FR2901660A1 - Dispositif, procede et systeme de discrimination de materiau par rayons x. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif, procédé et système de discrimination de matériau par rayons X.Le système de discrimination de matériau est caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif (400) destiné à générer de manière alternée des rayonnements X ayant des niveaux d'énergie différents,un moyen (605) de commande de synchronisation destiné à générer un signal (600) de commande de synchronisation,un moyen (603) de détection destiné à détecter des rayonnements X, après que le premier rayonnement X et le second rayonnement X (606) générés par le dispositif (400) interagissent avec l'objet inspecté (602), sur la base du signal de commande de synchronisation généré par le moyen de commande de synchronisation pour générer des signaux numériques, etun moyen (604) de traitement d'image et de discrimination de matériau destiné à classer les signaux numériques pour l'objet inspecté (602) grâce à une courbe d'étalonnage prédéfinie afin de discriminer le matériau de l'objet inspecté.
Description
rend la sensibilité du procédé à deux énergies faible pour distinguer des
numéros atomiques dans la plage des hautes énergies. Donc, l'exigence de la précision de détection du système est très élevée. Le brevet des Etats-Unis N 6 069 936 et la demande internationale WO 0 043 760 décrivent tous deux qu'une source de rayons X à une seule haute énergie est employée et deux faisceaux de rayons X ayant des spectres d'énergie différents sont obtenus par le biais de l'absorption d'un matériau spécifique. Cependant, comme un seul rayon X à haute énergie ne génère qu'un spectre d'énergie d'origine, les spectres d'énergie de deux faisceaux de rayonnement obtenus par le biais de l'absorption d'un matériau spécifique deviendront presque les mêmes après que les deux faisceaux de rayonnement, ayant des spectres d'énergie différents, traversent l'objet inspecté de grande épaisseur de masse et s'atténuent en conséquence. A ce moment, il est impossible de distinguer les numéros atomiques effectifs de la substance. Si deux faisceaux de rayons X à haute énergie, ayant des niveaux d'énergie et des spectres d'origine différents sont générés respectivement en utilisant deux sources de rayonnement pour identifier un matériau, le système sera trop complexe et coûteux. En conséquence, il a été considéré comme ne pouvant pas être réalisé dans la pratique de mettre en oeuvre une inspection et une discrimination de matériaux d'objets de grande taille par le biais du procédé à deux énergies dans la plage des hautes énergies. C'est au vu du problème ci-dessus avec la technique antérieure que la présente 2 0 invention est proposée. C'est un but de la présente invention de procurer un accélérateur linéaire d'électrons destiné à générer des rayons X ayant des niveaux d'énergie différents et un procédé correspondant, de même qu'un système de discrimination de matériau qui puisse alternativement générer des faisceaux d'électrons ayant des spectres d'énergie différents, dont des niveaux d'énergie sont distincts les uns des autres, et générer en 25 alternance des rayons X ayant des spectres d'énergie différents grâce à l'utilisation d'un ciblage de faisceau d'électrons. En amenant des rayons X présentant deux niveaux d'énergie à interagir avec la substance, il est possible d'inspecter de manière non destructive des objets de grande taille et de taille moyenne et d'identifier le matériau contenu. 3 0 Conformément à un premier aspect de la présente invention, il est proposé un dispositif destiné à générer alternativement des rayons X ayant des niveaux d'énergie différents comprenant : un moyen de modulation d'impulsions destiné à générer une première tension impulsionnelle, une seconde tension impulsionnelle, une troisième tension impulsionnelle et une quatrième tension impulsionnelle, un moyen de génération 35 de faisceau d'électrons destiné à générer un premier faisceau d'électrons ayant une première charge de faisceau et un second faisceau d'électrons ayant une seconde charge de faisceau, respectivement, sur la base de la première tension impulsionnelle et de la seconde tension impulsionnelle, un moyen de génération d'ondes hyperfréquences ou micro-onde destiné à générer une première onde hyperfréquence ou micro-onde ayant une première puissance et une seconde onde hyperfréquence ou micro-onde ayant une seconde puissance, respectivement, sur la base de la troisième tension impulsionnelle et de la quatrième tension impulsionnelle, un moyen d'accélération de faisceau d'électrons destiné à accélérer le premier faisceau d'électrons et le second faisceau d'électrons respectivement en utilisant la première onde hyperfréquence ou micro-onde et la seconde onde hyperfréquence micro-onde pour obtenir le premier faisceau d'électrons accélérés et le second faisceau d'électrons accélérés, et une cible devant être frappée par le premier faisceau d'électrons accélérés et le second faisceau d'électrons accélérés pour générer un premier rayonnement X et un second rayonnement X ayant des niveaux d'énergie différents.
Conformément à un mode de réalisation de la présente invention, le moyen de génération de faisceau d'électrons comprend un canon à électrons commandé par grille, et le moyen de modulation d'impulsions comprend une alimentation électrique dont les amplitudes d'impulsions de grille alternent. Conformément à un mode de réalisation de la présente invention, la première charge de faisceau est plus grande que la seconde charge de faisceau, et la première puissance est inférieure à la seconde puissance. Conformément à un mode de réalisation de la présente invention, la première charge de faisceau est inférieure à la seconde charge de faisceau, et la première puissance est supérieure à la seconde puissance.
Conformément à un mode de réalisation de la présente invention, le moyen de génération d'ondes hyperfréquences modifie alternativement l'intensité du champ magnétique en synchronisation avec la troisième tension impulsionnelle et la quatrième tension impulsionnelle pour générer la première onde hyperfréquence et la seconde onde hyperfréquence.
Conformément à un mode de réalisation de la présente invention, le moyen de génération d'ondes hyperfréquences est un magnétron ou un klystron. Conformément à un mode de réalisation de la présente invention, le moyen d'accélération de faisceau d'électrons est un tube d'accélération à ondes progressives ou un tube d'accélération à ondes stationnaires.
Conformément à un autre aspect de la présente invention, il est procuré un système de discrimination de matériau comprenant : le dispositif tel que décrit ci-dessus, un moyen de commande de synchronisation destiné à générer un signal de commande de synchronisation, un moyen de détection destiné à détecter des rayonnements X après que le premier rayonnement X et le second rayonnement X générés par le dispositif interagissent avec l'objet inspecté, sur la base du signal de commande de synchronisation généré par le moyen de commande de synchronisation, pour générer des signaux numériques, et un moyen de traitement d'image et de discrimination de matériau destiné à classer les signaux numériques pour l'objet inspecté avec une courbe d'étalonnage prédéfinie pour discriminer le matériau de l'objet inspecté. Conformément à un autre aspect de la présente invention, il est procuré un dispositif destiné à générer alternativement des rayons X ayant des niveaux d'énergie différents comprenant : un moyen de modulation d'impulsions destiné à générer une première tension impulsionnelle et une seconde tension impulsionnelle, un moyen de génération de faisceau d'électrons destiné à générer un premier faisceau d'électrons ayant une première charge de faisceau et un second faisceau d'électrons ayant une seconde charge de faisceau, respectivement, sur la base de la première tension impulsionnelle et de la seconde tension impulsionnelle, un moyen de génération d'ondes hyperfréquences destiné à modifier l'intensité d'un champ magnétique en synchronisation avec la première tension impulsionnelle et la seconde tension impulsionnelle pour générer une première onde hyperfréquence ou micro-onde ayant une première puissance et une seconde onde hyperfréquence ou micro-onde ayant une seconde puissance, un moyen d'accélération de faisceau d'électrons destiné à accélérer le premier faisceau d'électrons et le second faisceau d'électrons respectivement en utilisant la première onde hyperfréquence ou micro-onde et la seconde onde hyperfréquence ou micro-onde pour obtenir le premier faisceau d'électrons et le second faisceau d'électrons et une cible devant être frappée par le premier faisceau d'électrons accélérés et le second faisceau d'électrons accélérés pour générer un premier rayonnement X et un second rayonnement X ayant des niveaux d'énergie différents. 3 0 Conformément à un mode de réalisation de la présente invention, le moyen de génération de faisceau d'électrons comprend un canon à électrons bipolaire et le moyen de modulation d'impulsions comprend deux modulateurs d'impulsions en tube à niveau constant de petite taille (par exemple du type écrêteurs à niveau constant) capables de générer des sorties de tension ayant des amplitudes différentes.
Conformément à un mode de réalisation de la présente invention, la première charge de faisceau est supérieure à la seconde charge de faisceau et la première puissance est plus petite que la seconde puissance. Conformément à un mode de réalisation de la présente invention, la première charge de faisceau est plus petite que la seconde charge de faisceau et la première puissance est supérieure à la seconde puissance. Conformément à un mode de réalisation de la présente invention, le moyen de génération d'ondes hyperfréquences ou micro-onde est un magnétron ou un klystron. Conformément à un mode de réalisation de la présente invention, le moyen d'accélération de faisceau d'électrons est un tube d'accélération à ondes progressives ou un tube d'accélération à ondes stationnaires. Conformément à un autre aspect de la présente invention, il est proposé un système de discrimination de matériau comprenant le dispositif ciûdessus, un moyen de commande de synchronisation destiné à générer un signal de commande de synchronisation, un moyen de détection destiné à détecter des rayonnements X après que le premier rayonnement X et le second rayonnement X générés par le dispositif ont interagi avec l'objet inspecté, sur la base du signal de commande de synchronisation généré par le moyen de commande de synchronisation pour générer des signaux numériques, et un moyen de traitement d'image et de discrimination de matériau destiné à 2 0 classer les signaux numériques pour l'objet inspecté avec une courbe d'étalonnage prédéfinie afin de discriminer le matériau de l'objet inspecté. Conformément à encore un autre aspect de la présente invention, il est procuré un procédé destiné à générer alternativement des rayons X ayant des niveaux d'énergie différents qui comprend les étapes consistant à : générer une première tension 25 impulsionnelle, une seconde tension impulsionnelle, une troisième tension impulsionnelle et une quatrième tension impulsionnelle, générer un premier faisceau d'électrons ayant une première charge de faisceau et un second faisceau d'électrons ayant une seconde charge de faisceau, respectivement, sur la base de la première tension impulsionnelle et de la seconde tension impulsionnelle, générer une première onde hyperfréquence ayant 3 0 une première puissance et une seconde onde hyperfréquence ayant une seconde puissance, respectivement, sur la base de la troisième tension impulsionnelle et de la quatrième tension impulsionnelle, accélérer le premier faisceau d'électrons et le second faisceau d'électrons en utilisant la première onde hyperfréquence et la seconde onde hyperfréquence pour obtenir le premier faisceau d'électrons accélérés et le second faisceau 35 d'électrons accélérés, et frapper une cible avec le premier faisceau d'électrons accélérés et le second faisceau d'électrons accélérés pour générer un premier rayonnement X et un second rayonnement X ayant des niveaux d'énergie différents. Conformément à encore un autre aspect de la présente invention, la première charge de faisceau est supérieure à la seconde charge de faisceau et la première puissance est inférieure à la seconde puissance. Conformément à encore un autre aspect de la présente invention, la première charge de faisceau est inférieure à la seconde charge de faisceau et la première puissance est supérieure à la seconde puissance. Conformément à encore un autre aspect de la présente invention, on fait varier de manière alternée l'intensité du champ magnétique en synchronisation avec la troisième tension impulsionnelle et la quatrième tension impulsionnelle pour générer la première onde hyperfréquence et la seconde onde hyperfréquence. Conformément à encore un autre aspect de la présente invention, un procédé destiné à générer de manière alternée des rayonnements X ayant des niveaux d'énergie différents, comprend les étapes consistant à générer une première tension impulsionnelle et une seconde tension impulsionnelle, générer un premier faisceau d'électrons ayant une première charge de faisceau et un second faisceau d'électrons ayant une seconde charge de faisceau, respectivement, sur la base de la première tension impulsionnelle et de la seconde tension impulsionnelle, faire varier l'intensité du champ magnétique en 2 0 synchronisation avec la première tension impulsionnelle et la seconde tension impulsionnelle pour générer une première onde hyperfréquence ayant une première puissance et une seconde onde hyperfréquence ayant une seconde puissance, accélérer les premier et second faisceaux d'électrons respectivement en utilisant la première onde hyperfréquence et la seconde onde hyperfréquence pour obtenir le premier faisceau 2 5 d'électrons accélérés et le second faisceau d'électrons accélérés, et frapper une cible avec le premier faisceau d'électrons accélérés et le second faisceau d'électrons accélérés pour générer un premier rayonnement X et un second rayonnement X ayant des niveaux d'énergie différents. Conformément à encore un autre aspect de la présente invention, la première 3 0 charge de faisceau est supérieure à la seconde charge de faisceau et la première puissance est inférieure à la seconde puissance. Conformément à encore un autre aspect de la présente invention, la première charge de faisceau est inférieure à la seconde charge de faisceau et la première puissance est supérieure à la seconde puissance.
En conséquence, les faisceaux d'électrons accélérés ayant des niveaux d'énergie différents peuvent être obtenus en faisant varier de manière synchrone l'intensité de charge de faisceau de l'accélérateur. Cependant, la différence de niveaux d'énergie entre deux faisceaux d'électrons accélérés peut être davantage élargie en faisant varier de manière synchrone la puissance d'ondes hyperfréquences appliquée en entrée au tube d'accélération. Les rayonnements X qui résultent du ciblage par les deux faisceaux d'électrons ayant des niveaux d'énergie différents présentent une grande différence de niveaux d'énergie, c'est-à-dire une grande distinction entre les spectres d'énergie des deux faisceaux de rayons X.
Avec la présente invention, en faisant varier les paramètres de préréglage appropriés pour faire varier les tensions impulsionnelles du canon à électrons et la puissance des ondes hyperfréquences, les faisceaux d'électrons ayant des niveaux d'énergie différents peuvent être obtenus et en conséquence les rayonnements X ayant des niveaux d'énergie différents. Cela ne nécessite aucun changement structurel de l'accélérateur et peut satisfaire les exigences de diverses applications. En outre, les rayonnements X à haute énergie générés en alternance présentant une grande différence d'énergie peuvent réaliser la discrimination de matériaux pour des objets de grande taille et de taille moyenne avec une précision plus grande. En outre, la présente invention réalise une commutation rapide entre deux niveaux d'énergie différents par le biais d'une configuration de circuit, en surmontant ainsi la limitation du commutateur d'énergie classique présentant une structure mécanique, c'est-à-dire que le commutateur mécanique a une difficulté pour réaliser une commutation rapide entre deux niveaux d'énergie différents et présente une courte durée de vie.
La figure 1A représente les caractéristiques d'émission d'électrons d'un canon à électrons, La figure 1B est un schéma simplifié d'une énergie d'électrons accélérés variant avec une charge de faisceau, La figure 1C est un schéma simplifié de l'énergie d'électrons accélérés variant la puissance de l'onde hyperfréquence appliquée en entrée, La figure 2 est un schéma simplifié de la relation de paramètres entre des systèmes principaux respectifs de l'accélérateur lors de la génération de manière alternée de rayonnements X ayant des niveaux d'énergie différents conformément à un mode de réalisation de la présente invention, La figure 3 est un schéma simplifié de la variation de l'énergie des électrons accélérés lorsque l'on fait varier simultanément la charge des faisceaux et la puissance des ondes hyperfréquences appliquées en entrée, La figure 4A est un schéma simplifié de structure de l'accélérateur linéaire d'électrons conforme à un mode de réalisation de la présente invention, La figure 4B est un schéma simplifié représentant un canon à électrons bipolaire qui est alimenté en puissance sur une base de la répartition par le temps par deux écrêteurs à niveau constant de petite taille, qui constituent le modulateur d'impulsions 401, tel que représenté sur la figure 4A, et fournissent en sortie différentes tensions, La figure 5 est un schéma simplifié de la différence de spectre d'énergie entre des rayonnements X ayant deux niveaux d'énergie différents, qui sont générés par l'accélérateur linéaire d'électrons conformément à un mode de réalisation de la présente invention, et La figure 6 est un schéma simplifié d'un système de discrimination qui exécute une inspection non destructive sur une cargaison de conteneurs et met en oeuvre une discrimination de matériau en utilisant l'accélérateur linéaire d'électrons de la présente invention. Ciûaprès, un mode de réalisation de la présente invention sera expliqué en détail en faisant référence aux dessins. 2 0 La figure 1A représente la caractéristique d'émission d'électrons d'un canon à électrons. La figure 1B est un schéma simplifié de la variation de l'énergie d'électrons accélérés avec la charge du faisceau. La figure 1C est un schéma simplifié de la variation de l'énergie d'électrons accélérés avec la puissance d'une onde hyperfréquence appliquée en entrée. La figure 2 est un schéma simplifié de la relation paramétrique entre les 25 systèmes principaux respectifs de l'accélérateur lors d'une génération en mode alterné de rayonnements X ayant des niveaux d'énergie différents conformément à un mode de réalisation de la présente invention. Comme indiqué sur la figure 1A, le canon à électrons à différentes capacités d'émission d'électrons sous des amplitudes de tension différentes. Le modulateur 3 0 d'impulsions destiné à attaquer le canon à électrons génère des tensions élevées ayant deux amplitudes différentes, ce qui amène le canon à électrons à émettre des faisceaux d'électrons ayant des intensités de courants différentes, c'est-à-dire que les faisceaux d'électrons obtenus présentent des charges différentes comme indiqué sur la figure 2. L'effet de charge du faisceau est représenté par la formule E = iAP û BI où E est 35 l'énergie des électrons accélérés, I est l'intensité de faisceau des électrons accélérés, P est la puissance de l'onde hyperfréquence appliquée en entrée dans la section d'accélération, et A et B sont des constantes préétablies. Conformément à l'effet de charge du faisceau, différents faisceaux d'électrons sont accélérés pour obtenir des faisceaux d'électrons à haute énergie ayant des niveaux d'énergie différents.
La figure 1B est un schéma simplifié représentant l'effet de la charge du faisceau. Comme indiqué sur la courbe 2 de la figure 1B, plus l'intensité de la charge de faisceau est élevée, plus l'énergie obtenue en accélérant le faisceau dans le tube d'accélération est faible. Lorsque l'intensité du faisceau d'électrons impulsionnel est élevée, c'est-à-dire lorsque l'intensité du faisceau d'électrons est grande, une faible puissance d'onde hyperfréquence est appliquée en entrée dans le tube d'accélération, en obtenant ainsi un faisceau d'électrons présentant un niveau d'énergie relativement bas. Au contraire, lorsque l'intensité de la charge de faisceau du faisceaux d'électrons est petite, une puissance d'onde hyperfréquence importante est appliquée en entrée, en obtenant ainsi un faisceau d'électrons ayant un niveau d'énergie relativement élevé.
La figure 3 est un schéma simplifié de la variation de l'énergie d'électrons accélérés lorsque l'on fait varier simultanément la charge du faisceau et la puissance de l'onde hyperfréquence appliquée en entrée. Comme indiqué sur la figure 3, si la puissance de l'onde hyperfréquence appliquée en entrée est amenée à varier en synchronisation avec la variation de la charge du faisceau, l'énergie finalement obtenue en accélérant les 2 0 faisceaux d'électrons variera davantage, ce qui a en conséquence pour résultat une différence d'énergie plus grande entre les faisceaux d'électrons accélérés qui ont deux charges de faisceau différentes. Donc, si le premier et le second faisceaux d'électrons ayant des charges 10a et 11 a respectivement sont accélérés dans des conditions exactement identiques, deux faisceaux 25 d'électrons ayant des niveaux d'énergie différents seront obtenus. Cependant, on fait varier la puissance de l'onde hyperfréquence appliquée en entrée dans le tube d'accélération pour produire la première et la seconde ondes hyperfréquences ayant les puissances d'ondes hyperfréquences 10a et 10b, respectivement. Comme indiqué sur la figure 2, la puissance de la première onde hyperfréquence est supérieure à celle de la seconde. 3 0 La courbe 3 de la figure 1C représente la caractéristique de l'accélération de faisceau par le tube d'accélération auquel sont fournies des puissances d'ondes hyperfréquences différentes. Comme on peut l'observer sur la figure 1C, lorsque la charge du faisceau est fixe, plus la puissance de l'onde hyperfréquence appliquée en entrée est importante, plus l'énergie obtenue en accélérant le faisceau est élevée. Si le système 35 fonctionne dans le premier mode, c'est-à-dire le mode à haute énergie, le premier faisceau d'électrons ayant la charge de faisceau 10a est accéléré avec la première onde hyperfréquence qui a la puissance d'onde hyperfréquence 10b afin d'obtenir un faisceau d'électrons à haute énergie qui a l'énergie de faisceau d'électrons 10c. Alors, le faisceau d'électrons à haute énergie est amené à frapper une cible pour générer un rayonnement X à haute énergie, son énergie étant 10d. Si le système fonctionne dans le second mode, c'est-à-dire le mode à basse énergie, la seconde onde hyperfréquence, ayant la puissance 1 lb, dont l'amplitude est plus petite que la puissance 10b de la première onde hyperfréquence, sera appliquée en entrée dans le tube d'accélération. Le second faisceau d'électrons, qui a la charge de faisceau 11 a, est accéléré pour obtenir un faisceau d'électrons à basse énergie présentant l'énergie de faisceau d'électrons l i c. Alors, le faisceau d'électrons à basse énergie est amené à frapper la cible pour générer un rayonnement X à faible énergie, son énergie étant 11 d. De cette manière, le système change alternativement entre le mode à haute énergie et le mode à basse énergie de manière à générer des rayonnements X dont les niveaux d'énergie changent de manière alternée. La figure 4A est un schéma simplifié de structure de l'accélérateur linéaire d'électrons conforme à un mode de réalisation de la présente invention. Comme indiqué sur la figure 4A, l'accélérateur linéaire d'électrons 400 du mode de réalisation est un accélérateur linéaire d'électrons générant de manière alternée des rayonnements X à deux 2 0 énergies. L'accélérateur linéaire d'électrons 400 comprend un générateur de signal 403, un premier et un second modulateurs d'impulsions 401 et 404 connectés au générateur de signal 403, un canon à électrons 402 connecté au premier modulateur d'impulsions 401, un magnétron 405 connecté au second modulateur d'impulsion 404, un tube d'accélération 406 connecté au canon à électrons 402 et au magnétron 405 et une cible 407 sur laquelle 2 5 frappent les rayonnements générés par le tube d'accélération 406. Le générateur de signal 403 peut générer des signaux de niveau haut et de niveau bas à une fréquence fixe selon des paramètres prédéfinis. Le premier modulateur d'impulsions 401 et le second modulateur d'impulsions 404 génèrent des hautes tensions ayant des amplitudes différentes, par exemple une première haute tension ayant la 3 0 première amplitude et une seconde haute tension ayant la seconde amplitude, sur la base des signaux générés par le générateur de signaux 403. Selon différents systèmes, les fonctions du premier modulateur d'impulsions 401 et du second modulateur d'impulsions 404 peuvent être remplies par un seul modulateur d'impulsions. Comme indiqué sur la figure 4A, le premier modulateur d'impulsions 401 fournit en sortie la tension HV 1 ou 35 LV 1 qui ont des amplitudes différentes au canon à électrons 402, et le second modulateur d'impulsions 401 fournit en sortie la tension HV2 ou LV2, qui ont des amplitudes différentes, au magnétron 405, chacune sur la base d'un signal de synchronisation. Ici, dans le cas d'un canon à électrons commandé par grille, le premier modulateur d'impulsions 401 et le second modulateur d'impulsions 404 peuvent fournir la puissance au canon à électrons en utilisant une alimentation de canon commandé par grille ayant l'amplitude d'impulsion de grille alternant, ou dans le cas d'un canon à électrons 402 qui est un canon à électrons bipolaire, la puissance est fournie sur une base de répartition dans le temps par deux modulateurs d'impulsions de tube à niveau constant de petite taille (écrêteurs à niveau constant) fournissant en sortie des tensions différentes. Les intervalles d'impulsions des impulsions générées par le premier et le second modulateurs d'impulsions peuvent être soit les mêmes, soit différents. La figure 4B est un schéma simplifié représentant un canon à électrons bipolaire qui est alimenté en puissance sur une base à répartition dans le temps par deux modulateurs d'impulsions de tube à niveau constant de petite taille (écrêteurs à niveau constant), qui constituent le modulateur d'impulsions 401 comme indiqué sur la figure 4A et fournissent en sortie des tensions différentes. Comme indiqué sur la figure 4B, les sorties des alimentations à haute tension 1 et 2 sont connectées au circuit d'attaque du canon à électrons, lequel est connecté à un circuit de synchronisation d'impulsions et de commande de commutation. Sur la base des signaux de synchronisation externes 1 et 2, le 2 0 circuit de synchronisation d'impulsions et de commande de commutation commande le module 401a et le module 401b pour qu'ils fournissent en sortie une haute tension HV1 et une tension relativement basse LV1, respectivement. Etant donné les amplitudes de tension différentes, le canon à électrons 402 émet des faisceaux d'électrons dont la charge de faisceau est 10a ou 1l a. Le second modulateur d'impulsions 404, qui procure une 25 tension pour le magnétron, est similaire au premier modulateur d'impulsions 401 et comprend deux modules (non représentés) à partir desquels les tensions HV2 et LV2, qui ont des amplitudes différentes, sont respectivement obtenues. C'est-àdire que les fournitures d'alimentation à haute tension 1 et 2 ont leurs sorties connectées au circuit de synchronisation d'impulsions et de commande de commutation qui doit être commandé 3 0 pour fournir l'alimentation pour le magnétron sur une base à répartition dans le temps. Les tensions HV2 et LV2, qui ont des amplitudes haute et basse, fournies en sortie de manière alternée du second modulateur d'impulsions 404amènent le courant de fonctionnement du magnétron 405 à alterner de manière à obtenir des ondes hyperfréquences ayant des puissances différentes de manière alternée, de sorte que la 35 première onde hyperfréquence ait l'amplitude 10b et la seconde onde hyperfréquence ait l'amplitude Il b. En outre, à titre d'un autre mode de réalisation, le magnétron 405 peut être commandé de sorte que l'intensité de son champ magnétique alterne entre un niveau haut et un niveau bas en synchronisation avec son impulsion de courant de fonctionnement, afin d'obtenir des ondes hyperfréquences ayant des puissances différentes. En conséquence, des ondes hyperfréquences ayant des puissances différentes peuvent être appliquées en entrée selon deux procédés comme suit. 1. Le modulateur d'impulsions génère des impulsions ayant des amplitudes de tension haute et basse et les fournit en sortie au magnétron de manière alternée de manière à amener le courant de fonctionnement du magnétron à alterner entre un niveau haut et un niveau bas, 2. L'intensité de champ magnétique du magnétron alterne entre un niveau haut et un niveau bas en synchronisation avec ses impulsions de courant de fonctionnement. En utilisant les deux procédés ci-dessus, ou l'un ou l'autre, l'alternance de la puissance des impulsions peut être réalisée pour l'onde hyperfréquence fournie en sortie par le magnétron. Sur la base du signal de synchronisation, le magnétron 405 applique en entrée des ondes hyperfréquences ayant des puissances différentes, telles que la première ou la seconde ondes hyperfréquences qui ont des puissances d'ondes hyperfréquences 10b ou 2 0 1 lb, au tube d'accélération 406 constitué par exemple d'un tube d'accélération à ondes progressives ou à ondes stationnaires pour accélérer le premier ou le second faisceau d'électrons qui a la charge de faisceau 10a ou 10b. En tant qu'approche d'accélération synchronisée sur la figure 2, le premier ou le second faisceau d'électrons est accéléré à l'intérieur du tube d'accélération 406 pour obtenir des faisceaux d'électrons accélérés 25 ayant des niveaux d'énergie différents, par exemple le premier et le second faisceaux d'électrons accélérés qui ont les énergies 10c et 11c respectivement. Puis, les faisceaux d'électrons accélérés ayant des niveaux d'énergie différents sont utilisés pour frapper de manière alternée la cible efficace 407 afin de générer les faisceaux de rayons X ayant des niveaux d'énergie haut et bas alternés, de sorte que le premier et le second faisceaux de 3 0 rayons X ont les énergies 10d et 11 d. Il en résulte que les faisceaux d'électrons accélérés, qui ont des niveaux d'énergie différents, peuvent être obtenus en changeant l'intensité de charge de faisceau de l'accélérateur. Cependant, la différence de niveau d'énergie entre deux faisceaux d'électrons accélérés peut être davantage agrandie en faisant varier de manière synchrone 35 la puissance d'ondes hyperfréquences appliquée en entrée dans le tube d'accélération. Les rayonnements X qui résultent du fait que les faisceaux d'électrons frappant la cible ont des niveaux d'énergie différents, présentent une grande différence de niveaux d'énergie. Il existe une grande distinction entre les spectres d'énergie des deux faisceaux de rayons X. La figure 5 représente des spectres d'énergie de rayons X, lorsque les rayons X ayant une haute énergie de 9 MeV et une basse énergie de 6 MeV sont fournis en sortie de l'accélérateur à deux énergies réalisé conformément à la présente invention. La courbe 51 représente le spectre d'énergie pour une haute énergie de 9 MeV. On peut observer sur la figure 5 que les niveaux d'énergie des deux spectres continus diffèrent de manière importante l'un de l'autre.
La figure 6 est un schéma simplifié d'un système d'inspection, qui exécute une inspection non destructive sur une cargaison de conteneurs et met en oeuvre une discrimination de matériaux en utilisant l'accélérateur linéaire d'électrons de la présente invention. Comme indiqué sur la figure 6, la partie de commande de synchronisation 605 est connectée à l'accélérateur 400 et au détecteur 603 et leur procure des signaux à niveau haut et niveau bas 600 générés sur la base des paramètres préétablis. Sur la base du signal de synchronisation, l'accélérateur 400 génère de manière alternée des faisceaux de rayons X 606 qui ont des niveaux d'énergie haut et bas, ce qui résulte en des faisceaux de rayons X en forme d'éventails, après avoir traversé le collimateur 601. Ensuite, les faisceaux de rayons X en forme d'éventails, qui ont des niveaux 2 0 d'énergie haut et bas, interagissent avec l'objet inspecté presque à la même position et sont ensuite recueillis par le détecteur 603, qui est connecté au système de traitement d'image et de discrimination de matériau 604 et leur fournit en sortie les signaux numériques. Dans ce cas, l'objet inspecté se déplace à une certaine vitesse dans le sens indiqué sur la figure 6, de manière à assurer que la différence entre les positions, auxquelles les 2 5 faisceaux de rayons X ayant des niveaux d'énergie haut et bas interagissent avec l'objet inspecté respectivement, est admissible, c'est-à-dire qu'ils interagissent presque à la même position. En conséquence, le système de traitement d'image et de discrimination de matériau 604 peut obtenir les valeurs de signaux de détection Dl et D2 pour des niveaux d'énergie haut et bas après l'interaction avec l'objet inspecté 602 à la même position. 3 0 Alors, sur la base de la relation de courbe d'étalonnage ln(D l /D 1 o) û ln(D2/D20) = f(Dl) (où D 1 o et D20 sont les valeurs de charge zéro des faisceaux de rayons X à haute et basse énergie, respectivement) obtenus en balayant la substance ayant une propriété de matériau connue, les signaux numériques, qui sont recueillis après l'interaction entre l'objet inspecté et les faisceaux de rayons X à deux énergies sont classés de manière à déterminer finalement les propriétés de matériaux de l'objet inspecté, tels qu'une matière organique, un métal léger, une matière inorganique, un métal lourd, etc. Ce qui est mentionné ci-dessus ne constitue que les modes de réalisation spécifiques de la présente invention, alors que la présente invention ne leur est limitée.
Toute modification ou substitution, qui est évidente pour l'homme de l'art dans le domaine technique décrit dans la présente invention, est à inclure dans la portée de la présente invention.
Claims (22)
1. Dispositif destiné à générer de manière alternée des rayonnements X ayant des niveaux d'énergie différents, caractérisé en ce qu'il comprend : un moyen de modulation d'impulsions (401 ; 404) destiné à générer une première tension impulsionnelle, une seconde tension impulsionnelle, une troisième tension impulsionnelle et une quatrième tension impulsionnelle, un moyen de génération de faisceaux d'électrons (402) destiné à générer un premier faisceau d'électrons ayant une première charge de faisceau (10a) et un second faisceau d'électrons ayant une seconde charge de faisceau (11a), respectivement, sur la base de la première tension impulsionnelle et de la seconde tension impulsionnelle, un moyen de génération d'ondes hyperfréquences ou micro-onde (405) destiné à générer une première onde hyperfréquence ou micro-onde ayant une première puissance et une seconde onde hyperfréquence ou micro-onde ayant une seconde puissance, respectivement, sur la base de la troisième tension impulsionnelle et de la quatrième tension impulsionnelle, un moyen d'accélération de faisceau d'électrons (406) destiné à accélérer le premier faisceau d'électrons et le second faisceau d'électrons respectivement en utilisant la première onde hyperfréquence ou micro-onde et la seconde onde hyperfréquence ou 2 0 micro-onde pour obtenir le premier faisceau d'électrons accélérés et le second faisceau d'électrons accélérés, et une cible (407) devant être frappée par le premier faisceau d'électrons accélérés et le second faisceau d'électrons accélérés pour générer un premier rayonnement X et un second rayonnement X ayant des niveaux d'énergie différents (10c, 10d). 25
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de génération de faisceau d'électrons (402) comprend un canon à électrons commandé par grille, et le moyen de modulation d'impulsions (401 ; 404) comprend une alimentation électrique dont les amplitudes d'impulsions de grille alternent.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première charge de faisceau (10a) est supérieure à la seconde charge de faisceau (11 a), et la première puissance est inférieure à la seconde puissance. 30
4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première charge de faisceau (l0a) est inférieure à la seconde charge de faisceau (l la), et la première puissance est supérieure à la seconde puissance.
5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de génération d'ondes hyperfréquences (405) fait varier de manière alternée l'intensité du champ magnétique en synchronisation avec la troisième tension impulsionnelle et la quatrième tension impulsionnelle pour générer la première onde hyperfréquence et la seconde onde hyperfréquence.
6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de génération d'ondes hyperfréquences (405) est un magnétron ou un klystron.
7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'accélération de faisceau d'électrons est un tube d'accélération à ondes progressives ou un tube d'accélération à ondes stationnaires.
8. Système de discrimination de matériau, caractérisé en ce qu'il comprend : le dispositif (400) selon l'une des revendications 1 à 7, un moyen (605) de commande de synchronisation destiné à générer un signal 2 0 (600) de commande de synchronisation, un moyen (603) de détection destiné à détecter des rayonnements X, après que le premier rayonnement X et le second rayonnement X (606) générés par le dispositif (400) interagissent avec l'objet inspecté (602), sur la base du signal de commande de synchronisation généré par le moyen de commande de synchronisation pour générer des 25 signaux numériques, et un moyen (604) de traitement d'image et de discrimination de matériau destiné à classer les signaux numériques pour l'objet inspecté (602) grâce à une courbe d'étalonnage prédéfinie afin de discriminer le matériau de l'objet inspecté. 3 0
9. Dispositif destiné à générer de manière alternée des rayonnements X ayant des niveaux d'énergie différents, caractérisé en ce qu'il comprend : un moyen (401, 404) de modulation d'impulsions destiné à générer une première tension impulsionnelle et une seconde tension impulsionnelle, un moyen (402) de génération de faisceau d'électrons destiné à générer un premier 3 5 faisceau d'électrons ayant une première charge de faisceau (l0a) et un second faisceaud'électrons ayant une seconde charge de faisceau (1 la) respectivement, sur la base de la première tension impulsionnelle et de la seconde tension impulsionnelle, un moyen (405) de génération d'ondes hyperfréquences ou micro-onde destiné à faire varier l'intensité d'un champ magnétique en synchronisation avec la première tension impulsionnelle et la seconde tension impulsionnelle pour générer une première onde hyperfréquence ou micro-onde ayant une première puissance et une seconde onde hyperfréquence ou micro-onde ayant une seconde puissance, un moyen (406) d'accélération de faisceau d'électrons destiné à accélérer le premier faisceau d'électrons et le second faisceau d'électrons respectivement en utilisant la première onde hyperfréquence ou micro-onde et la seconde onde hyperfréquence ou micro-onde pour obtenir le premier faisceau d'électrons accélérés et le second faisceau d'électrons accélérés, et une cible (407) devant être frappée par le premier faisceau d'électrons accélérés et le second faisceau d'électrons accélérés pour générer un premier rayonnement X et un second rayonnement X ayant des niveaux d'énergie différents (106, 116).
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le moyen (402) de génération de faisceau d'électrons comprend un canon à électrons bipolaire, et le moyen de modulation d'impulsions (401 ; 404) comprend deux modulateurs d'impulsions en tube 2 0 à niveau constant de petite taille, par exemple du type écrêteurs à niveau constant, capables de générer des sorties de tension ayant des amplitudes différentes.
11. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la première charge de faisceau (10a) est supérieure à la seconde charge de faisceau (1 la), et la première 25 puissance est plus petite que la seconde puissance.
12. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la première charge de faisceau est plus petite que la seconde charge de faisceau, et la première puissance est supérieure à la seconde puissance.
13. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le moyen (405) de génération d'ondes hyperfréquences ou micro-onde est un magnétron ou un klystron. 30
14. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le moyen (406) d'accélération de faisceau d'électrons est un tube d'accélération à ondes progressives ou un tube d'accélération à ondes stationnaires.
15. Système de discrimination de matériau caractérisé en ce qu'il comprend : le dispositif (400) selon l'une quelconque des revendications 9 à 14, un moyen (605) de commande de synchronisation destiné à générer un signal (600) de commande de synchronisation, un moyen (603) de détection destiné à détecter des rayonnements X après que le premier rayonnement X et le second rayonnement X (606) générés par le dispositif (400) ont interagi avec l'objet inspecté (602) sur la base du signal de commande de synchronisation généré par le moyen de commande de synchronisation pour générer des signaux numériques, et un moyen (604) de traitement d'image et de discrimination de matériau destiné à 15 classer les signaux numériques pour l'objet inspecté (602) avec une courbe d'étalonnage prédéfinie afin de discriminer le matériau de l'objet inspecté.
16. Procédé destiné à générer de manière alternée des rayonnements X ayant des niveaux d'énergie différents, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : 2 0 générer une première tension impulsionnelle, une seconde tension impulsionnelle, une troisième tension impulsionnelle et une quatrième tension impulsionnelle, générer un premier faisceau d'électrons ayant une première charge de faisceau et un second faisceau d'électrons ayant une seconde charge de faisceau, respectivement, sur la base de la première tension impulsionnelle et de la seconde tension impulsionnelle, 2 5 générer une première onde hyperfréquence ou microonde ayant une première puissance et une seconde onde hyperfréquence ou micro-onde ayant une seconde puissance, respectivement, sur la base de la troisième tension impulsionnelle et de la quatrième tension impulsionnelle, accélérer le premier faisceau d'électrons et le second faisceau d'électrons 3 0 respectivement en utilisant la première onde hyperfréquence ou micro-onde et la seconde onde hyperfréquence ou micro-onde pour obtenir le premier faisceau d'électrons accélérés et le second faisceau d'électrons accélérés, et frapper une cible avec le premier faisceau d'électrons accélérés et le second faisceau d'électrons accélérés pour générer un premier rayonnement X et un second 3 5 rayonnement X ayant des niveaux d'énergie différents.
17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que la première charge de faisceau est supérieure à la seconde charge de faisceau, et la première puissance est inférieure à la seconde puissance.
18. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que la première charge de faisceau est inférieure à la seconde charge de faisceau, et la première puissance est supérieure à la seconde puissance.
19. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'on fait varier de manière alternée l'intensité du champ magnétique en synchronisation avec la troisième tension impulsionnelle et la quatrième tension impulsionnelle pour générer la première onde hyperfréquence et la seconde onde hyperfréquence.
20. Procédé destiné à générer de manière alternée des rayonnements X ayant des niveaux d'énergie différents, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : générer une première tension impulsionnelle et une seconde tension impulsionnelle, générer un premier faisceau d'électrons ayant une première charge de faisceau et un second faisceau d'électrons ayant une seconde charge de faisceau, respectivement, sur la base de la première tension impulsionnelle et de la seconde tension impulsionnelle, faire varier l'intensité du champ magnétique en synchronisation avec la première tension impulsionnelle et la seconde tension impulsionnelle pour générer une première onde hyperfréquence ayant une première puissance et une seconde onde hyperfréquence ayant une seconde puissance, accélérer les premier et second faisceaux d'électrons respectivement en utilisant la première onde hyperfréquence et la seconde onde hyperfréquence pour obtenir le premier faisceau d'électrons accélérés et le second faisceau d'électrons accélérés, et frapper une cible avec le premier faisceau d'électrons accélérés et le second faisceau d'électrons accélérés pour générer un premier rayonnement X et un second 3 0 rayonnement X ayant des niveaux d'énergie différents.
21. Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce que la première charge de faisceau est supérieure à la seconde charge de faisceau, et la première puissance est inférieure à la seconde puissance. 35
22. Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce que la première charge de faisceau est inférieure à la seconde charge de faisceau, et la première puissance est supérieure à la seconde puissance.
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