WO2013186239A2 - Procede de localisation d'au moins une source d'emission de photons - Google Patents

Procede de localisation d'au moins une source d'emission de photons Download PDF

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WO2013186239A2
WO2013186239A2 PCT/EP2013/062088 EP2013062088W WO2013186239A2 WO 2013186239 A2 WO2013186239 A2 WO 2013186239A2 EP 2013062088 W EP2013062088 W EP 2013062088W WO 2013186239 A2 WO2013186239 A2 WO 2013186239A2
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point
photon emission
hypothetical
emission rate
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Fabien PANZA
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Institut de Radioprotection et de Surete Nucleaire IRSN
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/169—Exploration, location of contaminated surface areas
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T7/00—Details of radiation-measuring instruments

Definitions

  • the invention relates to the field of the acquisition and processing of spectrometric data, for the real-time location of photon emission sources and the mapping of sites contaminated by such sources.
  • the invention is applicable and noticeable to the use of radioactive substances.
  • Radioactive source location techniques are already known in real time by acquisition of spectrometric or dosimetric data.
  • a photon detector for example X-ray, infrared, or gamma, which indicates in real time a count rate of photons detected for a given energy.
  • Spectrometry makes it possible to know the identity of the atom, for example the radionuclide that emits the photons.
  • the user moves and the count rate of the detector changes, the user infers that it is likely to move closer to or away from the photon source.
  • This approach makes it possible to locate a source by trial and error. However, it does not allow to measure the photon emission rate of the source, ie for example the activity when the source is radioactive.
  • this approach involves moving around the source in order to locate it, and even reaching the location of the source to obtain the maximum counting rate and thus locate the source. This can cause exposure to intense radiation, and cause danger to the operator's health.
  • Another known technique consists in carrying out a series of measurements of the count rate by systematically squaring the area where the source is thought to be. Using this series of measurements it is possible to map the active area (if the response function of the detector is known) or the counting rate and thus find the location of the source.
  • This technique makes it possible to precisely locate a radioactive source but requires reprocessing of the data after taking measurements. It is therefore not adapted to a context where one seeks to locate one or more sources in real time.
  • the invention aims to overcome at least one of the aforementioned problems.
  • one of the aims of the invention is to propose a method of locating one or more sources of photon emission in real time, making it possible to determine the photon emission rate of the source, while limiting the risk exposure of the operator implementing the method.
  • the invention provides a method for locating at least one photon source in a site, comprising the steps of measuring spectrometric data at at least three distinct points of the site, and at each measurement,
  • the invention may further comprise at least one of the following features:
  • the spectrometric data measured includes a photon count rate in a given energy band.
  • the surface is modeled by a matrix, each element of which corresponds to a point of determined size of said surface.
  • the measuring step further comprises measuring, at each measuring point, the geographical coordinates of said point, and the step of calculating a range of possible photon emission rates of a hypothetical source comprises the projection on a geographical map of the site of the surface modeled from the geographic coordinates of the measuring points.
  • the weighted average at a point in common to several modeled surfaces takes into account the uncertainty in calculating the emission rate at the point and the distance of the point from the measurement point on which each surface is centered.
  • the maximum levels correspond to the presence of a real source of photon emission.
  • the source is a radioactive source and a photon emission rate corresponds to the activity of the source.
  • r is the distance between the measuring point and a source
  • e is the energy of the photons detected
  • v a model of distribution of radionuclides in the soil
  • ⁇ 0 / ⁇ the intrinsic efficiency of the detector
  • N f / N 0 l geometric efficiency of the detector and ⁇ / ⁇ a correlation function between an activity in the ground and a flux of photons arriving on the detector.
  • the invention also relates to a system for locating at least one source of photons, the system comprising:
  • a mobile carriage adapted to be moved in a site
  • a radiation detector mounted on said carriage, adapted to measure at a plurality of measurement points spectrometric data, a computing and processing unit, and
  • the radiation detector is adapted to transmit the spectrometric data to the computing and processing unit, and
  • said unit is adapted for, from the data
  • calculating based on the measured spectrometric data, a range of possible photon emission rates from a hypothetical source as a function of possible distances between the source and a measurement point, said ranges being stored in the memory, said calculation comprising modeling, at each measurement point, a surface centered on said point, and at each point of the surface, the attribution of a photon emission rate of a hypothetical source located at said point, as a function of the distance between the point and the point of measurement, and for
  • the invention has many advantages.
  • the source can further be located remotely. These two aspects reduce the exposure of the operator to radiation.
  • the sources thus determined are of known composition because the location is performed for a photon energy band selected by the operator.
  • the proposed method provides information on the position of the source in real time, which provides information quickly on the position of the source and its photon emission rate.
  • FIG. 1 represents a detection system adapted for implementing the method according to the invention.
  • FIG. 2 represents the main steps of the method according to the invention.
  • FIG. 3a and 3b show the relationships between photon emission rate and distance to the detector simulated from the spectrometric measurements during the implementation of the method.
  • FIG. 4 represents a pixel seen from two successive measurement points.
  • Figure 5 shows the emission spectrum of an atomic species.
  • Figures 6a and 6b respectively show a context of implementation of the method according to the invention, and the results obtained in this context. DETAILED DESCRIPTION OF AT LEAST ONE MODE OF IMPLEMENTATION
  • the method according to the invention makes it possible to locate at least one source of photon emission.
  • the source may be a radioactive source that emits gamma photons as a result of atomic de-excitation. It may also be an infrared source or X-rays, the latter may be artificially excited for fluorescence detection of metal-type materials, for example.
  • the source may be of a diffuse or punctual nature, it may come from a surface deposit, a diffuse pollution, be a buried source, etc.
  • the invention also applies where a site has undergone decontamination to verify whether there is a source of radiation.
  • an operator moves a detection system in a site where there is supposed to be at least one photon source.
  • such a detection system 1 comprises a mobile carriage 10 on which a radiation detector 11 is mounted.
  • the detector is adapted to the type of radiation studied; for example, in the case of the location of a radioactive source, the detector is advantageously a germanium or GeHP semiconductor spectrometer because it has a very fine resolution, of the order of 0.25% to the photon energy 600 keV.
  • the system is also provided with a cooling system 14, for example a liquid nitrogen tank or a cryo-electric system for cooling the detection crystal.
  • a cooling system 14 for example a liquid nitrogen tank or a cryo-electric system for cooling the detection crystal.
  • This detector is not collimated, so that it can detect photons coming from the surface with a detection opening of 180 °, corresponding to a solid angle of 2 ⁇ steradians.
  • the system further comprises a computing and processing unit 12, and a memory 13 connected to said unit.
  • the detector is provided with an interface enabling it to transmit data to the computing and processing unit.
  • the system may further comprise a positioning device 16, for example a satellite navigation system (GPS), connected to the computing and processing unit, for associating with the spectrometric data acquired at a measurement point the geographic coordinates of said point.
  • GPS satellite navigation system
  • This method comprises an initialization step 100, during which an operator selects, for example by means of a man-machine interface integrated in the computing and processing unit, a band of energy lines to be detected. Indeed, whatever the nature of the source, the energies of the emitted photons are characteristic of the composition of said source.
  • the decay energy of cesium 137 is 667.6 keV.
  • An operator therefore selects an energy band centered on the 661.6 keV line.
  • the operator also selects other measurement parameters such as the depth distribution of the source in the ground (for example surface or buried), information on the nature of the ground (composition, flatness %) and parameters. related to the detector (elevation in relation to the ground, type of detector ).
  • the operator positions the system on the site at a first measurement point.
  • this measurement point during a step 210, it measures spectrometric data, as well as the geographical coordinates of the measurement point.
  • the spectrometric data in particular comprise a photon counting rate, that is to say a number of events per unit of time, in the previously selected energy band.
  • this photon count corresponds to the number of gamma decays of the source, which depends on its activity.
  • the latter implements a photon emission rate calculation step 220 of a hypothetical source. function of the distance between the source and the measurement point that will be presented with reference to Figures 3a and 3b.
  • FIG. 3a shows curves representing the relationship between the distance between a hypothetical source at the origin of detected photons and the measurement point, and the actual photon emission rate of this source (that is, the activity in the case of a radioactive source).
  • Each curve is made for a photon count rate set at 1 per second, for a detector positioned at 0.3 m height from the ground surface, for a given detector whose response function is known, and for a type of distribution of radionuclides in the soil.
  • - A is the activity of the source, in Bq or Bq
  • - R is the distance between the detector, ie the measuring point, and the source, in meters
  • Nf is the count rate recorded by the detector in counts / s
  • v is the distribution of radionuclides in the soil
  • e is the energy of the radiation, in keV
  • the use of the detection system depending on the parameters of the detector used, and for different types of radionuclide distributions in the soil, as well as for different photon energies to be detected.
  • the input of the various parameters enables the computing and processing unit 12 to load the corresponding function.
  • the detector supplies the calculation unit with the counting rate N f, and the calculation unit can obtain, by a simple calculation 221, the activity A of a source as a function of its distance as illustrated. in Figure 3a.
  • the computing unit During a step 222, the computing unit generates a matrix of pixels centered on the measurement point, each pixel representing a determined diameter of a surface centered on the measurement point.
  • the calculation unit uses the equation of the above activity to associate each pixel with a given activity, as a function of the distance between the zone represented by the pixel and the measurement point. to obtain the count rate measured at the detector.
  • This matrix is thus constructed as if a hypothetical source was present at each point of the map, each source being at the origin of the counting rate measured.
  • the computing unit projects, on a map of the area studied, the m a m i nsi m odelized according to the geographic coordinates of the measurement point that were acquired in the same time as the spectrometric data.
  • the operator moves the detection system 1 during a step 300 to arrive at a new measurement point.
  • a correlation step 230 is implemented by the computing and processing unit 12.
  • This step consists of correlating the values of photon emission rates calculated from a point of the site appearing in several matrices modeled during the simulation step 220.
  • each measurement at a new measurement point provides information. additional and refines the estimate of the photon emission rate at each point.
  • pixels of the surface generated at the current measurement point are identified, which correspond to points of the studied zone represented by pixels of other surfaces modeled in one or more of the preceding measurements.
  • points of the studied geography zone that are common to several matrices modeled around each measurement point.
  • This identification is enabled by the knowledge of the respective positions of the different measurement points, the size of the modeled surface represented by a matrix, and the dimension represented by each pixel of each surface, the latter elements being parameters chosen according to the calculation we want to conduct.
  • the previous calculation is simplified by keeping to each measurement only the weighted average of the measures of the previous points.
  • k is the index corresponding to the current measurement point and k-1 is the index corresponding to the average measurement point of the previous measurement points
  • ⁇ is the efficiency of the detector, which depends on the distance r between the pixel and the detector
  • N is the count rate of a given measure
  • ⁇ is the weight of a given measure.
  • the weighting is calculated according to the uncertainty of the count rate of the detector and the distance between the pixel and the detector,
  • ⁇ ⁇ . (1; m) is the error on the photon emission rate (the activity in the case of radioactive radiation) calculated for the coordinate pixel (I; m)
  • d is the distance between the detector and the pixel (I; m).
  • the coefficient ⁇ ⁇ (1; m) is explained with reference to FIG. 5, which represents a peak of photon emission for a given atomic species.
  • the surface H corresponds to the number of photons recorded by the spectrometer during the acquisition time for the emission line characteristic of the species in question.
  • the area I on the right of the peak corresponds to the background noise and the surface G corresponds to the additional background noise produced by the Compton background of the higher energy photons.
  • the count rate measured in the calculation of the activity of a point of an area corresponds to the surface area of the surface H.
  • h j is the total number of events in channel j (see Figure 5) and 3 ⁇ 4 the number of events of channel j belonging to the Compton background of higher energy lines.
  • the area G under the peak is calculated by a linear adjustment of the Compton bottom to the right and to the left of the peak. Per channel the number of events 3 ⁇ 4 is calculated as follows:
  • x c and x e being the abscissas of the extreme terminals of the peak in energy
  • y ap and y av the respective ordinates of extreme bo rn es in co u ps pa rs eco nde, which correspond to the background noises before and after the peak.
  • bin is the width of a channel in keV
  • x b and x has the abscissa of points in the area before the peak
  • x f and x g the abscissa of points in the area after the peak.
  • the data once correlated, make it possible to identify the absolute position of a source, in the site on which the measurements were made, as well as the photon emission rate of the source.
  • the measurement steps 210, simulation 220, and correlation steps 230 are repeated in at least three measurement points distinct from the site, to "triangulate" the position of one or more sources.
  • FIG. 6a shows a mapped site in which a 137 Cs radioactive source S remains in an old building.
  • This source has an extension of 3 * 3 m 2 , and an activity of 1000 Bq / kg.
  • a path from an operator between a starting point A and an arrival point B is shown, during which the operator moves a detection system 1 and implements the method illustrated in FIG. 2, the measurements being acquired all the meters.
  • Figure 6b shows the result of the implementation of the method.
  • the darkest areas have an activity less than 100 Bq / kg.
  • the lightest areas correspond to an activity of between 100 and 1000 Bq / kg.
  • the intermediate zones correspond to an activity exceeding 1000 Bq / kg.

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Description

PROCEDE DE LOCALISATION D'AU MOI NS UN E SOURCE D'EM ISSION
DE PHOTONS
DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention concerne le domaine de l'acquisition et du traitement de données spectrométriques, pour la localisation en temps réel de sources d'émission de photons et la cartographie de sites contaminés par de telles sources.
L' i nvention est appl i cabl e nota m m e nt à l a l oca l i sati on d e so u rces radioactives.
ETAT DE LA TECHNIQUE
On connaît déjà des techniques de localisation de sources radioactives en temps réel par acquisition de données spectrométriques ou dosimétriques.
Ces techniques sont mises en œuvre en utilisant un détecteur de photons, par exemple des rayons X, infrarouge, ou gamma, qui indique en temps réel un taux de comptage de photons détectés pour une énergie donnée. La spectrométrie permet de connaître l'identité de l'atome, par exemple du radionucléide qui émet les photons.
Quand l'utilisateur se déplace et que le taux de comptage du détecteur évolue, l'utilisateur en déduit qu'il est probable qu'il se rapproche ou s'éloigne de la source de photons.
Cette approche permet de localiser une source par tâtonnements. Elle ne permet cependant pas de mesurer le taux d'émission de photons de la source, c'est à dire par exemple l'activité lorsque la source est radioactive.
Elle ne permet pas non plus de distinguer plusieurs sources si ces sources sont adjacentes, et si elles sont de compositions semblables, c'est à dire si elles émettent des photons de même énergie.
En outre cette approche implique de se déplacer à proximité de la source pour pouvoir la localiser, et même d'atteindre l'emplacement de la source pour obtenir le taux de comptage maxi mum et ainsi localiser la source. Ceci peut occasionner une exposition à des rayonnements intenses, et causer un danger pour la santé de l'opérateur. Une autre technique connue consiste à réaliser une série de mesures du taux de comptage en quadrillant systématiquement la zone où l'on pense que la source se trouve. A l'aide de cette série de mesures on peut réaliser une cartographie de la zone en activité (si on connaît la fonction de réponse du détecteur) ou en taux de comptage et donc trouver l'emplacement de la source.
Cette technique permet de localiser avec précision une source radioactive mais nécessite un retraitement des données après la prise de mesures. Elle n'est donc pas adaptée à un contexte où l'on cherche à localiser une ou plusieurs sources en temps réel.
PRESENTATION DE L'INVENTION
L'invention a pour but de pallier au moins l'un des problèmes précités. En particulier, un des buts de l'invention est de proposer un procédé de localisation d'une ou plusieurs sources d'émission de photons en temps réel, permettant de déterminer le taux d'émission de photons de la source, en limitant le risque d'exposition de l'opérateur mettant en œuvre le procédé.
A cet égard, l'invention propose un procédé de localisation d'au moins une source de photons dans un site, comprenant les étapes consistant à mesurer, en au moins trois points distincts du site, des données spectrométriques, et à chaque mesure,
calculer, en fonction des données spectrométriques mesurées, une plage de taux d'émission de photons possibles d'une source hypothétique de rayonnement à l'origine desdites données, en fonction de la distance possible entre ladite source hypothétique et le point de mesure, ladite mesure comprenant :
o en chaque point de mesure, la modélisation d'une surface centrée sur ledit point,
o en chaque point de la surface, l'attribution d'un taux d'émission de photons d'une source hypothétique située audit point, en fonction de la distance entre le point et le point de mesure, et
corréler les plages de taux d'émission de photons d'une source hypothétique en fonction de la distance possible entre la source hypothétique et le point de mesure courant, avec les plages de taux d'émission d'une source hypothétique en fonction des distances possibles entre la source et les points de mesure précédents pour localiser la ou les sources et déterminer leur taux d'émission de photons,
le procédé étant caractérisé en ce que l'étape de corrélation comprend :
l'identification de points communs entre
o la surface modélisée au point de mesure courant, et
o une surface modélisée d'au moins un point de mesure précédent, et, pour chaque point commun, le calcul d'une moyenne pondérée du taux d'émission de photons d'une source hypothétique située audit point.
Avantageusement, mais facultativement, l' i nvention peut en outre comprendre au moins l'une des caractéristiques suivantes :
les données spectrométriques mesurées comprennent un taux de comptage de photons dans une bande d'énergie donnée.
- la surface est modélisée par une matrice dont chaque élément correspond à un point de taille déterminée de ladite surface.
l'étape de mesure comprend en outre la mesure, en chaque point de mesure, des coordonnées géographiques dudit point, et l'étape de calcul d'une plage de taux d'ém ission de photons possibles d'une source hypothétique comprend la projection sur une carte géographique du site de la surface modélisée à partir des coordonnées géographiques des points de mesure.
la moyenne pondérée en un point commun à plusieurs surfaces modélisées tient compte de l'incertitude sur le calcul du taux d'émission au point et de la distance du point par rapport au point de mesure sur lequel chaque surface est centrée.
à l'issue de la corrélation des taux d'émission de photons, les taux maximum correspondent à la présence d'une source réelle d'émission de photons. la source est une source radioactive et un taux d'émission de photons correspond à l'activité de la source.
la phase de calcul d'une plage de taux d'émission de photons possibles d'une source hypothétique comprend le calcul de l'activité selon une fonction qui s'écrit comme suit : A(r, e, v) = Nf 1
^ (r, e) -^- (e) T (r, e, v)
où r est la distance entre le point de mesure et une source, e est l'énergie des photons détectés, v un modèle de distribution de radionucléides dans le sol, Ν0/Φ l'efficacité intrinsèque du détecteur, Nf/N0 l'efficacité géométrique du détecteur, et Φ/Α une fonction de corrélation entre une activité dans le sol et un flux de photons arrivant sur le détecteur.
L'invention concerne également un système de localisation d'au moins une source de photons, le système comprenant :
un chariot mobile, adapté pour être déplacé dans un site,
- un détecteur de rayonnement, monté sur ledit chariot, adapté pour mesurer en une pluralité de points de mesure des données spectrométriques, une unité de calcul et de traitement, et
une mémoire en communication avec l'unité de calcul et de traitement, le système étant caractérisé en ce que :
- le détecteur de rayonnement est adapté pour transmettre les données spectrométriques à l'unité de calcul et de traitement, et
ladite unité est adaptée pour, à partir des données,
o calculer, en fonction des données spectrométriques mesurées, une plage de taux d'émission de photons possibles d'une source hypothétique en fonction de distances possibles entre la source et un point de mesure, lesdites plages étant stockées dans la mémoire, ledit calcul comprenant la modélisation, en chaque point de mesure, d'une surface centrée sur ledit point, et en chaque point de la surface, l'attribution d'un taux d'émission de photons d'une source hypothétique située audit point, en fonction de la distance entre le point et le point de mesure, et pour
corréler les plages de taux d'émission de photons d'une source hypothétique en fonction des distances possibles entre la source et le point de mesure courant avec les plages de taux d'émission d'une source hypothétique en fonction des distances possibles entre la source et les points de mesure précédents pour local iser la ou les sources et détermi ner leur taux d'émission de photons, ladite corrélation comprenant l'identification de points communs entre
■ la surface modélisée au point de mesure courant, et
■ une surface modélisée d'au moi ns un point de mesure précédent, et,
pour chaque point commun, le calcul d'une moyenne pondérée du taux d'émission de photons d'une source hypothétique située audit point.
L'invention présente de nombreux avantages.
Elle perm et d e l ocal i se r u ne o u pl us i e u rs so u rces san s reco u ri r nécessairement à un quadrillage systématique du site étudié. La source peut en outre être localisée à distance. Ces deux aspects permettent de réduire l'exposition de l'opérateur au rayonnement.
Les sources ainsi déterminées sont de composition connues car la localisation est réalisée pour une bande d'énergie de photons sélectionnée par l'opérateur.
En outre, le procédé proposé fournit des informations relativement à la position de la source en temps réel, ce qui permet d'obtenir des informations rapidement sur la position de la source et sur son taux d'émission de photons.
DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, au regard des figures annexées, données à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquelles :
- La figure 1 représente un système de détection adapté pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention.
La figure 2 représente les principales étapes du procédé selon l'invention.
Les figures 3a et 3b représentent les relations entre taux d'émission de photon et distance par rapport au détecteur simulées à partir des mesures spectrométriques au cours de la mise en œuvre du procédé. La figure 4 représente un pixel vu de deux points de mesure successifs. La figure 5 représente le spectre d'émission d'une espèce atomique. Les figures 6a et 6b représentent respectivement un contexte de mise en œuvre du procédé selon l'invention, et les résultats obtenus dans ce contexte. DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE MISE EN ŒUVRE
Le procédé selon l'invention permet de localiser au moins une source d'émission de photons. La source peut être une source radioactive, qui émet des photons gamma par suite d'une désexcitation atomique. Il peut également s'agir d'une source infrarouge ou de rayons X, ces derniers pouvant être excités artificiellement pour repérer par fluorescence des matériaux de type métallique par exemple.
En outre, la source peut être de nature diffuse ou ponctuelle, elle peut provenir d'un dépôt de surface, d'une pollution diffuse, être une source enterrée, etc. L' i nvention s'appl ique égal ement dans l e cas où u n site a subi u ne décontamination, afin de vérifier s'il subsiste une source de rayonnement.
Système de détection
Au cours du procédé selon l'invention, un opérateur déplace un système de détection dans un site où se trouve supposément au moins une source de photons.
En référence à la figure 1 , un tel système 1 de détection comprend un chariot mobile 10, sur lequel est monté un détecteur 1 1 de rayonnement. Le détecteur est adapté au type de rayonnement étudié ; par exemple, dans le cas de la localisation d'une source radioactive, le détecteur est avantageusement un spectromètre semi-conducteur au germanium ou GeHP car i l présente une résolution très fine, de l'ordre de 0,25% à l'énergie photonique de 600 keV.
Dans le cas d'un spectromètre germanium, on munit également le système d'un système de refroidissement 14, par exemple un réservoir d'azote liquide ou un système cryo-électrique permettant un refroidissement du cristal de détection.
Ce détecteur n'est pas collimaté, de sorte qu'il peut détecter des photons provenant de la surface avec une ouverture de détection de 180°, correspondant à un angle solide de 2π stéradians.
Le système comprend en outre une unité de calcul et de traitement 12, et une mémoire 13 connectée à ladite unité. Le détecteur est pourvu d'une interface 15 lui permettant de transmettre des données à l'unité de calcul et de traitement. Le système peut en outre comprendre un dispositif de positionnement 16, par exemple un système de géopositionnement par satellite (GPS), connecté à l'unité de calcul et de traitement, pour associer aux données spectrométriques acquises en un point de mesure les coordonnées géographiques dudit point.
Procédé de localisation
En référence à la figure 2, on a représenté les principales étapes du procédé de localisation.
Initialisation
Ce procédé comporte une étape d'initialisation 100, au cours de laquelle un opérateur sélectionne, par exemple au moyen d'une interface homme-machine intégrée à l'unité de calcul et de traitement, une bande de raies d'énergie à détecter. En effet, quelle que soit la nature de la source, les énergies des photons émis sont caractéristiques de la composition de ladite source.
Par exemple, si un opérateur recherche une source de césium radioactif, l'énergie de désintégration du césium 137 est de 667,6 keV. Un opérateur sélectionne donc une bande d'énergie centrée sur la raie à 661,6 keV.
L'opérateur sélectionne en outre d'autres paramètres de mesure tels que la distribution en profondeur de la source dans le sol (par exemple surfacique ou enterrée), des informations sur la nature du terrain (composition, planéité... ) et des paramètres liés au détecteur (élévation par rapport au sol, type de détecteur... ).
L' i m portance de l a sél ecti on de ces param ètres lors d' u ne étape d'initialisation est expliquée ci-après. Mesure et simulation
Suite à cette étape d'initialisation, l'opérateur positionne le systèmel sur le site en un premier point de mesure. En ce point de mesure, il mesure au cours d'une étape 210 des données spectrométriques, ainsi que les coordonnées géographiques du point de mesure.
Les données spectrométriques comprennent en particulier un taux de comptage de photons, c'est-à-dire un nombre d'événement par unité de temps, dans la bande d'énergie préalablement sélectionnée. Dans le cas d'une source rad ioactive , ce taux de com ptage de photons correspond au nom bre de désintégrations gamma de la source, qui dépend de son activité. Puis, à partir des données spectrométriques mesurées par le détecteur, et qui sont transmises à l'unité de calcul et de traitement, celle-ci met en œuvre une étape de calcul 220 de taux d'émission de photons d'une source hypothétique en fonction de la distance entre la source et le point de mesure que l'on va présenter en référence aux figures 3a et 3b.
A titre d'exemple non limitatif, on a représenté en figure 3a, des courbes représentant la relation entre la distance entre une source hypothétique à l'origine de photons détectés et le point de mesure, et le taux d'émission de photons réel de cette source (c'est-à-dire l'activité dans le cas d'une source radioactive).
Chaque courbe est réalisée pour un taux de comptage de photons fixé à 1 par seconde, pour un détecteur positionné à 0,3 m de hauteur par rapport à la surface du sol, pour un détecteur donné dont la fonction de réponse et connue, et pour un type de distribution de radionucléides dans le sol.
Les cou rbes de l a fi g ure 3a ont été m odél i sées pou r trois types de distributions de sources d'émission de photons dans le sol :
Surfacique, correspondant à un dépôt en surface,
Exponentielle, correspondant à un dépôt initial en surface suivi d'une infiltration dans le sol, et
Homogène, correspondant à une présence naturelle.
Ces courbes ont en outre été modélisées pour différentes étendues d'une source, à savoir 1 m2, 5 m2, et 10 m2. Pour le cas d'une distribution exponentielle, l'activité en surface dépend également d'un coefficient b ou β appelé « coefficient de masse de relaxation », l'activité s'écrivant : A(z) = A0e~(b)z où A0 est l'activité en surface, et p est la densité du sol en g . cm"3. Les courbes de la figure 3a ont été modélisées avec b = 1 g/cm2.
Ces courbes sont données, dans le cas d'une source radioactive, par l'équation suivante :
A(r, e, v) = Nf 1
^- (r, e) -^- (e) T (r, e, v)
OÙ
- A est l'activité de la source, en Bq ou Bq, - R est la distance entre le détecteur, c'est-à-dire le point de mesure, et la source, en mètres,
Nf est le taux de comptage enregistré par le détecteur en coups/s, v est la distribution des radionucléides dans le sol,
e est l'énergie du rayonnement, en keV,
- est la distribution angulaire du flux de photons, calculée analytiquement, qui dépend uniquement de la distribution des radionucléides dans le sol,
- ^correspond à l'efficacité intrinsèque du détecteur, c'est-à-dire à l'efficacité de détection d'un flux de photons parvenant sur le détecteur parallèlement à son axe, et
Nr
- — correspond a l'efficacité géométrique du détecteur. Elle traduit la
N0
variation du terme ¾n fonction de l'angle d'incidence du flux de photons par rapport à l'incidence axiale. Elle dépend de la géométrie du détecteur. La fonction est avantageusement tabulée préalablement à
Figure imgf000011_0001
l'utilisation du système de détection, en fonction des paramètres du détecteur utilisé, et pour différents types de répartitions de radionucléides dans le sol, ainsi que pour différentes énergies de photons à détecter.
Les fonctions ainsi tabulées sont stockées dans la mémoire 13.
De la sorte, lors de l'étape d'initialisation 100 par l'opérateur, l'entrée des différents paramètres permet à l'unité de calcul et de traitement 12 de charger la fonction correspondante. Puis, à chaque mesure, le détecteur fournit à l'unité de calcul le taux de comptage Nf, et l'unité de calcul peut obtenir par un calcul simple 221 l'activité A d'une source en fonction de sa distance comme illustré en figure 3a.
Au cours d'une étape 222, l'unité de calcul génère une matrice de pixels centrée sur le point de mesure, chaque pixel représentant un poi nt de tai l le déterminée d'une surface centrée sur le point de mesure.
En référence à la figure 3b, l'unité de calcul utilise l'équation de l'activité ci- dessus pour associer à chaque pixel une activité donnée, en fonction de la distance entre la zone représentée par le pixel et le point de mesure, pour obtenir le taux de comptage mesuré au niveau du détecteur. Cette matrice est donc construite comme si une source hypothétique était présente en chaque point de la carte, chaque source étant à l'origine du taux de comptage mesuré.
Enfin, au cours d'une étape 223 l'unité de calcul projette, sur une carte de la zone étudi ée , la m atri ce ai nsi m odél isée en foncti on des coordon nées géographiques du point de mesure qui ont été acquises au même moment que les données spectrométriques.
Corrélation
De retour à la figure 2, une fois une mesure acquise et l'étape de calcul 220 accomplie, l'opérateur déplace le système de détection 1 au cours d'une étape 300 pour parvenir en un nouveau point de mesure.
Au nouveau point de mesure, les étapes 210 de mesure et 220 de calcul sont réitérées. Puis, une étape de corrélation 230 est mise en œuvre par l'unité de calcul et de traitement 12.
Cette étape consiste à corréler les valeurs de taux d'émission de photons calculés d'un point du site figurant dans plusieurs matrices modélisées lors de l'étape de simulation 220. Ainsi, chaque mesure en un nouveau point de mesure apporte de l'information supplémentaire et permet d'affiner l'estimation du taux d'émission de photons en chaque point.
Pour ce faire on identifie des pixels de la surface générée au point de mesure courant, qui correspondent à des points de la zone étudiée représentés par des pixels d'autres surfaces modélisées en un ou des poi nts de mesures précédents. On identifie donc des points de la zone géographie étudiée communs à plusieurs matrices modélisées autour de chaque point de mesure.
Cette identification est perm ise par la connaissance des positions respectives des différents points de mesure, de la taille de la surface modélisée représentée par une matrice, et de la dimension représentée par chaque pixel de chaque surface, ces derniers éléments étant des paramètres choisis en fonction du calcul que l'on veut mener.
En référence à la figure 4, on a représenté un tel pixel vu de deux points de mesure successifs i et i+1. Les coordonnées de ce pixel sont I et m respectivement en abscisse et en ordonnée. Pour chaque pixel, l'activité du pixel A(l,m) est calculé par la moyenne des activités calculées à parti r de tous les points de mesure pondérée par l'incertitude sur chaque activité : A(l; m) = ∑Î J"Î^Î -
Or, pour permettre le calcul en temps réel des taux d'émission de photons (activités dans le cas d'émission radioactive) pour les différents points du site étudié, on simplifie le calcul précédent en ne conservant à chaque mesure que la moyenne pondérée des mesures des points précédents.
Ai nsi , en un poi nt de mesure courant, on ne fait pl us que la moyenne pondérée de l'activité au point de mesure courant et de l'activité moyenne pour les points de mesure précédents. On obtient donc l'équation suivante :
Ail; m)k = + fik-i- A(l; m)fc_1
Figure imgf000013_0001
k est l'indice correspondant au point de mesure courant et k-1 est l'indice correspondant au point de mesure moyen des précédents points de mesure,
Figure imgf000013_0002
- Ail.- m^.^ -^-. -^. Ni. ^-),
ε est l'efficacité du détecteur, qui dépend de la distance r entre le pixel et le détecteur,
N est le taux de comptage d'une mesure considérée,
Et μ correspond au poids d'une mesure considérée.
La pondération est quant à elle calculée en fonction de l'incertitude sur le taux de comptage du détecteur et de la distance entre le pixel et le détecteur,
μ, s'exprime de la manière suivante :
1
μ ΐ,' ηΐ = (oAi ; m). d^l; m)f
Où σΑ.(1 ; m) est l'erreur sur le taux d'émission de photons (l'activité dans le cas d'un rayonnement radioactif) calculé pour le pixel de coordonnées (I ; m) , et d est la distance entre le détecteur et le pixel (I ;m).
Le coefficient σΑ.(1 ; m) est explicité en référence à la figure 5, qui représente un pic d'émission de photons pour une espèce atomique donnée. La surface H correspond au nombre de photons enregistrés par le spectromètre durant le temps d'acquisition pour la raie d'émission caractéristique de l'espèce considérée.
La surface I à droite du pic correspond au bruit de fond et la surface G correspond au bruit de fond additionnel produit par le fond Compton des photons de plus haute énergie. Le taux de comptage mesuré dans le calcul de l'activité d'un point d'une zone correspond à l'aire de la surface H.
L'incertitude sur le taux d'émi rit comme suit :
Figure imgf000014_0001
Avec as. l'incertitude sur la surface S, du pic, et (^j) l'incertitude relative de la calibration du spectromètre, de l'ordre de 10%.
De retour à la figure 5, on a :
j=Xc
Où hj est le nombre d'événements total dans le canal j (voir figure 5) et ¾ le nombre d'événements du canal j appartenant au fond Compton des raies de plus hautes énergies.
L'incertitude sur l'aire du ic se calcule donc comme : as. =
Figure imgf000014_0002
= σΗ . + aG . = JÏÏI + JGI
La surface G sous le pic se calcule par un ajustement linéaire du fond Compton à droite et à gauche du pic. Par canal le nombre d'événements ¾ se calcule comme suit :
3j = (xj - xc) „ _ x ) + yt
xc et xe étant les abscisses des bornes extrêmes du pic en énergie, et yap et yav les ordonnées respectives d es b o rn e s extrê m es e n co u ps pa r s eco n d e , q u i correspondent aux bruits de fond avant et après le pic.
Les bruits de fond avant et après le pic se calculent comme suit :
bin V
Figure imgf000015_0001
Où bin est la largeur d'un canal en keV, xb et xa les abscisses de points situés dans la zone avant le pic, et xf et xg les abscisses de points situés dans la zone après le pic.
Les données, une fois corrélées, permettent d'identifier la position absolue d'une source, dans le site sur lequel les mesures ont été faites, ainsi que le taux d'émission de photons de la source.
Pour cela on répète les étapes de mesure 210, de simulation 220, et de corrélation 230 en au moins trois poi nts de mesure distincts du site, pour « trianguler » la position d'une ou plusieurs sources. Bien entendu, plus le nombre de points de mesure est important, et plus la source est repérée précisément.
Application de l'invention
En référence à la figure 6a et à la figure 6b, on a représenté un exemple d'application de l'invention. En figure 6a, on a représenté un site cartographié, dans lequel une source S radioactive de 137Cs subsiste dans un ancien bâtiment. Cette source présente une extension de 3*3 m2, et une activité de 1000 Bq/kg.
Un trajet d'un opérateur entre un point de départ A et un point d'arrivée B est représenté, au cours duquel l'opérateur déplace un système 1 de détection et met en œuvre le procédé illustré en figure 2, les mesures étant acquises tous les mètres.
En figure 6b, on a représenté le résultat de la mise en œuvre du procédé. Les zones les plus foncées présentent une activité inférieure à 100 Bq/kg. Les zones les plus claires correspondent à une activité comprise entre 100 et 1000 Bq/kg. Les zones intermédiaires correspondent à une activité excédant 1000 Bq/kg.
On constate donc qu'il est possible qu'une source S d'activité supérieure à 1000 Bq/kg localisée par le procédé puisse exister dans la zone en intermédiaire.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de localisation d'au moins une source de photons dans un site, comprenant les étapes consistant à mesurer (210), en au moins trois points distincts du site, des données spectrométriques, et à chaque mesure,
calculer (220), en fonction des données spectrométriques mesurées, une plage de taux d'émission de photons possibles d'une source hypothétique de rayonnement à l'origine desdites données, en fonction de la distance possible entre ladite source hypothétique et le point de mesure, ladite étape comprenant :
o en chaque point de mesure, la modélisation (222) d'une surface centrée sur ledit point,
o en chaque point de la surface, l'attribution d'un taux d'émission de photons d'une source hypothétique située audit point, en fonction de la distance entre le point et le point de mesure, et
corréler (230) les plages de taux d'émission de photons d'une source hypothétique en fonction de la distance possible entre la source hypothétique et le point de mesure courant, avec les plages de taux d'émission d'une source hypothétique en fonction des distances possibles entre la source et les points de mesure précédents pour localiser la ou les sources et déterminer leur taux d'émission de photons
le procédé étant caractérisé en ce que l'étape de corrélation comprend :
l'identification de points communs entre
o la surface modélisée au point de mesure courant, et
o une surface modélisée d'au moins un point de mesure précédente, et pour chaque point commun, le calcul d'une moyenne pondérée du taux d'émission de photons d'une source hypothétique située audit point.
2. Procédé de localisation selon la revendication précédente, dans lequel les données spectrométriques mesurées comprennent un taux de comptage de photons dans une bande d'énergie donnée.
3. Procédé de localisation selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la surface est modélisée par une matrice dont chaque élément correspond à un point de taille déterminée de ladite surface.
4. Procédé de localisation selon la revendication 3, dans lequel :
l'étape de mesure comprend en outre la mesure, en chaque point de mesure, des coordonnées géographiques dudit point, et
l'étape de calcul (220) d'une plage de taux d'émission de photons possibles d'une source hypothétique comprend la projection (223) sur une carte géographique du site de la surface modélisée à partir des coordonnées géographiques des points de mesure.
5. Procédé de localisation selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la moyenne pondérée en un point commun à plusieurs surfaces modélisées tient compte de l'incertitude sur le calcul du taux d'émission au point et de la distance du point par rapport au point de mesure sur lequel chaque surface est centrée.
6. Procédé de localisation selon l'une des revendications précédentes dans lequel, à l'issue de la corrélation des taux d'émission de photons, les taux maximum correspondent à la présence d'une source réelle d'émission de photons.
7. Procédé de localisation selon l'une des revendications précédentes dans lequel la source est une source radioactive et un taux d'émission de photons correspond à l'activité de la source.
8. Procédé de localisation selon la revendication 7, dans lequel la phase de calcul (220) d'une plage de taux d'émission de photons possibles d'une source hypothétique comprend le calcul de l'activité (221 ) selon une fonction qui s'écrit comme suit :
Mr, e, v) = Nr 1
flj (r. e) -j- (e) -j(r, e, v) où r est la distance entre le point de mesure et une source, e est l'énergie des photons détectés, v un modèle de distribution de radionucléides dans le sol, Ν0/Φ l'efficacité intrinsèque du détecteur, Nf/N0 l'efficacité géométrique du détecteur, et Φ/Α une fonction de corrélation entre une activité dans le sol et un flux de photons arrivant sur le détecteur.
9. Système (1 ) de localisation d'au moins une source de photons, le système comprenant :
un chariot mobile (10), adapté pour être déplacé dans un site,
un détecteur de rayonnement (1 1 ), monté sur ledit chariot, adapté pour m e s u re r e n u n e p l u ra l i té d e p o i n ts d e m e s u re d e s d o n n é e s spectrométriques,
une unité de calcul et de traitement (12), et
une mémoire(13) en communication avec l'unité de calcul et de traitement, le système étant caractérisé en ce que :
le détecteur de rayonnement (1 1 ) est adapté pour transmettre les données spectrométriques à l'unité de calcul et de traitement, et
ladite unité (12) est adaptée pour, à partir des données,
o calculer, en fonction des données spectrométriques mesurées, une plage de taux d'émission de photons possibles d'une source hypothétique en fonction de distances possibles entre la source et un point de mesure, lesdites plages étant stockées dans la mémoire, ledit calcul comprenant la modélisation (222), en chaque point de mesure, d'une surface centrée sur ledit point, et en chaque point de la surface, l'attribution d'un taux d'émission de photons d'une source hypothétique située audit point, en fonction de la distance entre le point et le point de mesure, et pour
o corréler les plages de taux d'émission de photons d'une source hypothétique en fonction des distances possibles entre la source et le point de mesure courant avec les plages de taux d'émission d'une source hypothétique en fonction des distances possibles entre la source et les points de mesure précédents pour localiser la ou les sources et déterminer leur taux d'émission de photons, ladite corrélation comprenant l'identification de points communs entre ■ la surface modélisée au point de mesure courant, et
■ une surface modélisée d'au moins un point de mesure précédent, et,
pour chaque point commun, le calcul d'une moyenne pondérée du taux d'émission de photons d'une source hypothétique située audit point.
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