 방법론 개발이 시급히 요구되고 있다. 본 연구에서 새롭게 제안한 이중에너지 이중빔 방법은 검색 대상 물체를 통과하는 일직선 경로 양측에서 고에너지와 저에너지 빔을 각각 입사시켜 물체 내에서 90° 컴프턴 산란한 신호로 물체의 유효원자번호를 평가하는 방법이다. 이 방법은 수화물 내 임의 위치에 있는 물체의 물성치인 유효원자번호를 6.5% 이내의 오차 범위에서 평가 할 수 있어, 일반물질 속에 숨겨놓은 마약과 폭발물 등 불법물질들을 검색할 수 있다. 이 방법을 적용하여 불법물질 앞과 뒤로 일반물질이 감싸고 있는 4 cm - 3 cm - 5 cm, 7 cm - 3 cm - 5 cm, 그리고 10 cm - 3 cm - 5 cm 모델의 단순한 기하학적 구조와 불법물질 주변에 8가지 일반물질이 감싸고 있는 복잡한 기하학적 구조에 대해 마약류 2종류와 폭발류 5종류에 대한 모사실험을 수행하였다. 그 결과 이중에너지 이중빔 방법은 실험 샘플 내 임의 위치에 있는 마약류와 폭발물류를 정확히 평가할 수 있음을 확인하였다. 본 연구를 통해 제안된 이중에너지 이중빔 방법론은 물성분석이 가능한 새로운 검색시스템 개발에 직접적으로 활용될 수 있다.; This study suggests a new method, called dual energy double beam method, which can be used for the inspection of illicit materials, such as drugs and explosives, in luggage. Extensive simulation experiments were performed for the benchmark of the new method with various kinds of drugs and explosives. The existing inspection systems do not give information on the material properties except for density. In addition, these cannot give material properties for an object which is arbitrarily located in luggage. Due to the rapid increase of terror risks nowadays, it is much more desirable for a new advanced inspection system to have a capability to give the material properties of an object, in addition to a simple image of the object. The dual energy double beam method can give the information on the effective atomic number of an object. In the dual energy double beam method, two beams of different energies (i.e., high energy and low energy) are incident on an inspection object in two opposite directions. The effective atomic number of the object is then determined from the 90° Compton scattering signals. For the demonstration of the new method, this study performed simulation experiments for the illicit materials which are hidden in innocuous materials. Three simple geometry models, i.e., 4 cm - 3 cm - 5 cm, 7 cm - 3 cm - 5 cm, and 10 cm - 3 cm - 5 cm model, and a complex geometry model were considered in this study for the benchmark calculation. In a simple geometry, the object of 3 cm in length is enclosed by two kinds of innocuous materials. In a complex geometry, the object is enclosed by eight kinds of innocuous materials. The object materials considered in this study includes two kinds of drug and five kinds of explosives. The results of the benchmark calculation show that the new method estimate the effective atomic number of an object very accurately even when the object is arbitrarily located in the samples. It is expected that the new methodology can be directly utilized for developing a new inspection system.