ES2891090T3 - Detección de partículas y aplicaciones en seguridad y monitorización de portales - Google Patents

Detección de partículas y aplicaciones en seguridad y monitorización de portales Download PDF

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Abstract

Un sistema de monitorización que comprende un rastreador de partículas cargadas producidas por rayos cósmicos que tiene una pluralidad de detectores de partículas cargadas, comprendiendo dichos detectores de partículas cargadas celdas de deriva llenas de un gas operativo ionizado por partículas cargadas para permitir una detección de una presencia de un material o dispositivo dentro de un volumen (5) que se va a escanear a partir de una dispersión múltiple de dichas partículas cargadas y cualquier fuente radiactiva dentro de dicho volumen de rayos gamma emitidos desde el mismo, en el que las celdas de deriva incluyen un conjunto (3) de tubos de deriva (7) localizado encima de dicho volumen que se va a escanear para medir unas posiciones y direcciones de las partículas cargadas entrantes y otro conjunto (4) de tubos de deriva (8) localizados debajo de dicho volumen para medir unas posiciones y direcciones de las partículas cargadas salientes, teniendo cada conjunto de tubos de deriva al menos tres tubos de deriva configurados en una primera dirección y otros al menos tres tubos de deriva configurados en una segunda dirección, en el que dichas celdas de deriva comprenden celdas de deriva de aluminio o celdas de deriva de compuesto de carbono que tienen revestimientos conductores internos y en el que dichas celdas de deriva comprenden tubos de deriva de sección transversal circular o no circular, o celdas sin forma de tubo.

Description

DESCRIPCIÓN
Detección de partículas y aplicaciones en seguridad y monitorización de portales
Referencia cruzada a solicitud provisional
[0001] Esta solicitud PCT reivindica la prioridad de (1) la solicitud de patente provisional de EE. UU., n.° 60/855,064, titulada "SYSTEMS, METHODS AND APPARATUS FOR PARTICLE DETECTION AND ANALYSIS AND FIELD DEPLOYMENT OF THE SAME [SISTEMAS, PROCEDIMIENTOS Y APARATOS PARA DETECCIÓN Y ANÁLISIS DE PARTÍCULAS E IMPLANTACIÓN IN SITU DE LOS MISMOS]" y presentada el 27 de octubre de 2006, y (2) la solicitud de patente de EE. UU., n.° 11/771,169 titulada "RADIATiOn PORTAL MONITOR SYSTEM AND METHOD [SISTEMA Y PROCEDIMIENTO DE MONITORIZACIÓN DE PORTALES DE RADIACIÓN]" y presentada el 29 de junio de 2007.
Declaración con respecto a derechos federales
[0002] La presente invención se ha creado con el apoyo del gobierno con el número de contrato DE-AC52-06NA25396 otorgado por el Departamento de Energía de Estados Unidos. El Gobierno posee determinados derechos sobre la invención.
Campo técnico
[0003] Los modos de realización se refieren a los campos de detección, análisis y control de partículas y, más en particular, aunque no de forma exclusiva, a los sistemas y procedimientos de monitorización de seguridad y portales.
Antecedentes
[0004] La amenaza de una detonación de un dispositivo nuclear en una de las grandes ciudades de Estados Unidos ha incentivado la investigación destinada a proporcionar una vigilancia fronteriza más fiable para el contrabando de material nuclear.
[0005] Un artículo titulado "A Terrorist Threat - The Movement of Black Market Nuclear Materials into the United States", con fecha de noviembre de 2001, a nombre de Gene R. Kelley, de los archivos de artículos de la Nuclear Age Peace Foundation, PMB 121, 1187 Coast Village Road, Suite 1, Santa Barbara, CA 93108, EE. UU., expone el problema del transporte encubierto de material nuclear especial. Kelly se refiere a algunas posibilidades para trasladar este tipo de material como sigue:
1) - superponer el envío de paquetes pequeños y bien blindados en rutas de drogas y contrabando establecidas.
2) - enviar materiales convencionales en pequeños contenedores bien blindados a través de una red encubierta de transportistas muy dispersos.
3) - persona que transporta muchas pequeñas cantidades a través de las fronteras más vulnerables de Estados Unidos.
4) - usar técnicas de distribución diversificadas (rutas y transportes) requiriendo múltiples puntos de ruta y alterando las características de los contenedores de envío externos en cada punto.
5) - mezclar materiales y productos legítimos para entregas de rutina.
[0006] Kelley concluye que la naturaleza extraordinaria de las tareas necesarias para detectar e identificar materiales fisibles bien empaquetados hace que la probabilidad de detección en pequeñas cantidades sea altamente cuestionable.
[0007] El uso de monitores de portal en los puntos de control fronterizo se está convirtiendo en una rutina para la detección de materiales nucleares de contrabando. En muchos casos, se puede usar blindaje para ocultar una firma nuclear. Los detectores de material nuclear convencionales usan detectores de rayos gamma o X de alta resolución.
[0008] Se pueden detectar de manera altamente fiable unas cantidades no blindadas de kg de uranio altamente enriquecido con tiempos de recuento de 1 minuto detectando rayos gamma en la impureza de 238U. La FIG. 1 de los dibujos adjuntos representa datos de recuento de ejemplo de un detector de rayos gamma de alta resolución usado para detectar uranio de grado militar (WGU): 10 % 238U, 90 % 235U sin blindaje y con blindaje de plomo de 5 cm y 2,5 cm, respectivamente. La FIG. 1 indica cómo el autoblindaje de material nuclear reduce las tasas de recuento. Para blindar un objeto de amenaza, se necesita un material de blindaje de plomo, oro, tungsteno u otro diferente de un grosor aproximado de 5 cm.
[0009] Como se indica en la FIG. 1 y adicionalmente en las FIGS. 2 y 3 que ilustran simulaciones de radiografía X de 20 kg de uranio entre diferenciales de automóviles usando un haz en abanico de rayos X generado por una fuente de electrones de radiación de frenado de 8 MV. Estas simulaciones muestran que la radiografía de rayos X puede visualizar objetos, incluso en determinados cargamentos densos y abarrotados, pero las firmas definitivas de objetos de alto z se confunden con fondos de dispersión y la transmisión es insuficiente para muchos cargamentos.
[0010] El uso de detectores de muones se divulga en los siguientes artículos:
Larry Joe Schultz: "Cosmic ray muon radiography", 2003, URL: http://search.proquest.com/docview/305310589,
BOROZDIN K ETAL.: "Cosmic-ray muon tomography and its application to the detection of high-Z materials",
PROCEEDINGS OF THE 46TH ANNUAL MEETING, INSTITUTE OF NUCLEAR MATERIALS
MANAGEMENT, 1 de enero de 2005 (1-1-2005), páginas 1-8,
ZHAO T ET AL.: "Do Forward-Angle Muon Tracking Detector and Its Gas System", IEEE TRANSACTIONS ON NUCLEAR SCIENCE, vol. 49, n. 23, 1 de junio de 2002 (1 -6-2002), páginas 1092-1096,
Joel Gustafsson: "UU-NF 05#08 Tomography of canisters for spent nuclear fuel using cosmic-ray muons", 1 de octubre de 2005, URL: http://www.cgsd.com/ref/Gustafsson.pdf
[0011] Teniendo en cuenta lo anterior, la pequeña cantidad de material necesaria para construir un dispositivo nuclear y la facilidad con la que las firmas de rayos de neutrones y gamma se pueden ocultar con el blindaje hacen más difícil una vigilancia fronteriza fiable contra el contrabando de material nuclear.
Breve explicación
[0012] Por lo tanto, el objeto de la invención es proporcionar un sistema de monitorización mejorado y un sistema de detección de partículas mejorado.
[0013] Este objetivo se alcanza mediante la invención como se define en las reivindicaciones independientes. Los modos de realización de la invención se definen en las reivindicaciones dependientes.
[0014] La breve explicación siguiente de la invención se proporciona para facilitar una comprensión de las características técnicas relacionadas con técnicas, aparatos y sistemas para detectar partículas, tales como muones, y no pretende ser una descripción completa. Se puede obtener una plena apreciación de los diversos aspectos de la invención tomando en su conjunto la memoria descriptiva completa, las reivindicaciones, los dibujos y el resumen.
[0015] En esta breve explicación de la invención, los términos "modo de realización", "aspecto" o "invención" y las secciones respectivas se deben interpretar únicamente con el propósito de comprender mejor la invención y no reflejan necesariamente la materia objeto reivindicada.
[0016] Se describen técnicas, aparatos y sistemas para detectar partículas, tales como muones, en diversos ejemplos. En una implementación, se describe un sistema de detección de partículas que incluye un primer conjunto de detectores de partículas cargadas sensibles a la posición localizados en un primer lado de un área de retención de objetos para medir posiciones y direcciones de partículas cargadas incidentes hacia el área de retención de objetos, un segundo conjunto de detectores de partículas cargadas sensibles a la posición localizados en un segundo lado del área de retención de objetos opuesto al primer lado para medir posiciones y direcciones de partículas cargadas salientes que abandonan el área de retención de objetos, y una unidad de procesamiento de señales, que puede incluir, por ejemplo, un microprocesador, para recibir datos de señales medidas de las partículas cargadas entrantes desde el primer conjunto de detectores de partículas cargadas sensibles a la posición y señales medidas de las partículas cargadas salientes desde el segundo conjunto de detectores de partículas cargadas sensibles a la posición. Esta unidad de procesamiento de señales está configurada para analizar la dispersión de los muones en los materiales dentro del área de retención de objetos en base a las posiciones y las direcciones entrantes y salientes medidas de las partículas cargadas para obtener un perfil tomográfico o la distribución espacial de los centros de dispersión dentro del área de retención de objetos. El perfil tomográfico o la distribución espacial obtenidos de los centros de dispersión se pueden usar para revelar la presencia o ausencia de uno o más objetos en el área de retención de objetos, tales como materiales con altos números atómicos que incluyen materiales o dispositivos nucleares. Cada detector de partículas cargadas sensible a la posición se puede implementar en diversas configuraciones, incluyendo celdas de deriva tales como tubos de deriva llenos de un gas que se puede ionizar mediante partículas cargadas. Los tubos de deriva pueden estar dispuestos para permitir al menos tres mediciones de posición de partículas cargadas en una primera dirección y al menos tres mediciones de posición de partículas cargadas en una segunda dirección diferente de dicha primera dirección. Las celdas de deriva se pueden adaptar y disponer además en lados circundantes del volumen de modo que las celdas de deriva forman una caja o una estructura de cuatro lados. Se puede usar dicho sistema para utilizar muones naturales producidos por rayos cósmicos como la fuente de muones para detectar uno o más objetos en el área de retención de objetos. Por ejemplo, el sistema se puede emplear para inspeccionar los vehículos ocupados en los cruces fronterizos en busca de objetos de amenaza nuclear.
[0017] Los aspectos de la invención mencionados anteriormente y una o más ventajas se pueden conseguir ahora como se describe en el presente documento.
[0018] De acuerdo con un aspecto, un sistema de monitorización tiene un rastreador de partículas cargadas producidas por rayos cósmicos con una pluralidad de detectores de partículas cargadas. Los detectores de partículas cargadas tienen forma de celdas de deriva, que pueden ser, por ejemplo, tubos de deriva de sección transversal circular o no circular o celdas sin forma de tubo, configurados ambos para permitir el rastreo de partículas cargadas entrantes y salientes que pasan a través de un volumen que se va a escanear, tales como muones producidos por rayos cósmicos, y la detección de rayos gamma. El sistema puede detectar selectivamente dispositivos o materiales, en particular, pero no exclusivamente, materiales de alta densidad como hierro, plomo, oro y/o tungsteno, que ocupan el volumen por la dispersión múltiple de las partículas cargadas que pasan a través del volumen, y detectar fuentes radiactivas que ocupan el volumen por los rayos gamma emitidos desde los mismos.
[0019] De forma ventajosa, la adopción de celdas de deriva como detectores de partículas cargadas en el rastreador de rayos cósmicos proporciona eficazmente la función combinada de un aparato de radiografía de rayos cósmicos con un contador de radiación gamma para proporcionar un detector de amenazas nucleares fiable. Esto elimina la necesidad de disponer de dos instrumentos separados.
[0020] Las celdas de deriva pueden ser celdas de deriva selladas que reducen el coste y la complejidad del sistema eliminando la necesidad de disponer de un sistema de manipulación de gas.
[0021] Un gas operativo típico de los tubos de deriva comprende un gas no inflamable, tal como una mezcla de argón, dióxido de carbono y tetrafluorometano (CF4).
[0022] Las celdas de deriva pueden comprender un conjunto de tubos de deriva localizado encima del volumen y otro conjunto de tubos de deriva localizado debajo del volumen. Cada conjunto de tubos de deriva puede tener al menos tres tubos de deriva configurados en una primera dirección y al menos otros tres tubos de deriva configurados en una segunda dirección. La primera dirección puede ser ortogonal a la segunda dirección.
[0023] Se puede disponer una fuente de rayos gamma o de neutrones dentro del sistema para permitir la inspección activa del material que ocupa el volumen.
[0024] De acuerdo con otro aspecto, un sistema de monitorización tiene un rastreador de muones cósmicos que tiene una pluralidad de detectores de muones en forma de celdas de deriva. Los tubos de deriva pueden estar dispuestos al menos encima y debajo de un volumen que se va a escanear tanto para permitir el rastreo de muones entrantes y salientes como el recuento de rayos gamma. En uso, el sistema puede detectar selectivamente un blindaje de alta densidad de material radiactivo que ocupa el volumen por la dispersión múltiple de los muones que pasan a través del volumen, y detectar el material radiactivo que ocupa el volumen por los rayos gamma emitidos desde el mismo.
[0025] El volumen que se va a escanear puede ser de un tamaño suficiente para permitir que un vehículo o contenedor de cargamento ocupe el volumen. De forma ventajosa, la adopción de tubos de deriva como detectores de muones permite que el sistema realice un escaneo pasivo de los vehículos de pasajeros ocupados con tiempos de escaneo cortos y sin radiación de dosis por encima de la del fondo ambiental.
[0026] De acuerdo con todavía otro aspecto, un procedimiento de monitorización comprende disponer una pluralidad de celdas de deriva en lados opuestos de un volumen que se va a escanear; detectar con las celdas de deriva unas partículas cargadas producidas por rayos cósmicos entrantes y salientes junto con cualquier rayo gamma; detectar selectivamente cualquier material que ocupa el volumen por la dispersión múltiple de las partículas cargadas que pasan a través del volumen; y detectar a partir de los rayos gamma cualquier fuente radiactiva que ocupa el volumen.
[0027] Disponer la pluralidad de celdas de deriva puede comprender disponer un conjunto de al menos tres planos de tubos de deriva encima del volumen y disponer un conjunto de al menos tres planos de tubos de deriva debajo del volumen y puede comprender además disponer los tubos de deriva en cada plano en dos coordenadas ortogonales.
Breve descripción de los dibujos
[0028] Las figuras adjuntas, en las que números de referencia similares se refieren a elementos idénticos o funcionalmente similares en todas las vistas separadas, y que se incorporan y forman parte de la memoria descriptiva, ilustran adicionalmente la presente invención y, junto con la descripción detallada de la invención, sirven para explicar los principios de la presente invención.
La FIG. 1 ilustra datos de recuento de ejemplo de un detector de rayos gamma de alta resolución usado para detectar uranio de grado militar (WGU): 10% 238U 90% 235U, usando la señal de rayos gamma de una muestra de 400 g de 238U, sin blindaje y con 5 cm y 2,5 cm de blindaje de plomo, respectivamente;
Las FIGS. 1, 2 y 3, (técnica anterior) ilustran simulaciones de radiografía de rayos X de detección de uranio entre diferenciales de automóviles y un haz en abanico de 8 MV;
La FIG. 4 ilustra un sistema de monitorización de portales que utiliza rayos cósmicos para detectar un objeto de acuerdo con un modo de realización;
La FIG. 5 ilustra una vista lateral de otro sistema de monitorización de portales que utiliza rayos cósmicos para detectar un objeto de acuerdo con otro modo de realización;
La FIG. 6 ilustra una vista en perspectiva detallada de un sistema de monitorización de portales de acuerdo con un modo de realización preferido;
La FIG. 7 ilustra una vista en sección transversal de parte de un módulo de tubos de deriva configurado para detectar partículas cargadas por rayos cósmicos y rayos gamma de acuerdo con un modo de realización;
Las FIGS. 8 y 9 ilustran, respectivamente, datos de alcance experimentales típicos y resultados teóricos de dispersión de Coulomb múltiple de una medición de 1000 cm2 de uranio durante 1 minuto con un sistema de rayos cósmicos;
La FIG. 10 representa una tabla que muestra la tasa de pérdida de energía teórica (dE/dx) y la longitud de radiación (X) para diversos materiales; y
Las FIGS. 11 y 12 ilustran sistemas de monitorización de portales adaptados y dispuestos para monitorizar cargamentos de vehículos y contenedores de acuerdo con modos de realización alternativos.
Descripción detallada
[0029] Los valores y configuraciones particulares analizados en estos ejemplos no limitantes se pueden variar y se citan simplemente para ilustrar al menos un modo de realización de la presente invención y no pretenden limitar el alcance de la invención.
[0030] Los sistemas y procedimientos de detección de partículas descritos en la presente solicitud se pueden implementar para detectar la presencia de determinados objetos o materiales, tales como materiales nucleares, y para obtener información tomográfica de dichos objetos en diversas aplicaciones incluyendo, pero sin limitarse a, la inspección de paquetes, contenedores, vehículos ocupados en puntos de control de seguridad, cruces fronterizos y otras ubicaciones en busca de objetos de amenaza nuclear que pueden variar desde armas nucleares completamente ensambladas hasta pequeñas cantidades de materiales nucleares altamente blindados. Las características descritas en la presente solicitud se pueden usar para construir diversos sistemas de detección de partículas.
[0031] Por ejemplo, un sistema de detección de partículas puede incluir un área de retención de objetos para colocar un objeto que se va a inspeccionar, un primer conjunto de detectores de muones sensibles a la posición localizados en un primer lado del área de retención de objetos para medir posiciones y direcciones de muones incidentes hacia el área de retención de objetos, un segundo conjunto de detectores de muones sensibles a la posición localizados en un segundo lado del área de retención de objetos opuesto al primer lado para medir posiciones y direcciones de muones salientes que abandonan el área de retención de objetos, y una unidad de procesamiento de señales, que puede incluir, por ejemplo, un microprocesador, para recibir datos de señales medidas de los muones entrantes desde el primer conjunto de detectores de muones sensibles a la posición y señales medidas de los muones salientes desde el segundo conjunto de detectores de muones sensibles a la posición. Como ejemplo, cada uno del primer y segundo conjuntos de detectores de partículas se puede implementar para incluir tubos de deriva dispuestos para permitir al menos tres mediciones de posición de partículas cargadas en una primera dirección y al menos tres mediciones de posición de partículas cargadas en una segunda dirección diferente de la primera dirección. Esta unidad de procesamiento de señales está configurada para analizar los comportamientos de dispersión de los muones causados por la dispersión de los muones en los materiales dentro del área de retención de objetos en base a las posiciones y direcciones entrantes y salientes medidas de los muones para obtener un perfil tomográfico o la distribución espacial de los centros de dispersión dentro del área de retención de objetos. El perfil tomográfico o la distribución espacial obtenidos de los centros de dispersión se pueden usar para revelar la presencia o ausencia de uno o más objetos en el área de retención de objetos, tales como materiales con altos números atómicos que incluyen materiales o dispositivos nucleares. Cada detector de muones sensible a la posición se puede implementar en diversas configuraciones, incluyendo celdas de deriva tales como tubos de deriva llenos de un gas que puede ser ionizado por muones. Se puede usar dicho sistema para utilizar muones naturales producidos por rayos cósmicos como la fuente de muones para detectar uno o más objetos en el área de retención de objetos.
[0032] Como se explicará con más detalle a continuación, en modos de realización ilustrativos particulares, los sistemas de detección de partículas pueden utilizar tubos de deriva para permitir el rastreo de partículas cargadas, tales como muones, que pasan a través de un volumen así como la detección concurrente de partículas de neutrones. Sin embargo, los expertos en la técnica entenderán que dichos detectores de partículas cargadas se pueden emplear en aplicaciones distintas a las de rastreo de partículas cargadas producidas por rayos cósmicos para detectar partículas cargadas distintas de las partículas cargadas producidas por rayos cósmicos. Estos detectores de partículas cargadas son aplicables a cualquier partícula cargada de cualquier fuente apropiada. Por ejemplo, se pueden producir muones mediante rayos cósmicos o un haz de muones de baja intensidad de un acelerador.
[0033] En aplicaciones para monitorización de portales, los modos de realización ilustrativos proporcionan un enfoque para permitir una detección de material nuclear fiable a un coste reducido y con eficacia incrementada. Además, el enfoque puede proporcionar un monitor de portales de radiación que puede determinar si un vehículo o cargamento dado no presenta amenazas nucleares midiendo la ausencia de un potencial paquete blindado y la ausencia de una firma de radiación.
[0034] Los sistemas de monitorización de portales de los modos de realización ilustrativos mostrados en los dibujos adjuntos emplean el rastreo de partículas cargadas producidas por rayos cósmicos con tubos de deriva. Como se explicará con más detalle a continuación, los sistemas de monitorización de portales utilizan tubos de deriva para permitir el rastreo de partículas cargadas, tales como muones, que pasan a través de un volumen, así como la detección de rayos gamma. De forma ventajosa, estos sistemas de monitorización de portales pueden proporcionar eficazmente la función combinada de un aparato de radiografía de rayos cósmicos con un contador de radiación gamma pasivo o activo para proporcionar un detector de amenazas nucleares fiable. Esto elimina la necesidad de disponer de dos instrumentos separados.
[0035] La tomografía de rayos cósmicos es una técnica que aprovecha la dispersión de Coulomb múltiple de muones producidos por rayos cósmicos altamente penetrantes para realizar una inspección no destructiva del material sin el uso de radiación artificial. La tierra es continuamente bombardeada por partículas energéticas estables, en su mayoría protones, que provienen del espacio lejano. Estas partículas interactúan con átomos en la atmósfera superior para producir lluvias de partículas que incluyen muchos piones de vida corta que se descomponen produciendo muones de vida más larga. Los muones interactúan con la materia principalmente a través de la fuerza de Coulomb que no tiene interacción nuclear e irradia con mucha menos facilidad que los electrones. Solo pierden energía lentamente a través de interacciones electromagnéticas. En consecuencia, muchos de los muones producidos por rayos cósmicos llegan a la superficie de la tierra como radiación cargada altamente penetrante. El flujo de muones al nivel del mar es de aproximadamente 1 muón por cm2 por minuto.
[0036] A medida que un muón se desplaza a través del material, la dispersión de Coulomb de las cargas de partículas subatómicas perturba su trayectoria. La deflexión total depende de varias propiedades del material, pero el efecto dominante es el número atómico, Z, de los núcleos. Las trayectorias se ven más intensamente afectadas por materiales que proporcionan un buen blindaje contra rayos gamma (tales como el plomo y el tungsteno, por ejemplo) y por materiales nucleares especiales (SNM), es decir, el uranio y el plutonio, que por materiales que constituyen objetos más comunes, tales como agua, plástico, aluminio y acero. Cada muón transporta información sobre los objetos en los que ha penetrado, y midiendo la dispersión de múltiples muones se pueden sondear las propiedades de estos objetos. Un material con un alto número atómico Z y una alta densidad se puede detectar e identificar cuando el material está localizado dentro de materia de Z bajo y Z intermedio.
[0037] La dispersión de Coulomb desde los núcleos atómicos da como resultado un número muy grande de desviaciones de ángulo pequeño de partículas cargadas a medida que transitan por la materia. Enrico Fermi descubrió y resolvió una ecuación de transporte que describe este proceso con una buena aproximación. El resultado es una función de distribución gaussiana correlacionada para el desplazamiento y el cambio de ángulo de la trayectoria que depende de la densidad y la carga atómica del material. La anchura de la función de distribución es proporcional a la inversa del momento de la partícula y la raíz cuadrada de la densidad real del material medida en longitudes de radiación. Se pueden encontrar más antecedentes en la referencia de K. N Borozdin et al., titulada "Surveillance: Radiographic Imaging with Cosmic Ray Muons", publicada en Nature (2003), 422, 277.
[0038] Los muones producidos por rayos cósmicos pueden proporcionar información sin dosis de radiación sobre el fondo de la tierra, y la detección adecuada de dichos muones producidos por rayos cósmicos se puede implementar de una manera que es especialmente sensible a los buenos materiales de blindaje. Un sistema de detección de muones puede estar configurado para realizar una tomografía de un objeto de destino que se está inspeccionando en base a la dispersión de muones por el objeto de destino. El sistema puede estar configurado para realizar una tomografía para localizar una dispersión (RC y LS). La resolución de posición tomográfica se puede expresar aproximadamente como sigue:
donde:
Grms = la media cuadrática (rms) del ángulo de dispersión, y
L = el tamaño del volumen al que el aparato de detección aplica la detección.
Por ejemplo, para un ángulo de dispersión de rms de ejemplo de 0,02 radianes y un tamaño de aparato de 200 cm, la resolución de la posición tomográfica es 0,02 x 200 cm = 4 cm.
[0039] En un enfoque, la resolución angular se determina mediante la siguiente ecuación en base a las estadísticas de Poisson:
A<9 _ I
Ec.2
9 ~V2ÍV
donde:
G = el ángulo de dispersión de rms,
N = número de muones producidos por rayos cósmicos que pasan a través de una región de interés.
Por ejemplo, la resolución angular para N = 100 (correspondiente a un elemento de resolución de 10x10 cm2 después de un minuto de recuento es AG = 0,07G.
[0040] En referencia a la tabla de la FIG. 10, esta tabla ilustra la tasa de pérdida de energía teórica (dE/dx) y la longitud de radiación (X) para diversos materiales. Un minuto de recuento distingue un cubo de hierro de 10 cm de un cubo de plomo de 10 cm en 6 desviaciones estándar sobre la base de sus diferentes valores de X.
[0041] Los procedimientos tomográficos, diseñados para construir una imagen o un modelo de un objeto a partir de múltiples proyecciones tomadas desde diferentes direcciones, se pueden implementar en el sistema de rayos cósmicos para proporcionar una reconstrucción tomográfica discreta del volumen de interés en base a los datos proporcionados por los muones. En algunas implementaciones, se pueden usar técnicas de simulación de Monte Carlo para estudiar aplicaciones y acortar los tiempos de escaneo. También se pueden usar otros procedimientos de procesamiento estocástico en la implementación de formación de imágenes tomográficas de muones descrita en la presente solicitud.
[0042] La función de radiografía de rayos cósmicos de los sistemas de detección de partículas de los modos de realización se puede entender más fácilmente con referencia a ejemplos de sistemas de detección adaptados para detectar partículas cargadas producidas por rayos cósmicos, tales como las mostradas en las FIGS. 4-6.
[0043] En referencia inicialmente a la FIG. 4, que ilustra un sistema de detección que utiliza muones producidos por rayos cósmicos para detectar un objeto, el sistema 1 incluye un conjunto de dos o más planos 3 de detectores de muones sensibles a la posición 7 dispuestos encima de un volumen 5 del cual se val se van a formar imágenes para proporcionar la posición y los ángulos (es decir, direcciones en el espacio 3D) de los rastros de muones entrantes 9. Los detectores de muones 7 están configurados para medir la posición y los ángulos de los rastros de muones entrantes 9 con respecto a dos direcciones diferentes, por ejemplo, en dos coordenadas ortogonales a lo largo de los ejes x e y. Los muones pasan a través del volumen 5 donde el objeto 2 puede estar localizado y se dispersan en una medida que depende del material 2 que ocupa el volumen a través del cual pasan. Otro conjunto de dos o más planos 4 de detectores de muones sensibles a la posición 8 está configurado para registrar las posiciones y direcciones de los muones salientes. Los tubos de deriva de los detectores 7 y 8 están dispuestos para permitir al menos tres mediciones de posición de partículas cargadas en una primera dirección y al menos tres mediciones de posición de partículas cargadas en una segunda dirección que es diferente de la primera dirección y puede ser ortogonal a la primera dirección. Se pueden usar detectores laterales (no mostrados) para detectar rastros de muones orientados más horizontalmente. El ángulo de dispersión de cada muón se calcula a partir de las mediciones entrantes y salientes.
[0044] Se proporciona una unidad de procesamiento de señales, por ejemplo, un ordenador, en el sistema 1 para recibir datos de señales medidas de los muones entrantes mediante los detectores 7 y de los muones salientes mediante los detectores 8. Esta unidad de procesamiento de señales está configurada para analizar la dispersión de los muones en el volumen 5 en base a las posiciones y direcciones entrantes y salientes medidas de los muones para obtener un perfil tomográfico o la distribución espacial de la densidad de dispersión que refleja la intensidad de dispersión o la longitud de radiación dentro del volumen 5. El perfil tomográfico obtenido o la distribución espacial de la densidad de dispersión dentro del volumen 5 puede revelar la presencia o ausencia del objeto 2 en el volumen 5. La FIG. 4 muestra que los detectores de tubos de deriva 7 y 8 están localizados en los lados superior e inferior del volumen 5. En algunas implementaciones, se pueden implementar detectores de tubo de deriva adicionales en los lados del volumen 5 para formar una caja o estructura de cuatro lados en la que puede entrar un paquete, un vehículo o un contenedor de cargamento para su escaneo por el sistema.
[0045] El procesamiento de mediciones para muones producidos por rayos cósmicos en un volumen (por ejemplo, un paquete, un contenedor o un vehículo) que la unidad de procesamiento para el sistema 1 en la FIG. 4 y otros sistemas descritos en la presente solicitud está inspeccionando puede incluir la reconstrucción de la trayectoria de una partícula cargada tal como un muón a través del volumen 5, la medición del momento de un muón entrante en base a unas señales de los detectores 7, la medición del momento de un muón saliente en base a unas señales de los detectores 8, y la determinación de la distribución espacial de la densidad de dispersión del volumen 5. Estos y otros resultados de procesamiento se pueden usar para construir el perfil tomográfico y medir diversas propiedades del volumen 5.
[0046] Por ejemplo, la reconstrucción de la trayectoria de una partícula cargada que pasa a través de un detector que tiene un conjunto de celdas de deriva puede incluir (a) obtener señales de impacto que representan identificadores de celdas de deriva impactadas por partículas cargadas y unos tiempos de impacto correspondientes; (b) agrupar en el tiempo impactos de celda de deriva que se identifica que están asociados con un rastro de una partícula cargada particular que pasa a través de dicho detector; (c) estimar inicialmente un valor de tiempo cero para un momento de tiempo en el que dicha partícula cargada particular impacta en una celda de deriva; (d) determinar unos radios de deriva en base a unas estimaciones de los valores de tiempo cero, unos datos de conversión de tiempo de deriva y el tiempo del impacto; (e) ajustar unos rastros lineales a unos radios de deriva correspondientes a un valor de tiempo cero particular; y (f) buscar y seleccionar un valor de tiempo cero asociado con el mejor de los ajustes de rastro realizados para una partícula cargada particular y calcular el error en el tiempo cero y el parámetro de rastreo. Dicha reconstrucción del rastro basada en el ajuste de tiempo cero proporciona una trayectoria lineal reconstruida de la partícula cargada que pasa a través del detector de partículas cargadas sin tener que usar detectores rápidos (tales como tubos fotomultiplicadores con paletas de centelleo) o algún otro detector rápido que detecta el paso del muón a través del aparato hasta los nanosegundos más cercanos para proporcionar el tiempo cero.
[0047] Asimismo, por ejemplo, el procesamiento para medir el momento de un muón entrante o saliente en base a unas señales de los detectores puede incluir, por ejemplo, (a) configurar una pluralidad de detectores sensibles a la posición para dispersar una partícula cargada que pasa a través de los mismos; (b) medir la dispersión de una partícula cargada en los detectores sensibles a la posición, en el que medir la dispersión comprende obtener al menos tres medidas de posición de la partícula cargada en dispersión; (c) determinar al menos una trayectoria de la partícula cargada a partir de las mediciones de posición; y (d) determinar al menos una medición de momento de la partícula cargada a partir de la al menos una trayectoria. Esta técnica se puede usar para determinar el momento de la partícula cargada en base a la trayectoria de la partícula cargada que se determina a partir de la dispersión de la partícula cargada en los propios detectores sensibles a la posición sin el uso de placas metálicas adicionales en el detector.
[0048] Opcionalmente, la distribución espacial de la densidad de dispersión del volumen se puede determinar a partir de datos tomográficos de partículas cargadas: (a) obteniendo datos de tomografía de partículas cargadas predeterminados correspondientes a unos ángulos de dispersión y el momento estimado de las partículas cargadas que pasan a través del volumen del objeto; (b) proporcionando la distribución de probabilidad de la dispersión de partículas cargadas para su uso en un algoritmo de maximización de expectativas (ML/EM), estando basada la distribución de probabilidad en un modelo estadístico de dispersión múltiple; (c) determinando una estimación de probabilidad sustancialmente máxima de la densidad del volumen del objeto usando el algoritmo de maximización de expectativas (ML/EM); y (d) facilitando la densidad de dispersión del volumen del objeto reconstruida. La densidad de dispersión del volumen del objeto reconstruida se puede usar para identificar la presencia y/o el tipo de objeto que ocupa el volumen de interés a partir del perfil de densidad del volumen reconstruido. Diversas aplicaciones incluyen la tomografía de muones producida por rayos cósmicos para diversas aplicaciones de inspección de seguridad nacional en las que los vehículos o los cargamentos pueden ser escaneados por un rastreador de muones.
[0049] La parte de procesamiento tomográfico de la unidad de procesamiento de señales se puede implementar en un ordenador en la misma ubicación que los detectores 7 y 8. De forma alternativa, la parte de procesamiento tomográfico de la unidad de procesamiento de señales se puede implementar en un ordenador remoto que está conectado a una red informática tal como una red privada o una red pública tal como Internet.
[0050] Por tanto, se puede usar la dispersión múltiple de muones producidos por rayos cósmicos para detectar selectivamente material de alto z en un fondo de cargamento normal. De forma ventajosa, esta técnica es pasiva, no administra ninguna dosis de radiación por encima del fondo y es selectiva respecto de materiales densos de alto z.
[0051] En referencia a la FIG. 5, que ilustra una vista lateral de otro sistema de detección que utiliza rayos cósmicos para detectar un objeto, el sistema 100 tiene dos planos 103 de detectores de muones 107 localizados encima de la muestra 109 y dos planos 104 de detectores de muones 108 localizados debajo de la muestra 109. En el sistema 100, los planos de detectores de muones están separados por espacios de 27 cm.
[0052] La FIG. 6 ilustra una vista en perspectiva detallada de otro detector de partículas cargadas 200 en el que unos detectores sensibles a la posición 203 están dispuestos encima del plano del portamuestras 211 y los detectores sensibles a la posición 203 están dispuestos debajo del plano del portamuestras 211. Cada conjunto de detectores sensibles a la posición comprende una primera capa doble 220 de tubos de deriva 204 dispuestos en la dirección x y una segunda capa doble 221 de tubos de deriva 204 dispuestos en la dirección y. En cada una de las capas 220, 221, los tubos de deriva 204 están dispuestos en dos filas, desplazados entre sí medio diámetro de tubo.
[0053] Los módulos de tubos de deriva 204 son operativos para detectar tanto muones producidos por rayos cósmicos como rayos gamma. En el sistema de la FIG. 6, los módulos de tubos de deriva son tubos de deriva de aluminio de 3,5 m de largo, que están configurados para medir la posición y el ángulo de los rastros de muones entrantes y salientes en las direcciones de coordenadas x e y. El aluminio de los detectores proporciona una cantidad considerable de masa en la que los rayos gamma y los electrones energéticos se absorben o se dispersan. Los electrones energéticos producidos en estos procesos se detectan localmente en los tubos de deriva de la misma forma en que se detectan los rayos cósmicos más energéticos.
[0054] Los tubos se pueden disponer de diferentes formas. Opcionalmente, las capas no tienen por qué estar a 90 grados unas de otras, sino que pueden formar ángulos más pequeños distintos de cero. Opcionalmente, la capa superior podría estar a 0 grados, la capa intermedia a 45 grados de la primera y una tercera capa a 90 grados de la primera. Esto permitiría la resolución de múltiples rastros que se producen en el mismo instante de tiempo.
[0055] También, se pueden adoptar otras disposiciones de detectores sensibles a la posición que pueden dispersar la partícula cargada que pasa a través de los mismos y que proporcionan un total de al menos tres mediciones de posición individuales, en lugar de la disposición de detectores de la FIG. 6. Se requieren al menos 3 mediciones de posición para permitir un ajuste de línea con un parámetro libre desde el cual se pueda rastrear la partícula.
[0056] Se describirá ahora un ejemplo del sistema electrónico de adquisición de datos 212, acoplado funcionalmente a los tubos de deriva. Los tubos de deriva del sistema detector 200 de la FIG. 6 están conectados a unos respectivos amplificadores electrónicos (no mostrados) que incrementan la tensión de la señal depositada (asociada con un muón producido por rayos cósmicos que pasa a través de un tubo de deriva). Para cada canal de deriva, la señal amplificada se convierte en una señal digital con un elemento electrónico denominado discriminador (encendido si hay impacto, apagado si no hay impacto), que conserva el tiempo preciso del impacto. Esta combinación de amplificador y discriminador es el sistema electrónico "frontal" (“front-end”). Los convertidores tiempo-digital (TDC) mencionados anteriormente registran hasta el nanosegundo más cercano el tiempo y el número de canal de la señal digital. Cada tubo de deriva tiene su propio sistema electrónico frontal y TDC.
[0057] El sistema electrónico frontal se construye usando hardware compuesto por piezas estándar (OTS). El TDC es OTS, y las unidades se construyen por la empresa Caen en Italia. Cada unidad de TDC (CAEN 767B) tiene la capacidad de 128 canales de entrada (tubos de deriva en nuestro caso) y almacenará digitalmente la hora del impacto. Estas unidades tienen un búfer que puede contener alrededor de 32.000 impactos. Los TDC se leen aproximadamente 5 veces por segundo con un sistema de adquisición de datos (DAQ) personalizado. Los TDC se colocan en una caja Eurocard de Versa Module (VME) con un controlador SIS 1100, fabricado por Struck Innovative Systeme GmbH (SIS), que proporciona la interfaz del ordenador. El DAQ se ejecuta en un ordenador personal, con un cable óptico para interactuar con el SIS 1100 para asumir el mando de los TDC durante la transferencia de datos. Una vez que los tiempos de impacto y los números de canal se han leído y se hallan en la memoria del PC, los datos sin procesar se almacenan en el disco duro, pero los datos también se procesan para identificar los eventos de rayos cósmicos. Los datos de rastro y los datos de diagnóstico pertinentes también se almacenan en el disco duro. El procesamiento de mediciones para muones producidos por rayos cósmicos en un volumen (por ejemplo, un paquete, un contenedor o un vehículo) que la unidad de adquisición de datos del sistema de la FIG. 6 u otra unidad de procesamiento de señales vinculada a la misma está inspeccionando pueden ser similar al descrito anteriormente para el sistema de la FIG. 4. Por ejemplo, las mediciones de procesamiento pueden ser una reconstrucción de la trayectoria de un muón a través del volumen, una medición del momento de un muón entrante en base a las señales de los detectores, una medición del momento de un muón saliente en base a las señales de los detectores y una determinación de la distribución espacial de la densidad de dispersión del volumen.
[0058] De forma ventajosa, el sistema 200 puede detectar selectivamente un blindaje de alta densidad de material radiactivo que ocupa el volumen por la dispersión múltiple de los muones producidos por rayos cósmicos, mientras que también cuenta los rayos gamma emitidos desde el material radiactivo. Además de detectar materiales de alta densidad, tales como plomo, oro, tungsteno, uranio y plutonio, el sistema se puede emplear para detectar materiales de densidad intermedia, tales como acero, hierro y cobre, y también materiales de baja densidad, tales como agua, plástico, hormigón y aluminio, si bien con una exactitud algo menor que para los materiales de alta densidad.
[0059] Se ilustra una vista en sección transversal de parte de un módulo de tubos de deriva 204 típico en la FIG.
7. El módulo de tubos de deriva de este ejemplo particular es cilíndrico y está lleno de un gas detector tal como argón-isobutano 230 para permitir la detección de las partículas cargadas producidas por rayos cósmicos, tales como los muones. El sistema está configurado para aplicar una tensión positiva alta de aproximadamente 2-3 kV a un cable de ánodo central 231 que se extiende a lo largo del tubo cilíndrico con el tubo a tierra de modo que también está presente un campo estático de alta tensión. Cuando la partícula cargada interactúa con los átomos de gas, se liberan muchos electrones 233 desde esos átomos a lo largo de la trayectoria en línea recta de la partícula cargada a través de una cuerda del tubo. El campo estático hace que la "cadena" de electrones se desplace hacia el cable del ánodo cargado positivamente que se lee electrónicamente con los TDC (convertidores tiempo-digital) del sistema electrónico de adquisición de datos 212.
[0060] Mientras que en el tubo de deriva del modo de realización ilustrativo de la FIG. 7 el gas detector es argónisobutano 230, otras mezclas de gases operativas pueden ser argón/dióxido de carbono o argón/isobutano/dióxido de carbono y pueden incluir hidrocarburos tales como metano, propano, pentano y similares. Un ejemplo de mezcla de gas operativa es 10 % de metano y 90 % de argón. Además, de forma alternativa se pueden emplear como gas operativo mezclas de gases no inflamables tales como argón-dióxido de carbono-tetrafluorometano (CF4). Asimismo, se pueden adoptar etano u otros gases en las mezclas de gases. Por ejemplo, una mezcla de 5 % de etano, 45 % de CF4 y 50 % de argón es un gas operativo no inflamable adecuado. En la mezcla de gases se pueden usar gases inertes distintos del argón.
[0061] Asimismo, mientras que el tubo de deriva de la FIG. 7 está fabricado en aluminio, se pueden adoptar otros materiales tales como un compuesto de carbono con revestimientos conductores internos en lugar del aluminio. Los tubos de deriva no necesitan tener secciones transversales circulares. Por ejemplo, los tubos de deriva se pueden construir a partir de extrusiones de aluminio con múltiples secciones transversales no circulares.
[0062] De forma alternativa, se pueden adoptar celdas de deriva distintas de los tubos de deriva tales como, por ejemplo, celdas de deriva de forma triangular.
[0063] Las FIGS. 8 y 9 ilustran respectivamente datos de alcance experimentales de ejemplo y resultados teóricos de dispersión de Coulomb múltiple de la medición de 1000 cm3 de uranio durante 1 minuto con un sistema de detección de muones producidos por rayos cósmicos. Estas mediciones y cálculos demuestran que la tomografía de partículas cargadas (muones) es mucho más sensible que la radiografía de alcances previamente empleada en búsquedas de cámaras ocultas en una pirámide egipcia y la medición de sobrecarga geológica.
[0064] La FIG. 11 ilustra un sistema de detección de partículas 300 adaptado y dispuesto para monitorizar cargamentos en vehículos y contenedores en puertos y cruces fronterizos de acuerdo con un modo de realización. Como se describe en mayor detalle a continuación, el sistema de detección de partículas 300 usa un sistema de tomografía de muones con una pluralidad de tubos de deriva detectores 303 configurados para rastrear muones producidos por rayos cósmicos 304 dispersados por el cargamento o el contenido de un vehículo 306 que ocupa el volumen 306 y configurados para detectar simultáneamente cualquier neutrón 314 emitido desde el contenido del vehículo. El sistema 300 se puede emplear para inspeccionar vehículos ocupados en cruces fronterizos en busca de objetos de amenaza nuclear que pueden variar desde armas nucleares completamente ensambladas hasta pequeñas cantidades de materiales nucleares altamente blindados. El sistema 300 se puede usar para dejar pasar vehículos inocentes en menos de 30 segundos, detectar varios kg de uranio altamente enriquecido (UAE) en menos de 60 segundos (con o sin blindaje) y detectar plutonio o dispositivos nucleares de UAE en menos de 60 segundos (con o sin blindaje).
[0065] De forma ventajosa, usar los tubos de deriva 303 para contar pasivamente la radiación gamma 312 emitida por el vehículo 306 y rastrear las partículas cargadas producidas por rayos cósmicos 304 dispersas permite al sistema realizar un escaneo pasivo de vehículos de pasajeros ocupados con tiempos de escaneo cortos y sin radiación de dosis.
[0066] Un procedimiento de funcionamiento del sistema de detección de partículas (tal como un sistema de monitorización de portales) 300 de la FIG. 11 de acuerdo con un modo de realización implica detectar con los tubos de deriva 303 partículas cargadas producidas por rayos cósmicos 304 entrantes y salientes junto con cualquier rayo gamma 312. La dispersión múltiple de las partículas cargadas se calcula a continuación para detectar selectivamente un material, en particular un material de alta densidad, que ocupa el volumen 305. El sistema electrónico de adquisición de datos puede contar los rayos gamma 312 emitidos desde el volumen para detectar si hay alguna fuente radiactiva ocupando el volumen 305.
[0067] En un modo de realización alternativo, se proporciona un sistema de monitorización de portales (no mostrado) que es idéntico al sistema de monitorización de portales 300 de la FIG. 11 con la excepción de que el sistema también incluye una fuente de rayos gamma o neutrones dentro del aparato para permitir la inspección activa en lugar de solo pasiva del vehículo y, de este modo, proporcionar un incremento detectable en la tasa de recuento de rayos gamma.
[0068] Un sistema de detección de partículas (por ejemplo, un sistema de monitorización de portales) de acuerdo con otro modo de realización alternativo se ilustra en la FIG. 12. El sistema 400 es similar al sistema 300 de la FIG.
11 en la medida en que está configurado para contar pasivamente la radiación gamma emitida desde el vehículo y rastrear las partículas cargadas producidas por rayos cósmicos 404 dispersas. Los conjuntos de detectores de tubos de deriva 403 tienen una longitud de 5 metros para permitir la inspección de un camión 405 pero pueden tener otras longitudes dependiendo del objeto que se escanee. Para obtener mayores ganancias de velocidad, el ángulo sólido se puede incrementar rellenando los detectores de tubos de deriva 403. Además, el sistema está configurado para usar los residuos de rastreo 404B para las mediciones de momento.
[0069] En otro modo de realización alternativo, un sistema de monitorización de portales que es idéntico al sistema 300 de la FIG. 11 tiene tubos de deriva que están sellados de forma ventajosa además para reducir el coste y la complejidad del sistema al eliminar la necesidad de un sistema de manipulación de gas.
[0070] Los modos de realización ilustrativos mencionados anteriormente demuestran que la combinación de radiografía de rayos cósmicos con recuento pasivo o activo proporciona, por lo tanto, un detector fiable de amenazas nucleares. La radiografía convencional por sí sola fracasa cuando el material nuclear se empaqueta en paquetes demasiado pequeños para que la radiografía los pueda resolver. El recuento pasivo puede fracasar cuando el material se blinda con material de z alto. El blindaje hace que las amenazas se hagan más visibles radiográficamente y la dispersión del material potencia en muchos casos la firma pasiva. La combinación de estas técnicas permite determinar si en un vehículo dado no hay ninguna amenaza midiendo la ausencia de un potencial paquete blindado y la ausencia de una firma de radiación.
[0071] Los modos de realización y ejemplos expuestos en el presente documento se presentan para explicar mejor la presente invención y su aplicación práctica y, de ese modo, permitir a los expertos en la técnica realizar y utilizar la invención. Los expertos en la técnica, sin embargo, reconocerán que la descripción y los ejemplos anteriores se han presentado con el propósito de ilustrar y ejemplificar solo.

Claims (18)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de monitorización que comprende
un rastreador de partículas cargadas producidas por rayos cósmicos que tiene una pluralidad de detectores de partículas cargadas, comprendiendo dichos detectores de partículas cargadas celdas de deriva llenas de un gas operativo ionizado por partículas cargadas para permitir una detección de una presencia de un material o dispositivo dentro de un volumen (5) que se va a escanear a partir de una dispersión múltiple de dichas partículas cargadas y cualquier fuente radiactiva dentro de dicho volumen de rayos gamma emitidos desde el mismo,
en el que las celdas de deriva incluyen un conjunto (3) de tubos de deriva (7) localizado encima de dicho volumen que se va a escanear para medir unas posiciones y direcciones de las partículas cargadas entrantes y otro conjunto (4) de tubos de deriva (8) localizados debajo de dicho volumen para medir unas posiciones y direcciones de las partículas cargadas salientes, teniendo cada conjunto de tubos de deriva al menos tres tubos de deriva configurados en una primera dirección y otros al menos tres tubos de deriva configurados en una segunda dirección,
en el que dichas celdas de deriva comprenden celdas de deriva de aluminio o celdas de deriva de compuesto de carbono que tienen revestimientos conductores internos y en el que dichas celdas de deriva comprenden tubos de deriva de sección transversal circular o no circular, o celdas sin forma de tubo.
2. El sistema de la reivindicación 1, en el que dicho gas operativo de dicho tubo de derivación comprende un gas no inflamable.
3. El sistema de la reivindicación 1, en el que dicho gas operativo comprende una mezcla de argón y al menos un gas seleccionado del grupo que consiste en dióxido de carbono, isobutano, tetrafluorometano y etano.
4. El sistema de la reivindicación 1, en el que dichos tubos de deriva están dispuestos en planos separados en dos coordenadas ortogonales o en el que dichos tubos de deriva están dispuestos en planos no ortogonales.
5. El sistema de la reivindicación 1,
en el que cada conjunto de tubos de deriva tiene una primera capa de tubos de deriva configurada en una primera dirección, una segunda capa de tubos de deriva configurada a 45 grados de la primera capa de tubos de deriva, y una tercera capa de tubos de deriva configurada a 90 grados de la primera capa de tubos de deriva.
6. El sistema de la reivindicación 1, en el que dichas celdas de deriva comprenden celdas de deriva selladas.
7. El sistema de la reivindicación 1, en el que dichas partículas cargadas comprenden muones.
8. El sistema de la reivindicación 1, que comprende además una fuente de rayos gamma o de neutrones dispuesta dentro de dicho sistema para permitir de este modo la inspección activa de un material presente dentro de dicho volumen.
9. El sistema de la reivindicación 1, en el que
los dichos detectores de partículas cargadas son detectores de muones, comprendiendo dichos detectores de muones dichas celdas de deriva dispuestas al menos encima y debajo de un volumen que se va a escanear para permitir tanto un rastreo de muones entrantes y salientes como un recuento de rayos gamma y, en el que, en uso, dicho sistema puede tanto detectar selectivamente cualquier blindaje de alta densidad presente dentro de dicho volumen a partir de una dispersión múltiple de dichos muones que pasan a través de dicho volumen como detectar cualquier material radiactivo presente dentro de dicho volumen de rayos gamma emitidos desde el mismo.
10. El sistema de la reivindicación 9, en el que dicho volumen es de tamaño suficiente para permitir que un vehículo o contenedor de cargamento esté presente dentro de dicho volumen.
11. Un procedimiento de monitorización que comprende disponer una pluralidad de celdas de deriva en lados opuestos de un volumen (5) que se va a escanear, comprendiendo la pluralidad de celdas de deriva un conjunto (3) de tubos de deriva (7) localizado encima de dicho volumen y otro conjunto (4) de tubos de deriva (8) localizado debajo de dicho volumen, teniendo cada conjunto de tubos de deriva al menos tres tubos de deriva configurados en una primera dirección y otros al menos tres tubos de deriva configurados en una segunda dirección, en el que dichas celdas de deriva comprenden celdas de deriva de aluminio o celdas de deriva de compuesto de carbono que tienen revestimientos conductores internos y en el que dichas celdas de deriva comprenden tubos de deriva de sección transversal circular o no circular, o celdas sin forma de tubo;
detectar con dichas celdas de deriva posiciones y direcciones de partículas cargadas producidas por rayos cósmicos entrantes y salientes y cualquier rayo gamma;
detectar selectivamente cualquier material presente dentro de dicho volumen a partir de una dispersión múltiple de dichas partículas cargadas que pasan a través de dicho volumen; y
detectar cualquier fuente radiactiva presente dentro de dicho volumen a partir de una detección de dichos rayos gamma.
12. El procedimiento de la reivindicación 11, en el que dichas celdas de deriva comprenden tubos de deriva sellados.
13. El procedimiento de la reivindicación 11, en el que disponer dicha pluralidad de celdas de deriva comprende además disponer dichos tubos de deriva de modo que cada conjunto de tubos de deriva tiene una primera capa de tubos de deriva configurada en una primera dirección, una segunda capa de tubos de deriva configurada a 45 grados de la primera capa de tubos de deriva, y una tercera capa de tubos de deriva configurada a 90 grados de la primera capa de tubos de deriva.
14. Un sistema de detección de partículas que comprende el sistema de monitorización de una de las reivindicaciones 1 a 10, en el que
un otro conjunto de tubos de deriva (7) de la pluralidad de detectores de partículas cargadas está localizado en un primer lado de un área de retención de objetos (5) para medir posiciones y direcciones de partículas cargadas incidentes hacia el área de retención de objetos;
un otro segundo conjunto de tubos de deriva (8) de la pluralidad de detectores de partículas cargadas está localizado en un segundo lado del área de retención de objetos opuesto al primer lado para medir posiciones y direcciones de partículas cargadas salientes que abandonan el área de retención de objetos;
comprendiendo además el sistema de detección de partículas:
una unidad de procesamiento de señales configurada para recibir datos de señales medidas de las partículas cargadas entrantes y señales medidas de las partículas cargadas salientes en el que la unidad de procesamiento de señales está configurada además para analizar una dispersión de las partículas cargadas en los materiales dentro del área de retención de objetos en base a las posiciones y direcciones entrantes y salientes medidas de unas partículas cargadas para obtener un perfil tomográfico o la distribución espacial de unos centros de dispersión dentro del área de retención de objetos,
en el que cada detector de partículas cargadas sensible a una posición está estructurado para detectar muones y rayos gamma producidos por rayos cósmicos.
15. El sistema según la reivindicación 14, en el que las celdas de deriva están adaptadas y dispuestas en unos lados circundantes del área de retención de objetos para formar una caja o estructura de cuatro lados.
16. El sistema según la reivindicación 14, en el que la unidad de procesamiento de señales está configurada para reconstruir una trayectoria de una partícula cargada a través del área de retención de objetos, medir un momento de una partícula cargada entrante en base a unas señales del primer conjunto de detectores de partículas cargadas sensibles a la posición, medir un momento de una partícula cargada saliente en base a unas señales del segundo conjunto de detectores de partículas cargadas sensibles a la posición, y obtener una distribución espacial de una densidad de dispersión del área de retención de objetos.
17. El sistema según la reivindicación 14 o 16, en el que la unidad de procesamiento de señales está configurada además para determinar una distribución espacial de la densidad de dispersión del área de retención de objetos; obtener datos de tomografía de partículas cargadas predeterminados correspondientes a unos ángulos de dispersión y un momento estimado de unas partículas cargadas que pasan a través del área de retención de objetos; proporcionar una distribución de probabilidad de dispersión de partículas cargadas para su uso en un algoritmo de maximización de expectativas en base a un modelo estadístico de dispersión múltiple; y determinar una estimación de probabilidad sustancialmente máxima de la densidad de dispersión del área de retención de objetos usando el algoritmo de maximización de expectativas.
18. El sistema según la reivindicación 14, en el que la unidad de procesamiento de señales incluye un mecanismo para usar la densidad de dispersión para identificar uno cualquiera o ambos de una presencia y un tipo de un objeto en el área de retención de objetos.
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