Brevet FR3070490A1 — publié le 20190301

DISPOSITIF ET PROCEDE D'ANALYSE DE MATIERE PAR INTERROGATION NEUTRONIQUE DOMAINE TECHNIQUE Le présent exposé concerne un dispositif et un procédé d'analyse de matière par interrogation neutronique. Ce dispositif et ce procédé permettent de détecter la présence de certains éléments chimiques dans la matière en mesurant le rayonnement émis par ces éléments quand la matière est exposée à un flux de neutrons. Ils peuvent être utilisés, notamment, pour la détection de substances explosives enfouies dans le sol. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE Une méthode connue pour l'analyse de matière par interrogation neutronique repose sur l'émission de neutrons vers la matière à analyser, sur la détection, par un détecteur de rayons gamma, des photons gamma émis lors de la première interaction des neutrons avec la matière à analyser, et sur la détection, par un détecteur de particules alpha, des particules alpha associées aux neutrons émis. Cette méthode d'analyse par détection des particules alpha associées est communément appelée méthode "API" (pour "Associated Particle Imaging"). La méthode API permet de déterminer la présence de certains éléments, mais également de localiser en trois dimensions ces éléments dans la matière analysée. Une telle méthode est décrite, par exemple, dans le document de brevet FR 2945631. Bien que cette méthode soit généralement satisfaisante, la durée d'acquisition de données par le détecteur de rayons gamma est relativement longue, ce qui peut poser problème pour certaines applications. C'est le cas, par exemple, des applications dans lesquelles la matière à analyser et le dispositif d'analyse se déplacent l'un par rapport à l'autre et où l'ensemble des données nécessaires à l'analyse doivent être acquises au cours de ce déplacement. Pour pallier cet inconvénient, une solution consisterait à augmenter le flux de neutrons émis pour augmenter le nombre d'interactions avec la matière. Ainsi, plus de données seraient recueillies au cours d'une période d'acquisition et la durée de cette période pourrait être diminuée. Toutefois, augmenter le flux de neutrons requerrait un générateur neutronique plus puissant, donc plus volumineux, plus lourd et consommant plus d'énergie électrique. En outre, en augmentant le flux de neutrons, la radioactivité environnante augmenterait et il faudrait prévoir un blindage plus épais pour protéger les utilisateurs contre cette radioactivité. Au final, la masse et l'encombrement du dispositif seraient significativement augmentés, ce qui constituerait un inconvénient dans les 2 applications où le dispositif d'analyse est mobile comme, par exemple, les applications où le dispositif est monté sur un véhicule. Il existe donc un besoin pour un nouveau type de dispositif d'analyse de matière par interrogation neutronique, permettant de pallier, au moins en partie, 5 les inconvénients précités. PRESENTATION GENERALE Le présent exposé concerne un dispositif d'analyse de matière par interrogation neutronique comprenant : - un générateur neutronique pour émettre des neutrons vers la matière à 10 analyser, le générateur neutronique comprenant un tube neutronique équipé d'une alimentation électrique permettant le fonctionnement du générateur neutronique en mode pulsé ; - un détecteur de particules alpha permettant le repérage des neutrons émis dans un angle solide déterminé en détectant les particules alpha associées à ces 15 neutrons ; - au moins un détecteur de rayons gamma permettant de mesurer l'énergie des photons gamma générés par l'interaction des neutrons émis dans l'angle solide déterminé avec la matière à analyser ; - au moins deux caméras Compton permettant chacune de mesurer l'énergie 20 des photons gamma générés par interaction des neutrons avec la matière à analyser, et de calculer le cône d'incidence de ces photons gamma ; et - un circuit électronique permettant de cartographier en trois dimensions la présence d'au moins un élément chimique d'intérêt dans la matière à analyser à partir des données fournies par le détecteur de particules alpha, le détecteur de 25 rayons gamma et les caméras Compton. Le dispositif comprend généralement plusieurs détecteurs de rayons gamma. Les détecteurs de particules alpha et de rayons gamma permettent de mettre en oeuvre la méthode API évoquée précédemment. En d'autres termes, les données fournies par le détecteur de particules alpha sont traitées en combinaison 30 avec les données fournies par les détecteurs de rayons gamma pour localiser en trois dimensions, par la méthode API, l'élément chimique d'intérêt dans la matière à analyser. Au moins une des caméras Compton peut également être utilisée pour mettre en oeuvre la méthode API. Dans ce cas, les données fournies par le 35 détecteur de particules alpha sont traitées en combinaison avec les données fournies les détecteurs de rayons gamma et par la caméra Compton pour localiser en trois dimensions, par la méthode API, l'élément chimique d'intérêt dans la matière à analyser. En d'autres termes, les caméras Compton peuvent être 3 utilisées, en plus des détecteurs de rayons gamma, pour recueillir les données utiles à la méthode API. Augmenter le nombre de détecteurs permet de recueillir plus rapidement les données et, ainsi, d'augmenter la vitesse d'exécution de la méthode API. 5 En outre, les deux caméras Compton sont utilisées pour mettre en oeuvre la méthode d'analyse et de localisation dite "TNA" (pour "Thermal Neutron Analysis") décrite en détails ci-après, et pour localiser en trois dimensions, par stéréoscopie ou tout autre procédé équivalent, l'élément chimique d'intérêt dans la matière à analyser. Les informations ainsi recueillies se révèlent 10 complémentaires des informations recueillies par la méthode API, ce qui permet d'augmenter la précision et la fiabilité de l'analyse. Ainsi, comparativement à un dispositif mettant uniquement en oeuvre uniquement la méthode API et dans lequel le nombre de détecteurs de rayons gamma serait augmenté, le dispositif proposé permet de réaliser une cartographie 15 plus précise et plus fiable. De plus, le fait de n'utiliser qu'un seul générateur neutronique pour les deux méthodes API et TNA permet de limiter la masse, l'encombrement et la consommation en électricité du dispositif, ce qui représente un avantage, en particulier dans les applications où le dispositif d'analyse est mobile. Par ailleurs, 20 comparativement aux dispositifs connus, le flux de neutrons émis n'a pas à être augmenté. Il est ainsi possible de limiter la radioactivité environnante et de préserver la sécurité des utilisateurs. Un tel dispositif permet donc d'analyser la matière rapidement, avec fiabilité et précision, tout en restant relativement léger et peu encombrant. Il est ainsi 25 particulièrement bien adapté aux applications dans lesquelles le dispositif doit être mobile. Dans certains modes de réalisation, le circuit électronique traite les mesures d'énergie fournies par le détecteur de rayons gamma ou au moins une des caméras Compton pour sélectionner l'élément chimique d'intérêt parmi les 30 éléments constitutifs de la matière à analyser. Cette sélection préalable permet de limiter l'application de la méthode TNA à certains éléments dont la présence a été vérifiée. Il en résulte une diminution des durées de traitement. Ainsi, la rapidité de l'analyse est préservée, malgré la mise en oeuvre de la méthode TNA. De même, l'application de la méthode API peut également être limitée à ce ou ces éléments 35 chimiques d'intérêt pour rendre l'analyse plus rapide. Ainsi, dans certains modes de réalisation, le circuit électronique le circuit électronique exécute un algorithme de localisation en trois dimensions, en particulier l'algorithme de localisation de la méthode TNA, et seules les données 4 relatives à l'élément chimique d'intérêt, parmi les données fournies par les caméras Compton, sont utilisées comme données d'entrée de l'algorithme. En d'autres termes, l'application de la méthode TNA et la localisation par stéréoscopie sont limitées à un ou plusieurs éléments chimiques d'intérêt, préalablement 5 sélectionnés. De même, dans certains modes de réalisation, le circuit électronique exécute un algorithme de localisation en trois dimensions, en particulier l'algorithme de localisation de la méthode API, et seules les données associées à l'élément chimique d'intérêt, parmi les données fournies par le détecteur de 10 particules alpha, sont utilisées comme données d'entrée de l'algorithme. En d'autres termes, l'application de la méthode API est limitée à un ou plusieurs éléments chimiques d'intérêt, préalablement sélectionnés. On notera que les données du détecteur de particules alpha ne contiennent pas d'informations sur la nature des éléments chimiques détectés. Ce sont les données du détecteur de 15 rayons gamma qui contiennent ce type d'informations. Aussi, pour sélectionner les données associées à l'élément chimique d'intérêt parmi les données fournies par le détecteur de particules alpha, on sélectionne d'abord les données relatives à l'élément chimique d'intérêt parmi les données du détecteur de rayons gamma et on sélectionne ensuite, parmi les données du détecteur de particules alpha, les 20 données associées temporellement aux données relatives à l'élément chimique d'intérêt du détecteur de rayons gamma. Dans certains modes de réalisation, le dispositif d'analyse de matière comprend des mécanismes d'orientation des caméras Compton. Ceci permet d'optimiser, la détection des photons gamma par ces caméras. 25 Dans certains modes de réalisation, un blindage est disposé autour des détecteurs de rayons gamma et/ou des caméras Compton pour limiter la pénétration de neutrons dans ces détecteurs et/ou caméras. On notera toutefois que ce blindage reste comparable au blindage utilisé dans la méthode API, puisque le flux de neutrons reste comparable. Ce blindage n'est donc pas plus 30 lourd ou plus encombrant qu'un blindage "classique". Dans certains modes de réalisation, les neutrons émis par le générateur neutronique sont issus de la fusion deutérium-tritium. L'énergie de ces neutrons est alors d'environ 14 MeV et adaptée à la mise en oeuvre de la méthode TNA après thermalisation de ces neutrons dans le milieu environnant constitué de la 35 matière à analyser. Dans certains modes de réalisation, le dispositif est associé à un système de déplacement adapté pour créer un mouvement relatif entre le dispositif et la matière à analyser. 5 En particulier, le présent exposé concerne un véhicule équipé du dispositif d'analyse proposé. Le dispositif peut être monté, par exemple, à l'avant d'un véhicule terrestre de manière à se situer légèrement au-dessus du sol. L'analyse de matière est alors effectuée au fur et à mesure du déplacement du véhicule. 5 Ceci permet de cartographier la présence du ou des éléments recherchés dans le sol en trois dimensions, c'est-à-dire suivant les deux directions de la surface du sol et suivant la direction de la profondeur du sol. Le présent exposé concerne également un appareil d'analyse comprenant le dispositif d'analyse proposé et un tapis de transport pour transporter la matière 10 à analyser, le dispositif d'analyse étant situé à proximité du tapis et, par exemple, au-dessus de celui-ci. La matière peut alors être déchargée progressivement sur le tapis qui transporte celle-ci jusqu'au dispositif d'analyse. Grâce à la vitesse d'analyse du dispositif proposé, le tapis de transport peut fonctionner de manière ininterrompue et l'analyse être réalisée en continu. 15 Le présent exposé concerne également un procédé d'analyse de matière dans lequel on utilise le dispositif d'analyse de matière proposé. Les avantages de ce procédé découlent des avantages du dispositif d'analyse. Un tel procédé peut comprendre les étapes suivantes : - l'émission à un instant t des neutrons vers la matière à analyser, au 20 moyen du générateur neutronique fonctionnant en mode pulsé ; - l'acquisition de donnée par le détecteur de particules alpha et le détecteur de rayons gamma, dans une fenêtre temporelle At qui suit l'instant t; - l'acquisition de donnée par les caméras Compton, dans une fenêtre temporel At' qui suit l'instant t + At ; et 25 - le traitement des données acquises pour établir une cartographie en trois dimensions de la présence de l'élément chimique d'intérêt dans la matière à analyser. Outre les étapes qui viennent d'être mentionnées plus haut, le procédé proposé peut présenter une ou plusieurs des étapes suivantes, considérées 30 isolément ou combinées entre elles : - avant de réaliser la cartographie en trois dimensions, l'élément chimique d'intérêt est sélectionné parmi les éléments constitutifs de la matière à analyser par analyse des mesures d'énergie fournies par le détecteur de rayons gamma ou au moins une des caméras Compton, 35 - seules les données relatives à l'élément chimique d'intérêt, parmi les données fournies par les caméras Compton, sont utilisées comme données d'entrée d'un algorithme de localisation en trois dimensions, en particulier l'algorithme de localisation de la méthode TNA, 6 - seules les données associées à l'élément chimique d'intérêt, parmi les données fournies par le détecteur de particules alpha, sont utilisées comme données d'entrée d'un algorithme de localisation en trois dimensions, en particulier l'algorithme de localisation de la méthode API. 5 Le procédé proposé peut être utilisé pour la détection de substances explosives et, plus particulièrement, de substances enfouies dans le sol. Dans ce cas, le dispositif d'analyse est déplacé au-dessus de la surface du sol, par exemple au moyen d'un véhicule terrestre sur lequel le dispositif est monté. Les caractéristiques et avantages précités, ainsi que d'autres, apparaîtront 10 à la lecture de la description détaillée qui suit. Cette description fait référence aux dessins annexés. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Les dessins annexés sont schématiques et ne sont pas à l'échelle, ils visent avant tout à illustrer les principes de l'invention. 15 Sur ces dessins, d'une figure (FIG) à l'autre, des éléments (ou parties d'élément) identiques sont repérés par les mêmes signes de référence. La figure 1A représente, en vue de dessus, un exemple d'un dispositif d'analyse de matière par interrogation neutronique. La figure 1B représente le dispositif de la figure 1A en coupe transversale 20 selon le plan B-B. La figure 2 est une vue de profil d'une partie du dispositif des figures 1A et 1B. La figure 3 illustre le principe de fonctionnement d'une caméra Compton. La figure 4 représente une partie du dispositif de la figure 1A en coupe 25 transversale selon le plan C-C. La figure 5 est un axe chronologique relatif à un exemple de procédé d'analyse de matière. DESCRIPTION DETAILLEE D'EXEMPLES Des exemples de réalisation sont décrits en détail ci-après, en référence 30 aux dessins annexés. Ces exemples illustrent les caractéristiques et les avantages de l'invention. Il est toutefois rappelé que l'invention ne se limite pas à ces exemples. Un exemple de dispositif d'analyse de matière est représenté schématiquement sur les FIG. 1A et 1B. Ce dispositif d'analyse 100 comprend un 35 générateur neutronique 10, un détecteur de particules alpha 13, au moins un détecteur de rayons gamma 14, en l'occurrence six, au moins deux caméras Compton 15, en l'occurrence deux, et un circuit électronique de traitement (non représenté). Le circuit électronique de traitement peut être intégré en totalité ou en 7 partie aux détecteurs 14 et caméras 15 ou, au contraire, en être séparé. Un blindage 17 peut être disposé autour des détecteurs 14 et caméras 15 pour limiter la pénétration de neutrons dans ceux-ci et donc diminuer le bruit dans ces dispositifs de mesure. 5 Les deux caméras Compton 15 et les détecteurs de rayons gamma 14 peuvent être disposés radialement autour de la source de neutrons du générateur neutronique 10, comme représenté sur la FIG. 1A. Le nombre de détecteurs de rayons gamma 14 pourrait être augmenté ou diminué en fonction des besoins. En particulier, il pourrait être augmenté afin de recueillir plus de données au cours 10 d'une période d'acquisition donnée et, ainsi, augmenter la vitesse d'analyse. De même, le nombre de caméras Compton 15 pourrait être augmenté en fonction des besoins. Le dispositif 100 peut être disposé au-dessus de la surface 101A de la matière 101 à analyser, comme illustré sur la FIG.1 B. Il peut être monté sur un 15 véhicule (non représenté) de sorte que le mouvement du véhicule déplace le dispositif 100 par rapport à la matière 101 suivant la flèche F. Le dispositif peut être monté, par exemple, à l'avant d'un véhicule terrestre et légèrement au-dessus du sol. L'analyse de matière est alors effectuée au fur et à mesure du déplacement du véhicule. 20 Le générateur neutronique 10 émet des neutrons vers la matière 101 à analyser. Il comprend un tube neutronique 11 équipé d'une alimentation électrique 12. L'alimentation électrique 12 permet le fonctionnement du générateur neutronique 10 en mode pulsé. Le tube neutronique 11 exploite, par exemple, la réaction de fusion entre un 25 noyau de deutérium (D ou deuton) et un noyau de tritium (T ou triton) pour la génération de neutrons, tel que représenté par l'équation suivante : D + T n + a. La collision entre un noyau de deutérium et un noyau de tritium fournit un neutron n d'une énergie d'environ 14 MeV et, simultanément, une particule alpha a d'une énergie d'environ 3,5 MeV. Par conséquent et selon les lois de 30 conservation d'énergie et de quantité de mouvement, à un neutron émis suivant une trajectoire 201, est associée une particule alpha selon une trajectoire 202 à 180° de la trajectoire 201, comme illustré sur la FIG. 2. Un tube neutronique 11 peut comprendre une cible 23, un réservoir 20 de deutérium et/ ou tritium, une source d'ions 21 et une électrode accélératrice 22. La 35 cible 23 est le lieu de la réaction nucléaire entre les noyaux de deutérium et/ou de tritium qui la composent, et un faisceau de deutons et/ou de tritons (ou leur forme moléculaire) incidents. Pour faire entrer en collision le faisceau de deutons et/ou de tritons avec la cible 23, le faisceau de deutons et/ou de tritons est accéléré par 8 un champ électrique intense résultant de l'application d'une grande différence de potentiel entre la cible (cathode) 23 et l'électrode accélératrice (anode) 22. Le faisceau de deutons et/ou de tritons est obtenu au préalable grâce à une source d'ions 22 dans laquelle un mélange gazeux de deutérium et de tritium provenant 5 du réservoir 20 est ionisé. Les ions ainsi générés sont ensuite extraits dans l'espace d'accélération pour former le faisceau de deutons et/ou de tritons. Le tube neutronique 11 est équipé d'une alimentation électrique 12 à haute tension pour générer un champ électrique intense résultant de l'application d'une différence de potentiel importante entre la cible (cathode) 23 et l'électrode 10 accélératrice (anode) 21. L'alimentation électrique 12 fonctionne en mode pulsé. Le mode pulsé signifie que l'alimentation électrique émet une tension THT pendant une durée d'impulsion Ato puis l'alimentation électrique n'émet plus de tension pendant une durée Ati En mode pulsé, cette variation de la tension passant de 0 à une valeur THT non nulle se répète de façon périodique. La 15 tension THT émise par l'alimentation électrique provoque l'accélération du faisceau deutons et/ou de tritons sur la cible et, ainsi, l'émission de neutrons pendant la durée d'impulsion Ato. Puis, pendant la durée Ati, aucun neutron n'est émis. On parle alors de fonctionnement du générateur neutronique en mode pulsé. La pulsation de l'émission neutronique peut aussi être obtenue en 20 maintenant une tension continue THT entre la cible 23 et l'électrode accélératrice 21. Dans ce dernier cas, c'est l'alimentation électrique de la source d'ions 21 qui fonctionne en mode pulsé en étant portée, de façon périodique, à un potentiel HT pendant une durée d'impulsion Ato puis remise à zéro pendant une durée Ati. Comme mentionné plus haut et en référence à la FIG. 2, à un neutron n 25 émis vers la matière à analyser 101 en suivant une trajectoire 201, est associée une particule alpha a qui suit une trajectoire 202 à 180° de la trajectoire 201 du neutron. La détection de la particule alpha a associée au neutron n par un détecteur de particule alpha 13 permet de connaître la trajectoire 201 du neutron n. Ainsi, le détecteur de particules alpha 13 permet le repérage des neutrons émis 30 dans un angle solide 203 déterminé, en détectant les particules alpha associées à ces neutrons. L'angle solide 203 est déterminé par les caractéristiques du détecteur de particules alpha 13 et, en particulier, par sa surface de détection. La surface de détection du détecteur 13 peut être discrétisée spatialement en pixels pour enregistrer la position de l'interaction entre la particule alpha et le détecteur 35 13. En connaissant également la position de la cible 23 par rapport au détecteur de particule alpha 13, il est possible de calculer les angles solides d'émission de la particule alpha et du neutron associé à celle-ci. Les pixels carrés du détecteur de particules alpha 13 peuvent avoir, typiquement, des dimensions de l'ordre de 9 5 mm à 25 mm de côté qui permettent d'obtenir des angles solides de l'ordre de 0,5 °A à 2,5 °A par rapport à 47 sr pour une distance entre la cible 23 et le détecteur de particule alpha 13 égale à environ 40 mm. Le détecteur de particules alpha 13 peut être, par exemple, un scintillateur 5 Yttrium Aluminium Pérovskite (YAP) équipé d'un ensemble de tubes photomultiplicateurs ou d'un tube photomultiplicateur multi-anodes. Le dispositif d'analyse 100 pourrait comprendre plusieurs détecteurs de particules alpha 13. Le neutron émis par le générateur neutronique 10 va interagir avec la matière à analyser 101 selon de multiples interactions. La première interaction du 10 neutron avec la matière 101 va engendrer de manière quasiment instantanée l'émission d'un photon gamma (y). L'énergie de ce photon gamma va dépendre de l'atome de la matière qui a interagi avec le neutron. Ainsi, mesurer l'énergie du photon gamma va permettre d'identifier la nature de l'atome. En outre, les coïncidences temporelles entre les particules alpha détectées à un instant ta et les 15 rayons gamma issus de la première interaction détectées à un instant ty sont analysées. Connaissant l'angle solide d'émission du neutron et les vitesses des particules impliquées (par exemple 1 cm/ns pour les particules a de 3,5 MeV, 5 cm/ns pour les neutrons de 14 MeV et 30 cm/ns pour les photons y), la configuration géométrique du système (positions relatives du détecteur de 20 particules alpha et du détecteur de rayon gamma par rapport à la cible 23 émettant les neutrons), il est possible d'identifier un pixel en trois dimensions, ou voxel, dans lequel se situe l'atome qui a interagi avec le neutron en question. Cette méthode correspond à la méthode d'analyse par détection des particules alpha associées, ou méthode API, précédemment évoquée. 25 Les détecteurs de rayons gamma 14 permettent de détecter et de mesurer l'énergie des photons gamma émis par l'interaction des neutrons avec la matière et, ainsi, d'établir le spectre énergétique de ces rayons gamma. Un détecteur de rayons gamma peut comprendre, par exemple, un cristal scintillant, un photomultiplicateur et un circuit électronique. Le cristal scintillant, ou scintillateur, 30 peut-être de type LaBr3, BGO, Nal, etc., et de volume suffisant pour arrêter complètement les rayons gamma incidents allant par exemple jusqu'à la dizaine de MeV en énergie. Le photomultiplicateur peut être un composant numérique à base de Silicium consistant en une matrice où chaque pixel est un photomultiplicateur indépendant. Le circuit électronique peut assurer un premier 35 niveau de traitement du signal permettant la construction d'un spectre énergétique. La résolution de la méthode API va dépendre de la résolution en (x, y) de la matrice de détection des rayons alpha et des « bins » temporels considérés lors 10 de la recherche de coïncidence (temps de vol du neutron). Ainsi, chaque coïncidence utile identifiée est associée à un voxel du milieu. En mesurant à chaque fois l'énergie Ey du photon gamma à l'origine de la coïncidence, le système détermine un spectre énergétique qui pourra être exploité 5 mathématiquement (déconvolution, décomposition spectrale ou recherche de raies spécifiques) pour estimer la composition chimique élémentaire de ce voxel et ainsi déterminer la nature de la matière analysée. Les informations obtenues par la méthode API qui exploite la première interaction des neutrons avec la matière à analyser vont être complétées par les 10 informations obtenues par la méthode dite "TNA" (pour "Thermal Neutron Analysis") présentée ci-dessous, qui exploite la dernière interaction des neutrons avec la matière. Lorsqu'un neutron traverse la matière à analyser, il cède une grande part de son énergie au gré de multiples réactions de diffusion (élastiques ou 15 inélastiques). Ce ralentissement par succession de collisions avec les noyaux de la matière se nomme la thermalisation. Au bout d'un certain temps, typiquement de quelques microsecondes à quelques centaines de microsecondes (ce qui est non négligeable par rapport à la durée de quelques nanosecondes écoulée entre l'émission et la première interaction), le neutron a une probabilité grandissante 20 d'être absorbé par un noyau du milieu. Lorsque cette absorption s'accompagne de l'émission prompte d'un photon gamma, on parle de capture radiative. Les photons gamma issus des captures radiatives sont détectés par les deux caméras Compton 15 afin d'obtenir une information sur la localisation en trois dimensions du noyau à l'origine de la capture radiative. 25 De manière générale, une caméra Compton comprend une première partie appelée diffuseur et une deuxième partie appelée absorbeur. Un photon incident d'une certaine énergie subit une première diffusion Compton dans le diffuseur. Après d'autres interactions, le photon diffusé est finalement absorbé dans l'absorbeur. Le principe de fonctionnement des caméras Compton 15 est illustré 30 sur le schéma de la FIG. 3. La caméra 300 peut, par exemple, comprendre un premier scintillateur 31 (par exemple en LaBr3 ou BGO), aussi appelé « cristal diffusant », équipé d'un photomultiplicateur 33 et d'un second scintillateur 32 aussi appelé « cristal absorbant », également équipé d'un photomultiplicateur 34. Les premier et deuxième scintillateurs 31, 32 forment, respectivement, le diffuseur et 35 l'absorbeur de la caméra 300. Lorsqu'un photon gamma d'énergie incidente Eo pénètre dans le scintillateur 31, il connaît une probabilité non nulle de subir une diffusion Compton. Lors de cette diffusion, une énergie El est cédée au milieu. Cette énergie El et la 11 position de l'interaction sont mesurées par le premier scintillateur 31. Si, à l'issue de la première diffusion Compton, le photon poursuit sa route dans le second scintillateur 32, alors il peut subir une seconde diffusion Compton où il cède une énergie E2, puis encore d'autres diffusions Compton ou d'autres mécanismes 5 d'interaction tels que l'effet photo-électrique ou la création de paires jusqu'à céder la totalité de son énergie restante, e.g. il cède les énergies E3, , EN, "N" étant un nombre entier supérieur ou égal à quatre dans cet exemple. La position de la seconde interaction Compton et l'énergie totale déposée étant mesurées par le second photomultiplicateur 34, alors il est possible de connaître l'angle 0 entre la 10 droite parcourue par le photon gamma initial incident et la direction définie par les deux points d'interaction Compton grâce à la relation suivante : 1 1 \ cos(0) = 1 + Me c2 + Eo - E1) 15 Avec Me la masse de l'électron au repos, c la vitesse de la lumière dans le vide et Eo = E1+ E2+ E3+ EN Ainsi, pour un photon d'énergie Eo, la caméra Compton calcule le demi-angle 0 du cône définissant toutes les directions possibles d'incidence de ce photon. En analysant une quantité suffisante d'événements correspondant à la 20 même énergie initiale Eo et si la source d'origine de ces photons est relativement "ponctuelle", il est possible de calculer la direction d'incidence la plus probable de ces photons d'énergie Eo en recoupant l'ensemble des cônes calculés à chaque événement. Le dépôt total dans le second scintillateur 32 de l'énergie restante après 25 l'interaction dans le premier scintillateur 31 est une particularité des caméras Compton 15, par comparaison avec les détecteurs de rayons gamma 14 où toute l'énergie initiale Eo des photons gamma peut être déposée dans l'unique scintillateur du détecteur 14. Pour s'assurer que l'énergie totale soit déposée dans le second scintillateur 32, celui-ci doit être suffisamment volumineux (typiquement 30 de l'ordre de 1 L) pour que toute l'énergie du photon gamma soit déposée, même pour des énergies très élevées (jusqu'à 11 MeV). La FIG. 4 illustre une partie du dispositif de la FIG. 1A, en coupe transversale selon le plan C-C. Elle représente schématiquement le générateur neutronique 10 avec le tube neutronique 11, le détecteur de particules alpha 13, la 35 cible 23 et deux caméras Compton 15. Chaque caméra 15 permet, selon son angle de vue, de connaître la direction la plus probable d'un rayon gamma d'énergie Eo provenant de l'interaction entre un neutron n émis par le générateur neutronique et un même atome 102 de la matière 101 à analyser. En croisant les 12 informations recueillies par les caméras 15, il est possible d'estimer la position de l'atome 102 dans la matière à analyser. Au moins deux caméras Compton 15 sont nécessaires pour localiser l'atome 102 par stéréoscopie ou tout autre procédé équivalent, mais il est possible d'utiliser un plus grand nombre de caméras 5 Compton 15 sans sortir du cadre de l'invention. Les deux caméras Compton 15 peuvent être disposées de manière diamétralement opposées par rapport à la cible 23, comme illustré sur la FIG. 1A. Avantageusement, seules les données relatives aux photons gamma d'une énergie bien précise, correspondant à une capture radiative par un ou plusieurs 10 éléments chimiques d'intérêt parmi l'ensemble des éléments constitutifs de la matière à analyser, font l'objet d'un traitement, de sorte que seuls ces éléments d'intérêt sont localisés dans la matière. A titre d'exemple, il peut s'agir d'isotopes d'azote et/ou de chlore que l'on retrouve dans la composition chimique de nombreux explosifs. 15 En effet, les algorithmes de localisation de la méthode API et, surtout, de la méthode TNA peuvent être complexes et les durées de traitement associées peuvent être longues. Aussi, il est avantageux de limiter les données d'entrée de ces algorithmes aux données relatives à l'élément chimique d'intérêt. Pour cela, un spectre énergétique large représentatif de la composition de la matière 101 20 peut être établi "rapidement" par les détecteurs de rayons gamma 14 et/ou les caméras Compton 15. Il peut s'agir d'un spectre énergétique issu de la première interaction des neutrons avec la matière, ou de la capture radiative des neutrons. En particulier, les détecteurs de rayons gamma 14 sont utilisés pour établir un spectre énergétique, par exemple pour des énergies correspondant à la capture 25 radiative des neutrons. Les algorithmes de localisation précités sont mis en oeuvre par un ou plusieurs circuits associés aux détecteurs 13, 14 et aux caméras 15. Ces circuits peuvent être intégrés, en totalité ou en partie, aux détecteurs et caméras ou être, en totalité ou en partie, des circuits externes. Ces circuits électroniques 30 comprennent, par exemple, des microprocesseurs, des mémoires informatiques et un ensemble de connections permettant de relier les composant électroniques des circuits, les détecteurs 13, 14 et les caméras 15. L'ensemble de ces circuits forment un circuit électronique au sens du présent exposé. L'angle d'orientation des caméras Compton 15 par rapport à la surface de 35 la matière à analyser détermine la profondeur d'analyse pour laquelle l'efficacité de détection des rayons gamma de capture est optimale. Aussi, des mécanismes d'orientation sont prévus pour faire varier l'angle d'orientation des caméras 13 Compton 15 par rapport à la surface de la matière à analyser. De tels mécanismes permettent de sonder la matière selon différentes profondeurs. Du fait de leur construction et, en particulier, du fait qu'elles comprennent un scintillateur et un photomultiplicateur, les caméras Compton 15 peuvent 5 également contribuer à déterminer le spectre énergétique des photons gamma dans la méthode API. En d'autres termes, les caméras Compton 15 peuvent être utilisées non seulement pour la méthode TNA, mais également pour remplacer ou compléter les détecteurs de rayons gamma 14 pour mettre en oeuvre la méthode API. Dans un tel cas, les caméras Compton 15 ont une fonction double. Ceci 10 permet de réduire le nombre de détecteurs de rayons gamma 14 utilisés. On notera toutefois qu'il n'est économiquement pas intéressant de remplacer l'ensemble des détecteurs de rayons gamma 14 par des caméras Compton 15, ces dernières ayant un coût plus élevé que les détecteurs de rayons gamma 14 dans ce type de dispositif. 15 Un exemple de procédé d'analyse de matière par interrogation neutronique est illustré sur la FIG.5 sous la forme d'un axe chronologique. Ce procédé utilise un dispositif d'analyse 100 tel que précédemment décrit. Le procédé comprend les étapes suivantes : - Si : émission à un instant t pendant une durée Ato, de neutrons vers la 20 matière à analyser, au moyen du générateur neutronique 10; - S2: acquisition des données fournies par le détecteur de particules alpha 13 et le détecteur de rayons gamma 14, dans une fenêtre temporelle At qui suit l'instant t; - S3: acquisition des données fournies par les caméras Compton, dans une 25 fenêtre temporel At' qui suit l'instant t + At ; et - S4: traitement des données acquises pour établir une cartographie en trois dimensions de la présence d'au moins un élément recherché dans la matière à analyser. On notera que pour ne pas confondre les rayons gamma issus des 30 premières interactions (diffusions inélastiques) des neutrons avec la matière à analyser, avec ceux issus des dernières interactions (captures radiatives) des neutrons avec la matière à analyser, le générateur neutronique fonctionne en mode pulsé. Ces deux types d'interactions sont caractérisés par des temps différents : la première a lieu au bout de quelques nanosecondes après l'émission 35 des neutrons et la dernière a lieu au bout de quelques microsecondes à quelques centaines de microsecondes après l'émission des neutrons. Ainsi, une première fenêtre temporelle At est définie lorsque l'émission des neutrons est en cours pour identifier les rayons gamma générés par la première interaction et dont on peut 14 trouver l'origine grâce à la particule alpha associée, et une seconde fenêtre temporelle At' est définie en l'absence d'émission neutronique pour mesurer l'énergie des rayons gamma générés par la dernière interaction. Les modes ou exemples de réalisation décrits dans le présent exposé sont 5 donnés à titre illustratif et non limitatif, une personne du métier pouvant facilement, au vu de cet exposé, modifier ces modes ou exemples de réalisation, ou en envisager d'autres, tout en restant dans la portée de l'invention. Par ailleurs, les différentes caractéristiques des modes ou exemples de réalisation décrits dans le présent exposé peuvent être considérées isolément ou 10 être combinées entre elles. Lorsqu'elles sont combinées, ces caractéristiques peuvent l'être comme décrit ci-dessus ou différemment, l'invention ne se limitant pas aux combinaisons spécifiques précédemment décrites. En particulier, sauf précision contraire ou incompatibilité technique, REVENDICATIONS1 Dispositif d'analyse de matière comprenant : un générateur neutronique (10) pour émettre des neutrons vers la matière à analyser, le générateur neutronique (10) comprenant un tube neutronique (11) équipé d'une alimentation électrique (12) permettant le fonctionnement du générateur neutronique en mode pulsé ; un détecteur de particules alpha (13) permettant le repérage des neutrons émis dans un angle solide déterminé en détectant les particules alpha associées à ces neutrons ; au moins un détecteur de rayons gamma (14) permettant de mesurer l'énergie des photons gamma générés par l'interaction des neutrons émis dans l'angle solide déterminé avec la matière à analyser ; au moins deux caméras Compton (15) permettant chacune de mesurer l'énergie des photons gamma générés par interaction des neutrons avec la matière à analyser, et de calculer le cône d'incidence de ces photons gamma ; un circuit électronique permettant de cartographier en trois dimensions la présence d'au moins un élément chimique d'intérêt dans la matière à analyser à partir des données fournies par le détecteur de particules alpha (13), le détecteur de rayons gamma (14) et les caméras Compton (15). 2. Dispositif d'analyse de matière selon la revendication 1, dans lequel le circuit électronique traite les mesures d'énergie fournies par le détecteur de rayons gamma (14) et/ou au moins une des caméras Compton (15) pour sélectionner l'élément chimique d'intérêt parmi les éléments constitutifs de la matière à analyser. 3. Dispositif d'analyse de matière selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le circuit électronique exécute un algorithme de localisation en trois dimensions, et dans lequel seules les données relatives à l'élément chimique d'intérêt, parmi les données fournies par les caméras Compton, sont utilisées comme données d'entrée de l'algorithme. 16 4. Dispositif d'analyse de matière selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le circuit électronique exécute un algorithme de localisation en trois dimensions, et dans lequel seules les données associées à l'élément 5 chimique d'intérêt, parmi les données fournies par le détecteur de particules alpha (13), sont utilisées comme données d'entrée de l'algorithme. 5. Dispositif d'analyse de matière selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, associé à un système de déplacement adapté pour créer un mouvement 10 relatif entre le dispositif et la matière à analyser. 6. Véhicule équipé d'un dispositif d'analyse de matière selon l'une quelconque des revendications 1 à 4. 15 7. Procédé d'analyse de matière dans lequel on utilise un dispositif d'analyse de matière selon l'une quelconque des revendications précédentes. 8. Procédé d'analyse de matière selon la revendication 7, comprenant les étapes suivantes : 20 l'émission à un instant t des neutrons vers la matière à analyser, au moyen du générateur neutronique (10) fonctionnant en mode pulsé ; l'acquisition de données par le détecteur de particules alpha (13) et le détecteur de rayons gamma (14), dans une fenêtre temporelle At qui suit l'instant t; 25 l'acquisition de données par les caméras Compton (15), dans une fenêtre temporelle At' qui suit l'instant t + At ; et le traitement des données acquises pour établir une cartographie en trois dimensions la présence de l'élément chimique d'intérêt dans la matière à analyser. 30 9. Procédé d'analyse de matière selon la revendication 7 ou 8, dans lequel, avant de réaliser la cartographie en trois dimensions, l'élément chimique d'intérêt 17 est sélectionné parmi les éléments constitutifs de la matière à analyser par analyse des mesures d'énergie fournies par le détecteur de rayons gamma (14) et/ou au moins une des caméras Compton (15). 5 10. Procédé d'analyse de matière selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel, seules les données relatives à l'élément chimique d'intérêt, parmi les données fournies par les caméras Compton (15), sont utilisées comme données d'entrée d'un algorithme de localisation en trois dimensions. 10 11. Procédé d'analyse de matière selon l'une des revendications 7 à 10, dans lequel seules les données associées à l'élément chimique d'intérêt, parmi les données fournies par le détecteur de particules alpha (13), sont utilisées comme données d'entrée d'un algorithme de localisation en trois dimensions. 15 12. Procédé d'analyse de matière selon l'une des revendications 7 à 11, utilisé pour la détection de substances explosives, dans lequel l'élément chimique d'intérêt est caractéristique d'une substance explosive. 20