EP4457531A1 - Dispositif d'estimation d'une direction pointant vers une source irradiante - Google Patents

Dispositif d'estimation d'une direction pointant vers une source irradiante

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Publication number
EP4457531A1
EP4457531A1 EP22839379.9A EP22839379A EP4457531A1 EP 4457531 A1 EP4457531 A1 EP 4457531A1 EP 22839379 A EP22839379 A EP 22839379A EP 4457531 A1 EP4457531 A1 EP 4457531A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
detector
source
instant
distance
detectors
Prior art date
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Pending
Application number
EP22839379.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Yoann MOLINE
Gwenolé CORRE
Jordan GAMEIRO
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 EP4457531A1 publication Critical patent/EP4457531A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/78—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S3/7806—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using electromagnetic waves other than radio waves using gamma or X-rays
    • 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
    • G01T1/2907—Angle determination; Directional detectors; Telescopes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T7/00—Details of radiation-measuring instruments

Definitions

  • the technical field of the invention relates to the estimation of a direction between a detection device and a detected irradiating source.
  • the detection device forms a compass, pointing towards the irradiating source.
  • Determining a position of an irradiating radioactive source in an environment can be a tedious operation. This is an operation likely to be implemented in nuclear installations, for radiation protection purposes, or in operations to control suspicious goods or waste, for example at borders.
  • a first option consists in using an irradiation measuring device such as those usually used in the field of radiation protection.
  • This type of device makes it possible to estimate an ambient irradiation level, without information as to the position of sources generating the irradiation.
  • the localization of an irradiation source supposes a spatial scanning by carrying out regular measurements, hoping to gradually approach the source according to the successively measured irradiation levels. Such an operation is long, and therefore penalizing from the point of view of dosimetry.
  • the main advantage of this approach is to use measurement means that are inexpensive, easy to use and available.
  • a gamma camera is a device making it possible to form an image of an observed scene, on which the main irradiating sources can be located. This type of device has been developed since the 1990s and has reached industrial maturity. Compact and relatively light gamma cameras are currently commercially available. However, it is an expensive device, and the use of which requires a certain know-how.
  • Patent US10024981B2 describes a measuring device carried by a drone, and intended to locate an irradiating source by using several detectors.
  • the localization of the source is carried out by a comparison of signals simultaneously detected by several detectors. But the localization is imprecise, because it results from a simple comparison between the intensities of the measured signals.
  • the inventor has designed a device, functioning like a compass, making it possible to indicate a direction pointing towards an irradiating source.
  • the device is of simple design, and allows to obtain directional information. It is also an inexpensive and simple to use device.
  • a first object of the invention is a device for estimating a direction pointing towards an irradiating source, the irradiating source emitting radiation composed of gamma or X particles or neutrons, the device comprising:
  • each detector being configured to generate a detection signal depending on a number of particles detected by the detector; the device being such that each detector is assigned a position, the detectors being arranged around a center corresponding to an isobarycenter of each position, the device comprising a processing unit, configured to
  • the device comprises at least three non-aligned detectors.
  • the processing unit is configured for:
  • the device may include an orientation unit, configured to estimate a variation in the position of the detectors between the first instant and the second instant.
  • the device may include a display unit, connected to the processing unit, and configured to display the direction pointing towards the irradiating source.
  • At least one detector or each detector may include a scintillator-type detection material.
  • At least one detector or each detector may comprise an inorganic scintillator-type detection material.
  • the processing unit is configured for:
  • the device may include a geolocation unit, configured to measure the distance of movement of the device between the two successive measurement instants.
  • a second object of the invention is a method for determining a direction pointing towards an irradiating source using a device according to the first object of the invention, the method comprising the following steps: a) measurement of signals detection by each detector; b) calculation of a barycenter of each position weighted by the detection signal measured by the detector occupying said position; c) estimation of the direction pointing towards the source according to the calculated barycenter.
  • step a) comprises:
  • step b) comprises taking into account a position of each detector at the first instant and at the second instant;
  • step c) comprises calculation of a barycenter of the respective positions of the detectors at each instant, weighted by the detection signals measured respectively by each detector at each instant.
  • the device can perform a rotation around the isobarycentre, the angle of rotation being predetermined and/or measured.
  • the method may include a step of displaying the direction pointing towards the irradiating source. According to one embodiment, the method comprises the steps of:
  • the method may include the steps of:
  • a third object of the invention is a device for estimating a distance relative to an irradiating source, the irradiating source emitting radiation composed of gamma or X particles or neutrons, the device comprising:
  • a radiation detector configured to generate a detection signal, depending on a number of particles detected by the detector; the device being such that it includes a processing unit, configured to
  • a fourth object of the invention is a method for estimating a distance between an irradiating source and a device according to the third object of the invention, comprising:
  • Figures IA and IB schematize a first embodiment.
  • Figure IA is a perspective view and Figure IB is a top view.
  • FIGS. 2A and 2B illustrate a possible implementation of the first embodiment. These two figures are top views.
  • FIGS. 3A and 3B schematize a second embodiment.
  • Figure 3A is a perspective view and Figure 3B is a top view.
  • FIG. 4 represents an example of a portable device according to the second embodiment.
  • FIG. 5 schematizes an experimental test carried out using a device according to the second embodiment.
  • FIGS. 6A and 6B show the use of a device for performing three-dimensional localization of an irradiating source.
  • FIG. 7 schematizes a simulation carried out using a device according to the first embodiment.
  • FIG. 8 illustrates an implementation of the device for estimating a distance relative to an irradiating source whose orientation relative to the device has been previously determined.
  • Figures 9A and 9B represent experimental measurements made to estimate the distance et between the device and the source.
  • FIG. 10 summarizes various stages of implementation of a device forming an object of the invention.
  • Figures IA and IB represent a first embodiment of a device 1 according to the invention.
  • the device is intended to determine an orientation of an irradiating source S, disposed at a distance from the device, and to determine a rectilinear direction pointing towards the source, from the device.
  • the irradiating source S is typically positioned a few meters from the device. It may be a source emitting photonic (X or gamma photons) and/or neutron irradiation.
  • the use of the device assumes that the irradiating source is placed at a distance such that, given its activity, the radiation incident on the device is sufficient to be detected.
  • the device is intended to be worn by a user, so as to indicate the direction pointing towards the source. It is therefore a device for nomadic use.
  • the device can be mounted on a vehicle, in particular in the context of operations in a hostile environment.
  • the device 1 comprises a support 2, on which several detectors 10i, 10 2 are placed. Each detector is configured to detect ionizing radiation, in particular neutrons or X or gamma photons.
  • Each detector is formed from a detection material connected to a detection circuit. Under the effect of an interaction in the detection material, a particle forming the ionizing radiation (neutron or X or gamma photon) generates an electric pulse, the latter being detected by the detection circuit.
  • the detection material is a scintillator
  • the electric pulse is generated by a photodetector coupled to the detection material.
  • the detection material is a semiconductor
  • the electric pulse results from the collection of charge carriers created in the material under the effect of the interaction.
  • the detection circuit makes it possible to establish a counting rate, which corresponds to a number of pulses detected per unit of time. For example a number of pulses per second, usually referred to as "strokes per second".
  • the detection circuit makes it possible to establish a count, which corresponds to a number of pulses detected during a measurement duration.
  • the detection circuit makes it possible to form a detection signal, the latter corresponding either to a counting rate, or to a counting.
  • the detection signal is a count rate.
  • the detection material of each detector is solid. It may in particular be a scintillator.
  • inorganic scintillating materials are preferred, because of their high atomic number, which gives them a good attenuation property. Among the latter, mention may be made, without limitation, of Nal(TI), Csl(TI), GBO (Bismuth Germanate), LaBrs, YSO(Ce) (Yttrium Orthosilicate Cerium - Y 2 SiO 5 :Ce), Srl 2 (Eu).
  • organic scintillator materials are preferred, due to their high content of light atoms.
  • the device is dedicated to determining a source emitting gamma photons.
  • the detectors are based on an inorganic scintillator type detection material.
  • the device also comprises: a processing unit 20, connected to each detector.
  • the processing unit may comprise a computer, for example of the FPGA type (Field Programmated Gate Array - Programmable Logic Circuit or ASIC - Application Specific Integrated Circuit - Application Specific Integrated Circuit), or a microprocessor, programmed to perform calculations using the rates respectively generated by each detector.
  • the processing unit is programmed to establish a direction, pointing towards the source, from the counting rates.
  • an orientation unit 21 configured to measure an orientation of the device.It can by example this may be an inertial unit
  • the orientation unit is optional a display unit 22, to display the direction pointing towards the source This may be a screen or a set
  • the display unit is optional, a geolocation unit 23, configured to establish a position of the device, it can for example be a GPS type system when the device is used outdoors. It can be a system using beacons emitting a short-range electromagnetic signal (eg wifi) when the device is used indoors.
  • the geolocation unit is optional.
  • FIG. 1A represents a particularly simple configuration of device 1. According to this configuration, the device comprises only two detectors 10i and 10 2 . In FIG. 1B, the device and the source S have been represented, in top view.
  • each detector 10j can be assigned a point position P it which corresponds to the center of the detector, i is a natural number designating each detector.
  • the processing unit 20 is configured to calculate a barycenter B of the position P t of each detector 10i, weighted by the counting rate respectively measured by each detector. If P t designates a point of the support associated with each detector 10i, which can be for example the center of each detector, the barycenter B is such that:
  • N corresponds to the counting rate measured by the detector 10i.
  • the vector OB points towards the source S.
  • the calculation of the vector OB makes it possible to estimate a direction, pointing towards the source, from the device.
  • the direction pointing to the source can be displayed on the display unit 22.
  • the device then operates equivalently to a compass.
  • the display unit may include an arrow pointing to the source.
  • detector 10i When detectors 10i, IO2 and source S are aligned, detector 10i forms a front detector and detector IO2 forms a rear detector.
  • the front detector is interposed between the source and the rear detector. According to this arrangement, the radiation emitted by the source and reaching the rear detector is attenuated by the front detector.
  • the detection materials composing the detectors being absorbent, in particular when it comes to inorganic detectors, the attenuation of the radiation by the front detector is significant.
  • the difference between the counting rates respectively measured by each detector is maximum. This maximizes the norm
  • the display unit 22 can display an arrow whose size is correlated to the norm
  • FIGS. 2A and 2B illustrate a simple method for determining the position of a source relative to the device, using a device comprising at least two detectors.
  • the device corresponds to that described in connection with FIG. 1A: it comprises only two detectors.
  • the processing unit 20 is configured to memorize the respective counting rates at each measurement instant and to calculate a position of the barycenter B.
  • Ni ⁇ tj' is the count rate of the detector 10i, occupying the position at the measurement time tj, with j varying between 1 and 2 in this example.
  • FIGS. 2A and 2B the configuration of the device has been represented respectively at the first instant and at the second instant t 2 .
  • the direction pointing towards the source is calculated following the second instant t 2 .
  • the device comprises an orientation unit 21 as previously described.
  • the orientation unit 21 can be configured to detect, during the rotation of the device, the reaching of an angle of rotation of 90° with respect to the first instant ti and to carry out the measurements directly.
  • the orientation unit 21 determines a rotation angle between the first instant and the second instant. This allows a more precise calculation of the position of the barycenter B and this avoids the user having to perform a rotation according to an angle close to 90°.
  • the user can activate a switch, so as to signal to the processing unit the first and second instants.
  • the orientation unit determines the angle between the first instant and the second instant and supplies it to the processing unit. The real value of the angle is taken into account to calculate the barycenter.
  • the rotation between the two instants can thus be different from 90°. It can be 45° or 110°. However, it is preferable that the angle of rotation be close to 90°.
  • FIGS. 3A and 3B represent an embodiment in which the device comprises four detectors regularly distributed around an isobarycenter O.
  • the processing unit 20 is configured to calculate the barycenter of the positions of each detector, weighted by their respective count rates. This makes it possible to obtain a direction pointing towards the irradiating source without having to perform a rotation of the device.
  • Such an embodiment can operate as soon as the device comprises at least three non-aligned detectors.
  • the device comprises three detectors, preferably regularly distributed around a center, with an angular difference of 120°.
  • the use of detectors based on inorganic materials maximizes the absorption of a part of the radiation emitted by the source by the detectors closest to it. This makes it possible to increase the contrast between the counting rates measured by each detector.
  • the barycenter B is thus all the further from the isobarycenter O, which increases the accuracy of the direction estimated by the device. So that the absorption resulting from one detector can significantly influence the count rate of another detector, the distance between the detectors is preferably less than 30 or 40 cm. In order for the effect of absorption to be more significant, it is preferable that the distance between the detectors be less than 20 cm.
  • FIG. 4 schematizes an embodiment similar to that of FIGS. 3A and 3B, based on four detectors extending around a center. The respective positions of each detector form a cross, the center of which corresponds to the isobarycenter O. On the device represented in FIG. 4, the device comprises handles 25, facilitating gripping of the device.
  • the inventor carried out an experimental test by arranging four detectors in the same horizontal plane, according to a configuration similar to that represented in FIGS. 3A and 3B.
  • Each detector was made of Na I (Tl) scintillator material 50.8 mm in diameter and 25.4 mm in height, ie 2 inches in diameter and 1 inch in height.
  • the positions of each detector formed a square with a diagonal of 20 cm. See figure 5.
  • a source of 137 Cs of 500 kBq activity was placed at a distance of 5 cm from the nearest detector. The following count rates were measured: detector 10i: 800 cps (counts per second); IO2 detector: 150 cps; IO3 detector: 240 cps; detector 10 4 : 250 cps;
  • the difference between the different counting rates made it possible to easily determine the direction pointing towards the source.
  • each detector being a detector of the YSO type, of dimensions 7.11 mm ⁇ 7.11 mm ⁇ 21.08 mm.
  • the distance between two opposite detectors was 20 cm.
  • a source of 137 Cs with an activity of 2.9 10 9 Bq placed at different distances from the device was simulated. The source was centered with respect to the device, in the XY plane. The distance between the 137 Cs source and the device was varied.
  • Table 1 shows the simulated count rates (counts per second) resulting from each detector, as a function of distance. [Table 1]
  • each detector was cylindrical in size, with a diameter and height equal to 25.4 mm.
  • Table 2 shows the estimated count rates for each detector as a function of the detection materials, the latter being Nal(TI), BGO, LaBr 3 (Ce), Srh(Eu). [Table 2]
  • Figures 6A and 6B illustrate two possible uses of the device.
  • the device is arranged horizontally, parallel to the ground, so as to be able to estimate a direction pointing towards the source in the horizontal plane.
  • the device is arranged vertically, for example parallel to a wall, so as to be able to estimate a direction pointing to the source in the vertical plane.
  • FIGS. 2A and 2B The operation of the device according to the embodiment described in connection with FIGS. 2A and 2B has been simulated.
  • a source has been randomly positioned in a plan. An initial position was randomly assigned to the device. A progression of the device in the plane, between different measurement points, was simulated. At each measurement point: a barycentric calculation was performed after rotating the detector, so as to have 4 measurements in 4 different positions. from the barycentric calculation, a direction pointing towards the source was determined at each measurement point. the device was moved by a predetermined spatial step according to the determined direction.
  • Figure 7 illustrates the progress from the device to the source. The source is considered to have been reached when the direction pointing towards the source varies greatly under the effect of a small displacement of the device.
  • the previously described embodiments make it possible to determine a direction pointing towards an irradiating source.
  • the directional information can then be used to estimate a distance between the device and the source.
  • the intensity of the radiation decreases proportionally to the inverse square of the distance. If r designates a distance between an irradiating source and the device, the intensity of the radiation, between the device and the source, varies in ;. Intensity can correspond to a flux (number of particles per unit time) or to a fluence rate (number of particles per unit time and area). The count rate of each detector varies linearly with the intensity of the radiation emitted by the source. Knowing the direction in which the source is located, by implementing one of the embodiments described above, it is possible to estimate a distance between the device and the source, by moving, a known distance, relative to the source, and by measuring the variation of the counting rate of at least one detector. The movement relative to the source is performed in the direction pointing to the source. The knowledge of the distance traveled, combined with the measurement of the counting rates before and after the displacement, makes it possible to evaluate the distance between the device and the source.
  • d can be predetermined or measured.
  • the user wearing the device moves, along the direction pointing towards the source, a predetermined distance, for example 50 or 60 cm, which corresponds to one step.
  • the device is equipped with a geolocation unit 23, allowing a measurement of the distance d traveled between the positions r 2 and r .
  • the processing unit 20 is programmed to estimate r ⁇ by solving (4).
  • Curve c) represents the evolution of the statistical threshold as a function of the distance.
  • the difference in counting rates N 2 —N ⁇ can be considered as statistically representative when N 2 —N 1 >(1 —a)/2/V 2 .
  • N 2 crosses the statistical threshold at a threshold distance d s of 6.5 m from the source.
  • the differential measure N 2 allows an estimation of the distance between the detector and the source over a distance range between 0 and 6.5 m, that is to say up to the threshold distance. This corresponds to a relative difference of about 6%.
  • Figure 9B represents the relative deviation (gray levels) as a function of the variation of distance — r 2 (axis of abscissas - unit meter - r 2 ⁇ r ), and this for different distances from the source (axis of ordinates - unit meter). The more increases, the greater the variation in distance — r 2 must be high to observe a relative difference greater than the statistical fluctuations.
  • This figure shows that the distance r ⁇ - r 2 is preferably greater than 20 cm to obtain a relative deviation greater than 6%, the latter corresponding to the statistical threshold: cf.
  • Figure 9A Figure 9A.
  • Figures 9A and 9B show that beyond a certain threshold distance, the estimated distance should not be considered valid due to the associated uncertainty.
  • the threshold distance depends on the detector, in particular the sensitivity, and can be determined experimentally as described in connection with FIG. 9A.
  • the processing unit can be programmed to invalidate the estimated distance if the latter is greater than the predetermined threshold distance .
  • the detector closest to the source will preferably be used, the latter not being subjected to the attenuation of the radiation emitted by the source due to the other detectors.
  • FIG. 10 schematizes the main steps of a method for determining a direction between a measuring device and a source, as well as possibly an estimation of the distance between the source and the device.
  • Step 100 measurement of the counting rates of the detectors forming the device.
  • step 120 can be implemented directly.
  • Step 110 this step is notably implemented when the device comprises only 2 detectors.
  • the device undergoes a rotation around the isobarycentre O and perpendicular to the support. A measurement of the counting rate of each detector is carried out.
  • Step 120 Depending on the measurements performed during step 100 and any step 110, calculation of the barycenter of the positions of each detector weighted by the counting rates respectively measured by each detector.
  • Step 130 Depending on the position of the barycenter resulting from step 120, determination of a direction pointing towards the source.
  • Step 140 displacement of the device in the direction resulting from step 130 by a predetermined distance or any distance.
  • Step 150 when the displacement distance of step 140 is arbitrary, estimation of the distance by the geolocation unit or using the inertial navigation unit, from a starting position.
  • Step 160 measurement of the count rate of a detector of the device.
  • Step 170 from the measurement resulting from step 160 and from the measurement of the detector performed before the displacement, for example during step 100 (or 110), estimation of a distance between the source and the device.
  • Step 180 comparison of the estimated distance with the threshold distance d s , so as to validate or invalidate the measurement.
  • the threshold distance has been previously determined.
  • the device described above can be used while being worn by a user. It can also be mounted on an autonomous vehicle. In this case, the direction determined by the device is transmitted to a control unit of the vehicle, so that the vehicle can be directed according to this direction.
  • the use of a vehicle is suitable for hostile environments, for example in the presence of contamination or high irradiation.

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Abstract

Dispositif (1) d'estimation d'une position d'une source irradiante, comportant : ‐ un support (2); au moins deux détecteurs de rayonnement (101, 102, 103, 104, 10i) configurés pour générer un signal de détection (N i ); ‐ le dispositif étant tel que à chaque détecteur étant assigné une position (P i ), les détecteurs étant disposés autour d'un isobarycentre de chaque position; ‐ une unité de traitement (20), configurée pour • effectuer un calcul d'un barycentre de chaque position pondéré par le signal de détection mesuré par chaque détecteur; • en fonction du barycentre, estimer une direction pointant vers la source, correspondant à une direction entre le dispositif et la source.

Description

Dispositif d'estimation d'une direction pointant vers une source irradiante
DOMAINE TECHNIQUE
Le domaine technique de l'invention concerne l'estimation d'une direction entre un dispositif de détection et une source irradiante détectée. Le dispositif de détection forme une boussole, pointant vers la source irradiante.
ART ANTERIEUR
La détermination d'une position d'une source radioactive irradiante dans un environnement peut être une opération fastidieuse. Il s'agit d'une opération susceptible d'être mise en oeuvre dans des installations nucléaires, à des fins de radioprotection, ou dans des opérations de contrôle de marchandises ou de déchets suspects, par exemple à des frontières.
Une première option consiste à utiliser un dispositif de mesure d'irradiation tel que ceux usuellement utilisés dans le domaine de la radioprotection. Ce type de dispositif permet d'estimer un niveau d'irradiation ambiant, sans information quant à la position de sources générant l'irradiation. La localisation d'une source d'irradiation suppose un balayage spatial en effectuant des mesures régulières, en espérant s'approcher progressivement de la source en fonction des niveaux d'irradiation successivement mesurés. Une telle opération est longue, et donc pénalisante du point de vue de la dosimétrie. Le principal avantage de cette démarche est d'utiliser des moyens de mesure peu onéreux, simples à utiliser et disponibles.
Une autre option consiste à utiliser un imageur, de type gamma caméra. Une gamma caméra est un dispositif permettant de former une image d'une scène observée, sur laquelle les principales sources irradiantes peuvent être localisées. Ce type de dispositif s'est développé depuis les années 1990 et a atteint une maturité industrielle. Des gamma caméra compactes, et relativement légères, sont actuellement commercialement disponibles. Cependant, il s'agit d'un dispositif coûteux, et dont l'utilisation suppose un certain savoir-faire.
Le brevet US10024981B2 décrit un dispositif de mesure porté par un drone, et destiné à localiser une source irradiante en utilisant plusieurs détecteurs. La localisation de la source est effectuée par une comparaison de signaux simultanément détectés par plusieurs détecteurs. Mais la localisation est imprécise, car elle résulte d'une simple comparaison entre les intensités des signaux mesurés.
L'inventeur a conçu un dispositif, fonctionnant comme une boussole, permettant d'indiquer une direction pointant vers une source irradiante. Le dispositif est de conception simple, et permet d'obtenir une information directionnelle. Il s'agit également d'un dispositif peu onéreux, et simple à utiliser.
EXPOSE DE L'INVENTION
Un premier objet de l'invention est un dispositif d'estimation d'une direction pointant vers une source irradiante, la source irradiante émettant un rayonnement composé de particules gamma ou X ou neutrons, le dispositif comportant :
- un support;
- au moins deux détecteurs de rayonnement, chaque détecteur étant configuré pour générer un signal de détection dépendant d'un nombre de particules détectées par le détecteur; le dispositif étant tel qu'à chaque détecteur est assigné une position, les détecteurs étant disposés autour d'un centre correspondant à un isobarycentre de chaque position, le dispositif comportant une unité de traitement, configurée pour
- effectuer un calcul d'un barycentre de chaque position pondéré par le signal de détection mesuré par le détecteur occupant ladite position ;
- en fonction du barycentre, estimer une direction pointant vers la source irradiante, correspondant à une direction entre le dispositif et la source irradiante.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comporte au moins trois détecteurs non alignés.
Selon un mode de réalisation, l'unité de traitement est configurée pour :
- mémoriser les signaux de détection des détecteurs à un premier instant;
- mémoriser les signaux de détection des détecteurs à un deuxième instant, postérieur au premier instant ;
- prendre en compte une position de chaque détecteur au premier instant et au deuxième instant ;
- effectuer un calcul du barycentre des positions respectives des détecteurs à chaque instant, pondéré par les signaux de détection mesurés respectivement par chaque détecteur à chaque instant.
Le dispositif peut comporter une unité d'orientation, configurée pour estimer une variation de la position des détecteurs entre le premier instant et le deuxième instant.
Le dispositif peut comporter une unité d'affichage, reliée à l'unité de traitement, et configurée pour afficher la direction pointant vers la source irradiante. Au moins un détecteur ou chaque détecteur peut comporter un matériau de détection de type scintillateur. Au moins un détecteur ou chaque détecteur peut comporter un matériau de détection de type scintillateur inorganique.
Selon un mode de réalisation, l'unité de traitement est configurée pour :
- prendre en compte une distance de déplacement du dispositif entre deux instants de mesure successifs, selon la direction pointant vers la source irradiante ;
- mesurer les signaux de détection générés par un détecteur du dispositif aux deux instants de mesure successifs ;
- estimer une distance entre le dispositif et la source en fonction de la distance de déplacement et des signaux de détection mesurés à chaque instant.
Le dispositif peut comporter une unité de géolocalisation, configurée pour mesurer la distance de déplacement du dispositif entre les deux instants de mesure successifs.
Un deuxième objet de l'invention est un procédé de détermination d'une direction pointant vers une source irradiante à l'aide d'un dispositif selon le premier objet de l'invention, le procédé comportant les étapes suivantes : a) mesure de signaux de détection par chaque détecteur ; b) calcul d'un barycentre de chaque position pondéré par le signal de détection mesuré par le détecteur occupant ladite position ; c) estimation de la direction pointant vers la source en fonction du barycentre calculé.
Selon un mode de réalisation,
- l'étape a) comporte :
• mesure d'un signal de détection résultant d'au moins deux détecteurs à un premier instant ;
• mesure du signal de détection résultant desdits détecteurs à un deuxième instant ;
- l'étape b) comporte une prise en compte d'une position de chaque détecteur au premier instant et au deuxième instant ;
- l'étape c) comporte calcul d'un barycentre des positions respectives des détecteurs à chaque instant, pondéré par les signaux de détection mesurés respectivement par chaque détecteur à chaque instant.
Entre le premier instant et le deuxième instant, le dispositif peut effectuer une rotation autour de l'isobarycentre, l'angle de rotation étant prédéterminé et/ou mesuré.
Le procédé peut comporter une étape d'affichage de la direction pointant vers la source irradiante. Selon un mode de réalisation, le procédé comporte les étapes de :
- d) déplacement du dispositif entre deux positions, le long de la direction pointant vers la source, selon une distance de déplacement ;
- e) à chaque position, mesure d'un signal de détection par un détecteur ;
- f) prise en compte de la distance de déplacement et du signal de détection mesuré en chaque position pour estimer une distance entre la source irradiante et le dispositif.
Le procédé peut comporter les étapes de :
- g) comparaison entre la distance entre la source et le dispositif, estimée lors de l'étape f), avec une distance seuil prédéterminée ;
- h) en fonction de la comparaison, validation ou invalidation de la distance estimée entre la source irradiante et le dispositif.
Un troisième objet de l'invention est un dispositif d'estimation d'une distance par rapport à une source irradiante, la source irradiante émettant un rayonnement composé de particules gamma ou X ou neutrons, le dispositif comportant :
- un support;
- un détecteur de rayonnement, configuré pour générer un signal de détection, dépendant d'un nombre de particules détectées par le détecteur; le dispositif étant tel qu'il comporte une unité de traitement, configurée pour
- mémoriser les signaux de détection résultant du détecteur en deux instants successifs ;
- prendre en compte une distance de déplacement du dispositif entre les deux instants successifs ;
- estimer une distance entre le dispositif et la source irradiante à partir des signaux de détection mémorisés et de la distance de déplacement prise en compte.
Un quatrième objet de l'invention est un procédé d'estimation d'une distance entre une source irradiante et un dispositif selon le troisième objet de l'invention, comportant :
- a) prise en compte d'une direction pointant vers la source irradiante;
- b) déplacement du dispositif entre deux positions, le long de la direction pointant vers la source, selon une distance de déplacement ;
- c) à chaque position, mesure d'un signal de détection par le détecteur ;
- d) prise en compte de la distance de déplacement et du signal de détection mesuré en chaque position pour estimer une distance entre la source irradiante et le dispositif. L'invention sera mieux comprise à la lecture de l'exposé des exemples de réalisation présentés, dans la suite de la description, en lien avec les figures listées ci-dessous.
FIGURES
Les figures IA et IB schématisent un premier mode de réalisation. La figure IA est une vue en perspective et la figure IB est une vue de dessus.
Les figures 2A et 2B illustrent une possibilité de mise en oeuvre du premier mode de réalisation. Ces deux figures sont des vues de dessus.
Les figures 3A et 3B schématisent un deuxième mode de réalisation. La figure 3A est une vue en perspective et la figure 3B est une vue de dessus.
La figure 4 représente un exemple de dispositif portable selon le deuxième mode de réalisation. La figure 5 schématise un essai expérimental réalisé en utilisant un dispositif selon le deuxième mode de réalisation.
Les figures 6A et 6B montrent l'utilisation d'un dispositif pour effectuer une localisation en trois dimensions d'une source irradiante.
La figure 7 schématise une simulation réalisée en utilisant un dispositif selon le premier mode de réalisation.
La figure 8 illustre une mise en oeuvre du dispositif pour estimer une distance par rapport à une source irradiante dont l'orientation par rapport au dispositif a été préalablement déterminée.
Les figures 9A et 9B représentent des mesures expérimentales effectuées pour estimer la distance et entre le dispositif et la source.
La figure 10 résume différentes étapes de mise en oeuvre d'un dispositif formant un objet l'invention.
EXPOSE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS
Les figures IA et IB représentent un premier mode de réalisation d'un dispositif 1 selon l'invention. Le dispositif est destiné à déterminer une orientation d'une source irradiante S, disposée à distance du dispositif, et à déterminer une direction rectiligne pointant vers la source, à partir du dispositif. La source irradiante S est typiquement positionnée à quelques mètres du dispositif. Il peut s'agir d'une source émettant une irradiation photonique (photons X ou gamma) et/ou neutronique.
L'utilisation du dispositif suppose que la source irradiante soit disposée à une distance telle que compte-tenu de son activité, le rayonnement incident au dispositif soit suffisant pour être détecté. Dans les exemples représentés, le dispositif est destiné à être porté par un utilisateur, de façon à indiquer la direction pointant vers la source. Il s'agit donc d'un dispositif à usage nomade. Alternativement, comme décrit par la suite, le dispositif peut être monté sur un véhicule, notamment dans le cadre d'interventions en milieu hostile.
Le dispositif 1 comporte un support 2, sur lequel sont disposés plusieurs détecteurs 10i, 102. Chaque détecteur est configuré pour détecter un rayonnement ionisant, en particulier des neutrons ou des photons X ou gamma.
Chaque détecteur est formé d'un matériau de détection relié à un circuit de détection. Sous l'effet d'une interaction dans le matériau de détection, une particule formant le rayonnement ionisant (neutron ou photon X ou gamma) génère une impulsion électrique, cette dernière étant détectée par le circuit de détection. Lorsque le matériau de détection est un scintillateur, l'impulsion électrique est générée par un photodétecteur couplé au matériau de détection. Lorsque le matériau de détection est un semi-conducteur, l'impulsion électrique résulte de la collection de porteurs de charges créés dans le matériau sous l'effet de l'interaction. Le circuit de détection permet d'établir un taux de comptage, qui correspond à un nombre d'impulsions détectées par unité de temps. Par exemple un nombre d'impulsions par seconde, usuellement désigné « coups par seconde ». Alternativement, le circuit de détection permet d'établir un comptage, qui correspond à un nombre d'impulsions détectées durant une durée de mesure.
D'une façon générale, le circuit de détection permet de former un signal de détection, ce dernier correspondant soit un taux de comptage, soit à un comptage. Dans les exemples décrits par la suite, le signal de détection est un taux de comptage.
De préférence, le matériau de détection de chaque détecteur est solide. Il peut notamment s'agir d'un scintillateur. Lorsque les particules formant le rayonnement sont des photons, les matériaux scintil lateurs inorganiques sont préférés, en raison de leur numéro atomique élevé, qui leur confère une bonne propriété d'atténuation. Parmi ces derniers, on peut citer, à titre non limitatif Nal(TI), Csl(TI), GBO (Germanate de Bismuth), LaBrs, YSO(Ce) (Yttrium Orthosilicate Cerium - Y2SiO5 :Ce), Srl2(Eu). Lorsque les particules formant le rayonnement sont des neutrons, les matériaux scintillateurs organiques sont préférés, en raison de leur forte teneur en atomes légers.
Dans l'exemple décrit sur la figure IA, le dispositif est dédié à une détermination d'une source émettrice de photons gamma. Aussi, les détecteurs sont basés sur un matériau de détection de type scintillateur inorganique. Le dispositif comporte également : une unité de traitement 20, reliée à chaque détecteur. L'unité de traitement peut comporter un calculateur , par exemple de type FPGA (Field Programmated Gate Array - Circuit logique programmable ou ASIC - Application Specific Integrated Circuit - Circuit intégré à application spécifique , ou un microprocesseur, programmé pour effectuer des calculs utilisant les taux de comptage respectivement générés par chaque détecteur. L'unité de traitement est programmée pour établir une direction, pointant vers la source, à partir des taux de comptage. une unité d'orientation 21, configurée pour mesurer une orientation du dispositif. Il peut par exemple s'agir d'une centrale inertiel le. L'unité d'orientation est optionnelle. une unité d'affichage 22, pour afficher la direction pointant vers la source. Il peut s'agir d'un écran ou d'un ensemble de diodes. L'unité d'affichage est optionnelle. une unité de géolocalisation 23, configurée pour établir une position du dispositif. Il peut par exemple s'agir d'un système de type GPS lorsque le dispositif est utilisé à l'extérieur. Il peut s'agir d'un système utilisant des balises émettant un signal électromagnétique à courte portée (par exemple wifi) lorsque le dispositif est utilisé à l'intérieur. L'unité de géolocalisation est optionnelle.
La figure IA représente une configuration particulièrement simple du dispositif 1. Selon cette configuration, le dispositif comporte uniquement deux détecteurs 10i et 102. Sur la figure IB, on a représenté le dispositif et la source S, en vue de dessus.
A partir de la position de chaque détecteur sur le support 2, on peut établir un isobarycentre O. L'isobarycentre O est un point géométrique à égale distance de chaque détecteur. Pour calculer l'isobarycentre, à chaque détecteur 10j peut être assignée une position ponctuelle Pit qui correspond au centre du détecteur, i est un entier naturel désignant chaque détecteur.
L'unité de traitement 20 est configurée pour calculer un barycentre B de la position Pt de chaque détecteur 10i, pondéré par le taux de comptage respectivement mesuré par chaque détecteur. Si Pt désigne un point du support associé à chaque détecteur 10i, pouvant être par exemple le centre de chaque détecteur, le barycentre B est tel que :
N correspond au taux de comptage mesuré par le détecteur 10i. Le vecteur OB pointe vers la source S. Ainsi, le calcul du vecteur OB permet d'estimer une direction, pointant vers la source, à partir du dispositif.
La direction pointant vers la source peut être affichée sur l'unité d'affichage 22. Le dispositif fonctionne alors de manière équivalente à une boussole. L'unité d'affichage peut comporter une flèche pointant vers la source.
En n'utilisant que deux détecteurs, une seule mesure n'est pas suffisante, car la direction obtenue est forcément parallèle à la direction selon laquelle les détecteurs sont alignés.
Cependant, en effectuant une rotation du dispositif autour d'un axe perpendiculaire au support et passant par l'isobarycentre O, on peut effectuer plusieurs calculs du vecteur OB et déterminer l'orientation du dispositif pour laquelle la norme ||OB|| est maximale. Dans une telle orientation, les détecteurs sont alignés selon la direction pointant vers la source.
Lorsque les détecteurs 10i, IO2 et la source S sont alignés, le détecteur 10i forme un détecteur avant et le détecteur IO2 forme un détecteur arrière. Le détecteur avant est interposé entre la source et le détecteur arrière. Selon cet agencement, le rayonnement émis par la source et atteignant le détecteur arrière est atténué par le détecteur avant. Les matériaux de détection composant les détecteurs étant absorbants, en particulier lorsqu'il s'agit de détecteurs inorganiques, l'atténuation du rayonnement par le détecteur avant est significative. Ainsi, dans cette configuration, l'écart entre les taux de comptage respectivement mesurés par chaque détecteur est maximal. Cela permet de maximiser la norme ||OB||.
L'unité d'affichage 22 peut afficher une flèche dont la taille est corrélée à la norme ||OB||. L'utilisateur peut ainsi visuellement déterminer l'orientation du dispositif maximisant la norme ||OB||. De façon alternative, une valeur numérique, correspondant à la norme, est affichée sur l'unité d'affichage.
Les figures 2A et 2B illustrent un procédé simple pour déterminer la position d'une source par rapport au dispositif, en utilisant un dispositif comportant au moins deux détecteurs. Dans l'exemple représenté, le dispositif correspond à celui décrit en lien avec la figure IA : il comporte uniquement deux détecteurs. A un premier instant le dispositif est disposé dans une orientation choisie aléatoirement, comme représenté sur la figure 2A. A un deuxième instant t2, postérieur au premier instant le dispositif subit une rotation de 90°, autour de l'isobarycentre O, par rapport au deuxième instant. L'unité de traitement 20 est configurée pour mémoriser les taux de comptage respectifs à chaque instant de mesure et pour calculer une position du barycentre B. où NiÇtj') est le taux de comptage du détecteur 10i, occupant la position à l'instant de mesure tj, avec j variant entre 1 et 2 dans cet exemple.
Sur les figures 2A et 2B, on a représenté la configuration du dispositif respectivement au premier instant et au deuxième instant t2. La direction pointant vers la source est calculée suite au deuxième instant t2.
Selon une possibilité, le dispositif comporte une unité d'orientation 21 telle que précédemment décrite. Dans ce cas, l'unité d'orientation 21 peut être configurée pour détecter, au cours de la rotation du dispositif, l'atteinte d'un angle de rotation de 90° par rapport au premier instant ti est effectuer directement les mesures.
Selon une autre possibilité, l'unité d'orientation 21 détermine un angle de rotation entre le premier instant et le deuxième instant. Cela permet un calcul plus précis de la position du barycentre B et cela évite à l'utilisateur d'effectuer une rotation selon un angle proche de 90°. L'utilisateur peut actionner un commutateur, de façon à signaler à l'unité de traitement les premiers et deuxièmes instants. L'unité d'orientation détermine l'angle entre le premier instant et le deuxième instant et le fournit à l'unité de traitement. La valeur réelle de l'angle est prise en compte pour effectuer le calcul du barycentre. La rotation entre les deux instants peut ainsi être différente de 90°. Elle peut être de 45° ou de 110 °. Cependant, il est préférable que l'angle de rotation soit proche de 90°.
Les figures 3A et 3B représentent un mode de réalisation dans lequel le dispositif comporte quatre détecteurs régulièrement répartis autour d'un isobarycentre O. Avec ce type de dispositif, l'unité de traitement 20 est configurée pour calculer le barycentre des positions de chaque détecteur, pondéré par leurs taux de comptage respectifs. Cela permet d'obtenir une direction pointant vers la source irradiante sans avoir à effectuer une rotation du dispositif. Un tel mode de réalisation peut fonctionner dès lors que le dispositif comporte au moins trois détecteurs non alignés. Selon une possibilité, le dispositif comporte trois détecteurs, de préférence régulièrement répartis autour d'un centre, avec un écart angulaire de 120°.
Quelle que soit la configuration, lorsque le rayonnement à détecter est un rayonnement gamma, le recours à des détecteurs basés sur des matériaux inorganiques maximise l'absorption d'une partie du rayonnement émis par la source par les détecteurs les plus proches de cette dernière. Cela permet d'augmenter le contraste entre les taux de comptages mesurés par chaque détecteur. Le barycentre B est ainsi d'autant plus éloigné de l'isobarycentre O, ce qui augmente la précision de la direction estimée par le dispositif. Afin que l'absorption résultant d'un détecteur puisse influencer significativement le taux de comptage d'un autre détecteur, la distance entre les détecteurs est de préférence inférieure à 30 ou 40 cm. Afin que l'effet de l'absorption soit plus significatif, il est préférable que la distance entre les détecteurs soit inférieure à 20 cm.
La figure 4 schématise un mode de réalisation similaire à celui des figures 3A et 3B, basé sur quatre détecteurs s'étendant autour d'un centre. Les positions respectives de chaque détecteur forment une croix dont le centre correspond à l'isobarycentre O. Sur le dispositif représenté sur la figure 4, le dispositif comporte des poignées 25, facilitant une préhension du dispositif.
L'inventeur a effectué un essai expérimental en disposant quatre détecteurs dans un même plan horizontal, selon une configuration similaire à celle représentée sur les figures 3A et 3B. Chaque détecteur était composé d'un matériau scintil lateur Na I (Tl) de diamètre 50,8 mm et de hauteur 25,4 mm, soit 2 pouces de diamètre et 1 pouce de hauteur. Les positions de chaque détecteur formaient un carré de diagonale 20 cm. Cf. figure 5. On a disposé une source de 137Cs d'activité 500 kBq à une distance de 5 cm du détecteur le plus proche. On a mesuré les taux de comptage suivants : détecteur 10i : 800 cps (coups par seconde) ; détecteur IO2 : 150 cps ; détecteur IO3 : 240 cps ; détecteur 104 : 250 cps ;
L'écart entre les différents taux de comptage a permis de déterminer sans difficulté la direction pointant vers la source.
On a modélisé une configuration telle que représentée sur la figure 3B, chaque détecteur étant un détecteur de type YSO, de dimensions 7.11 mm x 7.11 mm x 21.08 mm. La distance entre deux détecteurs opposés était de 20 cm. On a simulé une source de 137Cs d'activité 2.9 109 Bq disposée à différentes distances du dispositif. La source était centrée par rapport au dispositif, dans le plan XY. On a fait varier la distance entre la source de 137Cs et le dispositif. Le tableau 1 montre les taux de comptage (coups par seconde) simulés résultant de chaque détecteur, en fonction de la distance. [Tableau 1]
On observe que le contraste observé entre les détecteurs avant (10i) et arrière (IO2) est élevé quelle que soit la distance.
Dans une autre modélisation, on a modélisé une source de 137Cs, telle que précédemment décrite, placée à 5 mètres du dispositif. On a fait varier le matériau formant chaque détecteur. Quel que soit le matériau, chaque détecteur était de dimension cylindrique, de diamètre et de hauteur égaux à 25.4 mm. Le tableau 2 montre les taux de comptage estimés pour chaque détecteur en fonction des matériaux de détection, ces derniers étant Nal(TI), BGO, LaBr3(Ce), Srh(Eu). [Tableau 2]
On observe que le contraste entre les détecteurs avant (10i) et arrière (IO2) est particulièrement élevé pour BGO ou, dans une moindre mesure, LaBr3(Ce), du fait de leur numéro atomique élevé, propice à une forte atténuation des photons.
Les figures 6A et 6B illustrent deux possibilités d'utilisation du dispositif. Sur la figure 6A, le dispositif est disposé horizontalement, parallèlement au sol, de façon à pouvoir estimer une direction pointant vers la source dans le plan horizontal. Sur la figure 6B, le dispositif est disposé verticalement, par exemple parallèlement à une paroi, de façon à pouvoir estimer une direction pointant vers la source dans le plan vertical. En combinant ces deux orientations du dispositif, on peut estimer une position 3D de la source.
On a simulé le fonctionnement du dispositif selon le mode de réalisation décrit en lien avec les figures 2A et 2B. Une source a été positionnée aléatoirement dans un plan. Une position initiale a été assignée aléatoirement au dispositif. On a simulé une progression du dispositif dans le plan, entre différents points de mesure. En chaque point de mesure : un calcul barycentrique était effectué après une rotation du détecteur, de façon à disposer de 4 mesures en 4 positions différentes. à partir du calcul barycentrique, une direction pointant vers la source était déterminée en chaque point de mesure. le dispositif était déplacé d'un pas spatial prédéterminé selon la direction déterminée. La figure 7 illustre la progression du dispositif vers la source. La source est considérée comme atteinte lorsque la direction pointant vers la source varie fortement sous l'effet d'un faible déplacement du dispositif.
Les modes de réalisation précédemment décrits permettent de déterminer une direction pointant vers une source irradiante. L'information directionnelle peut ensuite être utilisée pour estimer une distance entre le dispositif et la source.
Selon l'hypothèse d'une source ponctuelle, l'intensité du rayonnement diminue proportionnellement à l'inverse du carré de la distance. Si r désigne une distance entre une source irradiante et le dispositif, l'intensité du rayonnement, entre le dispositif et la source, varie en ;. L'intensité peut correspondre à un flux (nombre de particules par unité de temps) ou à un débit de fluence (nombre de particules par unités de temps et de surface). Le taux de comptage de chaque détecteur varie linéairement en fonction de l'intensité du rayonnement émis par la source. Connaissant la direction selon laquelle se situe la source, en mettant en oeuvre un des modes de réalisation précédemment décrit, il est possible d'estimer une distance entre le dispositif et la source, en se déplaçant, d'une distance connue, par rapport la source, et en mesurant la variation du taux de comptage d'au moins un détecteur. Le déplacement par rapport à la source est effectué selon la direction pointant vers la source. La connaissance de la distance parcourue, combinée à la mesure des taux de comptage avant et après le déplacement, permet d'évaluer la distance entre le dispositif et la source.
Ainsi, lorsque le dispositif est déplacé, selon une direction rectiligne, pointant vers la source, entre une position et une position r2, cf. figure 8 : où et N2 sont les taux de comptage respectivement mesurées, par un détecteur (et de préférence un même détecteur) lorsque le dispositif occupe les positions et r2 par rapport à la source. Si d est une distance entre et r2, on a r2 = + d. d est une distance signée, qui est négative si r2 < et positive si r2 > rt.
Le développement de (3) mène à :
(N2 - N rf + 2r N2d + N2d2 = 0 (4)
N2 sont mesurés, d peut être prédéterminée ou mesurée. Lorsque d est prédéterminée, l'utilisateur portant le dispositif se déplace, le long de la direction pointant vers la source, d'une distance prédéterminée, par exemple 50 ou 60 cm, ce qui correspond à un pas. Alternativement, le dispositif est équipé d'une unité de géolocalisation 23, permettant une mesure de la distance d parcourue entre les positions r2 et r .
L'unité de traitement 20 est programmée pour estimer r± en résolvant (4).
Les taux de comptage suivent une statistique de Poisson. L'expression (4) peut être mise en oeuvre sous-réserve que la différence entre et N2 soit supérieure à un seuil, de façon à être représentative d'un point de vue statistique. En prenant l'hypothèse que et N2 soient suffisamment élevés pour suivre une loi statistique gaussienne, et un risque de faux positif de 2,5%, la différence entre et N2 est considérée comme significative d'un point de vue statistique lorsque
I W (5) avec 1 — a = 1,96.
Au-delà du seuil statistique (1 — a) /2/V2, la différence entre N± et N2 a une probabilité de 97,5% d'être statistiquement représentative et de ne pas être due aux fluctuations statistiques.
Un essai de faisabilité a été réalisé en utilisant un détecteur scintillateur inorganique BGO de 25,4 mm x 25,4 mm (1 pouce par 1 pouce). Le scintillateur a été déplacé, par pas de 20 cm, en ligne droite, par rapport à une source ponctuelle de 137Cs. La source de 137Cs générait un débit d'équivalent de dose de 10 pSv.h 1, et était placée à 5 mètres du détecteur. La distance entre le détecteur et la source a varié entre 10 m et 2 m. La figure 9A représente l'écart (ou contraste) N2 — détecté par le détecteur (axe des ordonnées de gauche - unité coups par seconde - en fonction de la distance entre la source et le détecteur (axe des abscisses - unité cm) : courbe a). N -Ni
On a également calculé, l'écart relatif - , ce dernier étant reporté sur l'axe des ordonnées de droite - unité %. La courbe b) correspond à l'évolution de l'écart relatif en fonction de la distance.
En chaque point de mesure, on a calculé le seuil statistique tel que défini dans (5). La courbe c) représente l'évolution du seuil statistique en fonction de la distance.
L'écart des taux de comptage N2 — N± peut être considéré comme statistiquement représentatif lorsque N2 — N1 > (1 — a) /2/V2 . Dans cet exemple, N2 — franchit le seuil statistique à une distance seuil ds de 6,5 m de la source. On peut alors considérer que la mesure différentielle N2 — permet une estimation de la distance entre le détecteur et la source sur une plage de distance comprise entre 0 et 6,5 m, c'est-à-à-dire jusqu'à la distance seuil. Cela correspond à un écart relatif d'environ 6%.
La figure 9B représente l'écart relatif (niveaux de gris) en fonction de la variation de distance — r2 (axe des abscisses - unité mètre - r2 < r ), et cela pour différentes distances par rapport à la source (axe des ordonnées - unité mètre). Plus augmente, plus la variation de distance — r2 doit être élevée pour observer un écart relatif supérieur aux fluctuations statistiques. Cette figure montre que la distance r± — r2 est de préférence supérieure à 20 cm pour obtenir un écart relatif supérieur à 6%, ce dernier correspondant au seuil statistique : cf. figure 9A.
Les figures 9A et 9B montrent qu'au-delà d'une certaine distance seuil, la distance estimée ne devrait pas être considérée comme valide du fait de l'incertitude associée. La distance seuil dépend du détecteur, en particulier la sensibilité, et peut être déterminée expérimentalement comme décrit en lien avec la figure 9A. Lorsque, après avoir déterminé la direction pointant vers la source, le dispositif est utilisé pour estimer la distance entre le dispositif et la source, l'unité de traitement peut être programmée pour invalider la distance estimée si cette dernière est supérieure à la distance seuil prédéterminée.
Pour déterminer la distance entre la source et le dispositif, on utilisera de préférence le détecteur le plus proche de la source, ce dernier ne subissant pas l'atténuation du rayonnement émis par la source due aux autres détecteurs.
La figure 10 schématise les principales étapes d'un procédé de détermination d'une direction entre un dispositif de mesure et une source, ainsi qu'éventuellement une estimation de la distance entre la source et le dispositif. Etape 100 : mesure des taux de comptage des détecteurs formant le dispositif.
Lorsque le dispositif comporte plus de 2 détecteurs, l'étape 120 peut être directement mise en oeuvre.
Etape 110 : cette étape est notamment mise en oeuvre lorsque le dispositif comporte uniquement 2 détecteurs. Le dispositif subit une rotation autour de l'isobarycentre O et perpendiculaire au support. Une mesure du taux de comptage de chaque détecteur est réalisée.
Etape 120 : En fonction des mesures effectuées lors de l'étape 100 et de l'éventuelle étape 110, calcul du barycentre des positions de chaque détecteur pondéré par les taux de comptages respectivement mesurés par chaque détecteur.
Etape 130 : En fonction de la position du barycentre résultant de l'étape 120, détermination d'une direction pointant vers la source.
Etape 140 : déplacement du dispositif selon la direction résultant de l'étape 130 selon une distance prédéterminée ou quelconque.
Etape 150 : lorsque la distance de déplacement de l'étape 140 est quelconque, estimation de la distance par l'unité de géolocalisation ou à l'aide de la centrale de navigation inertiel le, à partir d'une position de départ.
Etape 160 : mesure du taux de comptage d'un détecteur du dispositif.
Etape 170 : à partir de la mesure résultant de l'étape 160 et de la mesure du détecteur effectuée avant le déplacement, par exemple lors de l'étape 100 (ou 110), estimation d'une distance entre la source et le dispositif.
Etape 180 : comparaison de la distance estimée avec la distance seuil ds, de façon à valider ou invalider la mesure. La distance seuil a été préalablement déterminée.
Le dispositif précédemment décrit peut être utilisé en étant porté par un utilisateur. Il peut également être monté sur un véhicule autonome. Dans ce cas, la direction déterminée par le dispositif est transmise à une unité de pilotage du véhicule, de façon que le véhicule puisse être dirigé en fonction de cette direction. Le recours à un véhicule convient aux environnements hostiles, par exemple en présence de contamination ou de forte irradiation.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (1) d'estimation d'une direction pointant vers une source irradiante (S), la source irradiante émettant un rayonnement composé de particules gamma ou X ou neutrons, le dispositif comportant :
- un support (2);
- au moins deux détecteurs de rayonnement (10i, IO2, IO3, 104, 10i), chaque détecteur étant configuré pour générer un signal de détection (N , dépendant d'un nombre de particules détectées par le détecteur; le dispositif étant tel qu'à chaque détecteur est assigné une position (PJ, les détecteurs étant disposés autour d'un centre (O) correspondant à un isobarycentre de chaque position, le dispositif comportant une unité de traitement (20), configurée pour
- effectuer un calcul d'un barycentre (B) de chaque position pondéré par le signal de détection mesuré par le détecteur occupant ladite position ;
- en fonction du barycentre, estimer une direction pointant vers la source irradiante, correspondant à une direction entre le dispositif et la source irradiante ; l'unité de traitement est configurée pour :
- mémoriser les signaux de détection des détecteurs à un premier instant (t±) ;
- mémoriser les signaux de détection des détecteurs à un deuxième instant (t2), postérieur au premier instant ;
- prendre en compte une position (P^t )) de chaque détecteur au premier instant et au deuxième instant ;
- effectuer un calcul du barycentre des positions respectives des détecteurs à chaque instant, pondéré par les signaux de détection mesurés respectivement par chaque détecteur à chaque instant.
2. Dispositif selon la revendication 1, comportant au moins trois détecteurs non alignés.
3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant une unité d'orientation (21), configurée pour estimer une variation de la position des détecteurs entre le premier instant et le deuxième instant. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif comporte une unité d'affichage (22), reliée à l'unité de traitement, et configurée pour afficher la direction pointant vers la source irradiante. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins un détecteur ou chaque détecteur comporte un matériau de détection de type scintillateur. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel au moins un détecteur ou chaque détecteur comporte un matériau de détection de type scintillateur inorganique. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, et dans lequel l'unité de traitement est configurée pour :
- prendre en compte une distance (d) de déplacement du dispositif entre deux instants de mesure successifs, selon la direction pointant vers la source irradiante ;
- mesurer les signaux de détection générés par un détecteur du dispositif aux deux instants de mesure successifs ;
- estimer une distance entre le dispositif et la source en fonction de la distance de déplacement et des signaux de détection mesurés à chaque instant. Dispositif selon la revendication 7, comportant une unité de géolocalisation (23), configurée pour mesurer la distance de déplacement du dispositif entre les deux instants de mesure successifs. Procédé de détermination d'une direction pointant vers une source irradiante à l'aide d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, le procédé comportant les étapes suivantes : a) mesure de signaux de détection par chaque détecteur ; b) calcul d'un barycentre de chaque position pondéré par le signal mesuré par le détecteur occupant ladite position ; c) estimation de la direction pointant vers la source en fonction du barycentre calculé. Procédé selon la revendication 9 dans lequel :
- l'étape a) comporte :
• mesure d'un signal de détection résultant d'au moins deux détecteurs à un premier instant ;
• mesure du signal de détection résultant desdits détecteurs à un deuxième instant ; 18
- l'étape b) comporte une prise en compte d'une position de chaque détecteur au premier instant et au deuxième instant ;
- l'étape c) comporte calcul d'un barycentre des positions respectives des détecteurs à chaque instant, pondéré par les signaux de détection mesurés respectivement par chaque détecteur à chaque instant. Procédé selon la revendication 10, dans lequel entre le premier instant et le deuxième instant, le dispositif effectue une rotation autour de l'isobarycentre, l'angle de rotation étant prédéterminé et/ou mesuré. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, comportant une étape d'affichage de la direction pointant vers la source irradiante. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, comportant les étapes de :
- d) déplacement du dispositif entre deux positions (ri, r?), le long de la direction pointant vers la source, selon une distance de déplacement (d) ;
- e) à chaque position, mesure d'un signal de détection par un détecteur ;
- f) prise en compte de la distance de déplacement et du signal de détection mesuré en chaque position pour estimer une distance entre la source irradiante et le dispositif. Procédé selon la revendication 13, comportant les étapes de :
- g) comparaison entre la distance entre la source et le dispositif, estimée lors de l'étape f), avec une distance seuil (ds) prédéterminée ;
- h) en fonction de la comparaison, validation ou invalidation de la distance estimée entre la source irradiante et le dispositif.
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