ES2291861T3 - Procedimiento y dispositivo para detectar agua en la cubierta de un barco. - Google Patents
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Abstract
Un aparato (100) para detectar agua en la cubierta de un barco (110), donde el aparato incluye: * una fuente de neutrones (103) situada debajo de la superficie de la cubierta de un barco (110), y que emite neutrones rápidos/ricos en energía (111); y * un dispositivo detector (102, 102a, 102b) situado debajo de la superficie de la cubierta de un barco (110) y que detecta neutrones térmicos; caracterizado porque el aparato incluye además: * una unidad fotoemisora (102b) que emite luz después de un evento/reacción nuclear con un neutrón térmico; * una unidad de registro de luz (102a) que emite un pulso eléctrico/una señal eléctrica (106) al registro de un destello de luz; y * un moderador (104'', 104") que está situado debajo de la superficie de la cubierta de un barco (110) y frena y refleja neutrones a la colisión; donde el moderador (104''; 104'') es una unidad fotoconductora dispuesta entre la unidad fotoemisora (102b) y la unidad de registro de luz (102a).
Description
Procedimiento y dispositivo para detectar agua
en la cubierta de un barco.
La presente invención se refiere a un aparato
para detectar agua en la cubierta de un barco. La invención también
se refiere a un método de detectar agua en la cubierta de un barco.
Finalmente, la invención se refiere al uso del aparato según la
invención para detectar agua que está presente en la cubierta de un
barco.
Al navegar en condiciones meteorológicas
adversas, por ejemplo con grandes olas y/o fuertes vientos, la
cubierta de un barco puede inundarse de agua, que se designa
típicamente "agua verde". Puede dañar el barco y la carga de
la cubierta y puede ser peligrosa para las personas. Además, la
presencia de agua verde en la cubierta puede ser una indicación
conveniente de que la forma en que el barco es conducido puede ser
problemática y, por lo tanto, ha de ser reconsiderada y
opcionalmente revisada. Así, cuando se halle agua verde en la
cubierta, puede no implicar necesariamente un riesgo importante de
daño para la carga; pero la presencia de agua verde en la cubierta
puede ser así un indicador de que habrá que efectuar cambios con
respecto a la forma en que el barco es conducido con el fin de
reducir el riesgo de daño de la carga debido a que el barco está
siendo conducido imprudentemente. Por lo tanto, será ventajoso ser
capaz de detectar la presencia de agua en la cubierta de un barco.
En particular, sería ventajoso que tal detección tuviese lugar de
forma continua y/o incluso en caso de pequeñas cantidades de agua,
permitiendo por ello que cualquier aparición de agua verde sea
detectada sin retardo.
No siempre es posible detectar visualmente la
presencia de agua, si la hay, en la cubierta de un barco del
puente, por ejemplo, de grandes cargueros, tales como
portacontenedores, por una parte, debido al hecho de que puede
haber más de 200 m de puente a popa y, por la otra, debido al hecho
de que la línea de visión puede estar bloqueada por la carga y
también porque la presencia de agua/inundaciones en la cubierta de
un barco no es una situación estática; más bien puede cambiar de
forma continua. No es posible situar tripulación en la cubierta,
dado que tal medida podría ser fatal en condiciones meteorológicas
adversas y, finalmente, también se navega por la noche.
Debido a las potentes fuerzas ejercidas por el
agua de inundación y la intemperie en general, la instrumentación,
tal como una videocámara, en la cubierta estaría expuesta a desgaste
y un riesgo relativamente alto de daño.
La memoria descriptiva de la Patente US 4 646
068 describe un aparato de detección incluyendo una fuente de
neutrones situada debajo de la superficie de una pared que emite
neutrones rápidos/ricos en energía y un dispositivo detector
situado debajo de la superficie del ala de un aeroplano que detecta
neutrones térmicos.
La memoria descriptiva de la Patente US 5 446
288 describe un dispositivo incluyendo un moderador, una unidad
fotoemisora y una unidad de registro de luz donde el moderador se
coloca en una fuente autónoma de neutrones y la unidad fotoemisora
y la unidad de registro de luz están colocadas en otro detector
autónomo.
Un objeto de la invención es proporcionar un
aparato para detectar la presencia de agua en la cubierta de un
barco, donde el aparato no está expuesto a desgaste sustancial y/o
daño cuando se coloca en un barco en condiciones meteorológicas
adversas.
Otro objeto de la invención es proporcionar un
aparato para detectar la presencia de agua en la cubierta de un
barco, donde la detección es realizada de forma continua y/o incluso
en caso de pequeñas cantidades de agua, por lo que la aparición, si
la hay, de agua verde en la cubierta de un barco puede ser detectada
rápidamente.
Estos objetos se logran con un aparato para
detectar agua en la cubierta de un barco, donde el aparato
incluye:
- *
- una fuente de neutrones situada debajo de la superficie de la cubierta de un barco, y que emite neutrones rápidos/ricos en energía; y
- *
- un dispositivo detector situado debajo de la superficie de la cubierta de un barco y que detecta neutrones térmicos; donde el aparato incluye además
- *
- una unidad fotoemisora que emite luz en un evento/reacción nuclear con un neutrón térmico;
- *
- una unidad de registro de luz que emite un pulso eléctrico/una señal eléctrica al registro de un destello de luz; y
- *
- un moderador que está situado debajo de la superficie de la cubierta de un barco y frena y refleja neutrones a la colisión
donde el moderador es una unidad fotoconductora
dispuesta entre la unidad fotoemisora y la unidad de registro de
luz.
Con ello se realiza un aparato que es capaz de
detectar agua a través de una chapa de cubierta no modificada e
incluso no perforada. El aparato según la invención aprovecha el
conocimiento de que el hidrógeno, que es un elemento del agua, es
la sustancia elemental que más efectivamente de todas las sustancias
elementales es capaz de frenar neutrones con alta energía cinética.
Este efecto es muy marcado, y con ello el hidrógeno se distingue
cualitativamente de todas las demás sustancias elementales con
respecto a frenar neutrones, la denominada termalización de
neutrones. Al ser el hidrógeno un elemento considerable del agua, y
al ser el agua típicamente el único material hidrogenoso presente
en la cubierta de un barco, y al no absorber esencialmente
neutrones una chapa de cubierta de acero de un grosor limitado, el
aparato será capaz de detectar agua a través de la chapa de
cubierta. Además, un dispositivo detector para detectar neutrones
térmicos será capaz de proporcionar una reacción rápida, por lo que
la forma en que el barco es conducido puede estar sujeta a
reconsideración inmediata y opcionalmente a revisión como
consecuencia de inundaciones de la cubierta de un barco.
Así, el aparato según la invención usa una
fuente de neutrones para detectar agua presente en la cubierta de
un barco. Para ello, una fuente de neutrones está asociada con la
ventaja ejemplar de que los neutrones son capaces de penetrar
ciertas barreras. Por ejemplo, es posible con esta invención estimar
la cantidad de agua a través de una chapa de cubierta. Por ello, se
puede supervisar si y cuánta agua está presente en la cubierta de
un barco sin tener que modificar, por ejemplo, o perforar la chapa
de cubierta o porciones de ella y sin tener que situar el aparato
encima de la cubierta donde estaría expuesto a las influencias de la
intemperie.
Una fuente de neutrones rápidos emite neutrones
rápidos/ricos en energía, es decir neutrones con alta energía
cinética. La presente invención aprovecha el descubrimiento conocido
de que los núcleos atómicos (y el hidrógeno en particular) frenan
los neutrones a la colisión, lo que se denomina típicamente
"dispersión elástica/colisión" (por lo que se reduce la
velocidad y se cambia la dirección de un neutrón en colisión). Esta
invención usa un dispositivo detector que detecta neutrones
relativamente lentos/de baja energía, los denominados neutrones
térmicos. Después de que un neutrón ha sido suficientemente
ralentizado, puede ser detectado por el dispositivo detector.
El proceso de frenar neutrones se denomina
típicamente "moderación" y un dispositivo físico
correspondiente un "moderador". Muy a menudo, para que un
neutrón sea detectado, debe chocar varias veces con átomos de
hidrógeno. Es conocido dotar a un aparato de detección de un
moderador, una cantidad de hidrógeno o un material moderador para
llevar a cabo una sensibilidad incrementada, donde el moderador
frena y refleja/dispersa neutrones por dispersión elástica/colisión
y está dispuesto de modo que una cantidad de neutrones entrantes sea
reflejada contra el detector y el hidrógeno a detectar. En términos
generales, la cantidad adicional de hidrógeno/material moderador
actúa como un reflector (parcial) de neutrones que también ralentiza
los neutrones, lo que significa que se detectará una cantidad
incrementada de neutrones frenados/térmicos. Esto también se
denomina a menudo "retrodispersión" de
neutrones.
neutrones.
Con ello se realiza un detector de agua de
sensibilidad mejorada, proporcionando la unidad fotoconductora una
conducción/concentración de la luz de la unidad fotoemisora a la
unidad de registro de luz, que mejora más la
eficiencia/sensibilidad, por lo que todos los eventos nucleares que
producen un destello de luz serán registrados, con una fiabilidad
mucho mejor, por la unidad de registro de luz.
Así, la unidad fotoconductora cumple una función
doble, puesto que, aparte de conducir/concentrar la luz, también
proporciona un efecto moderador porque contiene hidrógeno/material
moderador para lograr el efecto de retrodispersión antes
referenciado. Esta función doble de la unidad fotoconductora tiene
el efecto adicional de que el aparato según la invención puede ser
configurado de manera compacta.
La sensibilidad mejorada significa que la fuente
de neutrones usada no tiene que ser tan potente que constituye un
peligro para la salud con requisitos consiguientes para el equipo de
seguridad para un operador o su manejo engorroso, mientras que
simultáneamente todavía se puede realizar una detección fiable a
través de una chapa de cubierta, es decir, con modificación,
perforación o cualquier otro cambio de la chapa de cubierta. Además,
debido a la mayor sensibilidad y el efecto adicional del moderador
auxiliar, se detectan cantidades más pequeñas de hidrógeno y por lo
tanto de agua en comparación con lo que de otro modo sería posible,
porque de otro modo es difícil detectar pequeñas cantidades de
material de hidrógeno/agua debido al hecho de que un neutrón tiene
que lograr de seis a ocho colisiones para ser termalizado y por lo
tanto ser detectable por el dispositivo detector.
Según una realización preferida el aparato
incluye además medios para calibrar el aparato registrando la
intensidad de neutrones térmicos en circunstancias conocidas como
un valor de calibración. Se puede realizar, por ejemplo, cuando la
cubierta ha sido pintada o en conexión con controles periódicos.
Por ejemplo, la unidad fotoemisora puede ser un
escintilador, y una unidad de registro de luz puede ser un
fotomultiplicador (PM). Alternativamente la unidad de registro de
luz puede ser un fotodiodo.
De forma especialmente ventajosa, la fuente está
dispuesta esencialmente cerca de o en/alrededor del centro de la
cara de dicho moderador que es contigua a la unidad fotoemisora.
Esta posición ha demostrado ser conveniente para lograr una mayor
sensibilidad porque una mayor cantidad de neutrones serán reflejada
y moderada y por lo tanto detectada.
También de forma especialmente ventajosa, la
unidad fotoemisora está configurada esencialmente con una cara
contigua a la unidad fotoemisora y con una cara relativamente más
pequeña bordeando una cara de detección de la unidad de registro de
luz. Con ello, una cara relativamente mayor de la unidad fotoemisora
puede ser acoplada ópticamente a una cara de detección más pequeña
de la unidad de registro de luz, lo que produce una ventaja con
respecto a la economía, siendo el costo de tales unidades de
registro de luz comparativamente alto y dependiendo mucho de la
zona de registro.
Por ejemplo, la unidad fotoconductora puede
estar configurada esencialmente como un cono con una parte superior
cortada (es decir, una forma trapezoidal vista en dos dimensiones,
por una sección a través de la línea central del cono).
Cuando la unidad fotoconductora del aparato está
configurada para emitir luz guiada de dicha unidad fotoemisora a la
unidad de registro de luz esencialmente perpendicular a una cara de
detección, se realiza una realización especialmente ventajosa, dado
que con ello se proporciona fácilmente un aparato de detección que
tiene mayor expansión, esencialmente perpendicular a la chapa de
cubierta en la que se encuentra el agua a detectar. Con ello se
logra una configuración ventajosa, en particular si se desea que el
aparato de detección según la invención opere primariamente en la
dirección de la profundidad.
Según una realización alternativa, la unidad
fotoconductora está configurada para emitir luz guiada desde la
unidad fotoemisora a la unidad de registro de luz, esencialmente en
paralelo con una cara de detección del aparato. De esta manera se
proporciona fácilmente un aparato de detección que tiene una mayor
expansión esencialmente en paralelo con una cara de detección del
objeto en el que se ha de detectar agua. En términos populares, el
aparato de detección es más largo que alto. Con ello se logra una
realización especialmente ventajosa, en particular si se desea que
el aparato de detección sea comparativamente plano, por ejemplo si
está montado en el lado inferior de la chapa de cubierta y si se
desea que no sobresalga demasiado debajo de la chapa de
cubierta.
Según otra realización preferida del aparato,
también incluye un circuito eléctrico conectado al dispositivo
detector, donde el circuito eléctrico está configurado para generar
una señal que representa una cantidad estimada de agua, donde la
generación se realiza en base a la señal eléctrica de la unidad de
registro de luz.
La invención también se refiere a un método de
detectar agua en la cubierta de un barco e incluyendo los pasos
siguientes:
- *
- emisión de neutrones ricos en energía de una fuente de neutrones que está situada debajo de la superficie de la cubierta de un barco; y
- *
- detección de neutrones térmicos por medio de un dispositivo detector que está situado debajo de la superficie de la cubierta de un barco.
Según una realización del método, la intensidad
de neutrones térmicos en circunstancias conocidas es registrada
como un valor de calibración. Se realiza en particular durante el
montaje del aparato.
Según otra realización, el método incluye además
un paso de frenar y reflector neutrones a la colisión por medio de
un moderador que está situado debajo de la superficie de la cubierta
de un barco.
Según otra realización preferida el método
incluye:
- *
- emisión de luz de una unidad fotoemisora después de un evento/reacción nuclear con un neutrón térmico;
- *
- emisión de un pulso eléctrico/una señal eléctrica por una unidad de registro de luz al registro de un destello de luz; y
- *
- conducción de luz desde dicha unidad fotoemisora a la unidad de registro de luz por una unidad fotoconductora dispuesta entre la unidad fotoemisora y la unidad de registro de luz, donde el moderador es la unidad fotoconductora.
Preferiblemente, la unidad fotoconductora está
configurada para emitir luz guiada desde dicha unidad fotoemisora a
la unidad de registro de luz esencialmente perpendicular a una cara
de detección. Alternativamente, la unidad fotoconductora puede
estar configurada para emitir luz guiada desde la unidad fotoemisora
a la unidad de registro de luz esencialmente en paralelo con una
cara de detección.
Según otra realización preferida el método
incluye la generación, en un circuito eléctrico conectado a dicho
dispositivo detector, de una señal que representa una cantidad
estimada de agua, donde dicha generación se realiza en base a la
señal eléctrica de la unidad de registro de luz.
El método según la invención y sus realizaciones
corresponden al aparato según la invención y sus realizaciones y
tienen los mismos efectos por las mismas razones.
La invención se explicará a continuación con más
detalle con referencia al dibujo que representa realizaciones
ejemplares de la invención, y donde:
La figura 1 ilustra un aparato según la
invención situado debajo de una superficie de la cubierta de un
barco, y donde puede haber agua en la chapa de cubierta de la
cubierta de un barco.
La figura 2a representa esquemáticamente una
realización de un aparato según la invención.
La figura 2b representa esquemáticamente una
segunda realización de un aparato según la invención.
La figura 2c representa esquemáticamente una
tercera realización de un aparato según la invención.
Y la figura 3 representa esquemáticamente un
barco, visto desde arriba, con carga, puente y la disposición de
varios aparatos según la invención.
La figura 1 ilustra un aparato según la
invención dispuesto debajo de la superficie de la cubierta de un
barco, donde puede haber agua en la chapa (110) de la cubierta de
un barco. El dibujo representa una chapa de cubierta (110), donde
el agua a detectar está dispuesta encima de la chapa (110) de la
cubierta de un barco, y donde un aparato de detección (100) para
detectar agua (101) presente en la cubierta de un barco está
dispuesto debajo de la superficie de la cubierta de un barco. Al
estar el aparato de detección (100) situado debajo de la superficie
de la cubierta de un barco, se sigue que no está expuesto a
condiciones de inclemencia, tales como viento, lluvia, cellisca o
análogos. El aparato de detección (100) incluye un dispositivo
detector (102) que detecta neutrones térmicos, y una fuente de
neutrones (103) que emite neutrones rápidos/ricos en energía (111).
En la figura, el aparato de detección (100) se representa dispuesto
debajo de la chapa de cubierta (110) como tal; naturalmente,
también es una opción disponer el aparato de detección (100) en un
rebaje en la chapa de cubierta como tal de manera que sobresalga lo
menos posible de la cara inferior de la chapa de cubierta (110). Lo
que importa es que todo el aparato de detección (100) esté situado
debajo de la superficie superior de la cubierta de un barco.
Los neutrones (111) emitidos por la fuente (103)
irán esencialmente en todas las direcciones y algunos de estos
neutrones chocarán con el hidrógeno que es un constituyente del agua
(101), si la hay, en la cubierta de un barco, por lo que los
neutrones cambiarán de dirección y perderán velocidad. Una parte de
los neutrones será reflejada hacia el dispositivo detector (102)
para detección de neutrones térmicos, y cuando hayan chocado un
número suficiente de veces, serán térmicos (es decir, tendrán
típicamente una energía cinética de aproximadamente 0,025 eV), por
lo que el detector los registrará y la cantidad de agua (101) puede
ser detectada. Algunos neutrones continuarán en otras direcciones
y/o serán absorbidos. Típicamente un neutrón tiene que chocar como
media aproximadamente 6 a 8 veces con un átomo de hidrógeno para que
posea energía que el detector es capaz de detectar (el neutrón debe
bajar aproximadamente de seis a ocho valores el nivel de
energía).
Si el aparato detector incluye un moderador (no
representado), el moderador proporciona el efecto de que un mayor
número de neutrones con energía adecuada serán detectados en
comparación con el escenario donde solamente agua (101) estaba
presente primariamente para reducir la energía cinética de los
neutrones. Con ello se mejora la sensibilidad del aparato de
detección (100).
La figura 2a ilustra esquemáticamente una
realización de un aparato (100) según la invención. En la figura,
se representa un aparato de detección (100) que incluye una fuente
de neutrones (103) y un material que frena y refleja neutrones
(104'), es decir, un material moderador que incluye, por ejemplo,
hidrógeno. El aparato de detección (100) tiene una cara de
detección (109) que está previsto que mire en una dirección hacia un
objeto (101), aquí cualquier presencia de agua a detectar. Es
decir, la cara de detección (109) del aparato de detección (100) se
puede disponer de manera que esté contigua, por ejemplo, a la cara
inferior de la chapa de cubierta (110) de la cubierta de un
barco.
Además, el aparato de detección (100) incluye
además un detector de neutrones térmicos (102a, 102b), detector
que, según la invención, incluye una unidad fotoemisora (102b) y una
unidad de registro de luz (102a), donde la unidad de registro de
luz (102a) está conectada a un circuito eléctrico (105). La unidad
fotoemisora (102b) emite luz en el caso de un evento/reacción
nuclear con un neutrón térmico, mientras que la unidad de registro
de luz (102a) emite un pulso eléctrico/una señal eléctrica (106) al
registro de un destello de luz, donde el pulso eléctrico emitido/la
señal eléctrica emitida es recibido en el circuito eléctrico (105)
para posterior interpretación, procesado, etc. El circuito
eléctrico (105) también puede contener medios para calibrar el
aparato como se describe más adelante.
Según la invención, el material moderador es una
unidad fotoconductora o un material fotoconductor (104'). De esta
manera, la unidad fotoconductora (104') realiza una función doble,
dado que, como se ha mencionado anteriormente, además de
conducir/concentrar la luz de la unidad fotoemisora (102b) a la cara
de detección (107) de la unidad de registro de luz (102a), también
proporciona un efecto moderador porque contiene hidrógeno/material
moderador para lograr el efecto de retrodispersión antes
referenciado. El efecto fotoconductor/concentrador mejora la
eficiencia/sensibilidad, dado que los eventos nucleares que producen
un destello de luz serán registrados, con mucha mejor fiabilidad,
por la unidad de registro de luz (102a), por lo que menores
cantidades de hidrógeno pueden ser detectadas sin que haya que
incrementar la intensidad de la fuente de neutrones.
El movimiento de la luz de la unidad fotoemisora
(102b) a la unidad de registro de luz (102a) viene dado
esquemáticamente por flechas de puntos en la figura.
Además la función doble de la unidad
fotoconductora/moderador (104') hace que el aparato de detección
(100) esté configurado de forma compacta o que al menos no sea
mayor que las soluciones que ya incluyen un moderador auxiliar para
llevar a cabo retrodispersión de neutrones.
En la realización mostrada la unidad
fotoconductora (104') está configurada esencialmente con una cara
bordeando en la unidad fotoemisora (102b) y que tiene una cara
relativamente más pequeña bordeando en una cara de detección (107)
de la unidad de registro de luz (102a). Con ello una cara
relativamente más grande de la unidad fotoemisora (102b) puede
estar acoplada ópticamente a una cara de detección más pequeña (107)
por la unidad de registro de luz (102a), lo que produce una ventaja
financiera puesto que el costo de tales unidades de registro de luz
(102a) es relativamente alto y depende en gran parte de la zona de
registro. Por ejemplo, la unidad fotoconductora puede estar
configurada esencialmente como un cono donde la parte superior está
cortada (es decir, una forma trapezoidal, vista en dos dimensiones,
por una sección en la línea central del cono).
La unidad fotoconductora/el material
fotoconductor (104') puede ser, por ejemplo, una guía de luz
(término británico) incluyendo hidrógeno y/u otro material
moderador. Según una realización preferida la unidad
fotoconductora/el material fotoconductor (104') es
plexi-glass.
Preferiblemente la fuente de neutrones (103)
está compuesta por/embebida en el moderador (104') y está dispuesta
esencialmente alrededor de o en el centro de la cara del moderador
(104') que contacta con la unidad fotoemisora (102b). Esta
disposición ha demostrado ser conveniente porque se logra una mayor
sensibilidad porque un mayor número de neutrones serán reflejados y
moderados y por lo tanto detectados.
Según una realización, la unidad fotoemisora
(102b) es un escintilador, que es una unidad estándar conocida que
registra un evento nuclear y emite un destello de luz, cuando, por
ejemplo, un neutrón térmico choca con el escintilador (102b). En la
práctica, se liberan fotones. Un ejemplo de un escintilador (102b)
es vidrio enriquecido con el isótopo de litio
Li-6.
Según una realización, la unidad de registro de
luz (102a) es un fotomultiplicador, que también es una unidad
estándar conocida que registra incluso destellos muy débiles de luz/
fotones y genera un pulso eléctrico en base a uno o más de ellos.
Alternativamente la unidad de registro de luz (102a) es un
fotodiodo.
El circuito eléctrico (105) recibe pulso
eléctricos/señales de la unidad de registro de luz/el
fotomultiplicador (102a) y así es capaz de registrar y/o procesar
estas señales en dependencia del uso corriente, por ejemplo, para
estimar la presencia de agua (101) o para otras aplicaciones. Por
ejemplo, una o más señales de salida eléctricas (108) del circuito
eléctrico (105) pueden ser usadas, por ejemplo, para una
pantalla/medidor (no representado) que muestre la cantidad estimada
y/u otras funciones.
Además, el aparato de detección (100) puede
incluir otros tipos de material fotoconductor (104') (opcionalmente
materiales no de hidrógeno, tal como vidrio). Los otros tipos de
fotoconductor material pueden tener un efecto moderador de
neutrones; sin embargo, éste no es un requisito a no ser que sea
esencial que el aparato de detección sea capaz de detectar pequeñas
cantidades de agua.
Preferiblemente la unidad de registro de luz/el
fotomultiplicador (102a) y la guía de luz (104) chocarán uno
contra/hacia otro en la cara de detección (107) de la unidad de
registro de luz/el fotomultiplicador (102a) con un material de
adaptación óptica entremedio, por ejemplo grasa de silicio,
compuestos sellantes de silicio transparentes, etc, para asegurar
la pérdida óptica más baja posible en la transición.
La fuente de neutrones (103) puede ser, por
ejemplo, una fuente de neutrones a base de isótopos.
Alternativamente la fuente de neutrones (103)
también puede estar situada en otros lugares distintos de
en/alrededor del centro de la guía de luz (104').
El circuito eléctrico (105) puede cumplir muchas
funciones y tener muchas configuraciones dependiendo del uso
relevante de la invención. Por ejemplo, un simple circuito eléctrico
tiene que registrar simplemente el número de pulsos eléctricos del
fotomultiplicador/la unidad de registro de luz (102a) durante un
período de tiempo de manera que sea capaz de estimar la cantidad de
hidrógeno/agua de forma simple. Alternativamente, se puede usar
circuitos eléctricos más avanzados.
Además, el aparato (100) puede incluir un disco
de material, chapa, elemento, etc, (no representado) dispuesto de
modo que la fuente de neutrones (103) esté situada entre él y la
cara de detección (109). Dicho disco, chapa, elemento, etc, debe
ser de un material que posea la propiedad de ser buen reflector
neutrones sin pérdida significativa de energía, por ejemplo hierro
o molibdeno. Además, el aparato (100) puede incluir un aro, tubo,
cilindro, etc, dispuesto rodeando la fuente de neutrones (103), por
lo que se elimina la radiación gamma, si la hay, que de otro modo
puede proporcionar falsas indicaciones a la reacción con la unidad
fotoemisora (102b). De otro modo, este aro, tubo, cilindro, etc,
puede dar falsas indicaciones a la reacción con la unidad
fotoemisora (102b). Este aro, tubo, cilindro, etc, tiene que ser de
un material que tenga la propiedad de absorber radiación gamma en
particular, por ejemplo plomo o volframio.
La figura 2b ilustra esquemáticamente una
realización alternativa de un aparato según la invención. La figura
representa un aparato de detección (100) según la invención
incluyendo los mismos elementos/ unidades que se representan y
explican en conexión con la figura 2a, pero dispuestos y
opcionalmente configurados de forma diferente. Más específicamente,
el moderador y la unidad fotoconductora combinados (104") están
configurados de tal manera que guíen la luz esencialmente en
paralelo con la cara de detección (109) del aparato de detección
(100) a la unidad de registro de luz (102a) (en contra de la
realización representada en la figura 2a, donde la luz es guiada
esencialmente perpendicular a la cara de detección (109)), que
permite una configuración más bien alargada del aparato de
detección (100). La unidad fotoconductora (104") puede estar
configurada, por ejemplo, como se ha indicado en la figura, con un
perfil bidimensional tal como un triángulo, donde la luz entrante
de la unidad fotoemisora (102) es reflejada esencialmente
perpendicularmente en relación a la dirección entrante, es decir,
esencialmente en paralelo con la cara de detección (109).
Alternativamente, la unidad fotoconductora
(104'') puede ser un lote de fibras ópticas/cables de fibra óptica
que incline/gire/desvíe la luz a un lado con relación a la dirección
de incidencia primaria, es decir esencialmente en paralelo con la
cara de detección (109).
El movimiento de la luz de la unidad fotoemisora
(102b) a la unidad de registro de luz (102a) se representa
esquemáticamente con flechas de puntos en la figura.
En la realización representada la unidad
fotoconductora (104'') está configurada esencialmente con una cara
bordeando en la unidad fotoemisora (102b) y que tiene una cara
relativamente pequeña contigua a una cara de detección (107) de la
unidad de registro de luz (102a).
Con ello se realiza una configuración alargada
que es especialmente ventajosa en caso de que se desee proporcionar
un aparato de detección comparativamente plano (100), por ejemplo si
está montado en el lado inferior de la chapa de cubierta (110) y se
desea que no sobresalga demasiado hacia abajo de la chapa de
cubierta.
La figura 2c ilustra esquemáticamente una
realización alternativa de un aparato según la invención. La
realización mostrada corresponde a la representada en la figura 2a,
pero habiéndose cambiado la posición de la fuente de neutrones
(103). En la realización mostrada, la fuente de neutrones (103) está
configurada más hacia el centro del moderador (104'), es decir no
en la cara del moderador (104') que bordea en la unidad fotoemisora
(102b). Alternativamente la fuente de neutrones (103) se puede
disponer, por ejemplo, más en la dirección de uno de los lados del
moderador (104').
En caso de usar solamente un aparato de
detección, la opción obvia sería disponerlo en la cubierta de proa;
sin embargo, en caso de detección de agua en la cubierta de un barco
(200), naturalmente, es posible usar varios aparatos de detección
(100), cada uno de los cuales se dispone debajo de la cara superior
de la cubierta de un barco, distribuidos a través de la cubierta de
un barco (200) en varios lugares a la vez por medio de varios
aparatos. La figura 3 representa esquemáticamente un ejemplo de un
barco visto desde arriba, con la cubierta de un barco (200) con
carga (210), un puente (220) y varios aparatos de detección (100)
según la invención. La figura 3 representa dos aparatos de
detección; sin embargo, se entenderá que es posible utilizar
cualquier número deseado de aparatos de detección, dependiendo, por
ejemplo, del tamaño y el tipo del barco, previas experiencias con
la presencia de agua verde, etc. Sin embargo, típicamente, los
aparatos de detección se disponen más hacia delante en la cubierta
de un barco.
El aparato de detección según la invención está
configurado preferiblemente con medios (105) para calibrar el
aparato registrando la intensidad de neutrones térmicos en
circunstancias conocidas como un valor de calibración que es
almacenado en una unidad de memoria adecuada para posterior
recuperación para uso en comparación con valores de detección. Este
valor de calibración puede ser deducido de la señal que estima la
cantidad de material de agua para poder lograr con ello una
estimación más exacta de la cantidad de hidrógeno que deriva del
agua presente en la cubierta del barco. Estos medios pueden
incluir, por ejemplo, un botón en el aparato de detección, donde
este botón puede ser activado por ejemplo cuando se carga a bordo la
carga del barco, tomando por ello en consideración cualesquiera
fuentes de error. Tales fuentes de error, si las hay, podrían ser
materiales de hidrógeno en grandes cantidades en la carga, material
radioactivo cerca del aparato de detección. Además, hay que tener
cuidado de realizar la calibración cuando la chapa de cubierta esté
esencialmente libre de agua, nieve y hielo, para que el valor
calibrado de este estado sea registrado para uso en el cálculo de la
cantidad de material de hidrógeno en caso de presencia de agua. Es
especialmente conveniente realizar la calibración al montar el
aparato.
Típicamente, el aparato de detección según la
invención estará configurado con un alojamiento (no representado en
las figuras). Este alojamiento puede estar configurado
ventajosamente de tal manera que tenga un efecto de reflejo de
neutrones, por ejemplo, mediante la utilización de hierro.
Naturalmente, esto aumenta el peso en comparación con otros
materiales más ligeros. Dado que, sin embargo, la importancia del
peso incrementado de un aparato a montar en el lado inferior de la
cubierta de un barco es insignificante, se puede usar ventajosamente
hierro con las ventajas concomitantes que proporciona el
hierro.
A continuación se explicará cómo se puede usar
el aparato de detección para registrar la cantidad de agua en la
cubierta de un barco. Cuando no hay agua en la cubierta, el aparato
de detección tendrá una lectura que será esencialmente el resultado
de la radiación gamma de la fuente de neutrones. Así, esta lectura
será constante. El agua verde, es decir, el agua de inundaciones de
la cubierta de un barco, por ejemplo al navegar con grandes olas,
será visualizada como períodos de duración más breve con lecturas
más alas. El hielo o la nieve, si los hay, que se depositen en la
cubierta también serán detectados y aparecerán como una lectura que
aumenta con el grosor de la capa de hielo/nieve, pero por lo demás
es constante. Por consiguiente, el agua verde en la parte superior
de una capa de hielo podría ser detectada como una detección de un
valor dado que no cae por debajo de un valor incrementado, pero
durante un período más bien breve se incrementa en relación a dicho
valor incrementado. Se ha hallado que el aparato será capaz de
detectar la formación de hielo y será capaz de detectar el agua
verde en la parte superior de una capa de hielo o nieve de hasta al
menos 80 mm.
Se indicó que esencialmente una chapa de
cubierta de acero de grosor limitado no absorbe los neutrones, y
por lo tanto el aparato será capaz de detectar agua a través de la
cubierta de un barco. Se deberá señalar que el aparato y el método
según la invención no se limitan al uso en conexión con chapas de
acero de cubiertas; más bien, puede estar adaptado al uso en
conexión con otros materiales de cubiertas, por ejemplo poliéster
reforzado con fibra de vidrio u otros. Sin embargo, el contenido de
hidrógeno en poliéster reforzado con fibra de vidrio reducirá la
sensibilidad del aparato de detección.
El circuito eléctrico del aparato de detección
se tiene que corregir con respecto a la decadencia de la fuente de
neutrones, lo que es bien conocido y simple. Por ejemplo, si se usa
una fuente de californio, cabe esperar una sustitución a
intervalos, adecuado, por ejemplo, cada cuatro años. Al estar sujeto
el aparato conteniendo fuentes radioactivas a controles periódicos
según las leyes de la mayoría de las naciones, por ejemplo, a
intervalos de dos años, la sustitución de la fuente de neutrones se
podría combinar con dicho control periódico. Además, se podrían
hacer correcciones completas de la operación electrónica del aparato
de detección, por lo que la lectura del aparato de detección sería
muy fiable.
Se ha previsto que el término "chapa de
cubierta" designe la chapa que separa la cubierta de un barco, es
decir, el nivel situado por encima de la chapa de cubierta, del
nivel, por ejemplo, la cubierta de mantenimiento de la carga o
intermedia, situada debajo de la cubierta de un barco. Se ha
previsto que los términos "cara superior de la cubierta de un
barco" designen la superficie que mira hacia arriba de la chapa
de cubierta, mientras que el término "en la cubierta de un
barco" se ha de entender de forma sinónima con el significado
"encima de la superficie superior de la chapa de cubierta". Que
algo se encuentra debajo de la superficie de la cubierta de un
barco se ha de entender de tal manera que se contenga debajo de la
cara superior de la chapa de cubierta, es decir, que no sobresalga
hacia arriba a través de la chapa de cubierta, sino que, a la
inversa, esté totalmente debajo de la chapa de cubierta o esté
situado opcionalmente parcialmente incrustado en la chapa de
cubierta, por ejemplo en un rebaje en la cara que mira hacia abajo
de la chapa de cubierta. Queda implícito que el término "agua"
abarca tanto "agua dulce" como "agua del mar" y que la
detección de la presencia de agua en la cubierta de un barco es
independiente de si el agua es agua dulce o agua del mar e
independiente de los contaminantes, si los hay, del agua.
Claims (11)
1. Un aparato (100) para detectar agua en la
cubierta de un barco (110), donde el aparato incluye:
- *
- una fuente de neutrones (103) situada debajo de la superficie de la cubierta de un barco (110), y que emite neutrones rápidos/ricos en energía (111); y
- *
- un dispositivo detector (102, 102a, 102b) situado debajo de la superficie de la cubierta de un barco (110) y que detecta neutrones térmicos;
caracterizado porque el aparato incluye
además:
- *
- una unidad fotoemisora (102b) que emite luz después de un evento/reacción nuclear con un neutrón térmico;
- *
- una unidad de registro de luz (102a) que emite un pulso eléctrico/una señal eléctrica (106) al registro de un destello de luz; y
- *
- un moderador (104', 104'') que está situado debajo de la superficie de la cubierta de un barco (110) y frena y refleja neutrones a la colisión;
donde el moderador (104'; 104') es una unidad
fotoconductora dispuesta entre la unidad fotoemisora (102b) y la
unidad de registro de luz (102a).
2. Un aparato (100) según la reivindicación 1,
caracterizado porque el aparato incluye además medios (108)
para calibrar el aparato registrando la intensidad de neutrones
térmicos en circunstancias conocidas como un valor de
calibración.
3. Un aparato (100) según la reivindicación 1 o
2, caracterizado porque la unidad fotoconductora (104'') está
configurada para emitir luz guiada desde dicha unidad fotoemisora
(102b) a la unidad de registro de luz (102a) esencialmente
perpendicular a una cara de detección (109).
4. Un aparato (100) según la reivindicación 1 o
2, caracterizado porque la unidad fotoconductora (104'') está
configurada para emitir luz guiada desde la unidad fotoemisora
(102b) a la unidad de registro de luz (102a), esencialmente en
paralelo con una cara de detección (109).
5. Un aparato (100) según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el aparato
incluye además un circuito eléctrico (105) conectado al dispositivo
detector (102; 102a), circuito eléctrico (105) que está configurado
para generar una señal (108) que representa una cantidad estimada de
agua, donde la generación se realiza en base a la señal eléctrica
(106) de la unidad de registro de luz (102a).
6. Un método de detectar agua en la cubierta de
un barco (110), incluyendo los pasos siguientes:
- *
- emisión de neutrones ricos en energía (111) de una fuente de neutrones (103) que está situada debajo de la superficie de la cubierta de un barco (110); y
- *
- detección de neutrones térmicos por medio de un dispositivo detector (102; 102a; 102b) que está situado debajo de la superficie de la cubierta de un barco (110),
caracterizado porque el método incluye
además lo siguiente:
- *
- emisión de luz de una unidad fotoemisora (102b) después de un evento/reacción nuclear con un neutrón térmico;
- *
- emisión de un pulso eléctrico/una señal eléctrica (106) por una unidad de registro de luz (102a) al registro de un destello de luz;
- *
- conducción de luz desde dicha unidad fotoemisora (102b) a la unidad de registro de luz (102a) por una unidad fotoconductora dispuesta entre la unidad fotoemisora (102b) y la unidad de registro de luz (102a), donde el moderador (104'; 104'') es la unidad fotoconductora; y
- *
- frenar y reflejar neutrones a la colisión por medio de un moderador (104', 104'') que está situado debajo de la superficie de la cubierta de un barco (110).
7. Un método según la reivindicación 6,
caracterizado porque la intensidad de neutrones térmicos en
circunstancias conocidas es registrada como un valor de
calibración.
\newpage
8. Un método según la reivindicación 6 o 7,
caracterizado porque la unidad fotoconductora (104'') está
configurada para emitir luz guiada desde dicha unidad fotoemisora
(102b) a la unidad de registro de luz (102a) esencialmente
perpendicular a una cara de detección (109).
9. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque la unidad
fotoconductora (104'') está configurada para emitir luz guiada
desde la unidad fotoemisora (102b) a la unidad de registro de luz
(102a) esencialmente en paralelo con una cara de detección
(109).
10. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 6 a 9, caracterizado porque el método
incluye además la generación, en un circuito eléctrico (105)
conectado a dicho dispositivo detector (102; 102a), de una señal
(108) que representa una cantidad estimada de agua, donde dicha
generación se realiza en base a la señal eléctrica (106) de la
unidad de registro de luz (102a).
11. Uso de un aparato según una de las
reivindicaciones 1 a 4 para detectar agua situada en la cubierta de
un barco.
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| DK200300387 | 2003-03-14 |
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