FR2726086A1

FR2726086A1 - Procede et appareil pour detecter des substances cachees, notamment des explosifs

Info

Publication number: FR2726086A1
Application number: FR9412620A
Authority: FR
Inventors: Colin Murray Bartle
Original assignee: Institute Of Geological And Nuclear Sciences Ltd
Current assignee: Institute Of Geological And Nuclear Sciences Ltd
Priority date: 1992-04-09
Filing date: 1994-10-21
Publication date: 1996-04-26
Also published as: US5479023A; GB2280264A; GB2280264B; NZ237767A; WO1993021546A1; AU3963293A; DE4391647T1; GB9420196D0

Abstract

Procédé et appareil pour détecter des substances cachées, notamment des explosifs, caractérisés en ce qu'ils consistent à irradier le conteneur par le rayonnement d'une source de neutrons rapides et de rayons gamma, à mesurer la grandeur de transmission de chaque espèce de rayonnement de la source à travers le conteneur, à analyser les mesures en se référant aux coefficients d'atténuation caractéristiques connus et aux propriétés de densité connues des substances, pour chaque espèce de rayonnement de la source, et à déterminer, à partir de l'atténuation des deux rayonnements transmis de la source de neutrons et de rayons gamma, la présence ou non de ces substances.

Description

l " Procédé et appareil pour détecter des substances cachées, notamment

des explosifs "

DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour détecter la présence d'un certain nombre de substances cachées dans un conteneur, comme par exemple des explosifs ou de la drogue cachés dans des bagages dans un aéroport.

Des explosifs sont parfois cachés dans des baga-

ges et dans des colis par des terroristes par exemple, et passés en fraude dans les aéroports malgré les efforts des douaniers. Souvent, ces dispositifs ne sont pas décelés du fait que le volume journalier de bagages et de marchandises

est tel que l'inspection manuelle de chaque article est pu-

rement et simplement impraticable.

La catastrophe de Lockerbie en 1988 a mis en lu-

mière le danger présenté par le Semtex, c'est à dire un ex-

plosif plastique qu'il est difficile de détecter par des moyens conventionnels, en particulier lorsqu'il est formé en feuilles minces. On pense que la bombe de Lockerbie ne contenait que 1/2 kg de Semtex qui était emballé dans un

poste de radio portatif.

La US Federal Aviation Administration (FAA) est à la recherche d'un moyen de détection des explosifs cachés,

et a établi des spécifications minimales pour un tel sys-

tème de détection. Un compromis doit être trouvé entre le

risque de ne pas détecter un explosif, et le retard et in-

terruption provoqués par l'inspection et les fausse alar-

mes, car alors que l'explosion d'un dispositif explosif dans un aéroport ou dans un avion est un événement rare, les retards et les interruptions sont des préoccupations quotidiennes.

CONTEXTE TECHNIQUE

La plupart des explosifs sont caractérisés par

une forte teneur en azote et en oxygène, et une faible te-

neur en carbone et en hydrogène. Ils présentent générale-

ment également une densité élevée. Compte tenu de cela, la FAA a commencé des tests de consolidation d'activation aux neutrons thermiques (TNA) en 1985. La TNA met en oeuvre

l'utilisation d'une source radioactive telle que du Cali-

fornium-252 qui émet des neutrons. Les neutrons sont ralen-

tis ou modérés dans des matériaux à forte teneur en hydrogène tels que le polyéthylène (les neutrons étant "thermalisés" à ce stade), puis sont ensuite absorbés par l'objet auquel on s'intéresse. L'absorption conduit à l'émission de rayons gamma qui sont caractéristiques des

éléments présents.

L'analyse de ces rayons donne une information sur

la teneur en azote de l'objet bombardé. Alors que les ex-

plosifs présentent de manière caractéristique une teneur en azote élevée, d'autres matériaux ont le même comportement, comme par exemple certaines matières plastiques, la soie et

le Nylon qui sont couramment contenus dans les bagages.

Malheureusement, les dispositifs de dépistage par TNA ne peuvent faire la distinction entre les matériaux explosifs et ces matériaux non explosifs, de sorte qu'on fait souvent

apparaître de fausses alarmes qui peuvent provoquer des re-

tards considérables. De plus, les dispositifs de dépistage par TNA nécessitent une source de neutrons très intense, de sorte que des mesures très sévères sont nécessaires pour protéger des radiations le personnel de l'aéroport et les passagers. La sensibilité de ces dispositifs est également

moins grande que souhaitable, mais son amélioration augmen-

terait l'apparition des fausses alarmes. De plus, les dis- positifs de dépistage par TNA sont environ de la taille

d'une petite voiture, peuvent peser de l'ordre de 10 ton-

nes, et coûtent environ 1 million de dollars chacun. En ou-

tre, on a suggéré qu'il faudrait entre 300 et 700 de ces

unités pour répondre aux demandes des grands aéroports in-

ternationaux aux Etats Unis, ce qui représente un coût de 500 millions de dollars pour les machines, plus les coûts de logement et de fonctionnement qui s'élèvent à au moins

92 millions de dollars par an.

Des machines à rayons X à double faisceau sont un domaine en cours d'essais. Ces machines peuvent détecter des matériaux organiques tels que des explosifs au moyen d'un faisceau, et des matériaux inorganiques tels que des

métaux au moyen de l'autre faisceau.

Des renifleurs de vapeur manuels sont également

en cours d'essais. Ces appareils aspirent de l'air et iden-

tifient les molécules en termes de leur pression de vapeur, de leur poids atomique et de leur solubilité liquide, par

des moyens chromatographiques.

Cependant, des explosifs de plastiques tels que le Semtex ont une pression de vapeur plus faible que le TNT, de sorte qu'ils peuvent être difficiles à détecter par

les moyens ci-dessus.

La tomographie informatisée ou le balayage TV

couramment utilisés dans le diagnostic médical et la re-

cherche médicale, ont été appliqués au problème en effec-

tuant un balayage de la densité et de la masse totale d'un

objet, et en indiquant son nombre atomique et sa composi-

tion. Cependant, comme le Dr. Grodzin du MIT l'expliquait dans un congrès international (International Conference on Accelerators in Industry and Research, Denton Texas, 5-9 Novembre 1990): "Plus d'une douzaine de techniques à base nucléaire ont été proposées pour inspecter rapidement les bagages d'un aéroport afin de trouver des explosifs cachés en mesurant leurs répartitions en éléments. Dans presque tous les cas, le problème technologique est l'accélérateur qui doit produire ces faisceaux intenses de neutrons et de photons... dans un environnement d'aéroport, et peut être

même dans un hall d'aéroport".

DESCRIPTION DE L'INVENTION

Le but de l'invention est de créer un procédé et

un appareil perfectionnés ou du moins différents pour dé-

tecter des substances cachées comprenant en particulier des explosifs. Au sens large, l'invention concerne un procédé de détection de la présence d'un certain nombre de substances dans un conteneur, consistant à irradier le conteneur par le rayonnement d'une source de neutrons rapides et de

rayons gamma, à mesurer la grandeur de transmission de cha-

que espèce de rayonnement de la source à travers le conte-

neur, et à analyser les mesures en se référant aux coefficients d'atténuation caractéristiques connus et aux propriétés de densité connues des substances pour chaque

espèce de rayonnement de la source.

L'invention concerne également un appareil de dé-

tection de la présence d'un certain nombre de substances dans un conteneur, comprenant des moyens pour irradier le

conteneur par le rayonnement d'une source de neutrons rapi-

des et de rayons gamma, des moyens pour mesurer la grandeur de transmission de chaque espèce de rayonnement à travers le conteneur, et des moyens pour analyser les mesures en se référant aux coefficients d'atténuation caractéristiques connus et aux propriétés de densité connues des substances

pour chaque espèce de rayonnement de la source.

Dans la description qui suit et dans les revendi-

cations, le terme de "conteneur" comprend les valises, les sacs, les paquets, les boîtes, les colis, les conteneurs de marchandises et conteneurs de n'importe quels types, pour transporter des bagages, des marchandises ou analogues, et en particulier les "conteneurs" qui sont transportés dans

les aéroports, les gares et les ports, les centres de dis-

tribution postaux et analogues.

De plus, dans la présente description, le terme

de "substance" est destiné à comprendre toute substance dont on veut détecter la présence dans un conteneur, mais

le procédé et le dispositif de la présente invention ne se-

ront décrits que dans le cas de la détection d'explosifs ou

de drogues.

De préférence, les rayonnements de neutrons rapi-

des et de rayons gamma sont émis essentiellement simultané-

ment et présentent des temps de trajet différents jusqu'aux

détecteurs, o des réponses différentes dans les détec-

teurs, de sorte qu'on peut facilement les distinguer.

De préférence, le rayonnement de la source est obtenu à partir d'une source d'isotopes radioactifs tels que 252Cf ou Am-Be, éventuellement au moyen d'un système

d'accélérateur de particules/cible.

De préférence, le dispositif de la présente in-

vention comporte des moyens pour transporter un certain nombre de conteneurs entre les moyens d'irradiation et les

moyens de mesure de transmission.

De préférence, les mesures de transmission sont analysées par un processeur de données et les résultats

sont affichés sur un moniteur.

De préférence, les mesures de transmission sont

combinées aux données collectées par un équipement de me-

sure par activation de neutrons thermiques (TNA), et/ou par un équipement de mesure à rayons X. De préférence, le dispositif comporte un système d'alarme qui est déclenché lorsque l'une des substances est détectée. Lorsque la substance à détecter est une substance explosive, on peut effectuer une analyse ou une détection

qualitative sur la base du fait que les substances explosi-

ves présentent de manière caractéristique une forte teneur en azote et en oxygène, mais une faible teneur en carbone et en hydrogène. Il n'est pas nécessaire de connaître l'épaisseur ou la quantité de la substance explosive, de

sorte que des feuilles de Semtex ne sont pas plus diffici-

les à détecter que des bâtons ou des morceaux de Semtex.

De préférence, les rayonnements de neutrons rapi-

des et de rayons gamma sont transmis simultanément à tra-

vers le conteneur et les réductions d'intensité des deux

rayonnements sont analysées ensemble pour donner une infor-

mation sur l'épaisseur du matériau et sur les coefficients d'atténuation de masse. On se référera au procédé appelé "NEUGAT" (marque de fabrique) (c'est à dire transmission de neutrons/gamma). De préférence, on utilise un ordinateur pour afficher cette information graphiquement, par exemple en traçant la caractéristique de la composition explosive en fonction de la densité, de manière à pouvoir agir si une

substance telle qu'une substance explosive est détectée.

Chaque balayage peut être analysé sous la forme d'une com-

binaison d'un matériau explosif hypothétique et d'un maté-

riau non explosif, ou d'un matériau de drogue et d'un matériau n'étant pas de la drogue. Cela est possible car,

en moyenne, la densité du contenu d'une valise est d'envi-

ron 0,2 g/cm3, tandis que les densités des substances ex-

plosives et des drogues sont typiquement d'environ 1,6

g/cm3 et d'environ 1,0 g/cm3 respectivement.

On peut également incorporer des techniques com-

plémentaires. Par exemple, on peut utiliser une tomographie par émission de positrons et un balayage à rayons X, en

plus de la technique nucléaire à neutrons.

Le rayonnement des neutrons et des rayons gamma peut être fourni par n'importe quelle source convenable comme par exemple une source d'un isotope radioactif tel

que 252Cf ou Am-Be, ou un système d'un accélérateur de par-

ticules nucléaires et d'une cible. Toutes les sources peu-

vent être convenablement maintenues dans les limites requises pour un fonctionnement dans un lieu public. On

prévoit également une précision suffisante lorsqu'on dé-

tecte des explosifs car les coefficients d'absorption des

neutrons ne varient que d'environ 20 %.

La description de brevet néo-zélandais 213777/

214666 décrit un procédé et un appareil pour analyser quan-

titativement un mélange de deux ou plusieurs éléments, tels

que de la viande et de la graisse, en utilisant une techno-

logie de balayage de transmission de neutrons/rayons gamma.

La description de ce brevet doit être considérée comme in-

corporée par référence dans la description de la présente

invention.

Selon cette description du brevet néo-zélandais

213777/214666, pour obtenir une analyse quantitative d'un

système à n éléments, il faut au moins n espèces de rayon-

nement qu'on peut distinguer, et une analyse mathématique

est effectuée en résolvant les n équations simultanées dé-

crivant l'amplitude de transmission de chaque espèce de rayonnement, pour trouver la fraction en poids de chaque

élément. Cela est décrit plus en détails ci-après.

On fait passer le rayonnement à travers l'objet à mesurer et les intensités de rayonnement transmises sont

mesurées simultanément par un détecteur ou un réseau de dé-

tecteurs convenables qu'on branche à un appareil de mesure

et de calcul électronique. Dans un système à plusieurs cou-

ches, une analyse plus complexe peut être effectuée en con-

sidérant la longueur de matériau connue à travers laquelle passe le rayonnement, et les densités des composants en couches, de manière à pouvoir mesurer les profondeurs de

chaque couche.

Chaque élément composant le mélange de l'objet présente un coefficient d'atténuation de masse connu diffé- rent pour chaque espèce de rayonnement de la source. Les intensités atténuées (taux de comptage) des neutrons et des rayons gamma, doivent également être mesurées lorsqu'il n'y

a pas d'objet dans le faisceau, pour tenir compte du rayon-

nement de l'arrière-plan.

Lorsqu'il y a un objet dans le faisceau, les in-

tensités des neutrons et des rayons gamma reçues par le dé-

tecteur ou les détecteurs, peuvent être décrites en termes d'un système à deux composantes, par exemple de la manière suivante: In = Ino exp [-(unaMa + UnbMb)] (A) Iy = Iyo exp [-(uy aMa + uyb Mb)] (B) o In et I sont les taux de comptage des neutrons et des rayons gamma après passage à travers l'objet; Ino et Iyo sont leurs taux de comptage non atténués; Lna, gnb, ga et 9b sont les coefficients d'atténuation de masse des neutrons et des rayons gamma des composantes a et b, pour le rayonnement de source utilisé; et Ma, Mb sont les

épaisseurs de masse (masse par unité de surface du fais-

ceau) des composantes a et b.

La résolution de ces deux équations simultanées

(A et B) doit donner les valeurs de Ma et Mb, et la frac-

tion de poids de la composante a par exemple, est alors

simplement Ma/(Ma + Mb).

On remarquera qu'il n'est pas nécessaire de con-

naître l'épaisseur de l'objet pour effectuer ce calcul sim-

ple. De plus, la mesure peut être intégrée sur le volume de

l'objet détecté par le détecteur ou le réseau de détec-

teurs, de manière à obtenir la fraction de poids totale

pour ce volume.

DESCRIPTION DES DESSINS

La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un mode de réalisation représenté sur les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente la forme préférée d'un appareil de

détection de la présence de substances telles que des ex-

plosifs ou de la drogue dans des valises, des sacs de

voyage et autres conteneurs de bagages qui passent sou-

vent par les postes de douane des aéroports; - la figure 2 est une vue en coupe transversale de la forme préférée de l'appareil de la figure 1; les figures 3 et 4 représentent le spectre des temps de parcours dans le moniteur et les détecteurs de la forme préférée de l'appareil selon l'invention;

- la figure 5 est une représentation graphique de la pulsa-

tion du rayonnement au moyen d'un accélérateur pulsé; - la figure 6a représente la composition calculée exprimée en pourcentage de poids (% en poids) W, en fonction de la densité RHO, et montre une ligne opérationnelle appelée ligne "NEUGAT" qui doit en général être une courbe; - la figure 6b est analogue à la figure 6a mais représente une séparation hypothétique de signaux d'explosifs, de

drogues, et de vêtements, sur la base desquels un doua-

nier peut décider si une valise doit être ou non fouillée manuellement; et - la figure 7 est une représentation graphique analogue à celle de la figure 6, sauf que le taux de comptage de rayons gamma pour l'azote, est représenté en supplément

au moyen d'un troisième axe.

L'appareil 1 de la forme préférée représentée sur

les figures 1 et 2, comporte un bloc de détection 5 à tra-

vers lequel on peut faire passer des valises, des sacs de voyage et autres conteneurs 10, au moyen d'un convoyeur 15

placé dans un aéroport, une gare, un port ou analogues.

Le bloc de détection 5 loge des moyens pour irra-

dier simultanément par un rayonnement de neutrons rapides

et de rayons gamma, un conteneur 10 se trouvant à l'inté-

rieur du bloc de détection 5. Des sources 6 de neutrons ra-

pides et de rayons gamma sont entourées par un écran anti- radiations à l'intérieur du bloc de détection 5. Un certain nombre de détecteurs 5 sont placés au-dessous du convoyeur transportant des conteneurs tels que des bagages, comme

représenté. Les détecteurs 7 sont supportés par un équipe-

ment de détection 20 comprenant des photomultiplicateurs

21. Les détecteurs et l'équipement de détection 20 permet-

tent de détecter chaque espèce de rayonnement après trans-

mission de celle-ci à travers le conteneur 10 en cours d'analyse. L'équipement de détection 20 est convenablement placé au-dessous du bloc de détection 5, et les conteneurs

passent un par un à travers le bloc de détection 5, en-

tre les moyens d'irradiation et les détecteurs.

Une installation de traitement de données telle qu'un ordinateur 25 est branchée au bloc de détection 5 de façon que les données collectées par les détecteurs de

l'équipement de détection 20, soient traitées par l'ordina-

teur 25 et affichées par un moniteur 30 sous une forme qui puisse être facilement interprétée par un opérateur placé

devant le bloc de détection 5. Si l'opérateur ayant consi-

déré l'information affichée par le moniteur 30, suspecte que la valise ou autre conteneur 10 contient une substance explosive, cet opérateur stoppe simplement le convoyeur 15

et prend toutes les mesures nécessaires.

L'utilisation de l'appareil 1 évite le retard et l'interruption provoqués par la fouille manuelle de tous

les conteneurs ou de certains conteneurs sélectionnés.

L'appareil 1 peut être complètement automatisé de façon

qu'un opérateur soit alerté lorsque l'ordinateur 25, pro-

grammé par un logiciel approprié, reconnaît une substance

telle qu'un explosif dans une valise ou autre conteneur 10.

Le bloc de détection 5 contient des détecteurs à scintillation au NaI (T1) [iodure de sodium] ou B90

[germanate de bismuth].

L'équipement de détection 20 peut convenablement comprendre par exemple un certain nombre de scintillateurs liquides de Nuclear Enterprises NE213, ou de scintillateurs

liquides de Bicron BC 501 (scintillateur organique utili-

sant un rebondissement de protons et une discrimination de forme d'impulsion), dans une cellule de 15 cm de diamètre

et 15 cm d'épaisseur couplée à des tubes de photomultipli-

cateurs Philips XP2041 ou RCA 8854. On peut utiliser un équipement de mesure électronique standard. Un tel système

est utilisé en association avec une source de Am-Be d'envi-

ron 10 curie ou une source de 25 gg de Californium-252.

Les spectres des temps de parcours dans le moni-

teur 30 et les détecteurs, sont représentés sur les figures

3 et 4 des dessins.

L'appareil de la forme préférée de la présente

invention fonctionne par balayage du conteneur par des neu-

trons rapides et des rayons gamma pour mesurer les proprié-

tés de transmission, tout en mesurant simultanément les caractéristiques en rayons gamma à partir de la capture des neutrons sur l'azote, et en combinant l'information sur la masse et le volume du conteneur. De cette manière, on peut identifier les zones du balayage qui sont caractéristiques

de substances explosives.

On utilise des flux de neutrons plus lents compa-

rativement aux machines actuelles uniquement basées sur la

réaction 14N(n,y)15N. Cela facilite le problème de l'utili-

sation de sources de rayonnement intenses dans un environ-

nement d'aéroport. La force de la source utilisée doit être

d'environ 1 % de celles actuellement utilisées.

Une caractéristique importante du dispositif 1

est qu'il mesure une quantité clef WR ou W (décrite ci-

après) qui est indépendante de l'épaisseur du matériau à

l'intérieur du conteneur en cours de balayage.

Du Am-Be ou du 252-Cf ou un accélérateur pulsé conviennent pour une utilisation en sources de rayonnement, mais d'autres matériaux radioactifs connus des spécialistes de la question peuvent être utilisés. L'accélérateur pulsé met en oeuvre un faisceau de deuteron énergétique (par

exemple 2 MeV) tombant par exemple sur une cible de deute-

rium gazeux, une cible de tritium gazeux, une cible de Bé-

ryllium ou de Lithium produisant respectivement les réactions 2H(d,n)3He; 3H(d,n)4He; 9Be(d,n)10B; 7Li(d,n)8Be, qui sont toutes des réactions produisant des neutrons.

Le faisceau pulsé permet la séparation des arri-

vées de neutrons et de rayons gamma au cours du temps, car les neutrons mettent plus de temps que les rayons gamma pour arriver aux détecteurs. Le faisceau peut être pulsé comme illustré sur la figure 5 dans laquelle la séparation

des impulsions est d'environ 250 ns.

Pendant les courtes périodes d'impulsions, on dé-

tecte les neutrons rapides et les rayons gamma. Pendant la période de 100 Us, on détecte les rayons gamma provenant de la thermalisation des neutrons et de la capture par 14N. La

détection pendant la période de 100 us minimise les inter-

férences avec le faisceau de deuterons direct qui est coupé

pendant cette période.

Détection des drogues et des explosifs Plusieurs variantes sont possibles: Equations: Transmission des neutrons à travers le conteneur, In/Ino = exp - [gnlm1+gn2m2] (1)

Transmission des rayons gamma à travers le conte-

neur, Iy /Iyo = exp - [Wylml + iy2m2] (2) Epaisseur du contenu s'il s'agit d'un explosif pur, X) / Gi'expPexp) (3) Densité du contenu du conteneur s'il s'agit d'un explosif pur, ml + m2

RHO = (4)

x "Facteur" de contenu W = W mi (5) mi + m2 Les données collectées peuvent être représentées

graphiquement comme indiqué sur les figures 6a et 6b.

Les objets sont balayés et les mesures sont ef-

* fectuées moment par moment. Chaque mesure met en oeuvre ce qui suit: Les résultats de l'analyse des transmissions des neutrons et des rayons gamma telles qu'elles sont comptées dans le détecteur, sont représentés dans une zone en deux dimensions (ou plus) appelée plan W- RHO, qui est définie

par le logiciel. Ce plan présente certaines caractéristi-

ques mathématiques qui seront maintenant décrites.

Un mélange de deux matériaux classiques (qui peu-

vent être fictifs) est caractérisé par certains coeffi-

cients d'atténuation de masse. Les mesures en temps réel de ce mélange peuvent être représentées comme suit: La composition est calculée par l'équation 5 (généralement exprimée en pourcentage de poids (% en poids), W) en multipliant le résultat de l'équation 5 par 100. Ces valeurs de pourcentages définissent les valeurs Y dans le plan W-RHO. Les valeurs X sont calculées à partir de la quantité donnée par l'équation 4 dans laquelle x est

l'épaisseur effective pour la mesure particulière. L'épais-

seur effective est déterminée à partir de l'atténuation de la composante de rayons gamma seule. L'expression: in (I o/Iy) =L71 lMl +AY2 M2 (6) est utilisée pour estimer la quantité de matériau dans le faisceau. Une valeur du pourcentage de poids est une "valeur de travail" qui est adoptée uniquement dans le but du calcul d'épaisseur. Les masses par unité de surface des deux composantes sont indiquées ici par Ml et M2 (grandes lettres) pour les distinguer des estimations NEUGAT m1 et

m2 déduites des équations 1 et 2.

Maintenant, % en poids W = (Ml/(Ml+M2))*100 (7)

et les équations 6 et 7 peuvent être utilisées pour résou-

dre Ml et M2. L'épaisseur effective, x, peut être calculée par l'équation: x = (Ml/rhol) + (M2/rho2) (8) Dans laquelle rhol est la densité du matériau 1 pur, et rho2 est la densité du matériau 2 pur. C'est cette

valeur (x) qui est substituée dans l'équation 4 et qui dé-

finit l'axe X du plan W-RHO.

Une ligne opérationnelle peut être définie sur le plan W-RHO, mais cette ligne ne sert que lorsqu'on analyse les matériaux "standard" 1 et 2. Cette ligne opérationnelle est appelée "ligne NEUGAT" et est analogue à la ligne de charge utilisée pour représenter la plage de valeurs qui

peuvent être prises en compte par des dispositifs électro-

niques tels que des amplificateurs. En général, la ligne doit être une courbe définie par l'équation: (rhol)(rho2) 1 rhol W =100 (rho2 - rhol) RHO (rho2 - rhol) (9) Les points d'extrémités pour les mesures NEUGAT sont les suivants: Lorsque RHO = rhol, alors W = 100 (10) Lorsque RHO = rho2, alors W = O (11)

La ligne NEUGAT est représentée sur la figure 6a.

La zone o se trouvent les données pour un échantillon constitué de 30 % en poids du matériau 1 (ml) est également indiquée sur cette figure. Si l'on analyse des mélanges des matériaux "standard" 1 et 2, les données doivent tomber

dans un groupe correspondant à un certain mélange se trou-

vant quelque part le long de la ligne NEUGAT.

Les épaisseurs de matériau dans le faisceau peu-

vent varier considérablement, de sorte que des corrections

en temps réel sont de préférence effectuées sur les coeffi-

cients d'atténuation de masse pour chaque mesure, dans une

séquence basée sur l'épaisseur effective pour cette mesure.

Par exemple: (i) L'épaisseur effective du matériau est estimée par

l'équation 8.

(ii) La valeur d'épaisseur effective est utilisée pour corriger les coefficients d'atténuation de masse sur la base d'un algorithme prédéterminé (généralement les coefficients diminuent quadratiquement lorsque

l'épaisseur augmente).

(iii) Les valeurs de ml et m2 sont estimées en utilisant NEUGAT (équations 1 et 2).

(iv) La composition W est déterminée en utilisant l'équa-

tion 5 et s'exprime en pourcentage de poids.

(v) Les résultats de (i) et (iii) sont utilisés pour dé-

terminer RHO.

(vi) On peut calculer la précision des mesures de W et RHO en utilisant une analyse statistique standard telle

que celle décrite par Tominaga et Cie. dans Interna-

tional Journal of Applied Radiation and Isotopes, 34,

429 (1983).

La procédure pour effectuer des mesures en temps

réel de mélanges des matériaux "standard" 1 et 2 en utili-

sant NEUGAT seule, a ainsi été décrite jusqu'ici. Cepen-

dant, l'importance du plan W-RHO devient apparente

lorsqu'on utilise des mélanges différents.

La procédure qui doit maintenant être décrite permet d'effectuer etd'interpréter des mesures en temps

réel de mélanges de n'importe quelle combinaison chimique.

Toute combinaison chimique doit présenter une réponse grou-

pée quelque part sur le plan défini W-RHO, mais qui évidem-

ment n'est plus limitée maintenant à la ligne NEUGAT car celle-ci n'était définie que pour les matériaux "standard"

1 et 2.

La réponse NEUGAT est unique pour chaque produit

chimique de sorte qu'on peut la considérer en termes de si-

gnature ou d'empreinte digitale. Des produits chimiques analogues donnent des réponses analogues et, en fait, la distance entre les valeurs (x, y) pour chaque groupement de produits chimiques est une mesure du degré de similitude de certains produits chimiques. Les explosifs et les drogues ont des réponses caractéristiques et, par conséquent, des signatures distinctes qui permettent leur détection par le procédé et le dispositif selon la présente invention. Par exemple, les explosifs ont de manière caractéristique des densités élevées d'azote et d'hydrogène, tandis que les drogues, en ayant des densités plus faibles, présentent gé-

néralement des concentrations d'hydrogène élevées. L'expé-

rimentation doit faire apparaître les zones du plan W-RHO qui caractérisent d'autres groupes de composés chimiquement

analogues tels que des matériaux interdits.

Certaines zones du plan W-RHiO peuvent se recou-

vrir, de sorte que, pour permettre des déterminations pré-

cises, le plan W-RHO peut être étendu à trois dimensions ou plus, en introduisant d'autres contraintes telles que par

exemple l'activation des neutrons.

La figure 6b représente une séparation possible des explosifs, des drogues et des vêtements en utilisant l'approche NEUGAT du plan W-RHO, et la figure 7 représente une extension à trois dimensions en incluant les données d'activation des neutrons. On peut, si nécessaire, utiliser quatre dimensions ou plus si un certain nombre de procédés

complémentaires sont amenés à reposer sur le problème.

La présence de l'azote peut être surveillée en

plus de la transmission des neutrons/rayons gamma, en uti-

lisant la réaction14N (n, y) 15N. Cela est illustré graphi-

quement par la figure 7. CR représente le taux de comptage des rayons gamma pour l'azote, et: In = neutrons transmis; IY = rayons gamma transmis Ino = neutrons incidents; Iyo = rayons gamma incidents; 11 = coefficient d'atténuation de masse pour le matériau de référence 1 (neutrons); 2 = coefficient d'atténuation de masse pour le matériau de référence 2 (neutrons); m1 = densité de surface du matériau de référence 1; m2 = densité de surface du matériau de référence 2; i = coefficient d'atténuation de masse pour le matériau de référence 1 (rayons gamma); J42 = coefficient d'atténuation de masse pour le matériau de référence 2 (rayons gamma); RHO = densité; rhol = densité du matériau de référence 1; rho2 = densité du matériau de référence 2; gexp = coefficient d'atténuation de masse pour un explosif pur (rayons gamma);

Oexp = densité de l'explosif.

On choisit les matériaux de référence de façon que des matériaux tels que des explosifs ou des drogues soient convenablement dépeints. Les matériaux de référence, qui peuvent être hypothétiques, sont spécifiés par le choix des coefficients d'atténuation de masse Min, I2n, Miy et 12y-

Les positions des "points d'apparition de ba-

layage" dépendent des "quantités relatives des matériaux de référence présents. En réalité, on peut trouver d'autres matériaux présentant des coefficients d'atténuation de masse différents, mais des matériaux particuliers doivent

être groupés dans des zones définies des graphiques d'appa-

rition de balayage.

On a décrit ci-dessus un procédé et un dispositif

préférés de mise en oeuvre de la présente invention. Cepen-

dant, des variantes et modifications, telles qu'elles appa-

raîtront à l'évidence à un spécialiste de la question, doivent être comprises dans le cadre de l'invention telle

qu'elle est définie par les revendications qui suivent.

Claims

R E V E N D I C A T I 0 N S

1. Procédé de détection de la présence d'un cer-

tain nombre de substances dans un conteneur, procédé carac-

térisé en ce qu'il consiste à irradier le conteneur par le rayonnement d'une source de neutrons rapides et des rayons

gamma, à mesurer la grandeur de transmission de chaque es-

pèce de rayonnement de la source à travers le conteneur, à

analyser les mesures en se référant aux coefficients d'at-

ténuation caractéristiques connus et aux propriétés de den-

sité connues des substances pour chaque espèce de rayonnement de la source, et à déterminer, à partir de l'atténuation des deux rayonnements transmis de la source de neutrons et de rayons gamma, la présence ou non de ces substances.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé

en ce que le conteneur est irradié essentiellement simulta-

nément par les neutrons rapides et les rayons gamma.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, carac-

térisé en ce que les rayonnements des neutrons rapides et des rayons gamma de la source, présentent des fréquences

différentes de sorte qu'on peut les distinguer facilement.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions précédentes, caractérisé en ce que la source de

rayonnement est une source d'un isotope radioactif.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la source radioactive est du Californium-252 ou

de l'Américium-Béryllium.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à ef-

fectuer séquentiellement l'irradiation, la mesure et

l'analyse concernant un certain nombre de conteneurs.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions précédentes, caractérisé en ce que des mesures par activation de neutrons thermiques et/ou par rayons X, sont effectuées en plus des mesures de transmission des neutrons

et des rayons gamma, afin de faciliter l'analyse.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions précédentes, caractérisé en ce que les mesures de transmission sont analysées par des moyens de traitement de

données et en ce que les résultats sont affichés.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions précédentes, caractérisé en ce qu'une alarme est dé-

clenchée lorsque l'une au moins des substances est

détectée.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions précédentes, caractérisé en ce que les substances

sont des drogues et/ou des explosifs.

11. Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions précédentes, caractérisé en ce que le conteneur est

une valise, un sac ou un colis.

12. Appareil de détection de la présence d'un certain nombre de substances dans un conteneur, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour irradier le conteneur par le rayonnement d'une source de neutrons rapides et de

rayons gamma, des moyens pour mesurer la grandeur de trans-

mission de chaque espèce de rayonnement à travers le conte-

neur, et des moyens pour analyser les mesures en se référant aux coefficients d'atténuation caractéristiques connus et aux propriétés de densité connues des substances

pour chaque espèce de rayonnement de la source, et pour dé-

terminer, à partir de l'atténuation des deux rayonnements transmis de la source de neutrons et de rayons gamma, la

présence ou l'absence de ces substances.

13. Appareil selon la revendication 12, caracté-

risé en ce que les moyens d'irradiation émettent essentiel-

lement simultanément le rayonnement de la source de

neutrons rapides et de rayons gamma.

14. Appareil selon la revendication 12 ou 13, ca-

ractérisé en ce que les moyens d'irradiation émettent des neutrons et des rayons gamma qui présentent des temps de

parcours différents ou des réponses de détecteur différen-

tes, de sorte qu'on peut les distinguer facilement.

15. Appareil selon l'une quelconque des revendi-

cations 12 ou 14, caractérisé en ce que la source de rayon-

nement est une source radioactive.

16. Appareil selon la revendication 15, caracté-

risé en ce que la source radioactive est du Californium-252

ou de l'Américium-Béryllium.

17. Appareil selon l'une quelconque des revendi-

cations 12 à 16, caractérisé en ce que les moyens d'irra-

diation et les moyens de mesure de transmission sont logés

dans un bloc de détection.

18. Appareil selon l'une quelconque des revendi-

cations 12 à 17, caractérisé en ce qu'il comprend des

moyens qui transportent un certain nombre de conteneurs en-

tre les moyens d'irradiation et les moyens de mesure de transmission.

19. Appareil selon l'une quelconque des revendi-

cations 12 à 18, caractérisé en ce que les moyens d'analyse

sont constitués par un processeur de données.

20. Appareil selon la revendication 19, caracté-

risé en ce que le processeur de données comporte un moni-

teur pour afficher les résultats de l'analyse.

21. Appareil selon l'une quelconque des revendi-

cations 12 à 20, caractérisé en ce qu'il comprend en outre

des moyens pour mesurer l'activation des neutrons thermi-

ques des substances se trouvant dans le conteneur, et/ou

des moyens de mesure par rayons X, afin de faciliter l'ana-

lyse.

22. Appareil selon l'une quelconque des revendi-

cations 12 à 21, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un système d'alarme qui est déclenché lorsque l'une au

moins des substances est détectée.

23. Appareil selon l'une quelconque des revendi-

cations 12 à 22, caractérisé en ce qu'il permet de détecter la présence de drogues et/ou d'explosifs dans des valises,

des sacs et des colis.