用来检测集装箱中辐射或辐射屏蔽的装置和方法

摘要

一种用来检测集装箱(9)中裂变或放射性材料或辐射屏蔽材料的计算机程序、数据库和方法，其与接近于集装箱(9)的检测设备(24，25)一起工作从而检测出：裂变或放射性材料的存在；或者是用来隐藏该裂变或放射性材的屏蔽材料的存在。然后将检测器的输出与一阈值进行比较从而确定该船运集装箱(9)接下来的操作。该阈值可基于已知放射性危险材料的输出、已知合法货物的输出或者是空集装箱的输出来确定。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用来检测裂变或放射性材料或辐射屏蔽材料的方法。更为特别的是，本发明涉及一种检测集装箱中放射性材料或辐射屏蔽材料是否存在的方法，其中该装运容器中的东西均列在载货单、包装单或其它货物列表上。

背景技术

在2001年9月11日，美国遭到了基地恐怖组织的袭击。基地组织的恐怖分子劫持了四架商业飞机发动了大规模的攻击。恐怖分子驾驶一架被劫持的飞机撞入纽约世贸中心双塔，另一架撞入国家军事指挥中心—华盛顿的五角大楼。勇敢的乘客和机组人员将第四架被动持的飞机撞向宾西法尼亚的效外从而挫败了恐怖分子用第四架被劫持飞机袭击可能是华盛顿区域的其它目标。在2001年9月11日的早上超过3000多个人在美国的土地上被杀害。

9.11袭击警醒了美国人民。美国人突然意识到其自由开放的社会很容易受到恐怖分子的多种袭击。每一个地方，美国人都看到了这种易受袭性，特别是“大规模杀伤性武器”如核武器的攻击性。其中一种核武器是一种像炸弹或弹头一样的装置，其巨大的爆炸力来自于核能的释放。

另外一种核武器包括所谓的“脏弹”。脏弹是一种常规的爆炸装置，其装填有放射性材料以便形成大范围的放射性污染使人体生病。放射性疾病是一种因曝露于离子辐射而产生的疾病，其表现从恶心、呕吐、头痛以及腹泻到失去头发和牙齿、红血球细胞及白血球细胞数量降低、大范围出血、不育以及死亡。

如果恐怖分子用核武器攻击平民，那么他们需要将这些武器运送到目标区域并在目标区域引爆。然而，恐怖分子无法使用通常的军事运输手段，因此只能偷偷地进行武器的运送。例如，恐怖分子可能会将核武器偷偷地藏在每天运到美国的成千上万只集装箱中从而将其带到美国的领土上。

本发明的一个目的在于，在与辐射检测和辐射屏蔽检测装置一起使用时，用来防止核武器经集装箱偷运而进出世界的各个港口，特别是美国的各个港口。本发明的另一个目的是，在与辐射检测和辐射屏蔽检测装置一起使用时，用来防止核武器经集装箱偷运输入到美国，这些集装箱包括(1)在外国港口装上的集装箱；(2)通过船运送到美国，包括能载4000个20英尺标准集装箱(TEU)的远洋集装箱巨轮；以及(3)卸货点或运送点靠近美国港口或人群中心的集装箱。本发明与辐射检测和辐射屏蔽检测装置一起能够减少恐怖分子通过集装箱将核武器偷运带入人口稠密区袭击美国或其它国家的危险。

A.检测系统

在核武器检测领域中，人们都知道基于元素铀的核武器会释放出可检测到的伽玛射线。铀，在元素周期表中的符号是“U”，是一种银白色的重金属元素，其具有放射性、毒性并很容易被氧化，现在已知其具有14种同位素，其中U238在自然界中最多。该元素存在于各种矿石中，这包括沥表铀矿、钒钾铀矿，从这些矿石中可提取加工出铀以备使用。其原子数为92；原子量为238.03；熔点1132℃；沸点3818℃；比重18.95；原子价2、3、4、5、6。铀在处理过程中被富集，材料中的一种或多种放射性同位素的量也就增多。

在核武器检测领域中，人们都知道基于元素钚的核武器会释放出可检测到的伽玛射线。钚，在元素周期表中的符号是“Pu”，是一种银色的、放射性超铀金属元素，其存在于铀矿中并能用中子轰击铀来产生。寿命最长的同位素为Pu244，其半衰期为7千6百万年。钚为放射性毒素，能被骨髓吸收，其可用作反应堆核燃料并用于核武器中，特别是具有很高裂变性的同位素Pu 239。其原子数为94；熔点640℃；沸点3235℃；比重19.84；原子价3、4、5、6。

从1911年的Hans Geiger到现在，我们已经知道许多设备都能检测出电离射线的存在。一种改进后名为Geiger-Müller的计数器装置能检测出α粒子、电子和电离型光子。现在，塑性闪烁被用来检测伽玛射线。例如，CT州Meriden市的CanberraIndustries公司(其网址为www.canberra.com)制造并推向市场一种采用了闪烁检测器的监示器，其用来对脚踏车、卡车和有轨列车进行辐射控制。再例如，MA州Bedford市的Amptek公司(其网址为www.amptek.com)制造并推向市场一种“Gamma-8000”的闪烁检测器，其采用碘化钠晶体检测技术和数字化方法来检测伽玛射线并对其进行光谱分析。市场上还能买到其它装置来检测辐射，这包括那些采用了闪烁材料和非闪烁材料的(例如碘化汞或碲化镉的固态检测器)。在本发明的说明书和权利要求书中，所有这些设备均被称为“裂变材料或放射材料检测设备”。

在核武器检测领域中，人们都知道基于元素铀或钚的核武器可用辐射屏蔽材料如铅来隐藏。铅，在元素周期表中的符号“Pb”，是一种软的、可延展易变形的、蓝白色、高密度金属元素，其可从方铅矿中提取出来并用于防腐容器和管道、焊料和铅字金属、子弹、辐射屏蔽材料、油漆以及抗爆剂中。其原子数为82；原子量为207.2；熔点327.5℃；沸点1744℃；比重11.35；原子价2、4。将核武器放在集装箱中，再盖上一层一或二英寸厚或更厚的辐射屏蔽材料，其通常为铅。此时，裂变或放射性材料检测装置或设备就不能识别出是否有核武器存在。因此，可用放射屏蔽材料将核武器经集装箱偷运而送入美国本土再进行引爆

在该领域中，人们还知道其它的屏蔽材料。如，可用高密度混凝土将放射性物质遏制在结构中。用来将核武器屏蔽在集装箱的高密度混凝土的厚度与上例中所需铅的厚度有同样的量级。所有这些屏蔽材料都能衰减或完全阻挡住伽玛射线，从而无法检测出裂变材料或放射性材料。

恐怖分子在使用辐射屏蔽材料来屏蔽集装箱中隐藏的核装置所发出射线时主要会受到两个条件的限制：(1)X射线检测系统或其它检测系统能检测出辐射屏蔽材料是否达到屏蔽核装置发出射线所需的量；以及(2)美国各个州及联邦法律所允许的联运集装箱的最大重量(即所谓的“过路”重量上限)。如果上述任何一种情况发生，正如下面详细论述的那样，通过屏蔽材料就能间接地知道是否隐藏有核武器，从而防止恐怖分子袭击。

首先，本领域的技术人员都清楚集装箱的X射线检测系统或其它类似检测系统总是试图弄清楚是否存在辐射屏蔽材料。例如，其中的一些检测系统通常会通过测量X射线穿透集装箱时的密度分布来形成一个透射图像。这类X射线或其它射线检测系统需依赖一个能发出X射线、伽玛射线或其它射线的发射源。因此这些系统有时也被称为“有源”系统，其含义是这些系统要产生射线并穿透被扫描的物体，然后测量从物体出来的射线的密度、位置或其它参数。由此用来覆盖核武器的辐射屏蔽材料就能被这种X射线或其它射线有源检测系统检测出来，因为这些材料对射线具有吸收性。

然而，用有源检测系统来检测辐射屏蔽材料也存在一些严重缺点。有源检测系统本身(1)会产生有害的射线，因此并不适合在工作环境中使用；(2)会对集装箱中的一些货物如照相用的胶片产生损害；(3)在放射源和检测器之间需要有一个能将被检测集装箱放入的分开空间；以及(4)很难放置在集装箱起重机的起重联接器上。

本发明允许使用无源检测系统。其与辐射检测装置一起使用，仅记录伽玛射线的存在。本系统为无源系统，即其只依赖于裂变材料或放射性材料自己发出的射线、辐射检测器、计算机、所声明的集装箱货物清单(“载货单”)以及软件。在本发明的说明书和权利要求书中，所有这些系统和设备、无论是有源还是无源的均被称为“辐射屏蔽检测设备”。

B.集装箱系统或集装箱运输

从二十世纪六十年代后期开始，使用集装箱来远洋运输或集装箱运输已非常盛行。集装箱比老式的、将货物捆绑及固定在船中夹层之间的所谓“卸货”系统或其它类型的如LASH驳船的卸货系统具有许多明显的优点。集装箱运输使联运成为现实。一旦货物在原始地(一般由制造商或销售商)装入集装箱，就可以用卡车、铁路和船将集装箱经陆地和海洋一直运到目的地，其中不需要任何搬动。集装箱运输能大大提高运输速度，同时还能减少损坏、被盗以及昂贵的人工。

对于所有的货物海运系统来说，集装箱运输的主要瓶颈是港口上的货物装卸(即装船和卸货)。在装载码头，要将整个集装箱放在集装箱堆放场中。那里，出于多种目的，这包括出于追踪和定位的目的需要记录下集装箱的标识(即“集装箱ID”)。集装箱的ID可以是字母、数字、条形码也可以是其它的标记符号。此时或者在此之前，集装箱中的货物被记录到清单或载货单上。载货单上列出每一个集装箱以及每一个集装箱中的货物(“即船的载货单”)。运输公司通常生成一个数据库，其中包含有每一个集装箱的载货信息(“载货数据库”)。除此之外，载货数据库中还包含一个产品标识，其在设计上用来表示每一个集装箱中的货物(“商品ID”)。该产品标识已被美国国际贸易委员会标准化了(即“标准的商品ID”)。(这一点可参见http：//dataweb.usitc.gov/SCRIPTS/tariff/toc.html的统一关税表)。

在装载码头，整个集装箱通常都存放在一个露天的场地上以等待被装上货柜船。在存放期间，可对集装箱进行检查。然而，在集装箱堆放场内的检查需要额外的工作或功能即只有经额外人员进行额外操作才能完成。

同样，在装载码头，不满的集装箱也放在集装箱堆放场中。那里，出于多种目的，这包括出于追踪和定位的目的需要记录下集装箱的ID。在存放到集装箱的场地之前，不满的集装箱中的货物可能会与同一集装箱或另一集装箱中的其它货物固定在一起。此时或者在此之前，需要将该集装箱和该集装箱的货物列在载货单上以及载货数据库中。之后，将整个集装箱存放在一个集装箱堆放场上以等待被装上货柜船。在存放期间，可对集装箱进行检查。然而，在集装箱堆放场内的检查同样需要额外的工作或功能即只有经额外人员进行额外操作才能完成。

每一天都有成千上万只集装箱在世界的各个港口进行装卸。然而，只有很少百分比的集装箱会被检查。例如，有可靠资料表明每天有21000个集装箱在美国的港口被卸下，其中被检查的只有不到3％。这种情况说明核武器很有可能被隐藏起来进行恐怖攻击或其它的违法行为。因此，在此方面就需要想办法减少核武器经船运集装箱偷运而靠近人口稠密区的可能性从而减少其对美国、其它国家或人民的攻击。

发明内容

本发明需要将裂变材料或放射性材料检测设备和辐射屏蔽检测设备中的其一或两者皆布置在用来装卸集装箱运货船的集装箱起重机上。这些集装箱起重机通常都布置在岸边或者是装卸集装箱的集装箱堆放场的顶码头上。有时集装箱货运船自己也带有集装箱起重机。所有这些集装箱起重机均采用一种名为分箱器、轭或抓斗，更特别形容为起重连接器的装置。在本说明书和后面的权利要求书中，“分箱器”、“轭”、“抓斗”和“起重连接器”是同一个意思，均指用来装卸集装箱货运船的集装箱起重机上的一个部件，其在物理上与起重机械结构相连，并且在装卸过程中也在物理上与集装箱相连。起重连接器借助于其上的公头，有时也称为“扭锁”与集装箱角处的母头，有时也称为“铸角”连接到集装箱上。

岸边的集装箱起重机以“A”形框架或矩形箱框的结构坐在顶码头上。这种起重机具有四个通常承载在轨道上的支柱或垂直支撑。起重机在顶码头上沿着船的侧边前后移动从而将集装箱装卸到船的固定段或纵段。该起重机还具有一个水平的梁形支架，其由悬缆固定。该支架通常可在一铰链上伸缩或进行收缩运动(在交叠部分中内外滑动)。在装货时，该起重机械结构和起重连接器借助于车架或滚轮沿着支架来回移动从而从顶码头伸延到船体上面。

该起重连接器为钢梁构成的矩形结构，四个角处有公头或“扭锁”。该公头锁入集装箱角处的铸角母头。起重连接器是集装箱起重机的起重机械结构与集装箱之间的接头。在装卸过程中，起重连接器在物理上与起重机械结构和集装箱相连。其是集装箱起重器上唯一与集装箱接触的部分。该起重连接器伸缩从而容纳二十英尺、四十英尺或者是四十五英尺的集装箱。在本说明书和后面的权利要求书中，“分箱器”、“轭”、“抓斗”和“起重连接器”的意思相同。

例如，在装货时，起重连接器与集装箱相连。然后起重机械结构将起重连接器及其所连接的集装箱一起向上从顶码头上或顶码头的车上或集装箱起重机自身的一个临时平台上提起。一旦提到被装船身侧面之上的所需高度，该起重机械结构以及连接着集装箱的起重连接器就向外横向(从船的一侧移向另一侧)移动，并停在船体上适当的集装箱箱位上。然后，起重机械结构将连接着集装箱的起重连接器向下放入货舱中或甲板上的指定位置。集装箱就位后，起重连接器与集装箱分开并被起重机构向上提起返回到顶码头上装载另一集装箱的位置处。在卸货时，操作过程之此相反，即：起重机械结构将起重连接器及其连接的集装箱提出货舱或提离甲板，并将集装箱放到顶码头上、顶码头的车上或者是集装箱起重机自身的临时平台上。

对于所谓的“自装船”或者是自身配备有集装箱起重机或起重机的船来说，其结构和操作类似。船载起重机以矩形箱框的结构坐在船的甲板上。该起重机具有四个支柱或垂直支撑，它们通过横梁相连，并架在货舱上，这四个支柱通常撑在轨道上。起重机在甲板上前后移动从而将集装箱装卸到货舱或甲板上。该起重机还具有一个水平的梁形支架。该支架通常可进行收缩运动(在交叠部分中内外滑动)并可伸出收回。在装货时，可沿着支架来回移动的起重机械结构和起重连接器从船体伸出并伸到顶码头的上面。然后，起重机械结构放下起重连接器并连上集装箱。一旦连上，起重机构就将起重连接器及其所连接的集装箱一起向上提起并提到船身以上的适当高度处，然后向内横向(从船的一侧移向另一侧)移动，并停在适当的集装箱箱位或甲板位置上。接着，起重机械结构将起重连接器及其所连接的集装箱向下放入货舱中或甲板上的指定位置。

当水上交通工具为驳船而不是货船时，上述岸载或船载起重机的结构和功能完全相同。在本发明的说明书和所附的权利要求书中，“集装箱起重机”意指岸载或水运工具(货船或驳船)上操作的集装箱起重机。

现在还有一些岸载集装箱起重机用一个阶段以上的操作来装载集装箱。在两阶段级集装箱起重机中，有一个附加向后的支柱(即起重机上距离船体最远的部分)。这些支柱可在起重机的后端(即起重机上距离船体最远的部分)形成一个额外的起重区域。在该额外的起重区域中，需采用额外的起重机械结构和起重连接器。该额外的起重机械结构和起重连接器将集装箱提升到集装箱起重机自身的一个平台上。之后，起重机前方(即起重机上距离船体最近的部分)的起重机械结构和起重连接器将集装箱从该平台提起并按前述方式装到船上。现在也有一些集装箱起重机能同时处理多个集装箱。在本发明说明书和所附的权利要求书中，“集装箱起重机”既指具有额外起重区域、起重机械结构或起重连接器的集装箱起重机又指能同时处理多个集装箱的集装箱起重机。

这里所描述的本发明系统和方法采用这样的集装箱起重机，其中裂变材料或放射性材料检测设备和/或辐射屏蔽检测设备是其中的一个部件。布置在集装箱起重机上(优选在起重连接器上)的裂变材料或放射性材料及辐射屏蔽检测设备会在集装箱起重机的起重连接器连接到集装箱上进行装卸之前、之时或之后对集装箱进行检查。其中裂变材料或放射性材料检测设备和辐射屏蔽检测设备可进一步配备一微处理器以便接收、处理(例如，比较)并传输集装箱中辐射水平或辐射屏蔽材料多少的记录数据。

采用本系统和方法，船运公司或码头搬运公司能够检查出公司实际装卸到、驳到或搬运到每艘船上的每个集装箱的辐射水平或者是每个集装箱中是否存在辐射屏蔽材料。在微处理器记录下集装箱的辐射水平或集装箱中辐射屏蔽材料的多少后，该信息可(通过无线或有线的方式)传送到起重机的操作员、集装箱堆放场的办公室那里，并通过码头旁边的一台计算机传送到公司的指挥所或者是政府代表或有关当局那里。除此之外，船运公司或码头搬运公司可利用上述有关集装箱辐射水平或集装箱中辐射屏蔽材料多少的信息来确定是否继续装卸该集装箱，是否对该集装箱进行额外的检查包括物理检查。

在本发明的另一实施例中，通过以下方式来检测船运集装箱中的放射性材料或裂变材料或辐射屏蔽材料：读取数字化后的伽玛射线数据，该数据由集装箱中伽码射线发射物无源导出；分析该数据从而确定出数字化的伽玛射线数据是否(a)与预定的伽玛射线指纹相当，或者(b)反常于所预期的伽玛射线指纹；以及在该数据与预定的指纹相当时或者在该数据异常于所预期的指纹时发出信号表明集装箱中含有放射性材料或裂变材料或辐射屏蔽材料。

在本发明的其它实施例中，伽玛射线数据在采集后被数字化成(1)伽玛射线源的强度；和/或(2)每一伽玛射线的能量。这种经采集并数字化的伽玛射线数据在下面被称为“指纹”。指纹可被解释为光谱图像或光谱图表。武器指纹是从其中含有裂变材料或放射性材料的测试集装箱获取的指纹。载货单指纹是指从其中所装为合法货物如载货单上所列货物的测试集装箱获取的指纹。背景指纹是指从测试的空集装箱获取的指纹。本发明中要用到两类背景指纹：(1)原始的背景指纹；以及(2)检查日背景指纹。原始背景指纹是指武器和载货单数据库生成时取得的指纹。检查日背景指纹是指集装箱被检查那一天所生成的指纹。本发明将在下面详细说明。

本发明一特定实施例的一个特征是创立出指纹数据库。其中创立出来并用在本发明中的数据库为：(1)武器指纹数据；(2)载货单指纹数据库；以及(3)检查日背景指纹数据库。此外，本发明在使用中希望运送集装箱和集装箱中货物的公司能保持载货单数据库的读取操作。该载货单数据库至少应列出每一个集装箱的集装箱ID以及该集装箱中货物的标准产品ID。

采用本发明的计算机程序、数据库和方法，结合给定集装箱(“可疑集装箱”)的指纹和相关集装箱ID最多进行四种测试就能对货物分析出结果：(1)武器测试；(2)载货单测试；(3)背景辐射测试；以及(4)等价辐射测试。

1.武器测试：

查阅武器指纹数据库并将可疑集装箱的指纹与武器数据库中的武器指纹进行比较以进行启发性匹配。如果可疑集装箱的指纹与武器数据库中的指纹启发性地匹配上了，那么该可疑集装箱就可能含有未屏蔽的核武器，此时返回该结果信息。如果可疑集装箱的指纹与武器数据库中的指纹没有启发性地匹配上，则进行载货单测试。

2.载货单测试：

载货单数据库列出集装箱的ID以及每一个集装箱中的货物，其中每一件货物均由标准商品ID表示。载货单指纹数据库中包括有合法的集装箱货物的指纹，其中每一件货物均由载货单数据库中相同的标准商品ID区别开来。用集装箱ID来查询载货单数据库可确定出可疑集装箱中货物的商品ID。接着再用所得到的标准商品ID来查询载货单指纹数据库从而确定出可疑集装箱中货物的指纹(“假定指纹”)。

参考载货单指纹数据库并将可疑集装箱的指纹与载货单指纹数据库中的假定指纹进行比较。如果可疑集装箱的指纹与假定指纹启发性匹配，那么该可疑集装箱中的货物可能就是载货单所表明的货物，然后返回该结果信息。如果可疑集装箱的指纹不能与假定指纹启发性地匹配上，那么就进行背景辐射测试。

3.背景辐射测试：

参考检查日背景指纹数据库并将可疑集装箱的指纹与检查日背景指纹数据库中的检查日背景指纹进行比较。如果可疑集装箱的指纹明显低于检查日背景指纹，那么该可疑集装箱很可能含有用来屏蔽核武器的辐射屏蔽材料，此时返回该结果信息。如果可疑集装箱的指纹没有明显地低于检查日背景指纹，那么就进行等价辐射测试。

4.等价辐射测试：

如果可疑集装箱的指纹没有与假定指纹启发性地匹配上并且也没有明显地低于检查日背景指纹，那么就进行等价辐射测试。用可疑集装箱的指纹来查询整个载货单指纹数据库。如果可疑集装箱的指纹与载货单指纹数据库中的某一指纹启发性地匹配上，那么可疑集装箱中可能含有不同于勒货单上所列货物的合法货物，此时返回该结果信息。如果可疑集装箱的指纹不能与载货单指纹数据库中的任一指纹启发性地匹配上，那么该可疑集装箱中的货物就是未知货物，此时返回该结果信息。

下面的程序用来生成以下指纹数据库：

(1) 原始背景指纹：生成原始背景指纹。用放射性材料或裂变材料检测设备从其中什么都没有的测试集装箱的货物采集数据以生成原始背景指纹。在优选实施例中，将其中什么都没有的测试集装箱的数据数字化成伽玛射线源的强度以及所检测每一伽玛射线的能量。作为选择，该数据也可数字化成伽玛射线源的强度或所检测每一伽玛射线的能量。由此数字化的数据就构成“原始背景指纹”。

(2) 武器指纹数据库。生成武器指纹数据库。用放射性材料或裂变材料检测设备从一序列测试集装箱的货物采集数据以生成武器指纹数据库。其中每一个测试集装箱均包含有一种已知放射性危险材料如U238或Pu244的样本。这些货物也可包括已知放射性材料或裂变危险材料的组合。在优选实施例中，将其中含有已知放射性危险材料的一序列测试集装箱的货物的数据数字化成伽玛射线源的强度以及所检测每一伽玛射线的能量。作为选择，该数据也可数字化成伽玛射线源的强度或所检测每一伽玛射线的能量。由此得到的每一个测试集装箱的数字化后的数据就构成“非标武器指纹”。然后对每一个非标武器指纹进行标准化处理，将其中的原始背景指纹去掉。其结果就是其中包含有每一种已知放射性危险材料或裂变危险材料武器指纹的数据库。当然也可用其它方法来生成武器指纹数据库。从公共机构如核管理委员会很容易就能得到给定放射性材料或裂变材料所发出每一伽玛射线的射线源强度和射线能量。

(3) 载货单指纹数据库。生成载货单指纹数据库。用放射性材料或裂变材料检测设备从一序列测试集装箱的货物采集数据以生成载货单指纹数据库。这里所称的“测试”集装箱必须是那些在商业上实际使用的集装箱，当然其数据也可在其它条件下进行采集。每一个测试集装箱所装均为合法的已知货物，如船运载货单或其它类货物清单上所列的那些货物。这些合法货物是指那些经船运当局准许装载在集装箱中的货物，例如美国国际贸易委员会统一关税表中所列的货物。

在优选实施例中，将其中装有已知合法货物的一系列测试集装箱的货物的数据数字化成伽玛射线源的强度以及所检测每一伽玛射线的能量。作为选择，该数据也可数字化成伽玛射线源的强度或所检测每一伽玛射线的能量。由此得到的每一个测试集装箱的数字化后的数据就构成“非标载货单指纹”。然后对每一个非标载货单指纹进行标准化处理，将其中的原始背景指纹去掉。其结果就是一个数据库，该数据库中包含有每一个已知合法集装箱货物的载货单指纹，其中由同一个标准商品ID标识的货物用来表示载货单中的货物。

注意，这些合法货物有时(1)不会发出任何的伽玛射线，由此所得到的数字化的数据仅仅是背景辐射；以及/或(2)只衰减(当伽玛射线穿过物质时其强度/能量降低)背景辐射，由此所得到的数字化的数据会小于背景辐射。这样，每一个已知合法集装箱货物的载货单指纹可能是负值或者是其与原始背景指纹的差值。此外，还要注意伽玛射线在物质中的衰减有一个公式。在知道下面信息的情况下，该公式能用来预测载货单指纹：(1)集装箱箱壁的厚度和密度；(2)集装箱货物的厚度和密度；以及(3)被衰减的伽玛射线的强度和能量。船运集装箱的厚度和密度通常是标准的。载货单上应当包含有船运集装箱中货物的厚度和密度。被衰减的射线的强度也是知道的，因为本发明将按下面所述用到检查日背景指纹。

(4) 检查日背景指纹数据库：生成检查日背景指纹数据库。在可疑集装箱被检查的当天，用放射性材料或裂变材料检测设备从空集装箱采集数据以生成检查日背景指纹。在优选实施例中，将可疑集装箱检查日采集的空集装箱的数据数字化成伽玛射线源的强度以及所检测每一伽玛射线的能量。作为选择，该数据也可数字化成伽玛射线源的强度或所检测每一伽玛射线的能量。作为优选，应当在集装箱起重机的起重连接器相对于顶码头处于最高点时记录下检查日背景指纹。由此可获得一个更为精准的检查日背景指纹。如此得到的数字化的数据构成检查日背景指纹，然后将其保存到检查日背景指纹数据库中。

附图说明

图1为码头、集装箱起重机组件和船的侧视图；

图2为集装箱起重机组件的立体图；

图3为船运集装箱的立体图；

图4为船运集装箱连接上集装箱起重机的起重连接器时的立体图；

图5为船运集装箱连接上集装箱起重机的起重连接器时的立体图，其中起重机上带有放射性材料或裂变材料检测设备，该设备布置在起重连接器分箱杆之间的三个壳体中；

图6为根据本发明原理，布置在集装箱起重机上，优选为起重连接器上壳体中的放射性材料或裂变材料检测设备、辐射屏蔽检测设备以及微处理器；

图7为本发明输入、输出及部件的流程图；

图8为本发明原始背景指纹的生成流程图；

图9为本发明武器指纹数据库的生成流程图；

图10为本发明载货单指纹数据库的生成流程图；

图11为本发明检查日背景指纹数据库的生成流程图；

图12为本发明一实施例中计算机程序、数据库结构和方法的流程图。

具体实施方式

现在参见图1来描述集装箱起重机3对集装箱货运船10装卸的通常操作。在对集装箱装卸的通常操作中，集装箱货运船10停靠在码头2旁。集装箱起重机3立在顶码头1上。集装箱起重机3具有四个支柱，其中图1中可看到两个支柱4和5(另有两个支柱在图1中没显示出来)。横架6将起重机构7、起重连接器8和集装箱9提起并跨过集装箱货运船10从而将其放到集装箱货运船10上其它集装箱11之间的位置上，或从该位置将其卸下。

图2为装卸操作的立体图。从中可以看到支柱12和13。

图3展示有集装箱9和八个铸角中的七个铸角14、15、16、17、18、19和20。

图4所示为起重连接器在连上集装箱9时的情况。

图5为起重连接器连上集装箱9时起重机构7和起重连接器8的立体图，从中可以看到，放射性材料或裂变材料检测设备、辐射屏蔽检测设备和微处理器或PC26的壳体21、22和23。

图6为布置在起重连接器8上的三个壳体21、22、23中的一个壳体的块图，其中展示有放射性材料或裂变材料检测设备24、辐射屏蔽材料检测设备25和微处理器或PC26。其中放射性材料或裂变材料检测设备24、辐射屏蔽材料检测设备25和微处理器或PC26可装在集装箱起重机3上，优选为起重连接器8上的一个或多个壳体中。

实现本发明的最佳模式是将放射性材料或裂变材料检测设备24、辐射屏蔽材料检测设备25和微处理器或PC26布置在集装箱起重机3上起重连接器8的壳体21、22和23中。放射性材料或裂变材料检测设备24和辐射屏蔽材料检测设备25可以是现成的设备如CT州Meriden市的Canberra Industries公司(其网址为www.canberra.com)销售的系统。该设备可进一步垫上液压或电磁震动吸收器或执行器。壳体21、22和23中的放射性材料或裂变材料检测设备24、辐射屏蔽材料检测设备25和微处理器或PC26也可根据集装箱起重机进行订做。

如果放射性材料或裂变材料检测设备24和辐射屏蔽材料检测设备25均布置在集装箱起重机3上起重连接器8的壳体21、22和23中，则可采用微处理器或PC26。微处理器或PC26可布置在集装箱起重机3上起重连接器8上的壳体21、22和23中或其它位置处。例如，微处理器或PC26可布置在集装箱堆放场的办公室中，只要其与放射性材料或裂变材料检测设备24和辐射屏蔽材料检测设备25相互通信即可。微处理器或PC26可进一步与放射性材料或裂变材料检测设备24和辐射屏蔽材料检测设备25-起配置。可采用有线或无线通讯技术来将放射性材料或裂变材料检测设备24和辐射屏蔽材料检测设备25的输出或结果传输到微处理器或PC26。微处理器或PC26也可与船运公司的逻辑计算机系统通讯从而将集装箱9的字母数字标识号和载货单信息传输给微处理器或PC26。然后，微处理器或PC26用载货单信息来确定预期从集装箱9发射出来的放射性或裂变材料或者是辐射屏蔽材料的阈值水平。

微处理器或PC26优选执行这样的一个程序，该程序中具有一个能将放射线材料和辐射屏蔽材料的检查结果与之进行比较的容许值或阈值。例如，核管理委员会(“NRC”)以及其它州和联邦管理局制定的辐射指南中规定的用来保护人身安全的最大允许辐射水平。该NRC最大辐射水平可用作辐射容许值。用来掩盖核武器存在的辐射屏蔽材料的量可用作辐射屏蔽材料容许值。

微处理器或PC26还可运行下面所述的一个计算机程序28(参见图7)，该程序中具有一个能将放射线材料和辐射屏蔽材料的检查结果与之进行比较的载货单信息。例如，辐射的容许值或阈值可能与集装箱9的货物相关。如果集装箱9中存在一种已知允许的放射性材料，那么该阈值可设定得高于那些载货单中没有任何已知放射性材料的集装箱。此外，可将多个检测器24、25的输出进行比较或者是通过取得差值输出信号而指示出集装箱9中存在的点辐射源。如果载货单指出货物中含有可允许的放射性材料，但这些材料均匀地布置在集装箱9中，那么多个检测器24、25的不同输出即表明存在点辐射源。因此，可由载货单的货物建立起阈值差。

在本发明一个操作示例中，由集装箱起重机3上起重连接器8上的壳体21、22和23中放射性材料或裂变材料检测设备24和辐射屏蔽材料检测设备25检测的辐射水平被传输到微处理器或PC26。然后微处理器或PC26将该辐射水平与预定的辐射容许值或辐射水平进行比较，其中的辐射水平是集装箱9按载货单所列中货物的预期辐射水平。如果辐射水平等于或低于最大容许辐射水平或所预期的辐射水平，那么微处理器或PC26中所运行的计算机程序会将辐射屏蔽材料水平与预定的辐射屏蔽材料容许值或所预期的集装箱9中按载货单所列货物的辐射水平进行比较。如果辐射屏蔽材料水平等于或低于所容许的辐射水平或所预期的辐射水平，那么微处理器或PC26会印上一个核实章27，该核实章27表明本集装箱9(其采用字母数字标识号)既不含有核武器又不含有覆盖核武器所需的足量辐射屏蔽材料。另一方面，如果辐射水平或辐射屏蔽材料水平超过了容许值或所预期的水平，那么将该集装箱9标识出来以便进一步的检查，这包括如果需要，根据适当的核条约进行的物理检查。

在普通的商业程序中，船运公司及其代理商会告诉集装箱托运人或发货人集装箱内所允许的给定装载货物所预期的最大辐射水平和辐射屏蔽材料水平。反之亦然，在普通的商业程序中，托运人或发货人会将他们集装箱所预期的辐射水平或辐射屏蔽材料水平通知船运公司。合法的托运人或发货人会告诉船运公司或其代理商，他们托运的某一集装箱会超过该水平，因此需要预先进行检查。

图7为本发明计算机程序、数据库结构和方法所用部件的流程图。其中有六个数据源：(1)辐射检测设备24或辐射屏蔽检测设备25；(2)集装箱ID29；(3)武器指纹数据库30；(4)载货单数据库31；(5)载货单指纹数据库32，其含有集装箱ID29和标准商品ID33；(6)检查日背景指纹数据库34。这里必须明白的是检查日背景指纹数据库34可包含一个或多个检查日背景指纹。这六个数据源可由运行了计算机程序28的计算机26进行读取。计算机程序28读取这六个数据源。计算机26的输出是返回以下状态信息：(1)“可能含有未被屏蔽的核武器”35；(2)“装入其中的货物可能是载货单所述的货物”36；(3)“可能含有用来屏蔽核武器的辐射屏蔽材料”37；(4)“可能含有合法货物，但该货物不同于载货单所列货物”38；以及(5)“未知货物”39。

图7a为载货单数据库31的详细内容，其包含有集装箱ID29和标准商品ID33。图7b为载货单指纹数据库的详细内容，其包含有集装箱ID29和标准商品ID33。

图8为本发明计算机程序、数据库结构和方法中生成原始背景指纹的流程图。在步骤42，辐射检测设备24或辐射屏蔽检测设备25获得空测试集装箱的指纹。在步骤43，来自辐射检测设备24或辐射屏蔽检测设备25的数据被数字化成伽玛射线的源强度和所检测的每一伽玛射线的能量。作为选择，本数据也可数字化成伽玛射线的源强度或所检测每伽玛射线的能量。在步骤44，将数字化的数据作为原始背景指纹保存起来。

图9为本发明计算机程序、数据库结构和方法生成原始背景指纹的流程图。在步骤45，辐射检测设备24或辐射屏蔽检测设备25获得一系列其中装有已知放射性危险材料的测试集装箱的指纹。在步骤46，将辐射检测设备24或辐射屏蔽检测设备25获得的每一种已知放射性危险材料的数据数字化成伽玛射线的源强度和所检测的每一伽玛射线的能量。作为选择，该数据也可数字化成伽玛射线的源强度或所检测的每一伽玛射线的能量。在步骤47，从数字化的数据中提取出原始背景指纹(图8)。在步骤48，将其中装有已知放射性危险材料的每一个测试集装箱的结果数据保存到武器指纹数据库30中。

图10为本发明计算机程序、数据库结构和方法生成载货单指纹数据库32的流程图。在步骤49，辐射检测设备24或辐射屏蔽检测设备25获取其中装有已知合法货物的测试集装箱的指纹。在步骤50，将辐射检测设备24或辐射屏蔽检测设备25获得的每一种已知合法货物的数据数字化成伽玛射线的源强度和所检测的每一伽玛射线的能量。作为选择，该数据也可数字化成伽玛射线的源强度或所检测的每一伽玛射线的能量。在步骤51，从数字化的数据中提取出原始背景指纹(图8)。在步骤52，将其中装有已知合法货物的每一个测试集装箱的结果数据及其标准商品ID33保存到载货单指纹数据库32中。

图11为本发明计算机程序、数据库结构和方法生成检查日背景指纹数据库34的流程图。在步骤53，在每天使用之前，辐射检测设备24或辐射屏蔽检测设备25获取空测试集装箱的指纹。在步骤54，将辐射检测设备24或辐射屏蔽检测设备25获得的数据数字化成伽玛射线的源强度和所检测的每一伽玛射线的能量。作为选择，该数据也可数字化成伽玛射线的源强度或所检测的每一伽玛射线的能量。在步骤55，将数字化的数据保存到检查日背景指纹数据库34中。

图12为本发明计算机程序、数据库结构和方法的操作流程图。在步骤56，辐射检测设备24或辐射屏蔽检测设备25获取可疑集装箱9的指纹。在步骤57，对可疑集装箱的指纹进行标准化处理，将其中的检查日背景指纹去掉。在步骤58，查询武器指纹数据库30将可疑集装箱经标准化后的指纹与武器指纹数据库30中的指纹进行比较。在步骤59，确定可疑集装箱经标准化后的指纹是否与武器指纹数据库30中的指纹启发性匹配。如果“匹配”，那么该可疑集装箱就可能含有未屏蔽的核武器，然后在步骤60，返回该结果信息35。

如果“不匹配”，那么就在步骤61查询载货单数据库31并查找集装箱ID29，然后提取出可疑集装箱9中报称货物的标准商品ID33。在步骤62，查询载货单指纹数据库32从而找出与标准商品ID33相关联的指纹。在步骤63，确定可疑集装箱经标准化后的指纹是否与载货单指纹数据库32中与该标准商品ID33相关联的指纹(“假定指纹”)启发性匹配。如果“匹配”，那么该可疑集装箱就可能含有载货单中报称的货物，接着在步骤64，返回该结果信息36。

如果“不匹配”，那么就在步骤65查询检查日背景指纹数据库34并将可疑集装箱标准化后的指纹与检查日背景指纹进行比较。在步骤66，确定可疑集装箱经标准化后的指纹是否明显低于检查日背景指纹。如果“是”，那么该可疑集装箱就可能含有用来屏蔽核武器的辐射屏蔽材料，接着在步骤67，返回该结果信息37。

注意，此时已确定出可疑集装箱含有(1)核武器；或(2)载货单所列货物；或(3)辐射屏蔽材料。如果集装箱中确定没有上述货物，就停止处理。

继续查询货物，如果可疑集装箱标准化后的指纹没有明显地低于检查日背景指纹，那么在步骤68，查询载货单指纹数据库32，将可疑集装箱标准化后的指纹与载货单指纹数据库32中的每一个指纹进行比较。在步骤69，确定可疑集装箱标准化后的指纹是否与载货单指纹数据库32中某一指纹启发性地匹配。如果“是”，那么该可疑集装箱就可能含有不同于载货单所列货物的合法货物，接着在步骤70，返回该结果信息38。如果“否”，那么该可疑集装箱中的货物可能是未知货物，此时在步骤71，返回该结果信息39。

所进行的每一步的顺序可有所变化以适应特定的使用目的或操作人员的需要。

在普通的商业程序中，船运公司及其代理商会告诉集装箱托运人集装箱内所允许的最大辐射水平和辐射屏蔽材料水平，超过该水平，集装箱装载前会自动被检查。反之亦然，在普通的商业程序中，合法托运人会将那些超过该水平并需要在装载前检查的集装箱通知船运公司或其代理商。

以上描述的是一种用来检测船运集装箱中放射性材料或辐射屏蔽材料的新计算机程序、数据库结构和方法。本领域普通技术人员均清楚在不脱离本发明构思的情况下上述实施例还有许多用途和变化。因此本发明的法律保护范围仅由所附的权利要求书来确定。

所用词、术语或语段的定义

“集装箱”。在本说明书中，“集装箱”是指任何一种其中可装载材料的容器，如箱子、纸箱、罐或瓶。“船运集装箱”是指经标准化以便高效地进行陆地海洋运输搬运的集装箱。在图1和2中，展示了一个“船运集装箱”2。“集装箱”包括，但不限于货运拖车、铁路车、空运集装箱、行李等及其他相类似的。

“合法货物”。在本说明书中，“合法货物”是指可合法运输的货物。

“数字化”。在本说明书中，“数字化”是指将模拟数据转换成数字形式。

“数字化的伽玛射线数据”。在本说明书中，数字化的伽玛射线数据是指由物质发出的伽玛射线的、经数字化的测量值或记录值。

“每一伽玛射线的能量”，在本说明书中，“每一伽玛射线的能量”是指伽玛射线停止或被物质吸收时辐射累积的能量，该物质特指检测伽玛射线的物质。例如，当伽玛射线穿过碘化钠(NaI)检测器时，其能量被NaI吸收。该能量会以可见光谱的形式“再次发射出来”，由此可为光电倍增器检测并转换成电信号。对于固态检测器如碲化隔(CdTe)来说，伽玛射线会被CdTe吸收，然后直接生成电信号。该电信号的强度与伽玛射线的能量成正比。

“进行启发性匹配”，在本说明书中，“进行启发性匹配”是指对数字化后的数据的模式进行比较，从而在没进行精确比较的情况下以很高的确定度确定出它们的一致性。“启发性的匹配”是进行启发性匹配的结果。“伽玛射线源的强度”，在本说明书中，伽玛射线源的强度是指一放射性材料单位时间里发射出的伽玛射线的光子数。

“光谱图”，在本说明书中，“光谱图”是指光谱的图像或相片。在本说明书中，“光谱分析图”和“光谱图”意思相同。

“进行光谱分析”，在本说明书中，“进行光谱分析”是指分析光谱图像数据。

“明显低于检查日背景指纹”，在本说明书中，“明显低于检查日背景指纹”是指低于的程度能使人很容易得出检测设备正在采集被屏蔽的背景辐射数据。