ITUB20155808A1 - Apparato e metodo per l'ispezione non invasiva di corpi solidi mediante imaging muonico - Google Patents

Apparato e metodo per l'ispezione non invasiva di corpi solidi mediante imaging muonico Download PDF

Info

Publication number
ITUB20155808A1
ITUB20155808A1 ITUB2015A005808A ITUB20155808A ITUB20155808A1 IT UB20155808 A1 ITUB20155808 A1 IT UB20155808A1 IT UB2015A005808 A ITUB2015A005808 A IT UB2015A005808A IT UB20155808 A ITUB20155808 A IT UB20155808A IT UB20155808 A1 ITUB20155808 A1 IT UB20155808A1
Authority
IT
Italy
Prior art keywords
muon
flux
inspected
energy
detection
Prior art date
Application number
ITUB2015A005808A
Other languages
English (en)
Inventor
Osvaldo Catalano
Paolo Conconi
Giancarlo Cusumano
Santo Melania Del
Rosa Giovanni La
Maria Concetta Maccarone
Teresa Mineo
Giovanni Pareschi
Giuseppe Sottile
Original Assignee
Istituto Naz Di Astrofisica
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Istituto Naz Di Astrofisica filed Critical Istituto Naz Di Astrofisica
Priority to ITUB2015A005808A priority Critical patent/ITUB20155808A1/it
Priority to US15/778,580 priority patent/US10371855B2/en
Priority to EP16856465.6A priority patent/EP3380875B1/en
Priority to PCT/IB2016/056937 priority patent/WO2017089932A2/en
Priority to ES16856465T priority patent/ES2827957T3/es
Priority to JP2018524813A priority patent/JP6994460B2/ja
Publication of ITUB20155808A1 publication Critical patent/ITUB20155808A1/it

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V5/00—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity
    • G01V5/20—Detecting prohibited goods, e.g. weapons, explosives, hazardous substances, contraband or smuggled objects
    • G01V5/22—Active interrogation, i.e. by irradiating objects or goods using external radiation sources, e.g. using gamma rays or cosmic rays
    • G01V5/226—Active interrogation, i.e. by irradiating objects or goods using external radiation sources, e.g. using gamma rays or cosmic rays using tomography
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V5/00—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity
    • G01V5/20—Detecting prohibited goods, e.g. weapons, explosives, hazardous substances, contraband or smuggled objects
    • G01V5/22—Active interrogation, i.e. by irradiating objects or goods using external radiation sources, e.g. using gamma rays or cosmic rays

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

APPARATO E METODO PER L'ISPEZIONE NON INVASIVA DI CORPI SOLIDI MEDIANTE IMAGING MUONICO
Descrizione
Campo di applicazione
La presente invenzione trova applicazione nel settore tecnico degli strumenti di misura ed ha per oggetto un apparato per l'ispezione non invasiva di corpi solidi mediante imaging muonico utilizzabile nell'ingegneria civile, archeologia, vulcanologia, tettonica ed ovunque sia necessaria una ispezione radiografica e/o tomografica non distruttiva di strutture geologiche e/o ingegneristiche anche di dimensioni considerevoli.
L'invenzione ha altresì per oggetto un metodo di ispezione non invasiva mediante imaging muonico implementabile con il suddetto apparato.
Stato della tecnica
Sono note indagini tomografiche basate su tecniche di “tracciamento” che sfruttano il rilevamento dell'energia associata alle particelle cariche delle radiazioni cosmiche che attraversano un materiale da ispezionare al fine di condurre ispezioni non invasive.
Tali tecniche si basano sulla visualizzazione della traiettoria della particella che attraversando dei piani di rivelazione, usualmente scintillatori, producono un impulso elettrico che opportunamente analizzato fornisce la direzione di provenienza della particella.
L’interazione della radiazione cosmica primaria (adroni e fotoni gamma) con gli atomi dell'atmosfera crea una pioggia di altre particelle, tra cui molti pioni che decadono molto velocemente in muoni, particelle altamente penetranti.
Questi ultimi, essendo dotati di un tempo di decadimento più lungo e interagendo principalmente con la materia attraverso la forza Coulombiana, riescono a raggiungere la superficie terrestre dando luogo ad un flusso isotropico di radiazione carica penetrante che al livello del mare è di circa 1 muone al centimetro quadro al minuto.
Le tecniche di “tracciamento”muonico per la radiografia/tomografia di oggetti massivi sfruttano l'alta penetrabilità dei muoni e la loro contemporanea perdita di energia attraverso le interazioni elettromagnetiche nel materiale attraversato, in quanto Γ assorbimento energetico dipende dallo spessore e densità del materiale attraversato e dall’ energia del muone incidente.
Pertanto, il muone uscente ha un’energia inferiore rispetto a quello incidente ed inoltre devia dalla direzione originaria a causa di un gran numero di piccole deviazioni angolari che si verificano durante l’attraversamento (scattering Coulombiano).
Inoltre, l’angolo medio di deviazione è proporzionale all'inverso della quantità di moto della particella e alla radice quadrata della densità reale del materiale misurato in lunghezze di radiazione.
Pertanto, attraverso una misura dell'attenuazione del flusso dei muoni in funzione della quantità di materia attraversata in direzioni differenti è possibile determinare la densità di distribuzione all'interno del materiale indagato.
Le note tecniche di prospezione, utilizzate in particolare in ambito vulcanologico, prevedono l'utilizzo di telescopi con barre scintillanti lette da sensori di luce come fotomoltiplicatori o fotomoltiplicatori al silicio che intercettano i muoni uscenti dal vulcano, come descritto ad esempio in JP20060096285.
Tuttavia, il segnale prodotto da questi strumenti risente dell’effetto di coincidenze accidentali, ad esempio dovute a particelle a bassa energia che colpiscono contemporaneamente i piani del telescopio simulando un evento, e soprattutto del cosiddetto back-flux, ossia del flusso che arriva dalla direzione opposta rispetto a quella che attraversa il materiale esaminato.
Inoltre, tali strumenti non forniscono informazioni sullo spettro di energia dei muoni incidenti che deve essere conosciuto per calcolare il modello di flusso integrato attraverso il corpo da confrontare con i dati osservati.
Alcuni strumenti hanno cercato di limitare il back-flux inserendo fino a sei piani di scintillatori tra piani assorbitori di piombo e ferro. Questa soluzione ha diminuito in modo significativo, anche se non del tutto, il fondo muonico non coerente, ma ha anche aumentato eccessivamente il peso dello strumento limitandone la trasportabilità e la compattezza.
JP2010101892 descrive una tecnica di misurazione applicata in ambito vulcanologico basata sul rilevamento delle tracce muoniche attraversanti odoscopi a piani scintillanti.
Tuttavia, tale tecnica richiede diversi strati di rilevamento ed un tempo di risoluzione sufficientemente elevato per ridurre il livello di falsi positivi dovuti alle inevitabili particelle di background.
Presentazione deirinvenzione
Scopo della presente invenzione è quello di superare gli inconvenienti sopra indicati, mettendo a disposizione un apparato per l'ispezione non invasiva di corpi solidi mediante imaging muonico che sia particolarmente efficiente e relativamente economico.
Uno scopo particolare è quello di realizzare un apparato per l'ispezione non invasiva di corpi solidi mediante imaging muonico che permetta di realizzare radiografie e/o tomografie di strutture anche di notevole dimensioni in maniera affidabile, minimizzando gli errori ed in tempi considerevolmente ridotti rispetto alle tecniche note.
Ancora altro scopo è quello di realizzare un apparato per l'ispezione non invasiva di corpi solidi mediante imaging muonico che presenti ingombri e pesi notevolmente ridotti per poter essere eventualmente trasportato e consentire indagini radiografiche e/o tomografiche di corpi di grandi dimensioni, quali i vulcani, in maniera rapida ed affidabile.
Ancora altro scopo è quello di realizzare un apparato per l'ispezione non invasiva di corpi solidi mediante imaging muonico che sia flessibile nell'utilizzo.
Uno scopo ulteriore è quello di mettere a disposizione un metodo per l'ispezione non invasiva di corpi solidi mediante imaging muonico che sia particolarmente affidabile ed economico e permetta di minimizzare gli errori sistematici ed i falsi positivi.
Tali scopi, nonché altri che appariranno più chiari inseguito, sono raggiunti da un apparato per l'ispezione non invasiva di corpi solidi mediante imaging muonico che, in accordo alla rivendicazione 1, comprende un dispositivo ricevitore atto ad intercettare un flusso muonico associato ai raggi cosmici attraversanti una porzione di un corpo da ispezionare, mezzi sensori atti a rilevare la quantità di fotoni o luce Cherenkov associata al flusso muonico intercettato, mezzi di elaborazione elettronica atti a ricostruire l'energia e la direzione dei flusso muonico incidente la porzione di corpo da ispezionare per calcolarne la densità locale.
Il dispositivo ricevitore comprende un'ottica provvista di almeno una superficie ricevente avente proprietà riflettenti e/o diffrattive atta a convogliare la luce Cherenkov associata ai muoni verso detti mezzi sensori.
A loro volta, i mezzi sensori comprendono una camera di rilevamento multipixel atta a fornire un'immagine anulare del muone avente raggio e posizione variabili in funzione dell'energia e della direzione del flusso muonico.
Grazie a questa combinazione di caratteristiche sarà possibile utilizzare uno strumento estremamente più semplice ed affidabile rispetto a quelli utilizzati per le tecniche di tracciamento muonico al fine di ottenere misure di densità.
Inoltre, l'indagine si basa sull'analisi e la ricostruzione dell’immagine deH’anello Cherenkov, ossia su una tecnica consolidata ed efficiente. La misura dell’energia del muone permette anche di valutare l’assorbimento all’ interno dell’oggetto e quindi stabilire in modo efficace il percorso reale del muone all’ interno dell’oggetto stesso. Un ulteriore vantaggio sarà rappresentato dal fatto che non saranno richiesti elementi attivi per la rivelazione del muone, come per esempio plastici scintillanti, essendo l’atmosfera il mezzo di conversione muone-fotoni Cherenkov.
Vantaggiosamente, detta camera di rilevamento potrà essere disposta in corrispondenza del piano focale di detta ottica ricevente.
L'ottica potrà comprendere una superficie ricevente primaria atta a convogliare il flusso di fotoni Cherenkov verso detto piano focale.
Inoltre, l'ottica potrà essere del tipo a doppia riflessione e/o diffrazione con una superficie ricevente secondaria affacciata ed allineata a detta superfìcie ricevente primaria per trasferire il flusso di fotoni ricevuto da quest' ultima e concentrarlo verso detta camera di rilevamento affacciata a detta superficie riflettente o diffrattiva secondaria.
In questo modo il segnale Cherenkov prodotto dal muone sarà direzionale ed altamente collimato e sarà possibile eliminare il back-flux prodotto dagli altri muoni generati nell’ atmosfera che inevitabilmente contribuirebbero a false coincidenze. Infatti solo i muoni che arrivano alla superficie ricevente dell’ ottica entro un angolo di 1.3°, ossia l'apertura angolare del cono di luce del fotone Cherenkov, rispetto all’asse ottico saranno in grado di generare un anello Cherenkov nel piano focale dell'ottica.
Opportunamente, l'apparato potrà comprendere una pluralità di dette ottiche associate a rispettivi mezzi sensori e rispettivi mezzi di elaborazione elettronica per rilevare flussi muonici provenienti da diverse direzioni, almeno una di dette ottiche essendo mobile per variare la propria direzione di rilevamento.
In questo modo sarà possibile disporre i piani di rilevamento del flusso muonico attorno al corpo materiale in esame per eseguire tomografìe 3D.
Secondo un ulteriore aspetto dell'invenzione è previsto un metodo per l'ispezione non invasiva di corpi solidi mediante imaging muonico in accordo alla rivendicazione 9 che presenterà tutti i vantaggi sopra riportati.
Forme vantaggiose di esecuzione dell’invenzione sono ottenute in accordo alle rivendicazioni dipendenti.
Breve descrizione dei disegni
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di un apparato per l’ispezione non invasiva di corpi solidi mediante imaging muonico secondo l’invenzione, illustrata a titolo di esempio non limitativo con l’aiuto delle unite tavole di disegno in cui:
la FIG. 1 è una vista schematica di un apparato secondo l'invenzione;
la FIG. 2 è un'immagine di un muone generata dall'apparato in due diverse condizioni di impatto del muone;
la FIG. 3 è una vista schematica di un'ottica appartenente all'apparato secondo una configurazione preferita;
la FIG. 4 illustra un grafico relativo al diagramma degli spot e alla frazione di fotoni racchiusi nell’ immagine per alcuni angoli del campo di vista in funzione del raggio misurato rispetto al centro dell’ immagine.
Descrizione dettagliata di un esempio di realizzazione preferito Con riferimento alle figure allegate è illustrata una configurazione preferita ma non esclusiva di un apparato per l'ispezione non invasiva di corpi solidi mediante imaging muonico.
In particolare nella Fig. 1 è schematizzata una forma preferita di un apparato di tipo mobile, indicato globalmente con 1, ossia montato all'interno di una struttura mobile 2 per essere trasportato in maniera agevole e collocato in diverse aree di rilevamento. L'apparato 1 potrà essere così utilizzato sia per radiografie 2D che per tomografìe 3D, eventualmente in un sistema comprendente due o più apparati secondo l'invenzione, non necessariamente simili tra loro.
L'apparato 1 comprende essenzialmente un dispositivo ricevitore 3 atto ad intercettare un flusso muonico associato ai raggi cosmici attraversanti una porzione di un corpo da ispezionare, mezzi sensori 4 atti a rilevare la quantità di fotoni o luce Cherenkov associata al flusso muonico intercettato e mezzi di elaborazione elettronica, non visibili in quanto incorporati all'interno della struttura meccanica dei mezzi sensori, atti a ricostruire l'energia e la direzione dei flusso muonico incidente la porzione di corpo da ispezionare per calcolarne la densità locale.
Il dispositivo ricevitore 3 comprende un'ottica 5 provvista di almeno una superficie ricevente 6 avente proprietà riflettenti atta a convogliare la luce Cherenkov associata ai muoni verso i mezzi sensori.
In particolare la superficie riflettente 6 apparterrà ad uno specchio 7 opportunamente configurato per intercettare il flusso muonico e direzionarlo verso i mezzi sensori 4. Questi ultimi comprenderanno una camera di rilevamento multipixel 8 disposta in corrispondenza del piano focale dell'ottica ricevente 5 ed atta a fornire un'immagine anulare del muone avente raggio e posizione variabili in funzione dell'energia e della direzione del flusso muonico.
In Fig. 2 è illustrata l'immagine anulare tipica di un muone come elaborata da una camera multipixel 8. In particolare l'immagine di sinistra raffigura il caso in cui il muone impatta la superficie ricevente, mentre quella di destra il caso in cui il punto di impatto del muone è esterno alla superficie ricevente.
Secondo la configurazione illustrata, preferita ma non esclusiva, l'ottica 5 sarà del tipo a doppio specchio, con uno specchio primario 7 ed uno specchio secondario 9 aventi rispettive superfìci riflettenti.
La superficie ricevente riflettente primaria 6 sarà atta ad intercettare il flusso di fotoni Cherenkov ed a convogliarlo sulla superficie riflettente secondaria 10 affacciata ed allineata alla superficie ricevente primaria 6.
I mezzi sensori 4 saranno interposti tra le due superfìci riflettenti 6, 10 con la relativa camera di rivelazione 8 che sarà affacciata alla superficie riflettente secondaria 10 in modo da ottenere l'allineamento del piano focale.
Tale allineamento potrà essere ottenuto attraverso un'apposita struttura meccanica di supporto 11 che consente il fissaggio reciproco degli specchi 7, 9 e della camera 8, oltre che il fissaggio dell'apparato 1 alla struttura di contenimento 2.
La superficie ricevente secondaria 10 di tipo riflettente potrà così trasferire il flusso di fotoni ricevuto dalla superficie primaria 6 e concentrarlo verso la camera di rivelazione 8 ad essa affacciata.
La configurazione specifica dell'ottica 5 potrà essere scelta in funzione delle esigenze di risoluzione ed anche di spazio. In Fig. 3 è illustrata schematicamente una possibile configurazione del tipo Schwarzschild-Couder in cui le due superfìci riceventi 6, 10 sono definite da due specchi asferici 7, 9 progettati per correggere aberrazioni sferiche e coma.
Tale configurazione permette di avere un campo di vista osservativo compreso tra 10° e 15° e preferibilmente prossimo a 12°, così da avere una maggiore risoluzione. Inoltre questa configurazione consente una significativa riduzione in dimensioni della camera 8, rendendo le dimensioni dei pixel del piano focale compatibili con i moderni sensori di fotoni come i SiPM.
In una forma esemplificativa lo specchio primario 7 potrà essere formato da 8 petali che formano una superficie riflettente primaria 6 di 2100 mm di diametro. Lo specchio secondario 9 sarà monolitico con un diametro di 800 mm. La distanza tra lo specchio primario 7 e lo specchio secondario 9 sarà di 1600mm, con la camera 8 posta ad una distanza di 275mm dallo specchio secondario 9.
Le simulazioni eseguite con il software di progettazione ottica ZEMAX mostrano che in questa configurazione Γ80% di fotoni è concentrata all’ interno di un raggio di 2,8 mm,
Fig. 4 illustra alcuni grafici relativi al diagramma degli spot e alla frazione di fotoni racchiusi nell’ immagine per alcuni angoli del campo di vista in funzione della dimensione lineare (raggio) misurato rispetto al centro dell’ immagine.
La configurazione Schwarzschild-Couder presenta il vantaggio di ridurre gli ingombri e di ottenere un'elevata collimazione ma non è una configurazione esclusiva.
Ad esempio potranno essere utilizzate lenti di Fresnel, anche in materiale plastico, con il vantaggio di ridurre ulteriormente il peso dell'apparato 1, migliorandone la trasportabilità.
Secondo configurazioni alternative, non illustrate, le superfici riceventi 6, 10 potranno essere di tipo diffrattive. In particolare al posto degli specchi 7, 9 potranno adoperarsi due lenti opportunamente configurate per convogliare il flusso muonico verso un piano focale in corrispondenza del quale sarà disposta la camera 8.
In particolare i mezzi sensori 4 con la relativa camera di rivelazione 8 saranno posti in corrispondenza del fuoco della lente secondaria.
Saranno possibili anche configurazioni ibride, in cui una superficie ricevente sarà uno specchio riflettente mentre l’altra sarà una lente rifrattiva.
A prescindere dalla specifica configurazione adoperata per l'ottica 5, l’apparato 1 potrà essere costituito di un sistema provvisto di una pluralità di ottiche associate a rispettivi mezzi sensori e rispettivi mezzi di elaborazione elettronica per rilevare flussi muonici provenienti da diverse direzioni, così da effettuare tomografie 3D. Le ottiche non saranno necessariamente dello stesso tipo e preferibilmente almeno una di esse potrà essere inserita all'interno di una struttura mobile, possibilmente autonoma da un punto di vista energetico, per variare la propria direzione di rivelazione.
Per quanto riguarda le caratteristiche dei mezzi sensori 4, la camera multipixel 8 potrà comprendere sensori di fotoni del tipo SiPM, fotomoltiplicatori o similari atti a generare segnali analogici in funzione del fotone incidente e della direzione del flusso muonico da inviare ai mezzi di elaborazione elettronici che provvederanno alla loro conversione in segnali digitali tramite un'apposita unità di elaborazione.
In particolare i mezzi di elaborazione elettronica saranno atti a rivelare il segnale di luce Cherenkov e ad eseguire un'analisi atta a misurare l'attenuazione differenziale e l'energia del flusso muonico attraversante la porzione ispezionata lungo direzioni differenti e determinare così la densità locale del corpo ispezionato.
La camera di rivelazione 8 si comporrà essenzialmente di una struttura meccanica, la cui funzione principale è quella di contenere l'intera elettronica, e delle componenti elettroniche vere e proprie, tra cui il modulo di distribuzione delle tensioni, i rivelatori, il processore d’immagine e il modulo di comunicazione comandi e dati. In maniera esemplificativa la struttura meccanica della camera di rivelazione 8 avrà forma cilindrica con dimensioni di 300mm di diametro e 300mm di altezza ed includerà opportunamente una finestra trasparente per l'ingresso dei fotoni riflessi o diffratti ed una flangia d'interfaccia meccanica per il collegamento alla struttura di supporto 11 dell'ottica 5.
L’elettronica della camera 8 comprende i sensori SiPM, l’elettronica di front-end e l’elettronica di back~end.
La funzione principale dell'elettronica di front-end è l’elaborazione dei segnali analogici dei SiPM in segnali digitali, mentre l’elettronica di back- end gestisce e controlla il comportamento globale del sistema, compresa la lettura e gestione dei dati mediante una FPGA ( Field Programmahle Gate Array).
L'elettronica di back-end fornisce inoltre tutte le funzioni necessarie per elaborare e trasmettere ad un elaboratore esterno l’intero flusso di dati incluse le informazioni di stato del sistema come per esempio, temperature e tensioni.
Il piano focale della camera 8 sarà di tipo modulare, ad esempio formato da 16 moduli di dimensioni 57mm * 57mm * 30mm, Ogni modulo contiene la scheda con i SiPM (8 pixel * 8 pixel), la scheda ASIC di lettura e processamento dei segnali dei SiPM e la scheda FPGA di controllo e gestione di tutte le funzioni operative deH'elettronica di front-end. Le schede di ogni modulo potranno essere meccanicamente fissate ad un contenitore metallico, ad esempio alluminio, e tra di loro collegate tramite connettori. 1 16 moduli saranno disposti geometricamente su una griglia contenente 4*4 moduli e saranno meccanicamente fissati ad un supporto di alluminio per una dimensione di 228mm * 228mm.
L’elettronica di back- end rappresenta il processore di sistema e deve essere capace di ricevere e processare i dati ad una velocità maggiore di quella degli eventi triggerati. L’elettronica di back- end sarà basata su una FPGA che governa e controlla il flusso dei dati e dei comandi per/da l’elettronica del piano focale.
Una scheda di distribuzione tensioni fornisce le tensioni necessarie ai vari moduli utilizzando un’unica tensione di ingresso di 24 V. La scheda prevede fabilitaz ione/disabilitazione indipendente di ogni sottosistema ad essa connesso. E' anche previsto un sistema di acquisizione dati, ad esempio un PC portatile collegato alla scheda di back- end per mezzo di un cavo Ethernet da cui inviare i comandi e ricevere i dati.
Appare tuttavia evidente che la camera 8 potrà essere configurata anche diversamente, ad esempio con un numero diverso di moduli e/o con una loro diversa disposizione spaziale, senza uscire dall'ambito di tutela della presente invenzione. Da quanto descritto appare evidente che l'apparato ed il metodo secondo Γ invenzione raggiungono gli scopi prefissati.
L'apparato ed il metodo secondo l’invenzione sono suscettibili di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nel concetto inventivo espresso nelle rivendicazioni allegate. Tutti i particolari potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti, ed i materiali potranno essere diversi a seconda delle esigenze, senza uscire dall'ambito di tutela della presente invenzione.
Anche se l'apparato ed il metodo sono stati descritti con particolare riferimento alle figure allegate, i numeri di riferimento usati nella descrizione e nelle rivendicazioni sono utilizzati per migliorare l'intelligenza dell’invenzione e non costituiscono alcuna limitazione all'ambito di tutela rivendicato.

Claims (10)

  1. Rivendicazioni 1. Un apparato per l'ispezione non invasiva di corpi solidi mediante imaging muonico, comprendente: un dispositivo ricevitore (3) atto ad intercettare un flusso muonico associato ai raggi cosmici attraversanti una porzione di un corpo da ispezionare; mezzi sensori (4) atti a rilevare la quantità di fotoni o luce Cherenkov associata al flusso muonico intercettato; mezzi di elaborazione elettronica atti a ricostruire l'energia e la direzione dei flusso muonico incidente la porzione di corpo da ispezionare per calcolarne la densità locale; caratterizzato dal fatto che detto dispositivo ricevitore (3) comprende un'ottica (5) provvista di almeno una superficie ricevente (6) avente proprietà riflettenti e/o diffrattive atta a convogliare la luce Cherenkov associata ai muoni verso detti mezzi sensori (4), questi ultimi comprendendo una camera di rivelazione multipixel (8) atta a fornire un'immagine anulare del muone avente raggio e posizione variabili in funzione dell'energia e della direzione del flusso muonico.
  2. 2. Apparato secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta camera di rivelazione (8) è disposta in corrispondenza del piano focale di detta ottica ricevente (5).
  3. 3. Apparato secondo la rivendicazione I o 2, caratterizzato dal fatto che detta ottica (5) comprende una superficie ricevente primaria (6) atta a convogliare il flusso di fotoni Cherenkov verso detto piano focale.
  4. 4. Apparato secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detta ottica (5) è del tipo a doppia riflessione e/o diffrazione con una superficie ricevente secondaria (10) affacciata ed allineata a detta superficie ricevente primaria (6) per trasferire il flusso di fotoni ricevuto da quest'ultima e concentrarlo verso detta camera di rivelazione (8) affacciata a detta superficie ricevente secondaria (10).
  5. 5. Apparato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta ottica (5) è configurata per avere un campo visivo compreso tra 10° e 15° e preferibilmente prossimo a 12°.
  6. 6. Apparato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una pluralità di dette ottiche associate a rispettivi mezzi sensori e rispettivi mezzi di elaborazione elettronica per rilevare flussi muonici provenienti da diverse direzioni, almeno una di dette ottiche essendo mobile per variare la propria direzione di rilevamento.
  7. 7. Apparato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta camera multipixel (8) comprende sensori di fotoni del tipo SiPM, fotomoltiplicatori o similari atti a generare segnali analogici in funzione dell'energia e della direzione del flusso muonico, detti mezzi di elaborazione elettronici comprendendo un'unità di elaborazione atta a trasformare detti segnali analogici in segnali digitali.
  8. 8. Apparato secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di elaborazione elettronica son atti a rivelare il segnale di luce Cherenkov e ad eseguire un'analisi atta a misurare l'attenuazione differenziale e l'energia del flusso muonico attraversante la porzione ispezionata lungo direzioni differenti e determinare la densità locale del corpo ispezionato.
  9. 9. Un metodo per l'ispezione non invasiva di corpi solidi mediante imaging muonico, comprendente le seguenti fasi: a. intercettazione di un flusso muonico associato ai raggi cosmici attraversanti una porzione di un corpo da ispezionare lungo almeno un piano di rilevamento; b. rilevamento della quantità di fotoni o luce Cherenkov associata al flusso muonico intercettato per definire un'immagine anulare del muone; c. elaborazione elettronica della luce Cherenkov rilevata per ricostruire l'energia e la direzione dei flusso muonico incidente la porzione di corpo da ispezionare per calcolare l'energia e della direzione del flusso muonico in funzione del raggio e della posizione di detta immagine anulare e misurare la densità locale del corpo ispezionato in funzione dell'energia e della direzione calcolate.
  10. 10. Metodo secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che il flusso muonico è intercettato lungo una pluralità di piani di rilevamento, almeno uno di detti piani essendo mobile per eseguire una tomografia 3D del corpo da ispezionare.
ITUB2015A005808A 2015-11-23 2015-11-23 Apparato e metodo per l'ispezione non invasiva di corpi solidi mediante imaging muonico ITUB20155808A1 (it)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ITUB2015A005808A ITUB20155808A1 (it) 2015-11-23 2015-11-23 Apparato e metodo per l'ispezione non invasiva di corpi solidi mediante imaging muonico
US15/778,580 US10371855B2 (en) 2015-11-23 2016-11-17 Apparatus and method for non-invasive inspection of solid bodies by muon imaging
EP16856465.6A EP3380875B1 (en) 2015-11-23 2016-11-17 Apparatus and method for the non-invasive inspection of solid bodies via muon imaging
PCT/IB2016/056937 WO2017089932A2 (en) 2015-11-23 2016-11-17 Apparatus and method for non-invasive inspection of solid bodies by muon imaging
ES16856465T ES2827957T3 (es) 2015-11-23 2016-11-17 Aparato y método para la inspección no invasiva de cuerpos sólidos mediante la obtención de imágenes mediante muones
JP2018524813A JP6994460B2 (ja) 2015-11-23 2016-11-17 ミューオン撮像による固体物体の非侵襲的検査のための装置及び方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ITUB2015A005808A ITUB20155808A1 (it) 2015-11-23 2015-11-23 Apparato e metodo per l'ispezione non invasiva di corpi solidi mediante imaging muonico

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ITUB20155808A1 true ITUB20155808A1 (it) 2017-05-23

Family

ID=55538366

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ITUB2015A005808A ITUB20155808A1 (it) 2015-11-23 2015-11-23 Apparato e metodo per l'ispezione non invasiva di corpi solidi mediante imaging muonico

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10371855B2 (it)
EP (1) EP3380875B1 (it)
JP (1) JP6994460B2 (it)
ES (1) ES2827957T3 (it)
IT (1) ITUB20155808A1 (it)
WO (1) WO2017089932A2 (it)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11614552B2 (en) 2019-04-18 2023-03-28 Decision Sciences International Corporation Charged particle scanners
GB2586695B (en) * 2019-05-24 2022-11-23 Univ Durham Cosmic ray based imaging of critical infrastructure
CN111458741A (zh) * 2020-03-19 2020-07-28 哈尔滨工程大学 一种用于宇宙射线μ子运动方向测量的方法
CN113576504B (zh) * 2021-08-02 2023-06-27 南华大学 一种用于中低原子序数物质的μ子成像方法
CN118365738B (zh) * 2024-06-19 2024-09-06 华南师范大学 一种缪子平行束流的二维成像通量重建方法、系统及终端

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6518580B1 (en) * 1998-11-16 2003-02-11 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Proton radiography based on near-threshold Cerenkov radiation
US20110035151A1 (en) * 2009-08-06 2011-02-10 Schlumberger Technology Corporation Subsurface nuclear measurement systems, methods and apparatus

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5693968A (en) * 1996-07-10 1997-12-02 Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College Bi-directional, fast-timing, charge coupled device
DE602005000749T2 (de) * 2005-01-18 2007-12-06 Roche Diagnostics Gmbh Fluoreszenzabbildung mittels telezentrischer Anregungs- und Abbildungsoptiken
JP2007271400A (ja) 2006-03-31 2007-10-18 Institute Of Physical & Chemical Research 多重分割水平ミュオン検出手段を用いて構造物の内部構造情報を得る方法
US7897925B2 (en) * 2007-01-04 2011-03-01 Celight, Inc. System and method for high Z material detection
US7601965B1 (en) * 2008-08-14 2009-10-13 Ut-Battelle, Llc Infra-red signature neutron detector
JP5463552B2 (ja) 2008-10-22 2014-04-09 国立大学法人 東京大学 巨大物体の内部構造解析装置
JP5789133B2 (ja) * 2011-06-13 2015-10-07 川崎地質株式会社 ミュー粒子を利用した三次元地盤探査システム
JP6342399B2 (ja) * 2012-08-21 2018-06-13 ディスィジョン サイエンシズ インターナショナル コーポレーション ミューオントモグラフィ検査における一次及び二次スキャン
US9939550B2 (en) * 2013-03-15 2018-04-10 Varex Imaging Corporation Detection of special nuclear material and other contraband by prompt and/or delayed signatures from photofission

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6518580B1 (en) * 1998-11-16 2003-02-11 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Proton radiography based on near-threshold Cerenkov radiation
US20110035151A1 (en) * 2009-08-06 2011-02-10 Schlumberger Technology Corporation Subsurface nuclear measurement systems, methods and apparatus

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CATALANO O ET AL: "Volcanoes muon imaging using Cherenkov telescopes", NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH. SECTION A: ACCELERATORS, SPECTROMETERS, DETECTORS, AND ASSOCIATED EQUIPMENT, vol. 807, 24 October 2015 (2015-10-24), pages 5 - 12, XP029328201, ISSN: 0168-9002, DOI: 10.1016/J.NIMA.2015.10.065 *
HEINRICH J. VÖLK ET AL: "Imaging very high energy gamma-ray telescopes", EXPERIMENTAL ASTRONOMY, vol. 25, no. 1-3, 10 March 2009 (2009-03-10), NL, pages 173 - 191, XP055290031, ISSN: 0922-6435, DOI: 10.1007/s10686-009-9151-z *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017089932A2 (en) 2017-06-01
US10371855B2 (en) 2019-08-06
EP3380875B1 (en) 2020-07-22
US20180356554A1 (en) 2018-12-13
JP6994460B2 (ja) 2022-01-14
JP2019502900A (ja) 2019-01-31
WO2017089932A3 (en) 2017-07-06
ES2827957T3 (es) 2021-05-25
EP3380875A2 (en) 2018-10-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ITUB20155808A1 (it) Apparato e metodo per l'ispezione non invasiva di corpi solidi mediante imaging muonico
CN101019041A (zh) 放射线方向性检测器和放射线监测方法及装置
JP2015187567A5 (it)
CN104198055B (zh) 一种波面检测装置
La Rocca et al. Search for hidden high-Z materials inside containers with the Muon Portal Project
JP2019502900A5 (it)
CN103852078A (zh) 空间光学姿态敏感器杂散光保护角的测量方法及装置
CN105026957A (zh) 放射性物质分布图制作系统以及放射性物质分布图制作方法
CN106461572A (zh) 用于光学检查的非成像相干的行扫描仪系统和方法
KR102236154B1 (ko) 각도 가변형 콜리메이터 및 이를 이용한 방사선 검출 장치
ITRM20120273A1 (it) "metodo di compressione e riduzione dei canali di read-out e sua applicazione per la realizzazione di un sistema di indagine per particelle cariche, in tempo reale, di grande area ed alta risoluzione spaziale"
CN103323758B (zh) 日盲紫外成像式测距装置
Ryan et al. A scintillating plastic fiber tracking detector for neutron and proton imaging and spectroscopy
CN201041555Y (zh) 具有多尺度成像的x-ct装置
RU183777U1 (ru) Устройство для регистрации быстрых нейтронов космического излучения
RU2700365C1 (ru) Устройство с полусферической зоной обзора для поиска источников фотонного излучения
KR20160103711A (ko) 체렌코프 중성자 검출기 및 검출방법
CN106895798B (zh) 一种光栅平行性检测装置
JP2015102503A (ja) ガンマカメラ
KR101526798B1 (ko) 양전자방출 단층촬영장치용 검출기 모듈 및 이를 이용한 양전자방출 단층촬영장치
Khokhlov et al. Testing the new QSM-6M optical module with the NEVOD Cherenkov water detector
RU2293971C2 (ru) Устройство для радиографии и томографии
RU193439U1 (ru) Сенсорный элемент оптоволоконной дозиметрической системы
Zhang et al. Videogrammetric techniques for wind tunnel testing and applications
Düren et al. Particle identification with DIRCs at PANDA