BR112014019517A2 - Inspeção de raio x com uso de detectores de cintilação acoplados por fibra de deslocamento de comprimento de onda - Google Patents

Abstract

INSPEÇÃO DE RAIO X COM USO DE DETECTORES DE CINTILAÇÃO ACOPLADOS POR FIBRA DE DESLOCAMENTO DE COMPRIMENTO DE ONDA. Trata-se de um detector e de métodos para inspecionar um material com base em um cintilador acoplado por fibra óptica de deslocamento de comprimento de onda a um ou mais fotodetectores com uma integração temporal do sinal de fotodetector. Um volume não pixelado de meio de cintilação converte energia de radiação penetrante incidente em luz de cintilação que é extraída de uma região de extração de luz de cintilação através de uma pluralidade de guias de onda ópticos. Essa geometria fornece detectores eficientes e compactos, o que permite geometrias inatingíveis até o momento para detecção de retrodifusão e para discriminação de energia de radiação incidente. As configurações de transmissão de resolução de energia adicionais são permitidas bem como uma compensação de desalinhamento e inclinação.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “DETEC- TOR DE RADIAÇÃO DE RAIO X”.

[001] O presente pedido reivindica a prioridade de Pedidos de Patente Provisórios de Número de Série US 61/598.521, e US 61/598.576, ambos depositados no dia 14 de fevereiro de 2012, e Pe- dido de Patente Provisório de Número de Série US 61/607.066, depo- sitado no dia 6 de março de 2012, em que todos os pedidos estão in- corporados ao presente documento a título de referência.

CAMPO DA TÉCNICA

[002] A presente invenção refere-se a detectores de cintilação acoplados por fibra e a métodos de fabricação dos mesmos, e a sis- temas e métodos de inspeção de raio x que empregam detectores de cintilação acoplados por fibra para detecção eficiente de raios x.

ANTECEDENTES

[003] Detectores de cintilação acoplados por fibra de radiação e partículas foram empregados durante os últimos 30 anos. Em alguns casos, o cintilador é pixelado, consistindo em elementos de cintilador discretos, e em outros casos, outros estratagemas são empregados (tais como fibras de acoplamento cruzadas de modo ortogonal) a fim de fornecer resolução espacial. Exemplos de detectores de cintilação acoplados por fibra são fornecidos pelas Patentes no US 6.078.052 (para DiFilippo) e 7.326.9933 (para Katagiri et al.), em que ambas são incorporadas no presente documento a título de referência. Os detec- tores descritos tanto por DiFilippo quanto por Katagiri et al. empregam fibras de deslocamento de comprimento de onda (WSF) de modo que a luz reemitida pelo material de núcleo da fibra possa ser conduzida, com atenuação baixa, a fotodetectores dispostos em um local conve- niente, frequentemente distante do próprio cintilador. A resolução es- pacial é de valor particular em aplicações tal como imageamento de nêutron. A resolução espacial também é de importância no Telescópio

Espacial de Área Grande de Fermi (antigamente, GLAST) em que um detector de cintilação segmentado de eficiência alta emprega leituras de WSF para detecção de raios cósmicos de energia alta, conforme descrito no documento Moiseev, et al., High efficiency plástico scintilla- tor detector with wavelength-shifting fiber readout for the GLAST Large Area Telescope, Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A, volume 583, páginas 372 a 381 (2007), que é incorporado no presente documento a título de referência.

[004] Devido aos contextos em que o detector cintilador acoplado por fibra foi empregado até o presente momento, todo detector cintila- dor acoplado por fibra conhecido contou pulsos produzidos por intera- ções individuais de partículas (fótons ou partículas grandes) com o cin- tilador, permitindo, dessa forma, que a energia depositada pela partí- cula incidente seja apurada no fluxo cumulativo de luz reemitida pelo cintilador.

[005] As exigências de detecção de sistemas de inspeção de re- trodifusão de raio x, no entanto, são inteiramente diferentes das exi- gências abordadas por detectores de cintilação acoplados por fibra existentes. Os sistemas de inspeção de raio x de retrodifusão foram utilizados por mais de 25 anos para detectar materiais orgânicos ocul- tos dentro de bagagem, contentores de carga, em veículos e em pes- soas. Devido ao fato de que materiais orgânicos em grandes volumes preferencialmente difundirem raios x (através de difusão de Compton) ao invés de absorver os mesmos, esses materiais aparecem como ob- jetos mais claros nas imagens de retrodifusão. Na medida em que rai- os x incidentes são difundidos em todas as direções, a sensibilidade supera muito a resolução espacial como uma exigência e, na maioria das aplicações de difusão, a resolução espacial de detector não causa preocupação, visto que a resolução é governada pelo feixe incidente ao invés de detecção.

[006] As exigências de detecção especializadas de grande área e alta sensibilidade imposta por sistemas de difusão de raio x são parti- cularmente vexantes no caso de detectores de cintilação “convencio- nais” 100 do tipo mostrado em um corte transversal lateral na Figura 1A e em um corte transversal frontal na Figura 1B.

Um exemplo de tal detector é descrito na Patente no US 5.302.817 (para Yokota) e é in- corporada no presente documento a título de referência.

Tipicamente, uma caixa à prova de luz 102 é revestida com telas cintilantes 103 em que a radiação de raio x incidente 101 é convertida em luz de cintila- ção, tipicamente nas porções de UV, visíveis ou de comprimento de onda mais longo do espectro eletromagnético (EM). Tubos de fotomul- tiplicador de área de fotocátodo grande (PMTs) 105 são acoplados pa- ra receber luz de cintilação por meio de vigias 108. Um problema se encontra em que uma fração da luz de cintilação que se origina dentro da tela é transmitida para o volume fechado.

A luz de cintilação restan- te é perdida no material de tela.

Telas cintilantes 103 são projetadas para maximizar a fração de luz emitida, que é equivalente a garantir um coeficiente de transmissão grande T para a interface entre a tela 103 e o meio (tipicamente ar) que preenche o detector volume.

No en- tanto, em um detector de retrodifusão convencional do tipo retratado nas Figuras 1A e 1B, as telas de cintilação 103 devem servir, também, como bons refletores devido ao fato de que a luz de cintilação, uma vez emitida para o volume da caixa 102, tipicamente precisa de múlti- plas reflexões até alcançar um fotodetector 105. Então, o coeficiente de reflexão R da superfície de tela também deve ser grande, no entan- to, visto que a soma de T e R é restrita para ser unidade, tanto T quan- to R não podem ser maximizados simultaneamente, e uma concessão deve ser feita.

Como um resultado, a eficiência de coleta de luz do de- tector de retrodifusão convencional é inerentemente baixa, com ape- nas pouca porcentagem da luz de cintilação coletada nos fotodetecto-

res.

[007] Para um detector de imageamento, o ruído estatístico de fóton é calculado em termos dos fótons absorvidos pelo detector e uti- lizado para gerar a imagem. Qualquer fóton que passe através do de- tector sem ser absorvido, ou mesmo aqueles que são absorvidos sem gerar informações de imagem, é desperdiçado e não contribui para reduzir o ruído na imagem. Visto que fótons não podem ser subdividi- dos, os mesmos representam o nível de quantum fundamental quan- tum de um sistema. É pratica comum calcular o ruído estatístico em termos do menor número de quanta utilizado para representar a ima- gem em qualquer lugar ao longo da cadeia de imageamento. O ponto ao longo da cadeia de imageamento onde o menor número de quanta é utilizado para representar a imagem é chamado de um "poço de quantum". O nível de ruído no poço de quantum determina o limite de ruído do sistema de imageamento. Sem aumentar o número de trans- portadores de informações (isto é, quanta) no poço de quantum, o limi- te de ruído de sistema não pode ser aprimorado. Uma coleta de luz pobre pode criar possivelmente um poço de quantum secundário, que é o mesmo que dizer que o mesmo irá limitar a fração de raios x inci- dentes que resultam na corrente de PMT. Ademais, aumentará o ruído de imagem. A eficiência de coleta de luz pode ser aprimorada aumen- tando-se a área sensível dos fotodetectores, no entanto, aquela traje- tória para eficiência é cara.

[008] A estrutura de tela cintilante tipicamente empregada nos detectores de cintilação de raio x da técnica anterior é descrita agora com referência à Figura 2. Uma camada de cintilador compósito 202 é colocado entre uma chapa de apoio 204 para suporte estrutural e uma película protetora transparente fina 206 composta de poliéster, por exemplo. O cintilador compósito consiste tipicamente em cristais inor- gânicos de tamanho mícron em uma matriz orgânica ou resina. Os cristais são o material cintilante real. Fluorocloreto de bário (BaFCl, ou “BFC”) ou oxissulfeto de gadolínio (Gd202S, ou “Gadox”) dopado com elementos terrosos raros são escolhas comuns para esses. A potência de interrupção da tela é determinada pela espessura da camada de cintilador compósito 202, que é tipicamente medida em miligramas de cristal de cintilador por unidade de área. Devido ao fato de que os cinti- ladores inorgânicos (tais como BFC ou Gadox) sofrerem de auto- absorção alta, a camada de cintilador compósito deve ser mantida fina a fim de extrair uma boa fração da luz de cintilação. Isso limita a po- tência de interrupção útil da tela e faz com que seja adequada somen- te para detecção de raios x com energias por volta de 100 keV.

[009] Portanto, seria vantajoso ter um detector de cintilação para aplicações de detecção de difusão de raio x que fornece extração, co- leta e detecção mais eficientes de luz de cintilação.

[0010] Conforme discutido brevemente no início acima, fibras de deslocamento de comprimento de onda (WSF) foram empregadas du- rante muito tempo para detecção de cintilação. Fibras de deslocamen- to de comprimento de onda consistem em um núcleo com índice de refração relativamente alto, circundado por uma ou mais camadas de revestimento de índice de refração inferior. O núcleo contém material de deslocamento de comprimento de onda, também referido como tin- tura. A luz de cintilação que entra na fibra é absorvida pela tintura que, por sua vez, emite luz com um comprimento de onda mais longo. A luz de comprimento de onda mais longo é emitida de modo isotrópico no material fibroso. A reflexão total prende uma fração daquela luz e con- duz a mesma em distâncias longas com perda relativamente pequena. Isso é possível, conforme descrito com referência à Figura 3, devido ao fato de que as faixas de comprimento de onda de absorção 304 e emissão 302 da tintura não se sobreporem efetivamente de modo que a luz de comprimento de onda deslocada não seja reabsorvida. A fra-

ção capturada é determinada pela razão dos índices de refração nas superfícies da fibra. Uma vantagem adicional de WSF é que o deslo- camento de comprimento de onda pode trazer a luz de cintilação 306 para faixa de comprimento de onda sensível do fotodetector (PMT, fo- tomultiplicador de silício (SiPM), ou Contador de Fóton de Múltiplos Pixels (MPPC), ou de outra forma).

[0011] As estruturas de cintilador foram produzidas com uso de muitas tecnologias de fabricação, incluindo, por exemplo, fundição sob pressão, moldagem por injeção (conforme descrito por Yoshimura et al., Plastic scintillator produced by the injection-molding technique, Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A, volume 406, páginas 435 a 441 (1998), e extrusão, (conforme descrito na Patente no US 7.067.079, para Bross, et al.), em que ambas as referências são incorporadas no pre- sente documento a título de referência.

SUMÁRIO DAS MODALIDADES DA INVENÇÃO

[0012] De acordo com várias modalidades da presente invenção, sistemas e métodos são fornecidos que aplicam detectores de cintila- ção acoplados por fibra a problemas na inspeção de raio x de retrodi- fusão e transmissão.

[0013] Para conveniência de notação, um detector de cintilação acoplado por fibra de comprimento de onda deslocado pode ser referi- do no presente documento como um detector “Sc-WSF”.

[0014] Em uma primeira modalidade da presente invenção, um detector de radiação penetrante é fornecido que tem um volume não pixelado de meio de cintilação para converter energia de radiação pe- netrante incidente em luz de cintilação. O detector tem múltiplos guias de onda ópticos, alinhados substancialmente paralelos um ao outro em uma região de extração de luz de cintilação que é contígua com o vo- lume não pixelado do meio de cintilação. Os guias de onda ópticos guiam a luz derivada da luz de cintilação para um fotodetector para detectar fótons guiados pelos guias de onda e para gerar um sinal de detector.

[0015] Em outras modalidades da presente invenção, o detector pode ter, também, um circuito integrador para integrar o sinal de detec- tor em uma duração de tempo especificada.

[0016] Em uma modalidade alternativa da invenção, um detector de radiação penetrante é fornecido que tem um volume de meio de cintilação para converter energia de radiação penetrante incidente em luz de cintilação e uma pluralidade de guias de onda ópticos, alinhados substancialmente paralelos um ao outro em uma região de extração de luz de cintilação contígua com o volume do meio de cintilação. Os guias de onda ópticos guiam luz derivada da luz de cintilação para um fotodetector que gera um sinal de detector. Finalmente, um circuito in- tegrador para integrar o sinal de detector em uma duração de tempo específica.

[0017] Em modalidades adicionais da invenção, os guias de onda ópticos nos detectores anteriores podem ser adaptados para desloca- mento de comprimento de onda da luz de cintilação e, mais particu- larmente, podem ser fibras ópticas de deslocamento de comprimento de onda. O meio de cintilação pode incluir um haleto misturado com bário dopado com lantanídeo tal como fluorocloreto de bário. O fotode- tector pode incluir um fotomultiplicador.

[0018] Ainda em modalidades adicionais da invenção, o quadrado da espessura de qualquer um dos detectores anteriores, divido pela área do detector, pode ser menor que 0,001. Pelo menos um dentre a pluralidade de guias de onda pode não ter revestimento e o meio de cintilação pode ser caracterizado por um índice de refração de valor inferior a um índice de refração que caracteriza o guia de onda. Os guias de onda ópticos podem ser dispostos em múltiplos planos para- lelos, em que cada um dos planos paralelos contém um subconjunto da pluralidade de guias de onda ópticos.

[0019] Em outras modalidades da invenção, o detector pode ter uma pluralidade de camadas de meio de cintilador sucessivamente encontradas por um feixe incidente, e as camadas podem ser caracte- rizadas por sensibilidades espectrais distintas ao feixe incidente. Ca- madas alternantes de cintilador podem incluir Li 6F:ZnS(Ag) que se al- terna com pelo menos um dentre BaFCl(Eu) acoplado por fibra e Ba- FI(Eu) acoplado por fibra. Uma primeira dentre a pluralidade de cama- das de meio de cintilador pode ser um detector acoplado por fibra de deslocamento de comprimento de onda preferencialmente sensível a raios x de energia inferior, e uma última dentre a pluralidade de cama- das de meio de cintilador pode ser um cintilador plástico.

[0020] Segmentos de meio de cintilador podem ser dispostos em um plano transversal a uma direção de propagação de um feixe inci- dente e podem ser distintamente acoplados aos fotodetectores por meio de fibras ópticas.

[0021] De acordo com outro aspecto da presente invenção, um método para fabricar um detector de cintilação, em que o método compreende um invólucro de material cintilante ao redor de um guia de onda óptico, e, em uma modalidade particular, o guia de onda óptico é uma fibra óptica de deslocamento de comprimento de onda.

[0022] Em uma modalidade alternativa, um método para detectar radiação de raio x difundida tem as etapas de: a. fornecer um detector caracterizado por uma pluralidade de segmen- tos lidos individualmente; e b. somar um sinal de um subconjunto dos segmentos lidos individual- mente, em que o subconjunto é selecionado com base em um sinal para ruído relativo.

[0023] Em outro aspecto da invenção, um método é fornecido para detectar radiação de raio x difundida. O método tem as etapas de:

a. fornecer um detector caracterizado por uma pluralidade de segmen- tos lidos individualmente; e b. somar um sinal de um subconjunto dos segmentos lidos individual- mente, em que o subconjunto é selecionado com base em uma posi- ção conhecida de um feixe de iluminação primário.

[0024] Um sistema inspeção de raio x móvel é fornecido de acordo com outra modalidade. O sistema de inspeção tem uma fonte de radi- ação de raio x disposta sobre um transmissor que tem uma plataforma e membros de contato com o solo, e um detector de cintilação acopla- do por fibra empregado fora do transmissor durante a operação de inspeção para detectar raios x que interagiram com o objeto inspecio- nado.

[0025] O sistema de inspeção de raio x móvel pode ter, também, um detector de toldo de cintilação acoplado por fibra empregado acima do objeto inspecionado durante um curso de inspeção, e o detector de toldo pode deslizar para fora de um teto do transmissor antes da ope- ração de inspeção. Pode haver, também, um detector de saia empre- gado embaixo da plataforma do transmissor, e um detector de teto pa- ra detecção de espaços mais altos que o transmissor, bem como seg- mentos de detector cintilador acoplado por fibra substancialmente ver- ticais e substancialmente horizontais. Os segmentos de detector cinti- lador acoplado por fibra substancialmente verticais e substancialmente horizontais podem ser transformados em uma estrutura integral.

[0026] De acordo com outro aspecto da presente invenção, um aparelho é fornecido para detectar radiação incidente no aparelho, em que o aparelho compreende:

[0027] a. uma pluralidade de pás de colimação ativas substancial- mente paralelas que compreende detectores de cintilação acoplados por fibra de comprimento de onda deslocado sensíveis à radiação para gerar pelo menos um primeiro sinal de detecção;

[0028] b. um detector de área ampla posterior para detectar radia- ção que passa entre pás de colimação ativas substancialmente parale- las da pluralidade de pás de colimador ativas e gerar um segundo sinal de detecção; e

[0029] c. um processador para receber e processar o primeiro e o segundo sinais de detecção.

[0030] De acordo com uma modalidade alternativa da invenção, um sistema de inspeção por imageamento de cima para baixo é forne- cido para inspecionar um objeto disposto sobre uma superfície subja- cente. O sistema de inspeção por imageamento de cima para baixo tem uma fonte de raios x que apontam substancialmente para baixo e um arranjo de detector linear disposto dentro de uma protrusão acima da superfície subjacente. O arranjo de detector linear pode incluir de- tectores de cintilação acoplados por fibra de comprimento de onda deslocado.

[0031] De acordo com outro aspecto da invenção, um sistema de inspeção de raio x é fornecido para inspecionar um lado inferior de um veículo. O sistema de inspeção de raio x tem uma fonte de raios x que apontam substancialmente para cima acoplada a um chassi e um de- tector cintilador acoplado por fibra de deslocamento de comprimento de onda disposto no chassis para detectar raios x dispersos pelo veí- culo e pelos objetos ocultos sob ou dentro do veículo. O chassi pode ser adaptado para ser manobrado sob o veículo por pelo menos um dentre motor e controle manual.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0032] Os recursos anteriores da invenção serão mais bem com- preendidos com referência à seguinte descrição detalhada, juntamente com referência às figuras anexas, em que:

[0033] As Figuras 1A e 1B mostram vistas em corte transversal lateral e frontal, respectivamente, de um detector de cintilação da téc-

nica anterior “do tipo caixa”.

[0034] A Figura 2 é uma vista esquemática de uma tela de cintila- dor da técnica anterior.

[0035] A Figura 3 retrata relações espectrais entre luz de cintilação e espectros de absorção e emissão de fibra de deslocamento de com- primento de onda típicos.

[0036] A Figura 4 é uma vista esquemática em perspectiva de um arranjo de fibras de deslocamento de comprimento de onda colocado entre material cintilador, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[0037] A Figura 5 é uma vista esquemática em corte transversal de um arranjo de fibras de deslocamento de comprimento de onda embu- tido em uma matriz de material cintilador, de acordo com uma modali- dade da presente invenção.

[0038] A Figura 6A é uma vista em perspectiva de um cintilador cilíndrico extrusado ao redor de uma WSF, de acordo com uma moda- lidade da presente invenção.

[0039] A Figura 6B é uma retratação esquemática de um sistema para extrusão de um cintilador cilíndrico ao redor de uma WSF, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[0040] A Figura 6C é uma vista em corte transversal de um extru- sor para coextrusão de um cintilador cilíndrico com uma WSF, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[0041] A Figura 7 é um corte transversal esquemático de um de- tector de cintilação com múltiplas fileiras de WSF, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[0042] A Figura 8 é uma vista de topo de um detector de cintilação acoplado por fibra de comprimento de onda deslocado de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[0043] A Figura 9 mostra detectores de retrodifusão de teto e saia,

posicionados de acordo com modalidades da presente invenção, en- quanto a Figura 10 mostra os mesmos detectores empregados durante o curso de operações de inspeção.

[0044] A Figura 11 mostra um detector de toldo e um detector de saia para uso com um sistema de inspeção de retrodifusão de acordo com modalidades da presente invenção.

[0045] A Figura 12 é uma vista esquemática em corte transversal de uma pilha de cintilador camadas para uso como um detector de transmissão de raio x de energia alta, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[0046] As Figuras 13A e 13B mostram um detector de transmissão em camadas no interior de uma saliência de velocidade de 5 centíme- tros (2 polegadas) de altura, de acordo com uma modalidade da pre- sente invenção, enquanto a Figura 13C mostra um corte transversal da montagem de detector inserida na armação de saliência de velocida- de.

[0047] A Figura 14A mostra uma vista em perspectiva de um de- tector de transmissão de raio x segmentado para medição da distribui- ção de intensidade detectada ao longo da largura de um feixe de raio x, de acordo com uma modalidade da presente invenção, enquanto as Figuras 14B e 14C mostram um corte transversal de topo e um perfil de feixe típico do detector da Figura 14A.

[0048] A Figura 15 é uma vista em corte transversal de um detec- tor de cintilação com resolução de energia múltipla, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[0049] A Figura 16 mostra um detector de cintilação de múltiplas camadas tanto de raios x quanto de nêutrons térmicos, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[0050] A Figura 17 mostra uma vista em perspectiva de um detec- tor com colimadores ativos.

[0051] As Figuras 18A e 18B mostram vistas em corte transversal e em perspectiva de um detector de WSF utilizado como um colimador ativo de acordo com uma modalidade da presente invenção, e as Figu- ras 18C e 18D mostram uma disposição com leituras independentes separadas por um absorvedor de raio x à prova de luz para distinguir radiação que atinge cada face, de acordo com uma modalidade adici- onal da presente invenção.

[0052] As Figuras 19A e 19B mostram múltiplos detectores que se desdobram de um dispositivo de varredura de mão, em condições ar- mazenada e empregada, respectivamente, de acordo com uma moda- lidade da presente invenção.

[0053] As Figuras 20A e 20B mostram uma unidade de retrodifu- são que, em virtude de detectores Sc-WSF de acordo com a presente invenção, pode ser deslizada sob um veículo para inspeção sob chas- sis.

[0054] As Figuras 21A e 21B retratam o uso de uma combinação em ângulo reto de detectores com base em tecnologia de Sc-WSF em conjunto com um sistema de inspeção móvel e de acordo com uma modalidade da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES DA INVENÇÃO

[0055] De acordo com modalidades da presente invenção, o aco- plamento óptico de material cintilador a guias de onda ópticos, e, mais particularmente, a fibras de deslocamento de comprimento de onda, habilita vantajosamente objetivos que incluem aqueles peculiares às demandas de detecção de difusão de raio x. DEFINIÇÕES:

[0056] O termo "imagem" deve se referir a qualquer representa- ção unidimensional ou multidimensional, seja em forma tangível ou perceptível de outra forma, por meio da qual um valor de alguma ca- racterística (tal como intensidade fracional transmitida através de uma coluna de um objeto inspecionado cruzado por um feixe incidente, no caso de imageamento de transmissão de raio x) é associado a cada uma dentre uma pluralidade de localizações (ou vetores em um espa- ço euclidiano, tipicamente R 2) que correspondem a coordenadas di- mensionais no espaço físico, apesar de não ser necessariamente ma- peado um para um no mesmo. Uma imagem pode compreender um arranjo de números em uma memória de computador ou meio holográ- fico. De modo similar, "imageamento" se refere à renderização de uma característica física declarada em termos de uma ou mais imagens.

[0057] Os termos de relação espacial, tais como “acima”, “abaixo”, “superior”, “inferior” e similares podem ser utilizados no presente do- cumento para facilitar a descrição da relação de um elemento com ou- tro conforme mostrado nas figuras. Deve-se compreender que tais termos de relação espacial são destinados a englobar orientações di- ferentes do aparelho durante o uso ou operação além da orientação descrita e/ou retratada nas figuras.

[0058] Quando um elemento for descrito como estando “sobre”, “conectado a” ou “acoplado a” outro elemento, o mesmo pode estar diretamente sobre, conectado ou acoplado ao outro elemento, ou, al- ternativamente, um ou mais elementos de intervenção podem estar presentes, a não ser que seja especificado de outra forma.

[0059] A terminologia utilizada no presente documento é para o propósito de descrever modalidades particulares e não é destinado a ser limitante. As formas singulares “um(a)” e “o(a)” são destinadas a incluir também as formas plurais.

DETECTORES DE WSF

[0060] Referindo-se, primeiramente, à Figura 4, em uma modali- dade da invenção, uma camada de fibras de deslocamento de com- primento de onda paralelas se paradas de modo próximo 400 é colo- cada entre duas camadas 403 de tela cintilante compósita. O material cintilador preferencial é fluorocloreto de bário (BaFCl:Eu) dopado com európio, apesar de que outros cintiladores, tais como BaFI:Eu, ou ou- tro haleto misturado com bário dopado com lantanídeos (que incluem, a título de exemplo adicional, BaBrI:Eu e BaCsI:Eu) podem ser utiliza- dos dentro do escopo da presente invenção. Visto que materiais cinti- ladores empregados por detecção de raio x tipicamente exibirem auto- absorção muito forte de fótons de cintilação, as modalidades de acor- do com a presente invenção permitem vantajosamente que volumes excepcionalmente grandes de cintilador 403 sejam empregados en- quanto ainda acoplam eficientemente o sinal de cintilação.

[0061] Uma vantagem do uso de tela de cintilação compósita no presente pedido é que a mesma permite a fabricação por extrusão de um detector de cintilação acoplado por fibra.

[0062] O cintilador compósito 403 é estruturalmente sustentado por camadas exteriores 404 de plástico, ou outro material, que forne- cem suporte mecânico. Contato óptico entre o revestimento de fibra 401 e o cintilador compósito 403 é estabelecido preenchendo-se os vazios com material compatível ao índice 405 de índice de refração adequado que é transparente para a luz de cintilação. O índice de re- fração do material de preenchimento é escolhido para otimizar a cole- ção de fótons de luz primária para a WSF e a captura de fótons de comprimento de onda deslocado na fibra. O material de preenchimento 405 pode ser graxa óptica ou epóxi óptico, por exemplo, apesar de qualquer material estar dentro do escopo da presente invenção.

[0063] Mediante a incidência de fótons de raio x, a luz de cintilação emitida pelo cintilador 403 é acoplada por meio de revestimento 401 ao núcleo 407 das fibras respectivas, deslocada para baixo em fre- quência (isto é, deslocamento vermelho) e propagada para um ou mais fotodetectores 805 (mostrados na Figura 8, por exemplo). A luz dos núcleos de fibra 407 é convertida em uma corrente por meio do fotodetector 805, e a corrente é integrada por um intervalo de tempo, tipicamente na faixa de 1 a 12 μs, para obter a força de sinal para cada pixel. A integração do sinal de detector pode ser realizada por um cir- cuito integrador (não é mostrado), tal como um pré-amplificador, por exemplo.

[0064] Referindo-se, agora, à Figura 5, fibras de deslocamento de comprimento de onda 400 são embutidas na matriz da tela cintilante

503. Embutir a WSF no meio cintilante cria o melhor contato óptico.

[0065] Em ainda outra modalidade da invenção, descreve-se ago- ra, com referência à Figura 6A, o material cintilador compósito que 603 é aplicado como um revestimento ou invólucro ao redor de uma WSF 601 com núcleo 602. Essa aplicação permite um processo de fabrica- ção de estilo de extrusão e permite fazer o uso mais eficaz de material cintilador de custo alto 603. O material cintilador 603 é vedado com uma camada protetora 604 que também age como um refletor para a luz de cintilação. Dentro do escopo da presente invenção, o revesti- mento pode ser omitido quando o cintilador tiver um índice de refração inferior ao da fibra e a ligação de cintilador-fibra tiver a suavidade e robustez necessárias.

[0066] Uma fibra óptica de polímero de deslocamento de compri- mento de onda pode ser fabricada de acordo com uma modalidade da invenção agora descrita com referência ao sistema esquemático retra- tado na Figura 6B. Fontes de fusão de polímero de WSF 606, fusão de polímero de revestimento de índice de refração baixo 608, e fusão de polímero de opticamente transparente embutido com fósforo 610, to- das sob pressão, são alimentadas em uma matriz de coextrusão 612 dentro da zona de extrusão 614, e coextrudados. Gás seco 611, tais como nitrogênio ou ar seco, por exemplo, é aspergido na fibra extru- dada para resfriamento. A fusão de polímero com um pigmento de re- flexão de luz (tal como TiO2, por exemplo) 616 é alimentado sob pres-

são a uma matriz de extrusão 618 para uma camisa de reflexão de luz sobre a WSF revestida com cintilador 613. A WSF carregada com cin- tilador resultante 620 é enrolada para armazenamento pelo enrolador

622. A Figura 6C mostra uma vista em corte transversal de um sistema coextrusão, para uso de acordo com modalidades da presente inven- ção, para a fabricação de WSF revestida com cintilador. A fusão de polímero de WSF 606 é injetada, junto com a fusão de polímero de revestimento de índice de refração baixo 608 e a fusão de polímero de opticamente transparente embutido com fósforo 610 na matriz de coe- xtrusão 612. A fusão de polímero com um pigmento de reflexão de luz 616 é alimentada sob pressão para a matriz de extrusão 618. A fibra completa tem um núcleo de WSF 602, um índice revestimento baixo 601, um revestimento carregado com cintilador 603, e um revestimento refletivo 604.

[0067] Para todas as modalidades de um detector de cintilação de acordo com a presente invenção, é vantajoso que a espessura do ma- terial cintilador seja otimizado para que a energia da radiação seja de- tectada. O projeto deve garantir coleta de luz suficiente para evitar um poço de quantum secundário. Em particular, as modalidades da inven- ção descritas no presente documento fornecem detectores de finura extraordinária relativa à sua área. DEFINIÇÕES:

[0068] Para os propósitos da presente descrição, e nas reivindica- ções anexas, o termo “espessura”, conforme aplicado a um detector de cintilação, deve representar a extensão média do detector em uma dimensão ao longo, ou paralela a, um centroide do campo de vista do detector. O termo área, conforme aplicado a um detector, ou, de modo equivalente, o termo “área ativa” deve se referir ao tamanho do detec- tor medido em um plano transversal de todos os vetores de propaga- ção de radiação dentro do campo de vista do detector.

[0069] Modalidades da presente invenção, mesmo aquelas com até 8 camadas WSF, têm razoes do quadrado de espessura de detec- tor para a área de detector ativa que são menores que 0,001. Por exemplo, um detector de 8 camadas com uma área de 121,2 cm (48 polegadas) × 30,4 cm (12 polegadas) tem uma espessura não maior que 1,27 cm (0,5 polegadas), de modo que a razão do quadrado da espessura para a área de detector seja 0,0005. Essa razão de qua- drado de espessura para área é tipicamente da ordem de magnitude, ou mais, menor que a razão comparável para detectores de retrodifu- são em que a luz de cintilador é diretamente detectada por um fotode- tector.

[0070] De acordo com uma modalidade adicional da invenção re- tratada na Figura 7, a potência de interrupção do detector pode ser aumentada combinando-se múltiplas camadas 701, 702 de WSF 400 (ou outros guias de onda ópticos aumentando, dessa forma, a profun- didade do material cintilador 403 ao longo da trajetória da radiação in- cidente.

[0071] Uma modalidade de um detector cintilador de comprimento de onda deslocado de acordo com a presente invenção é mostrada na Figura 8. As fibras de deslocamento de comprimento de onda 801 são embutidas dentro do material cintilador 803, luz de acoplamento e des- locando a mesma para baixo em frequência para detecção por tubos fotomultiplicadores 805.

[0072] De acordo com várias das modalidades descritas doravan- te, as extremidades da WSF são empacotadas e opcionalmente aco- pladas a pelo menos um fotodetector. Exemplos de fotodetectores adequados incluem PMTs e fotomultiplicadores de silício (SiPMs).

[0073] Vantagens do detector da invenção que é descrita no pre- sente documento incluem a eficiência de detecção, e o perfil geométri- co baixo de implantação. Isso permite maior liberdade no projeto de um sistema de detecção e faz com que aplicações de espaço restrin- gido totalmente novas sejam possíveis. A flexibilidade mecânica da estrutura de detector permite a conformação da superfície de detector para conformar com a aplicação, tal como uma implantação em que um objeto cuja imagem é obtida é circundado pelo volume de detector. O perfil baixo também faz com que seja relativamente fácil orientar e proteger a área de detector de maneiras a minimizar a detecção de radiação de difusão indesejada (diafonia) de um sistema de imagea- mento de raio x próximo.

[0074] A extração de luz de cintilação em uma região grande de cintilador habilita detectores de razão de aspecto de largura para pro- fundidade grada. Em particular, detectores que subtendem ângulos espaciais de 0,1 sr, ou mais, são facilitados por modalidades da pre- sente invenção.

[0075] Em um sistema de imageamento de raio x de retrodifusão, um feixe estreito de raio x varre um alvo de imagem criada em um mo- vimento linear, enquanto detectores de radiação alongados são dis- postos em ambos os lados de uma abertura de saída de uma fonte de raio x. Conforme o feixe estreito move, a área de detector mais próxi- ma do feixe irá tipicamente receber o sinal mais forte e a área de de- tector mais longe do feixe irá receber o sinal mais fraco. Se a área de detector for segmentada em seções individualmente legíveis, a razão de sinal para ruído do sistema de detecção pode ser aprimorada len- do-se somente os segmentos com uma boa razão de sinal para ruído e negligenciando-se os segmentos que contribuiriam predominante- mente ruído para o sinal somado. A seleção de segmentos de detector contribuintes pode ser feita com base no sinal realmente detectado ou com base na posição conhecida do feixe estreito.

VANTAGENS DE FABRICAÇÃO DE CINTILADOR POR EXTRUSÃO

[0076] O processo de extrusão, ou “revestimento automatizado”

descrito acima com referência às Figuras 6A a 6C está em grande contraste com métodos típicos de colocar material de cintilação poli- cristalino, tal como BaFCl(Eu), em um apoio plano. O método de ex- trusão de fabricar fibras de deslocamento de comprimento de onda individuais revestidas com uma espessura uniforme de cintilador, con- forme ensinado acima produz fibras que podem ser contornadas de modo que as restrições no formato de um detector Sc-WSF sejam go- vernadas primariamente pela exigência de uma captura total na fibra por reflexão interna total. O conceito de fibras de acoplamento unifor- memente revestidas dá uma liberdade maior ao projeto de detectores de retrodifusão (BX), especialmente detectores de mão e montados em robô, em que o espaço é pouco e precioso.

DETECTORES EMPREGÁVEIS PARA AUMENTAR A EFICIÊNCIA GEOMÉTRICA DE RAIOS X DISPERSOS

[0077] Alguns sistemas de raio x móveis, tais como aqueles des- critos, por exemplo, nas Patentes nos US 5.764.683, para Swift, et al. e US 7.099.434, para Chalmers et al., em que ambos são incorporados no presente documento a título de referência, utilizam o método de raios x de retrodifusão (BX) para inspecionar carros e caminhões de um lado. O primeiro utiliza detectores empregados fora de um trans- missor durante a operação, enquanto que o último utiliza uma área de detector inteiramente contida dentro de um invólucro, a saber a cama- da superficial de um transmissor. Ambos utilizam detectores de área grande para maximizar a eficiência da detecção dos raios x dispersos. A cobertura de detector de retrodifusão de área no caso de um produto de acordo com os ensinamentos da Patente de Chalmers‘ 434 cobre na ordem de 6,09 metros quadrados (20 pés quadrados) da superfície interior de um invólucro voltado para o alvo. Essa área de detector de cobertura tem eficiência geométrica relativamente pobre para coleta de radiação dispersa de alvos altos ou baixos. O perfil geométrico intrin-

secamente profundo de tais detectores, necessariamente para captura direta da luz de cintilação por fotomultiplicadores, é prejudicial ao em- prego fora do furgão. DEFINIÇÕES:

[0078] Conforme utilizado no presente documento, e em quaisquer reivindicações anexas, o termo “detector de área grande” deve se refe- rir a qualquer detector único, ou a qualquer módulo de detector, sub- tendo um ângulo de abertura de pelo menos 30 em cada uma das duas direções transversais ortogonais conforme visto de um ponto em um objeto que passa por inspeção, de modo equivalente, caracteriza- do por um angulo espacial de pelo menos  esterradianos.

[0079] Um “transportador” será qualquer dispositivo caracterizado por uma plataforma suportada nos membros de contato com o solo tais como rodas, trilhos, faces de rolamento, deslizadores, etc., utiliza- dos para transportar equipamento de um local para outro.

[0080] Um detector Sc-WSF, de acordo com modalidades da pre- sente invenção, torna prático o armazenamento discreto de detectores de área grande que pode ser rapidamente empregado fora do furgão em posições que melhoram substancialmente a eficiência de detec- ção.

[0081] Referindo-se, agora, à Figura 9, um detector de toldo de Sc-WSF de área grande 1101 é mostrado em uma posição estivada, armazenado no teto de um furgão de inspeção de retrodifusão 1103, e um detector de saia fino 1105 é mostrado em uma posição estivada acima de uma roda do furgão de inspeção de retrodifusão. Na Figura 10, os detectores tanto de teto quanto de saia são mostrado conforme empregado para aumentar o ângulo sólido para detectar alvos mais altos e mais baixos, respectivamente; o detector de toldo é empregado acima de um objeto inspecionado durante o curso de uma inspeção, enquanto o detector de saia é empregado, pelo menos em parte, em-

baixo da plataforma do transmissor. Em outra modalidade da inven- ção, descrita com referência à Figura 11, um detector de toldo 1301 pode ser empregado para alvos baixos e próximos, tal como para de- tecção de contrabando no porta-malas ou no lado mais distantes de um carro 1303. O detector de toldo 1301 pode deslizar para fora de um teto do transmissor antes da operação de inspeção. A Figura 11 tam- bém mostra o emprego de detectores de saia de Sc-WSF 1105 utiliza- dos para examinar eficientemente os pneus, cavidades das rodas e o interior de veículos próximos. DETECTORES DE ENERGIA DUPLA OU MÚLTIPLA PARA DE-

TECÇÃO DE TRANSMISSÃO DE FEIXES ÚNICOS DE RAIO X DE VARREDURA

[0082] Feixes únicos de varredura de raios x não só revelam obje- tos interiores analisando-se a radiação de retrodifusão porém, em al- gumas aplicações, pode obter informações adicionais através da aná- lise simultânea de transmissão (TX) e radiação difundida para frente (FX). Os detectores de TX e FX não precisam ser segmentados visto que a área em corte transversal do feixe estreito, junto com o tempo de integração do sinal, define o tamanho de pixel. Ademais, os detec- tores de TX e FX precisam ser somente detectores de energia total visto que, na maioria das aplicações, o fluxo dos raios x de TX ou FX é alto demais para contagem de pulso. As telas de cintilação são os de- tectores tradicionais para tais aplicações de feixe de. Os detectores Sc-WSF estendem substancialmente a faixa de aplicações de presen- tes detectores de cintilação de TX e FX, os seguintes exemplos tornam isso mais claro. TX PARA FEIXES DE RAIO X ATÉ PELO MENOS 250 KEV

[0083] A eficiência de absorção de telas de cintilação tradicionais, compostas, por exemplo, de BaFCl(Eu) ou Gadox, cai abaixo de 50% para energias de raio x acima de aproximadamente 80 keV. O ponto de 50% para as duas camadas é cerca de 100 keV. A título de distin- ção, o detector de pode ser composto de mais de duas camadas de cintiladores sem aumentar substancialmente o perfil do detector. Um detector Sc-WSF de bom custo-benefício, com 4 camadas, pode ser utilizado para TX com feixes de raio x de varredura gerados por um tubo de raio x de 140 keV padrão. Um detector de múltiplas camadas tal como o detector de 9 camadas, conforme mostrado na Figura 12, e designado na mesma geralmente pelo número 1400, pode ser alta- mente eficaz para detectar raios x 1402 emitidos por um tubo de raio x de 225 keV raio x padrão (não é mostrado), tal como aquele utilizado na inspeção de raio x de veículos através de portais. As camadas 1404 de material cintilador são mostradas, e as fibras WSF 1406 aco- pladas aos fotodetectores 1408. DETECTOR DE TX TRANSPORTÁVEL PARA GERADOR DE IMA-

GENS DE CIMA PARA BAIXO NA INSPEÇÃO DE PORTAL DE TRÊS LADOS

[0084] O perfil fino do detector de transmissão de múltiplas cama- das (TX) torna prático um detector de transmissão de topo da estrada (TX). As Figuras 13A e 13B mostram tal detector no interior de uma saliência de velocidade de 5,08 cm (2 polegadas) de altura 1131 forte o suficiente para sustentar um reboque completamente carregado e que não exige escavação do solo para emprego. A fonte 1132 de radi- ação penetrante emite feixe em leque 1134 incidente sobre uma mon- tagem de detector linear 1135 dentro da armação 1136 da saliência de velocidade 1131 ou uma protrusão similar acima de uma superfície subjacente. A montagem de detector 1135 inclui segmentos de materi- al cintilador 1137 separados por pás 1138 de número atômico alto. Conforme descrito acima, por exemplo com referência à Figura 4, a luz de cintilação é acoplada aos fotodetectores por meio de fibras ópticas de deslocamento de comprimento de onda 1139.

DETECTOR DE TX SEGMENTADO PARA DETERMINAR O PERFIL DE INTENSIDADE DO FEIXE DE VARREDURA

[0085] Referindo-se agora às Figuras 14A e 14B, um detector de transmissão segmentado, designado de modo geral pelo número 1141, é mostrado para medir um perfil de intensidade de feixe de var- redura de raios x incidentes 1143. O alinhamento do detector Sc-WSF 1141 (utilizado na transmissão) com o plano de um feixe estreito de varredura apresenta um desafio significante quando o detector de TX é empregado para um sistema de segurança móvel. A Figura 14B mos- tra um corte transversal de um detector Sc-WSF vertical 1141 (referido de outra forma no presente documento, quando apropriado, como um “detector de transmissão” ou “detector de TX”) com leitura independen- te das fibras 1145 das WSFs, que fornece o meio para medir simulta- neamente tanto quanto a intensidade transmitida de cada pixel quanto à distribuição linear ao longo da largura de feixe para determinar sua posição centroide. As fibras 1145 são orientadas em pacotes 1147 pa- ra fotodetectores individuais 1149 tais como PMTs. A distribuição da intensidade pode se estender para obter a intensidade dispersada pa- ra frente, que contém informações úteis quanto ao material de disper- são, e gera uma medida da radiação dispersada para dentro que está sendo contada como a intensidade de Transmissão.

[0086] A posição relativa do plano do detector e do plano de raios x de varredura pode ser controlada automaticamente. O detector para esse conceito é mostrado de modo esquemático na Figura 14A. Uma superfície de reflexão 1148 pode ser fornecida em uma extremidade do detector 1141 distal em relação aos fotodetectores 1149.

[0087] Com um único canal de dados para um sinal de transmis- são, a resolução espacial ao longo da direção de tráfego (transversal a um feixe de raio x de iluminação em leque) é determinada pela menor das duas seguintes dimensões: a largura da área de detector sensível ou o tamanho de feixe ao longo do detector de TX (por propósitos heu- rísticos, o caso de amostragem insuficiente não é considerado nessa descrição). A resolução espacial pode ser aprimorada, no entanto, es- treitando-se a área de detector sensível, as conforme descrito agora com referência à Figura 14C. De acordo com modalidades da presente invenção, a resolução espacial ao longo da direção de tráfego (ao lon- go da linha do detector) é melhorada empregando-se múltiplos detec- tores de um arranjo de detector 1450 associado a uma pluralidade de canais (A, B, C, na Figura 14C) e entrelaçando-se suas áreas sensí- veis. O passo do padrão de entrelaço depende da largura de feixe ao longo do detector. De modo ideal, o passo (isto é, o espaçamento en- tre dois detectores 1451 e 1454 associados a um único canal “A”) tem que ser grande o suficiente de modo que dois segmentos de detector do mesmo canal de detecção não recebem radiação direta do feixe ao mesmo tempo. O perfil de intensidade de feixe é retratado pelo núme- ro 1456. Por propósitos práticos, a exigência não é tão rigorosa, visto que alguma quantia de diafonia entre pixels é aceitável. As imagens resultantes múltiplas precisam ser entrelaçadas, empregando-se qual- quer método, incluindo métodos bem conhecidos na técnica, para criar uma imagem de resolução mais alta. Deve-se observar que o aprimo- ramento da resolução espacial no detector se dá ao custo do fluxo e é, portanto, limitado pelas considerações de sinal para ruído.

[0088] Outra configuração dentro do escopo da presente invenção inclui uma combinação do detector vertical 1141 mostrado na Figura 14A com detector de estrada horizontal 1135 da Figura 13B para for- mar um detector com formato em L que é vantajosa e facilmente confi- gurado e alinhado.

[0089] Em ainda outra modalidade da invenção, um arranjo de de- tector de transmissão 1450 (independentemente de orientação geomé- trica, seja vertical, horizontal, formato de L, etc.) é segmentado em uma pluralidade de unidades; tais como B, C e A da Figura 14C. Con- forme mostrado, o perfil de feixe 1456 é simétrico em relação a B e A de modo que a razão das intensidades medidas é unidade. Se, por qualquer razão, o alinhamento mudar, essa razão muda drasticamen- te. Se o alinhamento deslizar conforme um feixe estreito de raio x de iluminação varre para cima e para baixo, a mudança na razão de B/A mede tanto o deslize quanto o deslocamento lateral. Os dados coleta- dos podem ser, então, corrigidos para tal deslocamento em uma base linha por linha. DETECTORES DE TX DE ENERGIA DUAL OU DE ENERGIA MÚL-

TIPLA PARA IDENTIFICAÇÃO DE MATERIAL

[0090] Separar os sinais das camadas frontal e posterior de cinti- ladores permite que a camada frontal gere uma medida de componen- te de energia baixa de cada pixel quanto a camada posterior gera uma medida dos componentes de energia alta. Colocar uma camada de material de absorção entre os cintiladores frontais e posteriores é uma maneira padrão de melhorar a diferença entre componentes de ener- gia baixa e alta e que seja facilmente feito com um detector Sc-WSF.

[0091] O detector Sc-WSF torna prático um detector de energia dual que consiste em uma camada de Sc-WSF, tal como BaFCl-WSF, no topo de um detector cintilador plástico; o BaFCl é sensível à raios x de energia baixa e não a raios x de energia alta, enquanto o detector plástico é sensível a raios x de energia alta e muito insensível a raios x de energia baixa.

[0092] Um discriminador de material alternativo e potencialmente mais eficaz pode ser feito com uso de mais de duas camadas inde- pendentes de Sc-WSF, com leituras separadas para cada camada. Um absorvedor passivo, tal como uma espessura apropriada de cobre, pode ser inserido após a Sc-WSF de topo para melhorar a aplicação de energia dupla, como é praticado com detectores segmentados. Al-

ternativamente, o cintilador intermediário pode ser utilizado como uma camada de absorção ativa. A medição de três parâmetros permite que se obtenha uma medida tanto do número atômico médio dos materiais cruzados quanto da extensão de endurecimento de feixe também. O Sc-WSF pode ser adicionalmente estendido para obter mais que três valores de energia para cada pixel, em que o limite são as incertezas estatísticas, que aumentam com o número de componentes. O detec- tor 1400 mostrado na Figura 12 é um exemplo extremo de tal detector.

[0093] Uma aplicação importante de TX de energia dual é para dispositivos de varredura de pessoas de raio x em terminais de aero- porto. O fornecimento de imagens de TX simultaneamente com BX provou ser útil para inspeção. A adição de energia dupla às imagens de TX foi, até o momento, pouco prático devido às restrições de tama- nho impostas pelos detectores convencionais. O Sc-WSF elimina es- sas restrições e promete aprimorar significativamente o desempenho, visto que múltiplos detectores, com sensibilidades de energia distintas, podem ser empilhados, conforme mostrado na Figura 15, em que um detector de energia dupla (ou múltipla) 1500 inclui um detector Sc- WSF 1508, sensível a um componente de energia inferior de raios x incidentes 1501, posicionado em frente a uma placa de cintilador plás- tico 1502, que é sensível a raios x de energia mais altos. O detector Sc-WSF 1508 contém um cintilador 1504 lido por duas camadas de fibras de WS 1506.

DETECTOR DE RADIAÇÃO COMPACTO DE RADIAÇÃO GAMA E DE NÊUTRON

[0094] O método de Sc-WSF torna prático um monitor pequeno, de peso leve e barato de nêutrons e de raios gama 1601. BaFCl(Eu)- WSF é bem sensível a radiação gama enquanto é insensível a nêu- trons, enquanto Li6F:ZnS(Ag)-WSF é insensível a raios gama e bem sensível a detecção de neutros térmicos. A Figura 16 mostra um san-

duíche “Dagwood” de múltiplas camadas que consiste em uma ou mais camadas 1602 de BaFCl(Eu), lidas por um único fotodetector (não é mostrado) por meio de fibras ópticas 1604, e uma ou mais ca- madas 1606 de Li6F:ZnS(Ag)-WSF, lidas por um segundo fotodetector independente (não é mostrado), em que os elementos ativos ocupam uma espessura de não mais que um ou dois centímetros. Uma cama- da apropriada de moderador de nêutron 1612, tal como polietileno, po- de ser colocada qualquer um dos lados do Li 6F:ZnS(Ag)-WSF para melhorar a eficiência para detectar nêutrons. Opcionalmente, uma fo- lha fina refletiva 1608, tal como folha de alumínio, confina a cintilação a regiões de detector respectivas.

[0095] O pedido de Patente de Número de Série US 13/163.854 (para Rothschild), intitulado “Detector with Active Collimators”, e incor- porado no presente documento a título de referência, descreve um módulo de detector de retrodifusão 30 que aumenta a profundidade de inspeção distinguindo-se dispersão do campo próximo e longe de obje- tos inspecionados, conforme retratado na Figura 17. O angulo de um conjunto de pás ativas 31 pode ou ser ajustado uma vez na fábrica ou pode ser fixado a qualquer tipo de dispositivo eletromecânico fornecido para ajustar dinamicamente o mesmo, dependendo do tipo e/ou da distância do objeto sendo varrido. A luz de cintilação das pás de coli- mação é detectada por um ou mais fotodetectores (por exemplo, por PMTs 32 localizados no topo e no fundo do compartimento frontal do detector). Um compartimento posterior 36 do detector é opticamente isolado de um compartimento frontal 35 por um defletor de luz 34, e a luz de cintilação de raios x detectados no compartimento posterior 36 é coletado por um segundo conjunto de um ou mais fotodetectores (por exemplo, PMTs 37 montados sobre a face posterior do detector. O compartimento posterior pode ser revestido com tela de fósforo cinti- lante, por exemplo, ou, em outras modalidades da invenção, pode con-

ter cintilador plástico ou líquido.

[0096] Uma adição útil a uma unidade de retrodifusão padrão seria um colimador de “veneziana” feito de cintilador. As palhetas intercep- tam a radiação que não entra diretamente através dos intervalos entre as palhetas de modo que os detectores de caixa detectem preferenci- almente objetos interiores mais profundamente. Os colimadores ativos registram a radiação rejeitada. A luz dos colimadores ativos é detecta- da por PMTs, cuja eficiência de coleta diminui rapidamente conforme o intervalo entre colimadores diminui. Substituir os PMTs e pás de cinti- lador por pás que consistem em detectores Sc-WSF soluciona grandes defeitos e faz com que colimadores de venezianas sejam práticos. Primeiramente, a coleta de luz é independente da largura de intervalo entre as pás. Em segundo lugar, a área ativa dos PMTs ou fotomulti- plicadores de silício utilizados para coletar a luz dos colimadores ativos é geralmente muito menor que a área ativa de PMTs necessários, de modo que o custo dos fotodetectores seja menor. Em terceiro lugar, a colocação do fotodetector na extremidade dos pacotes de WSF não é crítica à eficiência da coleta de luz. Em quarto lugar, os sinais dos WSFs de cada palheta podem ser processados independentemente, dando escopo considerável para maximizar as informações sobre o interior do objeto inspecionado. Em quinto lugar, a luz das telas de cin- tilador finas na parte frontal e posterior de cada pá pode ser coletada por WSFs independentes, que podem aprimorar significativamente a distinção de profundidade.

[0097] As Figuras 18C e 18D retratam (em perspectiva e em corte transversal, respectivamente) um colimador WSF ativo 181 sensível a raios x que impigem de qualquer lado do cintilador. A luz de cintilação de ambas as regiões de cintilador 182 é acoplada aos fotodetectores por meio de fibras ópticas de deslocamento de comprimento de onda

183. As Figuras 18A e 18B mostram (em perspectiva e em corte trans-

versal, respectivamente) um colimador de WSF ativo 185 com leituras independentes 187 separadas por um absorvedor de raio x à prova de luz 189 para distinguir a radiação que atinge cada face. Por exemplo, cada colimador 185 pode consistir, em uma modalidade, em duas ca- madas de detectores de Sc-WSF 182, em que cada um contém uma densidade de área de 60 mg de BaFCl:Eu por cm2. O absorvedor de raio x à prova de luz 189 pode consistir em uma camada fina de esta- nho, que também fornece suporte estrutural. DETECTORES PARA SISTEMAS DE INSPEÇÃO POR MINI-

RETRODIFUSÃO

[0098] A finura de detectores Sc-WSF fornece um potencial único para aplicações em que potência e peso baixo são acionadores. Refe- rindo-se às Figuras 19A e 19B, um sistema de imageamento de mão 193 é um exemplo de tal aplicação. As exigências de potência, tempo de inspeção e qualidade da imagem são todas afetas pelo ângulo sóli- do de detecção. Um detector tradicional com, por exemplo, um corte transversal de 10 cm  10 cm (100 cm2) pesa cerca de meio quilogra- ma. Um cubo de 10 cm de Sc-WSF, que pesa não mais que duas ve- zes o mesmo, pode ser feito de detectores Sc-WSF de 10 cm  10 cm individuais, cada um menor que 5 mm de espessura, que podem ser desdobrados para apresentar uma área de detecção de retrodifusão de pelo menos 2.000 cm2, um aumento de vinte vezes nesse exemplo. A cobertura de detecção adicional pode fazer um aprimoramento na ordem de magnitude no desempenho do sistema de mão.

[0099] O perfil fino de detectores Sc-WSF descritos no presente documento fornece encaixamento de detectores delineados em espa- ços apertados. Por exemplo, os detectores podem ser adaptados para dispositivos de varredura de pessoas restringidos para se encaixarem em espaços de inspeção de aeroporto restritos.

[00100] A Figura 19 mostra um exemplo em que quatro detectores

191 se desdobram ou deslizam para fora do dispositivo de varredura de mão 193 para aumentar substancialmente a eficiência de detecção, especialmente para itens ocultos profundamente no objeto sendo ins- pecionado. Os detectores de retrodifusão 195 cercam feixe que irradia

197. INSPEÇÃO DE RETRODIFUSÃO DO LADO INFERIOR DE VEÍCU-

LOS ESTACIONÁRIOS

[00101] A inspeção do lado inferior de veículos por um sistema de retrodifusão de raio x portátil apresenta problemas especiais. O espa- ço de estrada de carros não é mais que 20 cm (8 polegadas) e pode ser tão pequeno quanto 15 cm. Os sistemas de inspeção fixos, tais como portais, podem colocar um detector no solo, ou, conforme des- crito acima, podem ser colocados no solo com uso de Sc-WSF. Siste- mas de inspeção sob veículo moveis, no entanto, que são necessários para segurança em muitas áreas, nunca foram desenvolvidos. Os ins- petores contam com ferramentas de inspeção passivas tais como es- pelhos e câmeras, que deixam escapar contrabando no tanque de combustível ou são camuflados para parecerem inócuos.

[00102] Os detectores Sc-WSF tornam prático um sistema de retro- difusão de raio x que não tem mais que 15 cm (6 polegadas) de altura. Um esboço de um sistema prático é descrito agora com referência às Figuras 20A e 20B. A fonte de raio x consiste em um dispositivo de varredura eletromagnético 221 de um feixe de elétrons ao longo de um anodo. O dispositivo de varredura eletromagnético 221 é acionado pe- lo módulo de eletrônica 223. Os raios x são colimados por um arranjo linear de aberturas 225 que se expandem, por exemplo, em 76 cm (30 polegadas) do lado inferior em uma passagem. Os detectores Sc-WSF 227 são montados em cada lado do tubo de raio x de modo a detectar raios x 236 retrodifundidos do veículo 229. Fontes de alimentação, processadores de imagem e de pulso podem ser montados apropria-

damente. O chassi 234 da unidade de inspeção 230 sobre rodas 232 pode ser adaptado para ser manobrado sob o veículo 229 por motor ou controle manual.

INSPEÇÃO DE TRANSMISSÃO MÓVEL COM SEGMENTOS DE ARRANJO DE DETECTOR EM FORMATO DE L

[00103] De acordo com outro aspecto da presente invenção, um sistema de inspeção móvel, designado de modo geral pelo número 240, é descrito agora com referência às Figuras 21A e 21B. Uma fonte de radiação penetrante (não é mostrada, e descrita, no presente do- cumento, sem limitação, em termos de raios x) é conduzida dentro de uma unidade de inspeção móvel 241, que, tipicamente, tem a capaci- dade de se movimentar com sua própria potência, apesar de também poder ser rebocada ou transportada de outra foram, dentro do escopo da presente invenção. Um feixe 242 de radiação penetrante é emitido da unidade de inspeção móvel 241, ou como um feixe estreito de var- redura ou como um feixe em leque, em qualquer um dos casos emitido no plano designado como representando o feixe 242 na Figura 21A. Objeto inspecionado 244, que pode ser um veículo conforme mostra- do, ou outro (tal como carga rebocada), cruza o feixe 242 durante o curso da inspeção, e, no curso do transversal, passa em uma unidade de detector em formato de L integral 245, conforme descrito agora adi- cionalmente. A unidade de detector 245 tem um segmento horizontal 246 e um segmento vertical 247, conforme indicado na Figura 21B.

[00104] Cada um dos segmentos horizontal e vertical 246 e 247 da unidade de detector em formato de L 245 pode ser compreendido de múltiplas camadas paralelas 249, fornecendo resolução de energia dupla ou, mais geralmente, múltipla de raios x detectados, de modo a fornecer identificação de material, conforme descrito acima com refe- rência à Figura 12. Adicionalmente, o segmento de arranjo de detector vertical 247 pode ter múltiplos segmentos de detector 248 em uma di-

reção transversal à direção de feixe 242 e substancialmente ao longo da direção de movimento relativo entre objeto inspecionado 244 e fei- xe 242 de modo a fornecer uma indicação de deslize ou deslocamento lateral do detectores em relação ao feixe, conforme descrito acima com referência às Figuras 14A a 14C. A unidade de detector em for- mato de L 245 pode ser conduzida para um local de inspeção a bordo da unidade de inspeção móvel 241 ou em um reboque rebocado, ou que acompanha de outra forma, 250 e pode ser montada, em parte, mediante o emprego no local de inspeção. Recursos de alinhamento suplementares, tal como laser de alinhamento 251, podem ser empre- gados no estabelecimento de posição e orientação apropriadas da unidade de detector 245 em relação à unidade de inspeção móvel 241 e ao feixe 242.

[00105] Quando exemplos apresentados no presente documento envolverem combinações específicas de ações de método ou elemen- tos de sistema, deve-se compreender que essas ações e esses ele- mentos podem ser combinados de outras maneiras para alcançar os mesmos objetivos de detecção de raio x. Adicionalmente, recursos de dispositivo únicos podem satisfazer as exigências de elementos cita- dos separadamente de uma reivindicação. As modalidades da inven- ção descritas no presente documento são destinadas a serem mera- mente exemplificativas; variações e modificações ficarão aparentes para aqueles versados na técnica. Todas as variações e modificações se destinam a estarem dentro do escopo da presente invenção con- forme definido em qualquer uma das reivindicações anexas.

Claims (13)

REIVINDICAÇÕES

1. Detector de radiação de raio x definido por uma espessu- ra e uma área, o detector caracterizado pelo fato de que compreen- de: a. um primeiro volume de um primeiro meio de cintilação (403, 1404) para converter energia de radiação de raio x incidente em uma primeira luz de cintilação; b. uma primeira pluralidade de guias de onda ópticos de deslocamento de comprimento de onda (701, 1406), alinhados subs- tancialmente paralelos uns aos outros sobre uma primeira região de extração de luz de cintilação contígua com o primeiro volume do pri- meiro meio de cintilação (403, 1404), para guiar uma luz derivada de, e a um primeiro comprimento de onda mais longo do que a primeira luz de cintilação; c. um segundo volume de um segundo meio de cintilação (403, 1404) para converter energia de radiação de raio x incidente que atravessa o primeiro volume em uma segunda luz de cintilação (403, 1404); d. uma segunda pluralidade de guias de onda ópticos de deslocamento de comprimento de onda (702, 1406), alinhados subs- tancialmente paralelos uns aos outros sobre uma segunda região de extração de luz de cintilação contígua com o segundo volume do se- gundo meio de cintilação, para guiar uma luz derivada de, e a um comprimento de onda mais longo do que a segunda luz de cintilação; e. um primeiro fotodetector (805, 1408) para detectar fótons em um primeiro comprimento de onda guiados pela primeira pluralida- de de guias de onda (701, 1406) e para gerar um primeiro sinal de de- tector; e f. um segundo fotodetector (805, 1408) para detectar fótons em um segundo comprimento de onda mais longo guiados pela se-

gunda pluralidade de guias de onda (702, 1406) e para gerar um se- gundo sinal de detector.

2. Detector, de acordo com a reivindicação 1, caracteriza- do pelo fato de que compreende ainda um circuito integrador para integrar o sinal de detector em uma duração de tempo especificada.

3. Detector, de acordo com a reivindicação 1, caracteriza- do pelo fato de que o meio de cintilação inclui fluorocloreto de bário.

4. Detector, de acordo com a reivindicação 1, caracteriza- do pelo fato de que o fotodetector inclui um fotomultiplicador.

5. Detector, de acordo com a reivindicação 1, caracteriza- do pelo fato de que uma medida do detector em pelo menos uma di- mensão transversal à espessura do detector é superior a 60,96 cm (24 polegadas), e em que um quadrado da espessura do detector dividido pela área do detector é menor que 0,001.

6. Detector, de acordo com a reivindicação 1, caracteriza- do pelo fato de que pelo menos um dentre a pluralidade de guias de onda (1406) é desprovida de revestimento e o meio de cintilação pos- sui um índice de refração de valor inferior a um índice de refração que caracteriza o guia de onda.

7. Detector, de acordo com a reivindicação 1, caracteriza- do pelo fato de que a pluralidade de guias de onda ópticos é disposta em múltiplos planos paralelos, em que cada um dos planos paralelos contém um subconjunto da pluralidade de guias de onda ópticos.

8. Detector, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que sucessivas camadas de meio de cintilador possuem sensibilidades espectrais distintas ao feixe incidente.

9. Detector, de acordo com a reivindicação 1, caracteriza- do pelo fato de que camadas alternantes de cintilador incluem Li6F:ZnS(Ag) que alterna com pelo menos um dentre BaFCl(Eu) aco- plado por fibra e BaFI(Eu) acoplado por fibra.

10. Detector, de acordo com a reivindicação 1, caracteri- zado pelo fato de que uma primeira dentre uma pluralidade de cama- das de meio de cintilador é um detector acoplado por fibra de deslo- camento de comprimento de onda preferencialmente sensível a raios x de energia inferior, e uma última dentre a pluralidade de camadas de meio de cintilador é um cintilador plástico.

11. Detector, de acordo com a reivindicação 1, caracteri- zado pelo fato de que compreende ainda uma pluralidade de seg- mentos de meio de cintilador disposta em um plano transversal a uma direção de propagação de um feixe incidente.

12. Detector, de acordo com a reivindicação 11, caracteriza- do pelo fato de que a pluralidade de segmentos de meio de cintilador é distintamente acoplada a fotodetectores por meio de fibras ópticas.

13. Detector, de acordo com a reivindicação 1, caracteri- zado pelo fato de que compreende ainda um absorvedor passivo dis- posto entre o primeiro volume do primeiro meio de cintilação e o se- gundo volume do segundo meio de cintilação.