“海關(guān)”代表著一個國家的國門，守護國門的意義重大，因為這與國家的安全及經(jīng)濟利益息息相關(guān)。海關(guān)不僅要查禁沒有正常出入境手續(xù)的偷渡者、過關(guān)人員攜帶的走私物品，還需查禁出入境貨物中夾藏的武器、毒品，甚至還有核材料及爆炸物品等。人員出入境通常用X光安檢儀輔以人工安檢進行，在大型集裝箱已成為貨物流通最主要載體的當今，貨物的出入境檢查是如何進行的呢？

等待進出海關(guān)的海量集裝箱(圖片來自網(wǎng)絡(luò))

　　看到這組照片是不是有些吃驚？世界各國海關(guān)均面臨嚴峻的貨物安檢問題，如果全靠人工對所有的集裝箱開倉查驗，那就只能是一種狀態(tài)——無論機場、港口還是陸地出入境通道，短時間內(nèi)就會被海量集裝箱塞滿而陷入癱瘓。

　　因海運具有運量大、費用低等突出優(yōu)勢，貨物的海運在國際貿(mào)易中占大部份額。為便于統(tǒng)計，國際上以20英尺長的集裝箱作為運量的標準單位(Twentyfoot Equivalent Unit，縮寫為TEU)，其余規(guī)格的集裝箱則折合為20英尺的進行計算。

　　通常，一艘大型集裝箱貨輪一般可裝載約8000 TEU，可以想象，全世界各國海關(guān)每年的集裝箱吞吐量是多么驚人。

裝載集裝箱的飛機(圖片來自網(wǎng)絡(luò))

裝滿集裝箱的貨輪(圖片來自網(wǎng)絡(luò))

　　中國的第一個集裝箱碼頭1978年在天津港建成，20年后的1997年，全國港口的集裝箱年吞吐量已超過1000萬TEU，而2007年就達到了1億TEU，這個里程碑級的數(shù)字正是中國邁向世界港口強國的標志。從以下列出的“2018年全球前20大集裝箱港口排名表”可見中國集裝箱年度吞吐量在全球所占的份額(表中所列集裝箱數(shù)字的單位為萬TEU)。

2018年全球前20大集裝箱港口排名表(數(shù)據(jù)來自網(wǎng)絡(luò))

　　國門靠什么來守護

　　國門靠什么來守護？各國海關(guān)如何解決面臨的嚴峻問題呢？

　　出入境人員的安檢使用的是一般的X射線裝置，對人體及所攜帶的物品進行透視掃描后可以識別出隱藏的工具、武器、液體、貨幣、毒品和其他違禁品。這類安檢儀的X射線輻射劑量對人體是安全的，但這樣劑量等級的X射線無法穿透厚型鋼板制作的集裝箱。

　　海關(guān)檢查集裝箱的方法包括人工檢查、使用能識別爆炸物或藥物的警犬、使用能識別核材料的輻射監(jiān)測裝置以及能檢測各種違禁品的射線型掃描成像裝置。射線掃描技術(shù)能使集裝箱處于“透明”狀態(tài)，通過射線掃描可獲得貨物材料的能量譜，迅速將夾藏在集裝箱中的違禁物品識別出來。

　　采用鈷-60或銫-137放射源(平均能量1.25 MeV的)產(chǎn)生的伽瑪射線可以穿透15-18厘米的鋼板，而要穿透30-40厘米的鋼板則需要用能量5-10 MeV的X射線，這樣高能量的X射線只能由粒子加速器產(chǎn)生了。

　　法國、德國、英國等國家在20世紀80年代后期開始研制基于粒子加速器的高能X射線集裝箱檢測裝置，第一套實用裝置1991年安裝在法國巴黎的戴高樂機場。

　　由于受海量集裝箱過關(guān)的壓力，世界上已有越來越多的海關(guān)使用高能X射線集裝箱檢查裝置。這類裝置由粒子加速器、掃描設(shè)備，以及高性能的探測器、數(shù)據(jù)分析、X射線成像等系統(tǒng)組成。

《Symmetry》上的報道“High-energy X-rays searchcontainers”(圖片來自網(wǎng)絡(luò))

　　檢查的流程并不繁復(fù)，待檢的集裝箱經(jīng)過高能X射線檢查裝置接受X射線掃描，經(jīng)探測器、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)記錄及分析數(shù)據(jù)，所獲結(jié)果與海關(guān)數(shù)據(jù)庫中貨主申報的過關(guān)貨物性質(zhì)進行精細比對，判別是否具有安全隱患或違禁物品，如武器、爆炸物、毒品、核材料以及未經(jīng)申報的貨物等。

　　裝置的X射線成像系統(tǒng)還使海關(guān)人員在獲得相關(guān)檢查數(shù)據(jù)的同時通過電子顯示屏直觀地了解集裝箱內(nèi)貨物的細節(jié)。沒發(fā)現(xiàn)問題的便可直接通過；如果有疑問就需進入特定區(qū)域再經(jīng)海關(guān)復(fù)檢。每個集裝箱的查驗時間僅需幾十秒至幾分鐘。

用于集裝箱檢查裝置的直線加速器(圖片來自網(wǎng)絡(luò))

高能X射線集裝箱檢查裝置示意圖(圖片來自網(wǎng)絡(luò))

待檢集裝箱通過高能X射線檢查裝置(圖片來自網(wǎng)絡(luò))

海關(guān)人員通過電子顯示屏監(jiān)查集裝箱內(nèi)貨物(圖片來自網(wǎng)絡(luò))

通過高能X射線檢查裝置的集裝箱圖像(圖片來自網(wǎng)絡(luò))

藏匿的武器及文物識別(圖片來自網(wǎng)絡(luò))

藏匿的煙草、炸藥、毒品、各類材料識別(圖片來自網(wǎng)絡(luò))

藏匿的偷渡者識別(圖片來自網(wǎng)絡(luò))

　　基于粒子加速器的高能X射線集裝箱檢查裝置已成為各國海關(guān)打擊走私、非法貿(mào)易、有組織犯罪和恐怖主義的主要工具，其空間分辨率3-5毫米，穿透范圍20-45厘米，對比敏感度1%-4%，吞吐量20-200 TEU/小時。

安裝在天津港物流中心的國產(chǎn)高能X射線集裝箱檢測系統(tǒng)(圖片來自網(wǎng)絡(luò))

　　新型國產(chǎn)高能X射線集裝箱檢查系統(tǒng)(圖片來自網(wǎng)絡(luò))

　　該系統(tǒng)顯示的單能灰度圖像及雙能彩色圖像(圖片來自網(wǎng)絡(luò))

　　加速器專家的貢獻

　　高能X射線集裝箱檢查裝置堪稱守衛(wèi)國門的忠誠衛(wèi)士，這不僅是粒子加速器技術(shù)的重要應(yīng)用，其中還有粒子加速器科學(xué)家們的直接貢獻。

　　以美國的SLAC國家加速器實驗室為例，SLAC自1962年成立以來已逐步發(fā)展為從事天體物理、光子科學(xué)、加速器和粒子物理等多學(xué)科研究的大型綜合性實驗基地，并擁有一支世界一流水平的粒子加速器領(lǐng)域的技術(shù)隊伍。

　　SLAC兩位加速器物理學(xué)家王聚文(Juwen Wang)、羅杰？米勒(Roger Miller)，幫助總部位于桑尼維爾的安科銳公司設(shè)計、制造高能X射線集裝箱檢查裝置。他們都是美國物理學(xué)會的成員，有幾十年的粒子加速器工作經(jīng)驗。他們的目標是將大型粒子加速器上的前沿技術(shù)改造后研制出應(yīng)用于適合海關(guān)使用的小型化的高能X射線集裝箱檢查裝置。米勒主要負責(zé)研究整套裝置的概念設(shè)計，王聚文負責(zé)裝置的整體組裝調(diào)試。2008年末他們交付了首個高性能的小型檢查裝置，粒子加速器、探測器、數(shù)據(jù)分析等方面的前沿技術(shù)變身后應(yīng)用于守衛(wèi)國門的利器。

《Symmetry》的報道“Accelerator physicists design cargoX-ray scanner”，左為王聚文，右為羅杰·米勒(圖片來自網(wǎng)絡(luò))

“SLAC物理學(xué)家?guī)椭O(shè)計、制造貨物X射線掃描儀”的報道(圖片來自網(wǎng)絡(luò))

　　發(fā)展前景

　　隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，高能X射線集裝箱檢查裝置可做到體積更小、重量更輕、功耗更低、穿透力更大、安全性更高、掃描速度更快、物質(zhì)分辨功能更強、透視圖像更加穩(wěn)定清晰等。海關(guān)可根據(jù)不同的檢查需求，自主選擇多能、高能、低能、無機物單顯、有機物單顯等多種圖像顯示方式，也可選擇顯示X射線透射灰度圖像或彩色識別圖像，識別各類違禁嫌疑物品將更方便快捷。與此同時，其它無損掃描集裝箱貨物的新方法也正在探索之中，例如使用中子、μ介子掃描等。

　　科技前沿的粒子加速器技術(shù)、探測技術(shù)、強大的數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理技術(shù)不僅在航空航天、工業(yè)探測、醫(yī)療成像等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，還對維護國土安全作出了重要貢獻。

　　向守護國門的忠誠衛(wèi)士——粒子加速器致敬！

　　【參考資料】

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　　http://www.accelerators-for-society.org/

　　2、Accelerator physicists design cargo X-ray scanner

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　　3、SLAC Physicists Help Design, Build Cargo X-ray Scanners

　　https://www6.slac.stanford.edu/news/2013-05-16-X-ray-Cargo-Scanner.aspx

　　4、Accelerator apps: Cargo scanning High-energy X-rays searchcontainers

　　https://www.symmetrymagazine.org/article/august-2010/accelerator-apps-cargo-scanning

　　5、X-Ray Cargo Inspection: Status and Trends

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　　6、How Particle Physics Improves Your Life？

　　https://www.energy.gov/articles/how-particle-physics-improves-your-life

　　7、Particle Physics to Aid Nuclear Clean up

　　http://decisionsciences.com/particle-physics-to-aid-nuclear-clean-up/

　　8、Utilizing X-ray Portals to Maximize Detection and Throughput atPorts and Borders

　　https://www.eiseverywhere.com/file_uploads/258705fdf569bd52ae0bdd54e4f88ec7_Mastronardi_ASE.pdf

　　9、New container scanner will provide Customs with a major X-ray tool

　　https://www.timesofmalta.com/articles/view/20180127/local/new-container-scanner-will-provide-customs-with-a-major-x-ray-tool.669018

　　10、Cargo Operations and Management

　　http://epgp.inflibnet.ac.in/epgpdata/uploads/epgp_content/S001827/P001830/M029358/ET/15244866958.8Q1.pdf

　　11、Accelerators for Discovery Science and Security applications

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　　12、About Accelerators for America's Future

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　　13、Inside cargo

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　　14、Linear electron accelerators for radiation processing

　　https://indico.cern.ch/event/377384/contributions/1801203/attachments/752539/1032362/11-demsky.pdf

　　15、High Speed, Low Dose, Intelligent X-ray Cargo Inspection

　　https://www.researchgate.net/publication/301873380_High_Speed_Low_Dose_Intelligent_X-ray_Cargo_Inspection/figures?lo=1

　　16、American Science and Engineering, Inc. Introduces OmniView(TM)Gantry Cargo and Vehicle Inspection System

　　http://www.asdnews.com/news-5278/american_science_and_engineering,_inc_introduces_omniview(tm)_gantry_cargo_and_vehicle_inspection_system.htm

　　17、Electron Linacs for Cargo Inspection and other IndustrialApplications

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　　19、世界集裝箱運輸發(fā)展史

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　　20、集裝箱發(fā)展60年

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　　21、貨物集裝箱掃描技術(shù)的發(fā)展

　　http://www.docin.com/p-1016461203.html

　　22、中國集裝箱港口發(fā)展巡禮

　　http://www.cnss.com.cn/index.php?m=content&c=index&a=show&catid=663&id=168802

　　23、天津港集裝箱物流中心快速檢測系統(tǒng)

　　http://news.163.com/12/1206/10/8I1JQOFR00014JB6.html#from=relevant

　　24、車輛檢查系統(tǒng)MB1215DE(HS)

　　http://www.chinaddg.com/page196?product_id=149