Brevet FR3001300A1 — publié le 20140725

PROCEDE DE DETECTION DE SOURCE RADIOACTIVE EN MOUVEMENT ET DISPOSITIF ASSOCIE DESCRIPTION Domaine technique et art antérieur L'invention concerne un procédé de détection de source radioactive en mouvement et le dispositif associé. L'invention trouve des applications dans de nombreux domaines et, de façon particulièrement avantageuse, dans le domaine de la sécurité. Pour des raisons de sécurité, il est souvent nécessaire de détecter le passage éventuel d'une source radioactive à proximité d'un lieu ou se déroule un procédé industriel ou lors de la surveillance d'une infrastructure. La sensibilité de détection d'une source radioactive est fonction du niveau d'ambiance radioactive (le bruit de fond), de l'intensité de la source et du temps de passage de cette source devant le système de détection. Il est connu de régler un seuil d'alarme par rapport au niveau des fluctuations statistiques de l'ambiance radioactive afin de déclencher un signal qui atteste la présence d'une source radioactive. Les systèmes de détection de sources mobiles comprennent une pluralité de voies de mesure. Certains de ces systèmes réalisent la détection des sources mobiles par seuillage de chaque voie de mesure et la mesure par la sommation brute des signaux délivrés par les différentes voies de mesure à l'instant de la détection. Afin de réduire les taux de fausses alarmes, sont également connus des systèmes qui travaillent sur la base d'une détection indépendante de chaque voie de mesure et d'une corrélation des détections à posteriori (cf. « Distributed detection of a nuclear radioactive source using fusion correlation decisions » A.Sundaresan, P.K.Varshney, N.S.V Rao in Proceeding of the International Conference on Information Fusion, 2007). Si cette approche permet effectivement une réduction des taux de fausses alarmes, elle ne supprime pas l'étape de seuillage conventionnelle qui limite les capacités de détection intrinsèque des détecteurs. SP 53474 PR 2 L'invention ne présente pas cet inconvénient. Exposé de l'invention En effet, l'invention concerne un procédé de détection de source radioactive qui se déplace sur une trajectoire linéaire sensiblement parallèle à un alignement de N détecteurs, N étant un nombre entier supérieur ou égal à 2. Le procédé comprend les étapes suivantes : -formation de NxNt valeurs de comptage d'impulsions M,,t (i=1, 2, ..., N et t=1, 2, ..., Nt) à partir de NxNt signaux de détection délivrés par les N détecteurs sous la forme d'une succession dans le temps de Nt ensembles de N signaux détectés simultanément par les N détecteurs sur une même durée At, une valeur de comptage d'impulsions représentant un nombre d'impulsions détectées par un détecteur sur une durée At, et - calcul, à l'aide d'un calculateur : d'un ensemble de Nt produits de corrélation Rt de façon que : Rt = Tr=1Mie-Ot+1 (t=1, 2, --, Nt) d'une moyenne statique g des NxNt valeurs de comptage telle que : 17? = - Nt H M t=1 i=1 Nt N u d'un écart-type o-(n) de la moyenne statique R tel que: 0-(R) = Nt Nt 2 - mi,t) t.i d'une condition de corrélation pour chaque produit de corrélation Rt de façon que : si Rt> R + K26(n), K2 étant un scalaire, il est considéré qu'une source radioactive s'est déplacée devant les détecteurs, et si Rt SP 53474 PR 5 Le dispositif comprend N détecteurs D, (i=1, 2, ..., N), N circuits de traitement T,, N circuits de comptage d'impulsions K,, un bloc mémoire B constitué de N mémoires FIFO M, (FIFO pour « First In First Out ») et un calculateur C. Chaque détecteur D, (i=1, 2, ..., N) qui détecte un rayonnement incident délivre un signal impulsionnel. Le signal impulsionnel délivré par le détecteur D, est ensuite traité par un circuit de traitement T,, lequel comprend, par exemple, un amplificateur A, et un circuit de filtrage F. Chaque circuit de traitement T, délivre une impulsion électronique. Les impulsions électroniques délivrées par un circuit de traitement T, sont comptées par un circuit de comptage K. Le comptage des impulsions électroniques s'effectue par tranches de temps successives de durée At. Les valeurs de comptage qui sont délivrées par le compteur K, sont transmises à la mémoire FIFO M. Une mémoire FIFO M, contient en conséquence une succession de valeurs de comptage Mo, etc., où t est l'indice de position temporelle des valeurs de comptage dans l'historique des mémoires FIFO. Selon le principe connu qui régit les mémoires FIFO, dès lors qu'une mémoire FIFO est pleine, la valeur de comptage la plus ancienne qui est stockée dans la mémoire est extraite pour permettre le stockage d'une nouvelle valeur de comptage. Les valeurs de comptage qui sont extraites simultanément des différentes mémoire M, sont alors transmises au calculateur C. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention (non représenté sur la figure), les valeurs de comptage sont lissées par un circuit de lissage avant d'être transmises à la mémoire FIFO. Le calculateur C met en oeuvre un procédé de traitement des valeurs de comptage M,,t. La figure 3 illustre ce procédé de traitement. Dans une première étape (étape 1), le calculateur C calcule Nt produits de corrélation Rt (t=1, 2, ..., Nt) tels que : N Rt = /,(N-Ot+1 ...- - La moyenne statique g des NxNt valeurs de comptage est ensuite calculée (étape 2) : SP 53474 PR 6 = vNt -Fr Ar '' Nt L-1t=1 I 1i=1 i,t Puis, l'écart-type o-(n) de la moyenne statique R est alors calculé (étape 3) : 0-(R) = Nt »ATt M t)2 t=1 Une fois l'écart-type calculé, il est vérifié s'il existe une corrélation significative des séries temporelles parmi les valeurs de Rt (étape 4). Il est ainsi vérifié si oui ou non l'inéquation suivante est réalisée : Rt > R + K26(R) où la grandeur K2 est un scalaire choisi en rapport avec le taux de fausse alarme souhaité pour la détection. L'ordre de grandeur de K2 est de quelques unités. Si l'inéquation ci-dessus n'est pas réalisée, il est considéré qu'aucune source ne s'est déplacée devant les détecteurs (étape 5 : pas de source) . Si l'inéquation ci-dessus est réalisée, il est considéré qu'une source s'est déplacée devant les détecteurs et sa vitesse V et/ou son intensité I (nombre de coups par seconde) sont calculées (étape 6). Parmi les valeurs de Rt, il existe une valeur de Rt qui est maximale. Soit T est le rang t pour lequel la valeur de Rt est maximale, il vient alors : V = d/(T x At), où d est la distance qui sépare deux détecteurs voisins, et N Nt N 1 1 I = ITT -OT +1 N x i=1 t=1 i=1 Dès lors que les étapes 5 et 6 sont effectuées, un nouveau cycle de calcul est lancé (retour à l'étape 1). SP 53474 PR 7 Les figures 4A et 4B illustrent le procédé de détection de source radioactive de l'invention dans le cas d'une source radioactive de faible intensité et de vitesse faible. Les résultats illustrés sur les figures 4A et 4B sont obtenus pour un dispositif de détection constitués de cinq détecteurs. Une source radioactive de faible intensité se déplace à la vitesse de 5m/s devant les détecteurs. La figure 4A représente les valeurs de comptage M,,t (i=1, 2, ..., 5) associées à chacun des cinq détecteurs qui participent au dispositif de détection de l'invention, en fonction du temps T. En référence aux grandeurs t et At définies précédemment, il vient : = t x At La figure 4B représente le produit de corrélation R calculé en fonction d'une vitesse v représentative de la vitesse de la source. En référence aux grandeurs d, t et At définies précédemment, il vient : v = d/txAt Il peut être constaté que le produit de corrélation fait bien apparaître un pic P à une vitesse sensiblement égale à 5m/s. Les figures 5A et 5B illustrent le procédé de détection de source radioactive de l'invention dans le cas d'une source radioactive de faible intensité et de vitesse élevée. Les figures 5A et 5B correspondent respectivement aux figures 4A et 4B précédentes. La vitesse de la source qui se déplace devant les détecteurs est ici égale à 17m/s. Il peut effectivement être constaté un pic de corrélation P à une vitesse sensiblement égale à 17m/s. La figure 6 illustre le taux de fausse alarme TF en fonction du nombre de détecteurs N, pour un dispositif de détection par seuillage conforme à l'art antérieur (courbe T1) et pour un dispositif de détection par corrélation conforme à l'invention (courbe T2), toutes choses étant égales par ailleurs. De façon très avantageuse, il est possible de constater que, au-delà de trois détecteurs, le taux de fausse alarme est très sensiblement plus faible avec le dispositif de détection de l'invention. SP 53474 PR 8 La figure 7 illustre le taux de non-détection TND en fonction du nombre de détecteurs N, pour un dispositif de détection par seuillage conforme à l'art antérieur (courbe ND1) et pour un dispositif de détection par corrélation conforme à l'invention (courbe ND2), toutes choses étant égales par ailleurs. De façon très avantageuse également, il est possible de constater que le taux de non-détection est très sensiblement plus faible avec le dispositif de détection de l'invention. La figure 8 illustre le taux de détection TD en fonction de l'intensité lo du signal (exprimée en taux de comptage ou nombre de coups par seconde (cps)), entre un dispositif de détection par seuillage conforme à l'art antérieur et un dispositif de détection par corrélation conforme à l'invention. Dans chaque cas, le dispositif de détection comprend six détecteurs. La courbe D1 représente le taux de détection du dispositif de l'art antérieur et la courbe D2 représente le taux de détection du dispositif de l'invention. De façon particulièrement avantageuse, il apparaît que le taux de détection du dispositif de l'invention est toujours très sensiblement supérieur à celui du dispositif de l'art antérieur pour un taux de comptage compris entre 2 et 13 cps, les deux taux de détection étant égaux au-delà du taux de comptage de 13 cps. La figure 9A représente l'intensité mesurée d'une source radioactive de forte intensité en fonction du nombre N de détecteurs, pour un dispositif de détection par seuillage conforme à l'art antérieur et pour un dispositif de détection par corrélation conforme à l'invention. L'intensité lo de la source est, par exemple, égale à 100 coups par seconde. Il apparaît que l'intensité ls mesurée par le dispositif de l'art antérieur et l'intensité Ic mesurée par le dispositif de l'invention sont identiques et égales à lo, quel que soit le nombre de détecteurs. L'imprécision sur la mesure qui est représentée par les intervalles A, (i=1, 2, ..., 6) sur la figure 9A est également identique pour les deux dispositifs de détection. La figure 9B représente l'intensité mesurée d'une source radioactive de faible intensité en fonction du nombre N de détecteurs, pour un dispositif de détection par seuillage conforme à l'art antérieur et pour un dispositif de détection par corrélation conforme à l'invention. L'intensité lo de la source est, par exemple, égale à 12 coups par seconde. Il apparaît que l'intensité Ic mesurée par le dispositif de l'invention est très SP 53474 PR 9 sensiblement égale à l'intensité émise lo quel que soit le nombre de détecteurs. Par contre, l'intensité ls mesurée par le dispositif de l'art antérieur est très différente de l'intensité émise lo . De même, alors que l'imprécision A sur les mesures relevées par le dispositif de l'invention est relativement faible, l'imprécision 6 sur les mesures relevées par le dispositif de l'art antérieur est élevée. Par ailleurs, il apparaît un biais b sur les mesures relevées par le dispositif de l'art antérieur, ce qui n'est pas le cas des mesures relevées par le dispositif de l'invention. REVENDICATIONS1. Procédé de détection de source radioactive qui se déplace sur une trajectoire linéaire sensiblement parallèle à un alignement de N détecteurs, N étant un nombre entier supérieur ou égal à 2, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - formation de NxNt valeurs de comptage d'impulsions M,,t (i=1, 2, ..., N et t=1, 2, ..., Nt) à partir de NxNt signaux de détection délivrés par les N détecteurs sous la forme d'une succession dans le temps de Nt ensembles de N signaux détectés simultanément par les N détecteurs sur une même durée At, une valeur de comptage d'impulsions représentant un nombre d'impulsions détectées par un détecteur sur une durée At, et - calcul, à l'aide d'un calculateur : d'un ensemble de Nt produits de corrélation Rt de façon que : Rt (t=1, 2, .-., Nt) d'une moyenne statique g des NxNt valeurs de comptage telle que : Nt N 17? = - u Nt H M d'un écart-type o-(n) de la moyenne statique R tel que: Nt _D_ mi,t)2 t=1 d'une condition de corrélation pour chaque produit de corrélation Rt de façon que : si Rt> R + K26(n), K2 étant un scalaire, il est considéré qu'une source radioactive s'est déplacée devant les détecteurs, et si Rt 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, dès lors qu'il est considéré qu'une source radioactive s'est déplacée devant les détecteurs, il est calculé, par un calculateur, une vitesse V de la source radioactive de façon que : V = d/(T x At), où d est la distance qui sépare deux détecteurs voisins et T est le rang t d'un ensemble de N valeurs de comptage d'impulsions pour lequel le produit de corrélation Rt est maximal. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel, dès lors qu'il est considéré qu'une source radioactive s'est déplacée devant les détecteurs, il est calculé par un calculateur, une intensité I de la source radioactive de façon que : N Nt N 1 1 I = N x i=1 t=1 i=1 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les valeurs de comptage d'impulsions sont lissées avant l'étape de calcul. 5. Dispositif de détection de source radioactive qui se déplace sur une trajectoire sensiblement linéaire, caractérisé en ce qu'il comprend : - N détecteurs (D,, i=1, 2, ..., N) sensiblement alignés parallèlement à la trajectoire linéaire de la source radioactive, N étant un nombre entier supérieur ou égal à 2, les N détecteurs délivrant simultanément N signaux de détection sur une même durée At, - N circuits de traitement (T,, i=1, 2, ..., N) reliés au N détecteurs, chaque circuit de traitement étant apte à délivrer un signal électronique correspondant à un signal de détectiondélivré par un détecteur différent, - N circuits de comptage (K,, i=1, 2, ..., N) reliés au N circuits de traitement, chaque circuit de comptage étant apte à compter, pendant Nt durées de comptage successives At, un nombre d'impulsions électroniques délivrées par un circuitSP 53474 PR 12 de traitement différent et à délivrer, pour chaque durée de comptage At, une valeur de comptage d'impulsions (Mi,t) (t=1, 2, -, Nt) - un bloc mémoire (B) apte à mémoriser les NxNt valeurs de comptage d'impulsions délivrées par les N circuits de comptage pendant les Nt durées de comptage successives, et - un calculateur qui effectue les étapes suivantes : calcul d'un ensemble de Nt produits de corrélation Rt de façon que : Rt = Tr=1Mie-Ot+1 (t=1, 2, --, Nt) calcul d'une moyenne statique g des NxNt valeurs de comptage telle que : Nt N 2_, [' Mu Nt calcul d'un écart-type o-(n) de la moyenne statique R tel que: t=1 i=1 0-(R) = Nt Nt 2 - mi,t) t.i calcul d'une condition de corrélation pour chaque produit de corrélation Rt de façon que : si Rt > R + K26(n), K2 étant un scalaire, il est considéré qu'une source radioactive s'est déplacée devant les détecteurs, et si Rt 6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel : si Rt > R + K26(n), le calculateur effectue une étape de calcul de vitesse V de la source de sorte que : V = d/(T x At),SP 53474 PR 13 où d est la distance qui sépare deux détecteurs voisins et T est le rang t d'un ensemble de N valeurs de comptage d'impulsions pour laquelle le produit de corrélation Rt est maximal. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, dans lequel : si Rt > R + K26(R), le calculateur effectue une étape de calcul d'intensité I de la source de sorte que : N Nt N 1 1 I = iTrilli,(N-OT+1 N x Nt 11/11,t1 i=1 t=1 i=110