EP4264332A1 - Dispositif et procédé de localisation de sources de rayonnements ionisants - Google Patents

Dispositif et procédé de localisation de sources de rayonnements ionisants

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Publication number
EP4264332A1
EP4264332A1 EP21851676.3A EP21851676A EP4264332A1 EP 4264332 A1 EP4264332 A1 EP 4264332A1 EP 21851676 A EP21851676 A EP 21851676A EP 4264332 A1 EP4264332 A1 EP 4264332A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ionizing
ionizing radiation
particle
nature
detection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP21851676.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Clément LYNDE
Romuald Woo
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP4264332A1 publication Critical patent/EP4264332A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/29—Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation
    • G01T1/2914—Measurement of spatial distribution of radiation
    • G01T1/2921—Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions; Radio-isotope cameras
    • G01T1/295—Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions; Radio-isotope cameras using coded aperture devices, e.g. Fresnel zone plates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T3/00—Measuring neutron radiation
    • G01T3/06—Measuring neutron radiation with scintillation detectors

Definitions

  • the invention relates to the detection and location of ionizing radiation sources.
  • the subject of the invention is more particularly a device for renting sources of ionizing radiation and a method for locating sources of ionizing radiation.
  • These devices for locating ionizing radiation sources are generally based on the use of an optical camera associated with an ionizing radiation detector and a coded mask, such as a coded mask of the Uniform Redundant Network type, better known as its English acronym URA which will be used in the rest of this document, to allow the location of the source of ionizing radiation with respect to the image in the visible provided by the optical camera.
  • a coded mask such as a coded mask of the Uniform Redundant Network type, better known as its English acronym URA which will be used in the rest of this document
  • Such a location device thus comprises: an ionizing radiation detector suitable for detecting ionizing particles,
  • coded mask a circular linear coded mask of the Uniform Redundant Network type, called coded mask, mounted so as to rotate around the electromagnetic radiation detector,
  • processing unit suitable for storing the detection signal and the orientation of the coded mask for each detection of an ionizing particle in order to allow their analysis to determine the location of the source of ionizing radiation.
  • the localization of the source of ionizing radiation is carried out by means of an algorithm of the maximum likelihood-expectation-maximization type better known by its English acronym ML-EM for “Maximum Likelihood-Expectation-Maximization”, hereafter ML-EM algorithm.
  • ML-EM Maximum Likelihood-Expectation-Maximization
  • the location must be determined a posteriori on a dedicated server from the data stored by the processing unit. It will also be noted that such an algorithm also requires the development of a relatively large database corresponding to all the situations with which the location device is likely to be confronted.
  • the invention aims to remedy these drawbacks and thus aims to provide a location device which is more suitable for use on the move.
  • the invention relates for this purpose to a device for locating sources of ionizing radiation comprising:
  • an ionizing radiation detector suitable for detecting ionizing particles emitted by at least one source of ionizing radiation, the detector being configured to, upon detection of an ionizing particle, provide a detection signal representative of said ionizing particle
  • coded mask mounted so as to rotate around the ionizing radiation detector
  • processing unit suitable for recovering the detection signal and the orientation of the coded mask associated with said detection signal for each detection of ionizing particles.
  • the processing unit is further configured to determine from said detection signals and from said orientations of the coded mask, and on the basis of a convolution product, information concerning the direction of the at least one source of ionizing radiation vis-à-vis the ionizing radiation detector in a plane perpendicular to an axis of rotation of the coded mask.
  • the coded mask is of the Modified Uniform Redundant Network type.
  • Such MURA masks are particularly suitable for allowing good localization of the source or sources of ionizing radiation.
  • the device can allow precise detection of the direction of the source and/or the sources of ionizing radiation.
  • the ionizing radiation detector may comprise a scintillator adapted to generate a train of photons on each reception of an ionizing particle and a photodetector based on avalanche photodiodes arranged to recover the train of photons and supply an electric current representative of the ionizing particle received by the scintillator, the photodetector preferably being a photomultiplier made of semiconductor material.
  • Such photodetectors have the advantage of having both good compactness and good energy efficiency, which makes them particularly interesting in the context of a mobile application as targeted by the invention.
  • the ionizing radiation detector may comprise a scintillator of the organic scintillator type, the scintillator preferably being a plastic organic scintillator.
  • the detection signal provided by the ionizing radiation detector upon detection of an ionizing particle may furthermore be representative of the photonic or neutronic nature of said ionizing particle, the processing unit further being configured to determine for each of the ionizing particles detected and from the corresponding detection signal the photonic or neutronic nature of said particle, said determination being made using a pulse shape discrimination algorithm, said algorithm being preferably based on the charge comparison method.
  • the detection signal supplied by the ionizing radiation detector during the detection of an ionizing particle can also be representative of the photonic or neutronic nature of said ionizing particle and the processing unit being adapted to determine for each of the ionizing particles detected and from the detection signal corresponding to the photonic or neutron nature of said particle, the processing unit also being able to be configured to carry out the determination of respective information concerning the direction of the at least one source of ionizing radiation on the basis of a convolution product a first time from only detection signals corresponding to the ionizing particles of one type among the ionizing particles of photonic nature, and the ionizing particles of neutron nature, and a second time to from the detection signals corresponding to the ionizing particles of the other type among ionizing particles of gamma photonic nature.
  • the detection signal supplied by the ionizing radiation detector upon detection of an ionizing particle is furthermore representative of the photonic or neutronic nature of said ionizing particle and the processing unit being adapted to determine for each of the ionizing particles detected and from the corresponding detection signal the photonic or neutronic nature of said particle, the processing unit being able to be configured to carry out the determination of a respective piece of information concerning the direction of the at least one source of ionizing radiation on the basis of a convolution product from the set of detection signals.
  • the detection signal provided by the ionizing radiation detector upon detection of an ionizing particle may further be representative of the photonic or neutronic nature of said ionizing particle and the processing unit being adapted to determine for each of the ionizing particles detected and from the detection signal corresponding to the photonic or neutron nature of said particle, the processing unit being further configured to carry out the determination of respective information concerning the direction of the at least one source of ionizing radiation on the basis of a convolution product from only detection signals corresponding to ionizing particles of one type among ionizing particles of a photonic nature, and ionizing particles of a neutron nature.
  • the device has a configuration in which it is able to detect a single type of ionizing radiation source, such as that of ionizing sources emitting gamma or X photons, without disturbance of neutron type ionizing radiation.
  • the invention further relates to a method for locating sources of ionizing radiation comprising the following steps: - detection of ionizing particles emitted by the source of ionizing radiation through a circular linear coded mask, called coded mask, mounted and driven in rotation, for each detection of an ionizing particle, a detection signal representative of said ionizing particle being retrieved with the orientation of the coded mask associated with this detection,
  • the determination of the information concerning the direction of the at least one source of ionizing radiation is carried out on the basis of a convolution product.
  • the detection signal can also be representative of the photonic or neutronic nature of said ionizing particle and an additional step of:
  • the information concerning the direction of the at least one source of ionizing radiation can be determined a first time from only detection signals corresponding to the ionizing particles of one type among the ionizing particles of photonic nature, and the ionizing particles of neutron nature, and a second time from the signals detection corresponding to the ionizing particles of the other type among the ionizing particles of photonic nature.
  • the invention further relates to a program product intended for the implementation of a location method according to the invention when it is executed on a computer, the program product comprising the instructions for carrying out the step of determining a information concerning the direction of the at least one source of ionizing radiation.
  • FIG. 1 illustrates a device for locating sources of ionizing radiation according to the invention
  • FIG. 3 graphically illustrates the response obtained by the inventors with a localization device according to the invention for a source of the isotope 241 of Americium taking into account only the photons;
  • FIG. 4 graphically illustrates the response obtained by the inventors with a localization device according to the invention for a source of the sodium 22 isotope, taking into account only the photons;
  • FIG. 5 graphically illustrates the response obtained by the inventors with a localization device according to the invention for a source of the isotope 252 of Californium taking into account only the photons;
  • FIG. 6A graphically illustrates the response obtained by the inventors with a location device according to the invention this for a first source of the Californium 252 isotope and a second source of the sodium 22 isotope taking into account both photons and neutrons;
  • Figure 6B graphically illustrates the response obtained by the inventors with a localization device according to the invention, this for a first source of the isotope 252 of Californium and a second source of the isotope 22 of sodium with a configuration identical to that of FIG. 6A taking into account this time only the photons;
  • FIG. 6C graphically illustrates the response obtained by the inventors with a localization device according to the invention, this for a first source of the isotope 252 of Californium and a second source of the isotope 22 of sodium with a configuration identical to that of FIG. 6A taking into account this time only neutron radiation.
  • FIG. 1 illustrates a device 1 for locating sources of ionizing radiation adapted to allow the detection and localization of sources of ionizing radiation 2A, 2B, two sources of ionizing radiation 2A, 2B being represented here.
  • Such a location device 1 comprises:
  • an ionizing radiation detector 10 suitable for detecting ionizing particles emitted by at least one source of ionizing radiation 2A, 2B, the ionizing radiation detector 10 being configured for, during the detection of an ionizing particle, providing a detection signal representative of said ionizing particle and its photonic or neutronic nature,
  • coded mask 20 of the modified Uniform Redundant Network type, called coded mask 20, mounted so as to rotate around the ionizing radiation detector 10,
  • a processing unit 40 adapted to recover the detection signal and the orientation of the coded mask 20 associated with said detection signal for each detection of ionizing particles and to determine from said detection signals and from said orientations of the coded mask, and on the basis of a convolution product, information concerning the direction of the at least one source of ionizing radiation 2A, 2B with respect to the detector of ionizing radiation in a plane perpendicular to an axis of rotation of the coded mask 20 .
  • the ionizing radiation detector 10 may comprise, as illustrated in FIG. 1, a scintillator 11 and a photodetector 12, or electromagnetic radiation detector.
  • the scintillator 11 is capable of emitting a train of photons, generally in the visible wavelength range, upon reception of an ionizing particle, such as a gamma and X photon, or a neutron, the train of photons being representative of the nature and energy of the particle received.
  • the scintillator can thus equally well be an organic scintillator or an inorganic scintillator.
  • the scintillator 11 is a preferentially plastic organic scintillator.
  • the photodetector 12 can be a detector based on a matrix of avalanche photodiodes.
  • the photodetector is a semiconductor-based photomultiplier such as a silicon photomultiplier.
  • Such photodetectors make it possible to provide a detection signal corresponding to the temporal variation of the intensity, that is to say the number of photons received per unit time, of the train of photons transmitted by the scintillator 11 during the interaction of an ionizing particle with the scintillator.
  • the train of photons being directly representative of the nature, in particular photonic or neutronic, and of the energy of the ionizing particle having interacted with the scintillator 11, the detection signal supplied by the photodetector 12 is also representative.
  • ionizing radiation detectors can be envisaged without the this departs from the scope of the invention as long as these ionizing radiation detectors are configured to supply a detection signal representative of said ionizing particle and, preferably, of its photonic or neutron nature during the detection of an ionizing particle.
  • the ionizing radiation detector can also be, for example, a semiconductor ionizing radiation detector.
  • the coded mask 20 is a circular linear coded mask of the Modified Uniformly Redundant Array type, better known by the acronym MURA for “Modified Uniformly Redundant Array”.
  • the coded mask may be of the Uniformly Redundant Array type, better known by the acronym URA for “Uniformly Redundant Array”, that is to say unmodified.
  • the circular linear coded masks are in the form of a cylinder of revolution with generally open bases having, as walls, masking elements, such as lateral portions made of material that attenuates ionizing radiation, for example lead, extending each over the entire height of the cylinder, distributed over the entire periphery of the latter.
  • masking elements such as lateral portions made of material that attenuates ionizing radiation, for example lead, extending each over the entire height of the cylinder, distributed over the entire periphery of the latter.
  • the pattern of the elements of masking has, in accordance with the knowledge of those skilled in the art, an autocorrelation function whose side lobes are flat.
  • the coded mask 50 is more precisely a Modified Uniformly Redundant Array type mask, better known by the acronym MURA for “Modified Uniformly Redundant Array”. It will be noted that if such coded masks are not usual in the case of a circular linear coded mask, the rules for constructing MURA masks are nevertheless easily applicable for linear circular coded masks.
  • the drive system 30 can be provided by a motor, possibly coupled to a reducer.
  • the motor, and any reducer are coupled to the coded mask 20 in such a way that the movement of the motor drives the coded mask 20 in rotation.
  • the drive system may comprise a stepper motor and to use this movement control authorized by such stepper motors, to provide indexing of the movement of the coded mask and therefore to make it possible to know the orientation of the coded mask 20 at each instant.
  • the processing unit 40 can comprise:
  • an acquisition sub-unit 41 configured to recover the detection signals supplied by the ionizing radiation detector 10
  • control and indexing subunit 42 of the movement of the coded mask 20 configured to control the movements of the system drive 30 and to determine, from the indexed movement of the drive system 42, the orientation of the coded mask 20,
  • an identification subunit 43 of the ionizing particles configured to determine, for each of the ionizing particles detected and from the corresponding detection signal supplied by the ionizing radiation detector 10, the photonic or neutron nature of said particle, said determination being carried out using a pulse shape discrimination algorithm, better known by its English acronym PSD for “Pulse Shape Discrimination”, which is preferably based on the charge comparison method, better known by its English acronym CCM for “Charge Comparison Method”,
  • a localization unit 44 configured to determine from the detection signals provided by and from said orientations of the coded mask 20, and on the basis of a convolution product, information concerning the direction of the at least one radiation source ionizing radiation 2A, 2B vis-à-vis the ionizing radiation detector 10 in a plane perpendicular to an axis of rotation of the coded mask 20, this from the detection signals of all the ionizing particles and from the detection signals obtained for each type of particle among photons and neutrons,
  • a user interface 45 such as a display system, in order to supply the various location information obtained by the location unit for all the ionizing particles and for each of the types of particles among the photons and the neutrons .
  • FIG. 1 thus shows, through graph 100, an example of location information that user interface 45 can provide.
  • the user interface can appear , in the form of signal peaks 101, 102, the estimated direction of arrival for each of the detected particles.
  • the first source of ionizing radiation 2A at the origin of the first peak 101
  • the second source of radiation ionizers 2B at the origin of the second peak 102
  • the orientation at 90 ° relative to each other shown in Figure 1.
  • the intensity of the ionizing radiation received according to the orientation vis vis-à-vis the ionizing radiation detector it is possible, according to a possibility not shown, to also supply additional information concerning the particles received such as of course their nature, but also their energy.
  • the graphic provided by the user interface can, for example, comprise two different colors, one for the detection signals corresponding to the photons, and another for the detection signals corresponding to the neutrons.
  • the identification sub-unit 43 has a usual configuration of the prior art and makes it possible, on the basis of the detection signals supplied by the ionizing radiation detector and in particular on the measurement of the temporal variation of an intensity of the photons resulting from the interaction between the ionizing particles and the ionizing radiation detector 10, to determine the nature of said particles.
  • the identification subunit 43 is in particular adapted to make it possible to discriminate among the ionizing particles those which are photons from those which are neutrons.
  • the location sub-unit 44 is adapted, according to a specific feature of the invention, to determine information concerning the direction of the at least one source of ionizing radiation 2A, 2B on the basis of a convolution product.
  • the invention is particularly suitable since such a type of mask of the MURA type allows, within the framework of the invention, a better resolution on the detection of the orientation of the source or sources of ionizing radiation 2A, 2B vis-à-vis the ionizing radiation detector 10.
  • the location subunit 44 is adapted to determine:
  • the processing unit 40 may not comprise an identification unit 43.
  • the detection signals are directly supplied by the acquisition unit 41 to localization unit 44 without the nature of the particles being identified beforehand. It therefore follows that with such a simplification, it is not possible to identify the nature of the ionizing radiation and therefore of the source or sources of ionizing radiation 2A, 2B at the origin of this ionizing radiation.
  • the processing unit 40 can be configured to determine and provide only a single part of the first, second and third information, or even present several configurations selected by a user, in which only one, two or the three of said first, second and third information are determined and provided to the user.
  • the user is able, for example, to search only for neutron sources, the detection signals relating to photons not being taken into account, or, conversely, to search only for sources of photons, the detection signals relating to neutrons not being taken into account.
  • processing unit 40 can be supplied in various forms, among which mention may be made in particular:
  • the acquisition 41 and control and indexing 42 subunits being able in particular to be provided by acquisition systems, such as acquisition cards of said acquisition system , the identification 43 and location 44 subunits being able to be provided in the form of computer programs of said computer system and the user interface 45 being able to be provided by a screen/display of said computer system, a hybrid system of these three forms.
  • the processing unit can comprise a program product executed by the computer system, the program product comprising the instructions for carrying out a step of determining information concerning the direction of the at least one source of ionizing radiation 2A, 2B.
  • Such a rental device 1 for ionizing radiation sources is suitable for implementing a detection method comprising the following steps:
  • the determination of the information concerning the direction of the at least one source of ionizing radiation is carried out on the basis of a convolution product.
  • the inventors used a configuration with a circular linear coded mask 20 MURA of rank 29. Before implementing such a coded mask 20, they simulated the expected result with such a mask in the context of a point source of ionizing radiation.
  • FIG. 2 The result of this simulation is illustrated in FIG. 2 with on the left a graph illustrating the geometric distribution of the expected detection signals and on the right the arrangement of the simulated ionizing radiation source 2A vis-à-vis the radiation detector ionizing radiation 10 and the coded mask 20. It can be seen that the geometric distribution obtained makes it possible to easily identify the direction of the source of ionizing radiation 2A with respect to the detector of ionizing radiation 10 and therefore that the use of algorithm of the convolution product type is suitable for circular linear coded masks of the MURA type.
  • an ionizing radiation detector 10 comprising an organic scintillator 11 and a photodetector 12 of the silicon photomultiplier type marketed by the company SensLTM,
  • a drive system 30 configured so that the coded mask 20 makes a complete rotation every two minutes.
  • FIGS. 6A to 6C a first source 2A of the isotope 252 of californium 252 Cf and a second source 2B of the isotope 22 of sodium 22 Na, the result of this test being illustrated in FIGS. 6A to 6C, taking into account respectively the all ionizing particles, photons only and neutrons only.
  • the first test illustrated in FIG. 3 was carried out using a 2A ionizing radiation source comprising the 241 isotope of americium 241 Am which exhibits a remotely detectable radiation emission composed solely of photons, mainly gamma.
  • the geometric distribution of the detection signals obtained on the basis of a convolution product for the photons is particularly sharp and close to that which was obtained within the framework of the simulation.
  • the location of the ionizing radiation source 2A is precise in such a configuration.
  • the second test illustrated in FIG. 4 was carried out using a source of ionizing radiation 2A comprising the isotope 22 of sodium 22 Na which presents also a remotely detectable radiation emission composed only of photons.
  • the third test illustrated in FIG. 5 was carried out using a 2A ionizing radiation source comprising the 252 californium isotope 252 Cf which exhibits a remotely detectable radiation emission composed of both photons and neutrons.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de localisation (1) de sources de rayonnements ionisants (2A, 2B) comprenant : un détecteur de rayonnements ionisants (10) adapté pour détecter et fournir un signal de détection représentatif de particules ionisantes; un masque codé (20) linéaire circulaire entraîné en rotation autour du détecteur de rayonnements ionisants (10); une unité de traitement (40) configurée pour déterminer à partir desdits signaux de détection et des orientations du masque codé (20), et sur la base d'un produit de convolution, une information concernant la direction de l'au moins une source de rayonnements ionisants (2A, 2B) vis-à-vis du détecteur de rayonnements ionisants (10) dans un plan perpendiculaire à un axe de rotation du masque codé (20). L'invention concerne en outre procédé de localisation de sources de rayonnements ionisants (2A, 2B).

Description

Dispositif et procédé de localisation de sources de rayonnements ionisants Description
Domaine technique
L'invention concerne la détection et la location de source de rayonnements ionisants.
L'invention a plus particulièrement pour objet un dispositif de location de sources de rayonnement ionisant et un procédé de localisation de sources de rayonnements ionisants.
État de l'art antérieur
Dans le contexte de la surveillance de marchandises dans les ports et aux frontières, il est important de permettre une détection et une localisation de sources de rayonnements ionisants ceci même en présence de blindage. Les dispositifs de localisation de sources de rayonnements ionisants, tels que les gamma-caméras, basés sur la détection de rayonnements ionisants photoniques et/ou neutroniques sont les plus adaptés.
Ces dispositifs de localisation de sources de rayonnements ionisants sont généralement basés sur l'utilisation d'une caméra optique associée à un détecteur de rayonnements ionisants et d'un masque codé, tel qu'un masque codé de type Réseau Redondant Uniforme, plus connu sous son sigle anglais URA qui sera utilisé dans le reste de ce document, pour permettre la localisation de la source de rayonnements ionisants vis-à-vis de l'image dans le visible fournie par la caméra optique.
Dans le but de simplifier ce type de caméra et fournir un dispositif de localisation de sources de rayonnements ionisants qui puisse être plus compact et donc autorisant une utilisation en mobilité, P. Marleau et ses coauteurs ont proposé dans le cadre leurs travaux publiés dans le journal scientifique « IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record » pages 1640 à 1646 le 13 juin 2011, d'utiliser un masque codé de type URA monté mobile en rotation. Un tel dispositif de localisation comporte ainsi : un détecteur de rayonnements ionisants adapté pour détecter des particules ionisantes,
- un masque codé linéaire circulaire de type Réseau Redondant Uniforme, dit masque codé, monté mobile en rotation au tour du détecteur de rayonnements électromagnétiques,
- un système d'entraînement en rotation du masque codé,
- une unité de traitement adaptée pour stocker le signal de détection et l'orientation du masque codé pour chaque détection d'une particule ionisante afin de permettre leur analyse pour déterminer la localisation de la source de rayonnements ionisants.
Pour le dispositif de localisation enseigné par P. Marleau et ses coauteurs, la localisation de la source de rayonnements ionisants est réalisée par l'intermédiaire d'un algorithme du type maximum de vraisemblance-espérance-maximisation plus connu sous son sigle anglais ML-EM pour « Maximum Likelihood-Expectation-Maximization », ci- après algorithme ML-EM. Néanmoins, si un tel algorithme permet une localisation de sources de rayonnements ionisants adaptée avec l'utilisation d'un masque codé linéaire circulaire rotatif, il présente certain d'inconvénients qui rende son utilisation peu appropriée pour la fourniture d'un dispositif de localisation compact et autorisant une utilisation en mobilité.
En effet, dans une application usuelle, en raison de la lourdeur des calculs nécessaires pour un tel algorithme, la localisation doit être déterminée a posteriori sur un serveur dédié à partir des données stockées par l'unité de traitement. On notera, en outre qu'un tel algorithme nécessite de plus l'élaboration d'une base de données relativement importante correspondant à l'ensemble des situations auxquelles est susceptible d'être confronté le dispositif de localisation.
Ainsi, si le dispositif de localisation proposé par P. Marleau et ses coauteurs autorise une conception plus compacte que les gamma-caméras classique, il n'est pas parfaitement adapté pour autoriser une réelle utilisation en mobilité.
On notera que N. P. Shah et ses coauteurs présentent, dans le cadre de leurs travaux publiés dans le journal scientifique « Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A » n°954 en 2020 pages 162964, un dispositif de localisation similaire à celui enseigné par P. Marleau et ses coauteurs et qui présente donc les mêmes inconvénients.
Exposé de l'invention
L'invention vise à remédier à ces inconvénients et a ainsi pour but de fournir un dispositif de localisation qui soit plus approprié pour une utilisation en mobilité.
L'invention concerne à cet effet un dispositif de localisation de sources de rayonnements ionisants comprenant :
- un détecteur de rayonnements ionisants adapté pour détecter des particules ionisantes émises par au moins une source de rayonnements ionisants, le détecteur étant configuré pour, lors de la détection d'une particule ionisante, fournir un signal de détection représentatif de ladite particule ionisante,
- un masque codé linéaire circulaire, dit masque codé, monté mobile en rotation au tour du détecteur de rayonnements ionisants,
- un système d'entraînement en rotation du masque codé, le système d'entraînement étant indexé en déplacement de manière à fournir une indexation de l'orientation du masque codé,
- une unité de traitement adaptée pour récupérer le signal de détection et l'orientation du masque codé associée audit signal de détection pour chaque détection de particules ionisantes.
L'unité de traitement est en outre configurée pour déterminer à partir desdits signaux de détection et desdites orientations du masque codé, et sur la base d'un produit de convolution, une information concernant la direction de l'au moins une source de rayonnements ionisants vis-à-vis du détecteur de rayonnements ionisants dans un plan perpendiculaire à un axe de rotation du masque codé.
Conformément aux dispositifs de l'art antérieur, seuls les algorithmes du type ML-EM sont utilisables dans le cadre de l'analyse des signaux temporels obtenus avec un dispositif de localisation de sources de rayonnements ionisants basé sur un masque codé linéaire circulaire rotatif. Les inventeurs ont néanmoins découvert qu'il était possible d'adapter les algorithmes de produit de convolution, utilisés pour l'analyse de signaux spatiaux avec les masques MURA 2D, pour l'analyse des signaux temporels obtenus avec des masques circulaires linéaires rotatifs. Avec une telle adaptation, le traitement des signaux s'en trouve simplifié ce qui rend envisageable un traitement des signaux de détection en temps réel et à partir d'une unité de traitement intégrée au dispositif. Le développement de dispositifs de localisation de sources de rayonnements ionisants réellement mobiles semble donc envisageable dans le cadre de l'invention contrairement aux dispositifs de l'art antérieur.
Le masque codé est du type Réseau Redondant Uniforme Modifié.
De tels masques MURA (sigle anglais de « Modified Uniformly Redundant Array » ou Réseau Uniformément Redondant Modifié), sont particulièrement adaptés pour permettre une bonne localisation de la source ou des sources de rayonnements ionisants. Ainsi, du fait d'une telle utilisation, le dispositif peut permettre une détection précise de la direction de la source et/ou les sources de rayonnements ionisants.
Le détecteur de rayonnements ionisants peut comprendre un scintillateur adapté pour générer un train de photons à chaque réception d'une particule ionisante et un photodétecteur à base de photodiodes à avalanche agencé pour récupérer le train de photons et fournir un courant électrique représentatif de la particule ionisante reçue par le scintillateur, le photodétecteur étant préférentiellement un photomultiplicateur en matériau semiconducteur.
De tels photodétecteurs ont l'avantage de présenter à la fois une bonne compacité et bonne efficacité énergétique ce qui les rends particulièrement intéressant dans le cadre d'une application mobile telle que visée par l'invention.
Le détecteur de rayonnements ionisants peut comprendre un scintillateur de type scintillateur organique, le scintillateur étant préférentiellement un scintillateur organique plastique.
Le signal de détection fourni par le détecteur de rayonnements ionisants lors de la détection d'une particule ionisante peut en outre être représentatif de la nature photonique ou neutronique de ladite particule ionisante, l'unité de traitement étant en outre configurée pour déterminer pour chacune des particules ionisantes détectées et à partir du signal de détection correspondant la nature photonique ou neutronique de ladite particule, ladite détermination étant réalisée à partir d'un algorithme à discrimination de forme d'impulsion, ledit algorithme étant préférentiellement basé sur la méthode de comparaison de charge.
De cette manière, la nature des particules ionisantes étant déterminée, il est possible d'estimer le type de source de rayonnements ionisants détecté par le dispositif de localisation.
Le signal de détection fourni par le détecteur de rayonnements ionisants lors de la détection d'une particule ionisante peut en outre être représentatif de la nature photonique ou neutronique de ladite particule ionisante et l'unité de traitement étant adaptée pour déterminer pour chacune des particules ionisantes détectées et à partir du signal de détection correspondant la nature photonique ou neutronique de ladite particule, l'unité de traitement pouvant en outre être configurée pour réaliser la détermination d'une information respective concernant la direction de l'au moins une source de rayonnements ionisants sur la base d'un produit de convolution une première fois à partir d'uniquement des signaux de détection correspondants aux particules ionisantes d'un type parmi les particules ionisante de nature photonique, et les particules ionisantes de nature neutronique, et une deuxième fois à partir des signaux de détection correspondants aux particules ionisantes de l'autre type parmi les particules ionisantes de nature photonique gamma.
De cette manière, lorsque plusieurs sources de rayonnements ionisants sont présentes, il est possible d'identifier la nature de chacune d'entre elles indépendamment à partir des particules détectées pour chacun des deux types de nature de particules ionisantes et la direction d'origines desdites particules.
Le signal de détection fourni par le détecteur de rayonnements ionisants lors de la détection d'une particule ionisante est en outre représentatif de la nature photonique ou neutronique de ladite particule ionisante et l'unité de traitement étant adaptée pour déterminer pour chacune des particules ionisantes détectées et à partir du signal de détection correspondant la nature photonique ou neutronique de ladite particule, l'unité de traitement pouvant être configurée pour réaliser la détermination d'une information respective concernant la direction de l'au moins une source de rayonnements ionisants sur la base d'un produit de convolution à partir de l'ensemble des signaux de détection.
Le signal de détection fourni par le détecteur de rayonnements ionisants lors de la détection d'une particule ionisante peut être en outre représentatif de la nature photonique ou neutronique de ladite particule ionisante et l'unité de traitement étant adaptée pour déterminer pour chacune des particules ionisantes détectées et à partir du signal de détection correspondant la nature photonique ou neutronique de ladite particule, l'unité de traitement étant en outre configurée pour réaliser la détermination d'une information respective concernant la direction de l'au moins une source de rayonnements ionisants sur la base d'un produit de convolution à partir d'uniquement des signaux de détection correspondants aux particules ionisantes d'un type parmi les particules ionisante de nature photonique, et les particules ionisantes de nature neutronique.
De cette manière, le dispositif présente une configuration dans laquelle il apte à détecter un seul type de source de rayonnements ionisants, tel que celui des sources ionisantes émettant des photons gamma ou X, sans perturbation des rayonnements ionisants de type neutronique.
On notera qu'une telle configuration dans laquelle l'unité de traitement étant en outre configurée pour réaliser la détermination d'une information respective concernant la direction à partir d'uniquement des signaux de détection correspondants aux particules ionisantes d'un type parmi les particules ionisante de nature photonique, et les particules ionisantes de nature neutronique est parfaitement compatible avec les autres possibilité de l'invention, ladite configuration pouvant être une configuration optionnelle de l'invention et l'unité de traitement étant alors apte à présenter une configuration selon une autre possibilité de l'invention par, par exemple, une sélection de cette dernière par l'utilisateur.
L'invention concerne en outre un procédé de localisation de sources de rayonnements ionisants comprenant les étapes suivantes : - détection de particules ionisantes émises par la source de rayonnements ionisants au travers d'un masque codé linéaire circulaire, dit masque codé, monté et entraîné en rotation, pour chaque détection d'une particule ionisante, un signal de détection représentatif de ladite particule ionisante étant récupéré avec l'orientation du masque codé associée à cette détection,
- détermination à partir desdits signaux de détection et desdites orientations du masque codé d'une information concernant la direction de l'au moins une source de rayonnements ionisants vis-à-vis du détecteur de rayonnements ionisants dans un plan perpendiculaire à un axe de rotation du masque codé, la détermination de l'information concernant la direction de l'au moins une source de rayonnements ionisants est réalisée sur la base d'un produit de convolution.
Un tel procédé, pouvant notamment être mis en œuvre à partir d'un dispositif de localisation selon l'invention, il bénéficie des mêmes avantages.
Lors de la détection d'une particule, le signal de détection peut en outre être représentatif de la nature photonique ou neutronique de ladite particule ionisante et il peut être prévu une étape supplémentaire de :
- détermination, pour chacune des particules ionisantes détectées et à partir du signal de détection correspondant de la nature photonique ou neutronique de ladite particule ionisante, ladite détermination étant réalisée à partir d'un algorithme à discrimination de forme d'impulsion, préférentiellement basé sur la méthode de comparaison de charge.
De cette manière, il est possible d'identifier la nature des particules ionisantes et donc la nature de la source ionisante à l'origine de l'émission desdites particules.
Lors de l'étape de détermination à partir desdits signaux de détection et desdites orientations du masque codé d'une information concernant la direction de l'au moins une source de rayonnements ionisants, l'information concernant la direction de l'au moins une source de rayonnements ionisants peut être déterminée une première fois à partir d'uniquement des signaux de détection correspondants aux particules ionisantes d'un type parmi les particules ionisante de nature photonique, et les particules ionisantes de nature neutronique, et une deuxième fois à partir des signaux de détection correspondants aux particules ionisantes de l'autre type parmi les particules ionisantes de nature photonique.
L'invention concerne en outre un produit programme destiné à la mise en œuvre d'un procédé de localisation selon l'invention lorsqu'il est exécuté sur un ordinateur, le produit programme comprenant les instructions pour réaliser l'étape de détermination d'une information concernant la direction de l'au moins une source de rayonnements ionisants.
Un tel produit programme bénéficie des avantages liés au procédé qu'il permet de mettre en œuvre.
Brève description des dessins
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation, donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 illustre un dispositif de localisation de sources de rayonnements ionisants selon l'invention ;
- la figure 2 illustre graphiquement la réponse idéale d'un dispositif de localisation attendue pour une source ponctuelle,
- la figure 3 illustre graphiquement la réponse obtenue par les inventeurs avec un dispositif de localisation selon l'invention pour une source de l'isotope 241 de l'Américium en prenant en compte uniquement les photons ;
- la figure 4 illustre graphiquement la réponse obtenue par les inventeurs avec un dispositif de localisation selon l'invention pour une source de l'isotope 22 du sodium en prenant en compte uniquement les photons ;
- la figure 5 illustre graphiquement la réponse obtenue par les inventeurs avec un dispositif de localisation selon l'invention pour une source de l'isotope 252 du Californium en prenant en compte uniquement les photons ;
- la figure 6A illustre graphiquement la réponse obtenue par les inventeurs avec un dispositif de localisation selon l'invention ceci pour une première source de l'isotope 252 du Californium et une deuxième source de l'isotope 22 du sodium en prenant en compte à la fois les photons et neutroniques ;
-- la figure 6B illustre graphiquement la réponse obtenue par les inventeurs avec un dispositif de localisation selon l'invention ceci pour une première source de l'isotope 252 du Californium et une deuxième source de l'isotope 22 du sodium avec une configuration identique à celle de la figure 6A en prenant en compte cette fois uniquement les photons ;
- la figure 6Cillustre graphiquement la réponse obtenue par les inventeurs avec un dispositif de localisation selon l'invention ceci pour une première source de l'isotope 252 du Californium et une deuxième source de l'isotope 22 du sodium avec une configuration identique à celle de la figure 6A en prenant en compte cette fois uniquement les rayonnements neutroniques.
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre.
Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles.
Description des modes de réalisation
La figure 1 illustre un dispositif de localisation 1 de sources de rayonnements ionisants adapté pour permettre la détection et la localisation de sources de rayonnements ionisants 2A, 2B, deux sources de rayonnements ionisants 2A, 2B étant représentées ici.
Un tel dispositif de localisation 1 comporte :
- un détecteur de rayonnements ionisants 10 adapté pour détecter des particules ionisantes émises par au moins une source de rayonnements ionisants 2A, 2B, le détecteur de rayonnements ionisants 10 étant configuré pour, lors de la détection d'une particule ionisante, fournir un signal de détection représentatif de ladite particule ionisante et de sa nature photonique ou neutronique,
- un masque codé 20 linéaire circulaire de type Réseau Redondant Uniforme modifié, dit masque codé 20, monté mobile en rotation autour du détecteur de rayonnements ionisants 10,
- un système d'entraînement 30 en rotation du masque codé 20, le système d'entraînement 30 étant indexé en déplacement de manière à fournir une indexation de l'orientation du masque codé 20,
- une unité de traitement 40 adaptée pour récupérer le signal de détection et l'orientation du masque codé 20 associées audit signal de détection pour chaque détection de particules ionisantes et pour déterminer à partir desdits signaux de détection et desdites orientations du masque codé, et sur la base d'un produit de convolution, une information concernant la direction de l'au moins une source de rayonnements ionisants 2A, 2B vis-à-vis du détecteur de rayonnements ionisants dans un plan perpendiculaire à un axe de rotation du masque codé 20.
Le détecteur de rayonnements ionisants 10 peut comporter, comme illustré sur la figure 1, un scintillateur 11 et un photodétecteur 12, ou détecteur de rayonnements électromagnétiques.
Le scintillateur 11 est apte à émettre un train de photons, généralement dans la gamme de longueurs d'onde du visible, lors de la réception d'une particule ionisante, telle qu'un photon gamma et X, ou un neutron, le train de photons étant représentatif de la nature et de l'énergie de la particule reçue. Le scintillateur peut ainsi aussi bien être un scintillateur organique qu'un scintillateur inorganique. Dans le présent mode de réalisation de l'invention, le scintillateur 11 est un scintillateur organique préférentiellement plastique.
Les photons émis le scintillateur lors de la réception de particules ionisantes par le scintillateur sont récupérés par le photodétecteur 12. Selon une possibilité avantageuse de l'invention, le photodétecteur 12 peut être un détecteur à base d'une matrice de photodiodes à avalanches. Ainsi, dans le présent mode de réalisation, le photodétecteur est un photomultiplicateur à base de semiconducteur tel qu'un photomultiplicateur en silicium.
De tels photodétecteurs permettent de fournir un signal de détection correspondant à la variation temporelle de l'intensité, c'est-à-dire le nombre de photons reçus par unité de temps, du train de photons transmis par le scintillateur 11 lors de l'interaction d'une particule ionisante avec le scintillateur. Ainsi, le train de photons étant directement représentatif de la nature, notamment photonique ou neutronique, et de l'énergie de la particule ionisante ayant interagit avec le scintillateur 11, le signal de détection fourni par le photodétecteur 12 l'est aussi.
Bien entendu, si une telle combinaison d'un scintillateur avec un photodétecteur à base d'une matrice de photodiodes à avalanches est particulièrement avantageuse dans le cadre de l'invention, d'autre type de détecteurs de rayonnements ionisants sont envisageables sans que l'on sorte du cadre de l'invention tant que ces détecteurs de rayonnements ionisants sont configurés pour fournir un signal de détection représentatif de ladite particule ionisante et, de manière préférentielle, de sa nature photonique ou neutronique lors de la détection d'une particule ionisante. Ainsi, le détecteur de rayonnements ionisants peut aussi être, par exemple, un détecteur de rayonnements ionisants à semiconducteur.
Le masque codé 20 est un masque codé linéaire circulaire du type Réseau Uniformément Redondant Modifié, plus connu sous le sigle anglais de MURA pour « Modified Uniformly Redundant Array ». Selon une variante non couverte par l'invention, le masque codé peut être de type Réseau Uniformément Redondant, plus connu sous le sigle anglais de URA pour « Uniformly Redundant Array », c'est-à-dire non modifié.
Les masques codés linéaires circulaires se présentent sous la forme d'un cylindre de révolution à bases généralement ouvertes présentant en tant que parois des éléments de masquage, tels que des portions latérales en matériau atténuant les rayonnements ionisants, par exemple en plomb, s'étendant chacune sur toute la hauteur du cylindre, répartis sur toute la périphérie de ce dernier. Le motif des éléments de masquage présente, conformément aux connaissances de l'homme du métier, une fonction d'autocorrélation dont les lobes latéraux sont plats.
Dans le présent mode de réalisation, le masque codé 50 est plus précisément un masque de type Réseau Uniformément Redondant Modifié, plus connu sous le sigle anglais de MURA pour « Modified Uniformly Redundant Array ». On notera que si de tels masques codés ne sont pas usuels dans le cas d'un masque codé linéaire circulaire, les règles de constructions des masques MURA sont néanmoins aisément applicables pour les masques codés circulaires linéaires.
Le système d'entraînement 30 peut être fourni par un moteur, éventuellement couplé à un réducteur. Le moteur, et l'éventuel réducteur, sont couplés au masque codé 20 de telle manière que le déplacement du moteur entraîne en rotation le masque codé 20. Afin de permettre une indexation du déplacement du moteur et du masque codé 20, il est possible de munir l'un du masque codé 20, du moteur et de l'éventuel réducteur, d'un ou plusieurs éléments d'indexation visuels ou mécaniques dont le passage à chaque tour peut être détecté au moyen, par exemple, d'une caméra ou d'un interrupteur. De cette manière, il est possible de déterminer précisément la vitesse de rotation de celui parmi le masque codé 20, du moteur et de l'éventuel réducteur qui est équipé du ou des éléments d'indexation et d'en déduire l'orientation du masque codé 20 en chaque instant et notamment au moment d'une détection d'une particule ionisante.
On notera qu'en variante, il est également envisageable que le système d'entraînement comprenne un moteur pas à pas et d'utiliser cette commande en déplacement autorisé par de tels moteurs pas à pas, pour fournir une indexation du mouvement du masque codé et donc pour permettre de connaître l'orientation du masque codé 20 à chaque instant.
L'unité de traitement 40 peut comprendre :
- une sous unité d'acquisition 41 configurée pour récupérer les signaux de détection fournis par le détecteur de rayonnements ionisants 10,
- une sous unité de commande et d'indexation 42 du mouvement du masque codé 20 configurée pour commander les déplacements du système d'entraînement 30 et pour déterminer, à partir du mouvement indexé du système d'entraînement 42, l'orientation du masque codé 20,
- une sous-unité d'identification 43 des particules ionisantes configurée pour déterminer, pour chacune des particules ionisantes détectées et à partir du signal de détection correspondant fourni par le détecteur de rayonnements ionisants 10, la nature photonique ou neutronique de ladite particule, ladite détermination étant réalisée à partir d'un algorithme à discrimination de forme d'impulsion, plus connu sous son sigle anglais PSD pour « Pulse Shape Discrimination », qui est, préférentiellement, basé sur la méthode de comparaison de charge, plus connue sous son sigle anglais CCM pour « Charge Comparaison Method »,
- une unité de localisation 44 configurée pour déterminer à partir des signaux de détection fournie par et desdites orientations du masque codé 20, et sur la base d'un produit de convolution, une information concernant la direction de l'au moins une source de rayonnements ionisants 2A, 2B vis-à-vis du détecteur de rayonnements ionisants 10 dans un plan perpendiculaire à un axe de rotation du masque codé 20 ceci à partir des signaux de détection de l'ensemble des particules ionisantes et à partir des signaux de détection obtenus pour chacun des types de particules parmi les photons et les neutrons,
- une interface utilisateur 45, tel qu'un système d'affichage, afin de fournir les différentes informations de localisation obtenues par l'unité de localisation pour l'ensemble des particules ionisantes et pour chacun des types de particules parmi les photons et les neutrons.
La figure 1 montre ainsi, par le graphique 100, un exemple d'informations de localisation que peut fournir l'interface utilisateur 45. En effet, après détermination des informations de localisation par l'unité de localisation 44, l'interface utilisateur peut figurer, sous la forme de pics de signaux 101, 102, la direction d'arrivée estimée pour chacune des particules détectées. Ainsi, on observe que sur ce graphique que la première source de rayonnements ionisants 2A, à l'origine du premier pic 101, se trouve à un angle de 90° vis-à-vis de l'axe d'origine choisi, alors que la deuxième source de rayonnements ionisants 2B, à l'origine du deuxième pic 102, se trouve à un angle d'environ 180° vis-à-vis de ce même axe d'origine.
Ainsi, on retrouve bien l'orientation à 90° l'une par rapport à l'autre montrée sur la figure 1. Bien entendu, si sur ce graphique ne figure que l'intensité des rayonnements ionisants reçus en fonction de l'orientation vis-à-vis du détecteur de rayonnements ionisants, il est possible, selon une possibilité non montrée, d'également fournir des informations complémentaires concernant les particules reçues telles que bien entendu leur nature, mais également leur énergie. En ce qui concerne la nature, le graphique fourni par l'interface utilisateur peut, par exemple, comporter deux couleurs différentes, une pour les signaux de détections correspondant aux photons, et une autre pour les signaux de détections correspondant aux neutrons.
La sous-unité d'identification 43 présente une configuration usuelle de l'art antérieur et permet, sur la base des signaux de détection fournis par le détecteur de rayonnements ionisants et notamment sur la mesure de la variation temporelle d'une intensité des trains de photons résultant de l'interaction entre les particules ionisantes et le détecteur de rayonnements ionisants 10, de déterminer la nature desdites particules. Ainsi, la sous-unité d'identification 43 est notamment adaptée pour permettre de discriminer parmi les particules ionisantes celles qui sont des photons de celles qui sont des neutrons.
La sous-unité de localisation 44 est adaptée, selon une spécificité de l'invention, pour déterminer une information concernant la direction de l'au moins une source de rayonnements ionisants 2A, 2B sur la base d'un produit de convolution.
Une telle possibilité est permise par une adaptation, mise en œuvre par les inventeurs, des algorithmes de produit de convolution utilisés dans le cadre de masques MURA 2D et de détecteur de rayonnements ionisants sous forme matricielle fournissant une répartition spatiale de signaux de détection. En effet, les inventeurs ont réussi, sur la base d'une matrice de décodage adaptée à utiliser la répartition temporelle des signaux de détection des particules ionisantes corrélées avec les orientations du masque codé 20 et plus précisément le positionnement des éléments de masquage, pour déterminer l'orientation de la ou des sources de rayonnements ionisants 2A, 2B. L'utilisation usuelle dans l'art antérieur de ce type de motif est une disposition rectiligne des éléments de masquage.
Si l'idée même de mettre en œuvre une telle matrice de décodage pour utiliser des signaux temporels associés corrélés avec les orientations du masque codé 20 en lieu de signaux spatiaux n'est en elle-même pas évidente, une telle matrice a été obtenue par les inventeurs à partir de réflexions sur la logique du produit de convolution confirmés par des tests et de simulations de routines sur la base du masque codé 20 qu'ils ont choisi. Dans le cadre de masques MURA 2D, tel qu'utilisé dans les gama-caméra, le produit de convolution peut être vu comme le balayage de la matrice de décodage (contenant le motif) sur la répartition de signaux de détection. Dans le cadre de l'invention, puisque le masque est circulaire et mis en rotation, cette matrice de décodage doit alors contenir l'ensemble des positions possibles du motif du masque codé au cours d'une révolution. Cela a été fait dans le cadre de ce mode de réalisation à partir de la répétition de deux motifs élémentaires séparés par le début toujours nul des motifs de type MURA.
On notera que l'invention est particulièrement adaptée puisqu'un tel type de masque du type MURA autorise, dans le cadre de l'invention, une meilleure résolution sur la détection de l'orientation de la ou des sources de rayonnements ionisants 2A, 2B vis-à- vis du détecteur de rayonnements ionisants 10.
Dans le présent mode de réalisation, la sous-unité de localisation 44 est adaptée pour déterminer :
- une première information concernant la direction de l'au moins une source de rayonnements ionisants 2A, 2B à partir de tous les signaux de détection de particules ionisantes,
- une deuxième information concernant la direction de l'au moins une source de rayonnements ionisants 2A, 2B à partir d'uniquement les signaux de détection de photons identifiés par la sous-unité d'identification 43,
- une troisième information concernant la direction de l'au moins une source de rayonnements ionisants 2A, 2B à partir d'uniquement les signaux de détection de neutrons identifiés par la sous-unité d'identification 43. En variante de l'invention, selon une possibilité simplifiée et moins avantageuse de l'invention, l'unité de traitement 40 peut ne pas comprendre d'unité d'identification 43. Selon cette variante, les signaux de détection sont directement fournis par l'unité d'acquisition 41 à l'unité de localisation 44 sans qu'il soit identifié au préalable la nature des particules. Il en résulte donc, qu'avec une telle simplification, il n'est pas possible d'identifier la nature du rayonnement ionisant et donc de la ou des sources de rayonnements ionisants 2A, 2B à l'origine de ce rayonnements ionisants.
Selon d'autre variante, l'unité de traitement 40 peut être configurée pour ne déterminer et fournir qu'une seule partie des première, deuxième et troisième informations, voire même présenter plusieurs configurations sélectionnâmes par un utilisateur, dans lesquelles seule une, deux ou les trois desdites première, deuxième et troisième informations sont déterminées et fournies à l'utilisateur. De cette manière, l'utilisateur est à même, par exemple, de ne chercher que les sources de neutrons, les signaux de détection relatifs aux photons n'étant pas pris en compte, ou, à l'inverse, ne chercher que les sources de photons, les signaux de détection relatifs aux neutrons n'étant pas pris en compte.
On notera que, dans le cadre de l'invention, l'unité de traitement 40 peut être fournie sous différentes formes parmi lesquels on peut notamment citer :
- un circuit électronique dédié, les sous-unités 41, 42, 43, 44, 45 formant des sous-circuits dudit circuit électronique dédié,
- un ensemble de circuits électroniques dédiés, les sous-unités 41, 42, 43, 44, 45 formant lesdits circuits électroniques dédiés,
- un système informatique, tel qu'un ordinateur portable, les sous unités d'acquisition 41 et de commande et d'indexation 42 pouvant notamment être fournis par des systèmes d'acquisition, tels que des cartes d'acquisition dudit système d'acquisition, les sous-unités d'identification 43 et de localisation 44 pouvant être fournies sous forme de programmes informatiques dudit système informatique et l'interface utilisateur 45 pouvant être fournie par un écran/affichage dudit système informatique, un système hybride de ces trois formes. Dans le cadre du système informatique, l'unité de traitement peut comprendre un produit programme exécuté par le système informatique, le produit programme comprenant les instructions pour réaliser une étape de détermination d'une information concernant la direction de l'au moins une source de rayonnements ionisants 2A, 2B.
Un tel dispositif de location 1 de sources de rayonnements ionisants est adapté pour la mise en œuvre d'un procédé de détection comprenant les étapes suivantes :
- détection de particules ionisantes émises par la source de rayonnements ionisants au travers d'un masque codé 20 linéaire circulaire de type MURA, dit masque codé 20 monté et entraîné en rotation, pour chaque détection d'une particule ionisante, un signal de détection représentatif de ladite particule ionisante et, de manière avantageuse, de sa nature photonique ou neutronique étant récupéré avec l'orientation du masque codé 20 associée à cette détection,
- détermination, pour chacune des particules ionisantes détectées et à partir du signal de détection correspondant, la nature photonique ou neutronique de ladite particule, ladite détermination étant réalisée à partir d'un algorithme à discrimination de forme d'impulsion préférentiellement basée sur la méthode de comparaison de charge,
- détermination à partir desdits signaux de détection et desdites orientations du masque codé 20 d'une information concernant la direction de l'au moins une source de rayonnements ionisants 2A, 2B vis-à-vis du détecteur de rayonnements ionisants 10 dans un plan perpendiculaire à un axe de rotation du masque codé 20, la détermination de l'information concernant la direction de l'au moins une source de rayonnements ionisants est réalisée sur la base d'un produit de convolution.
Bien entendu, conformément à une possibilité de l'invention, lors de l'étape de détermination de l'information concernant la direction, il peut être obtenu :
- une première information concernant la direction de l'au moins une source de rayonnements ionisants 2A, 2B à partir de tous les signaux de détection de particules ionisantes, - une deuxième information concernant la direction de l'au moins une source de rayonnements ionisants 2A, 2B à partir d'uniquement les signaux de détection identifiés comme correspondant à des photons,
- une troisième information concernant la direction de l'au moins une source de rayonnements ionisants 2A, 2B à partir d'uniquement les signaux de détection identifiés comme correspondant à des neutrons.
Afin d'illustrer le principe de l'invention, les inventeurs ont utilisé une configuration avec un masque codé 20 linéaire circulaire MURA de rang 29. Avant de mettre en œuvre un tel masque codé 20, ils ont simulé le résultat attendu avec un tel masque dans le cadre d'une source de rayonnements ionisants ponctuelle.
Le résultat de cette simulation est illustré sur la figure 2 avec sur la gauche un graphique illustrant la répartition géométrique des signaux de détection attendue et sur la droite l'agencement de la source de rayonnements ionisants 2A simulée vis-à-vis du détecteur de rayonnements ionisants 10 et du masque codé 20. On peut voir que la répartition géométrique obtenue permet d'aisément identifier la direction de la source de rayonnements ionisants 2A vis-à-vis du détecteur de rayonnements ionisants 10 et donc que l'utilisation d'algorithme du type produit de convolution est adapté aux masques codés linéaires circulaires du type MURA.
Ces simulations ayant permis de confirmer l'intérêt de l'invention, les inventeurs ont mis en œuvre un dispositif de localisation 1 selon l'invention. La configuration choisie est la suivante :
- un masque codé 20 linéaire circulaire du type MURA de rang 29 dont les éléments de masquage présentent une épaisseur de 2 mm de plomb,
- un détecteur de rayonnements ionisants 10 comprenant un scintil lateur 11 organique et un photodétecteur 12 du type photomultiplicateur en silicium commercialisé par la société SensL™,
- un système d'entraînement 30 configuré pour que le masque codé 20 fasse une rotation complète toutes les deux minutes.
A partir de ce dispositif de localisation 1, les inventeurs ont effectué différents tests à partir de différentes sources de rayonnements ionisants ceci dans des configurations auxquelles sont susceptibles d'être confrontés un tel dispositif de localisation 1 :
- une source 2A de l'isotope 241 de l'américium 241Am, le résultat de ce test étant illustré sur la figure 3 ceci en ne prenant en compte que les photons,
- une source 2A de l'isotope 22 du sodium 22Na, le résultat de ce test étant illustré sur la figure 4 ceci en ne prenant en compte que les photons,
- une source 2A de l'isotope 252 du californium 252Cf, le résultat de ce test étant illustré sur la figure 5 ceci en ne prenant en compte que les photons,
- une première source 2A de l'isotope 252 du californium 252Cf et une deuxième source 2B de l'isotope 22 du sodium 22Na, le résultat de ce test étant illustré sur les figures 6A à 6C ceci en prenant en compte respectivement l'ensemble des particules ionisantes, les photons uniquement et les neutrons uniquement.
Sur chacune des figures 3 à 6A, de la même manière que sur la figure 2, il est illustré sur la gauche un graphique montrant la répartition géométrique des signaux de détection obtenue sur la base d'un produit de convolution à partir de l'unité de traitement développée par les inventeurs et sur la droite l'agencement de la ou des sources de rayonnements ionisants 2A, 2B vis-à-vis du détecteur de rayonnements ionisants 10 et du masque codé 20.
Le premier test illustré sur la figure 3 a été réalisé à partir d'une source de rayonnements ionisants 2A comprenant l'isotope 241 de l'américium 241Am qui présente une émission de rayonnements détectables à distance composée uniquement de photons, principalement gamma.
On peut voir que la répartition géométrique des signaux de détection obtenue sur la base d'un produit de convolution pour les photons est particulièrement piquée et proche de celle qui a été obtenue dans le cadre de la simulation. La localisation de la source de rayonnements ionisants 2A est précise dans une telle configuration.
Le deuxième test illustré sur la figure 4 a été réalisé à partir d'une source de rayonnements ionisants 2A comprenant l'isotope 22 du sodium 22Na qui présente également une émission de rayonnements détectables à distance composée uniquement de photons.
On peut voir que la répartition géométrique des signaux de détection obtenue sur la base d'un produit de convolution pour les photons fournis par l'isotope est moins piquée. Néanmoins, la localisation de la source de rayonnements ionisants 2A reste précise dans le cadre d'une telle configuration.
Le troisième test illustré sur la figure 5 a été réalisé à partir d'une source de rayonnements ionisants 2A comprenant l'isotope 252 du californium 252Cf qui présente une émission de rayonnements détectables à distance composée à la fois de photons et de neutrons.
On peut voir que la répartition géométrique des signaux de détection obtenue sur la base d'un produit de convolution pour les photons fournis par l'isotope 252 du californium 252Cf est encore moins piquée. Néanmoins, la localisation de la source de rayonnements ionisants 2A reste précise dans le cadre d'une telle configuration.
Pour le quatrième test illustré sur les figures 6A à 6C qui a été réalisé cette fois avec deux sources de rayonnements ionisants 2A, 2B, une première source 2A de l'isotope 252 du californium 252Cf et une deuxième source 2B de l'isotope 22 du sodium 22Na disposées à 110° l'une de l'autre vis-à-vis du détecteur de rayonnements ionisants 10.
On peut voir sur la figure 6A, dans le cas où ce sont l'ensemble des signaux de détection qui sont pris en compte, la répartition géométrique des signaux détection permet bien d'identifier la présence des deux sources de rayonnements ionisants 2A, 2B sans pouvoir les distinguer l'une de l'autre. Comme montré sur la figure 6B, cela est encore le cas, lorsque ce sont uniquement les signaux de détection correspondant aux photons qui sont pris en compte. Par contre, lorsque seuls les signaux de détection des neutrons sont utilisés pour la localisation des sources de rayonnements ionisants 2A, 2B, on observe sur la figure 6C qu'une seule source de rayonnements ionisants, la première source 2A de l'isotope 252 du californium 252Cf. Ainsi, avec une telle détermination, permettant de faire la distinction entre les signaux de détection correspondant aux photons de ceux correspondant aux neutrons, autorise une distinction concernant les sources de rayonnements ionisants 2A, 2B vis-à- vis des particules qu'elles émettent.

Claims

Revendications
1. Dispositif de localisation (1) de sources de rayonnements ionisants (2A, 2B) comprenant :
- un détecteur de rayonnements ionisants (10) adapté pour détecter des particules ionisantes émises par au moins une source de rayonnements ionisants (2A, 2B), le détecteur de rayonnements ionisants (10) étant configuré pour, lors de la détection d'une particule ionisante, fournir un signal de détection représentatif de ladite particule ionisante,
- un masque codé (20) linéaire circulaire, dit masque codé (20), monté mobile en rotation au tour du détecteur de rayonnements ionisants,
- un système d'entraînement (30) en rotation du masque codé (20), le système d'entraînement (30) étant indexé en déplacement de manière à fournir une indexation de l'orientation du masque codé (20),
- une unité de traitement (40) adaptée pour récupérer le signal de détection et l'orientation du masque codé (20) associées audit signal de détection pour chaque détection de particules ionisantes,
Le dispositif de localisation (1) étant caractérisé en ce que l'unité de traitement (40) est en outre configurée pour déterminer à partir desdits signaux de détection et desdites orientations du masque codé (20), et sur la base d'un produit de convolution, une information concernant la direction de l'au moins une source de rayonnements ionisants (2A, 2B) vis-à-vis du détecteur de rayonnements ionisants (10) dans un plan perpendiculaire à un axe de rotation du masque codé (20), dans lequel le masque codé (20) est du type Réseau Redondant Uniforme Modifié.
2. Dispositif de localisation (1) selon la revendication 1, dans lequel le détecteur de rayonnements ionisants (10) comprend un scintillateur (11) adapté pour générer un train de photons à chaque réception d'une particule ionisante et un
22 photodétecteur (12) à base de photodiodes à avalanche agencé pour récupérer le train de photons et fournir un courant électrique représentatif de la particule ionisante reçue par le scintillateur, le photodétecteur (12) étant préférentiellement un photomultiplicateur en matériau semiconducteur.
3. Dispositif de localisation (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le détecteur de rayonnements ionisants (10) comprend un scintillateur (11) de type scintillateur organique, le scintillateur (10) étant préférentiellement un scintillateur organique plastique.
4. Dispositif de localisation (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à
3, dans lequel le signal de détection fourni par le détecteur de rayonnements ionisants (10) lors de la détection d'une particule ionisante est en outre représentatif de la nature photonique ou neutronique de ladite particule ionisante, et dans lequel l'unité de traitement (40) est en outre configurée pour déterminer pour chacune des particules ionisantes détectées et à partir du signal de détection correspondant la nature photonique ou neutronique de ladite particule, ladite détermination étant réalisée à partir d'un algorithme à discrimination de forme d'impulsion, ledit algorithme étant préférentiellement basé sur la méthode de comparaison de charge.
5. Dispositif de localisation (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à
4, dans lequel, le signal de détection fourni par le détecteur de rayonnements ionisants (10) lors de la détection d'une particule ionisante est en outre représentatif de la nature photonique ou neutronique de ladite particule ionisante et l'unité de traitement (40) étant adaptée pour déterminer pour chacune des particules ionisantes détectées et à partir du signal de détection correspondant la nature photonique ou neutronique de ladite particule, l'unité de traitement (40) est en outre configurée pour réaliser la détermination d'une information respective concernant la direction de l'au moins une source de rayonnements ionisants (2A, 2B) sur la base d'un produit de convolution une première fois à partir d'uniquement des signaux de détection correspondants aux particules ionisantes d'un type parmi les particules ionisante de nature photonique, et les particules ionisantes de nature neutronique, et une deuxième fois à partir des signaux de détection correspondants aux particules ionisantes de l'autre type parmi les particules ionisantes de nature photonique gamma.
6. Dispositif de localisation (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel, le signal de détection fourni par le détecteur de rayonnements ionisants (10) lors de la détection d'une particule ionisante est en outre représentatif de la nature photonique ou neutronique de ladite particule ionisante et l'unité de traitement (40) étant adaptée pour déterminer pour chacune des particules ionisantes détectées et à partir du signal de détection correspondant la nature photonique ou neutronique de ladite particule, dans lequel l'unité de traitement (40) est configurée pour réaliser la détermination d'une information respective concernant la direction de l'au moins une source de rayonnements ionisants (2A, 2B) sur la base d'un produit de convolution à partir de l'ensemble des signaux de détection.
7. Dispositif de localisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le signal de détection fourni par le détecteur de rayonnements ionisants (10) lors de la détection d'une particule ionisante est en outre représentatif de la nature photonique ou neutronique de ladite particule ionisante et l'unité de traitement (40) étant adaptée pour déterminer pour chacune des particules ionisantes détectées et à partir du signal de détection correspondant la nature photonique ou neutronique de ladite particule, l'unité de traitement (40) est en outre configurée pour réaliser la détermination d'une information respective concernant la direction de l'au moins une source de rayonnements ionisants (2A, 2B) sur la base d'un produit de convolution à partir d'uniquement des signaux de détection correspondants aux particules ionisantes d'un type parmi les particules ionisante de nature photonique, et les particules ionisantes de nature neutronique.
8. Procédé de localisation de sources de rayonnements ionisants (2A, 2B) comprenant les étapes suivantes :
- détection de particules ionisantes émises par la source de rayonnements ionisants au travers d'un masque codé (20) linéaire circulaire, dit masque codé (20), monté et entraîné en rotation, pour chaque détection d'une particule ionisante, un signal de détection représentatif de ladite particule ionisante étant récupéré avec l'orientation du masque codé (20) associée à cette détection,
- détermination à partir desdits signaux de détection et desdites orientations du masque codé (20) d'une information concernant la direction de l'au moins une source de rayonnements ionisants (2A, 2B) vis-à-vis du détecteur de rayonnements ionisants (10) dans un plan perpendiculaire à un axe de rotation du masque codé (20), le procédé étant caractérisé en ce que la détermination de l'information concernant la direction de l'au moins une source de rayonnements ionisants est réalisée sur la base d'un produit de convolution, dans lequel le masque codé (20) est du type Réseau Redondant Uniforme Modifié.
9. Procédé de localisation selon la revendication 8, dans lequel lors de la détection d'une particule, le signal de détection est en outre représentatif de la nature photonique ou neutronique de ladite particule ionisante et dans lequel il est prévu une étape supplémentaire de :
- détermination, pour chacune des particules ionisantes détectées et à partir du signal de détection correspondant de la nature photonique ou neutronique de ladite particule ionisante, ladite détermination étant réalisée à partir d'un algorithme à discrimination de forme d'impulsion et/ou d'une méthode de comparaison de charge.
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10. Procédé de localisation selon la revendication 9, dans lequel lors de l'étape de détermination à partir desdits signaux de détection et desdites orientations du masque codé (20) d'une information concernant la direction de l'au moins une source de rayonnements ionisants (2A, 2B), l'information concernant la direction de l'au moins une source de rayonnements ionisants (2A, 2B) est déterminée une première fois à partir d'uniquement des signaux de détection correspondants aux particules ionisantes d'un type parmi les particules ionisante de nature photonique, et les particules ionisantes de nature neutronique, et une deuxième fois à partir des signaux de détection correspondants aux particules ionisantes de l'autre type parmi les particules ionisantes de nature photonique.
11. Produit programme destiné à la mise en œuvre d'un procédé de localisation selon l'une quelconque des revendications 9 à 10 lorsqu'il est exécuté sur un ordinateur, le produit programme comprenant les instructions pour réaliser l'étape de détermination d'une information concernant la direction de l'au moins une source de rayonnements ionisants (2A, 2B).
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