Brevet FR3125892A1 — publié le 20230203

Appareil de mesure de trajectoire de particule chargée et procédé de mesure de trajectoire de particule chargée. La présente invention concerne, dans un mode de réalisation, un appareil de mesure de trajectoire de particule chargée servant à mesurer une trajectoire d’un muon de rayon cosmique en tant que particule chargée, l’appareil comportant : une pluralité de détecteurs 11, chacun générant un signal de détection au moment de la détection d’un muon de rayon cosmique ; un circuit de traitement de signal 12 qui traite le signal de détection provenant du détecteur 12 ; un calculateur de temps 13 qui calcule le point temporel de génération du signal de détection provenant du détecteur 11 sur la base du signal délivré par le circuit de traitement de signal 12 ; un calculateur de trajectoire 13 qui calcule la trajectoire du muon de rayon cosmique. Figure de l’abrégé : Figure 1 Appareil de mesure de trajectoire de particule chargée et procédé de mesure de trajectoire de particule chargée DOMAINE DE L’INVENTION Des modes de réalisation de la présente invention concernent un appareil de mesure de trajectoire de particule chargée et un procédé de mesure de trajectoire de particule chargée permettant de mesurer une trajectoire de particules chargées, telles que des muons de rayon cosmique. CONTEXTE DE L’INVENTION Une technique fluoroscopique utilisant des particules chargées, telles que des muons, est connue comme technique d’imagerie de l’intérieur d’un objet à mesurer. Les particules chargées passent à travers une substance tout en se diffusant dans la substance, et cette propriété est différente des rayons radioactifs qui sont les mêmes que les ondes lumineuses et/ou électromagnétiques. Par conséquent, on sait que sa caractéristique est que la densité et le numéro atomique moyen d’une substance peuvent être estimés à partir de la direction d’arrivée des particules chargées et du degré de leur diffusion. Par exemple, des particules chargées générées par les rayons cosmiques sont appelées muons de rayon cosmique. Les muons de rayon cosmique possèdent une énergie et un pouvoir de pénétration très élevés et sont utilisés pour effectuer l’imagerie de l’intérieur d’une grande structure, telle qu’un volcan et une pyramide. Dans le cas d’une telle imagerie, il est important d’acquérir avec précision les informations de trajectoire des particules chargées, et un appareil utilisant un scintillateur en plastique et/ou un scintillateur à fibre et un appareil utilisant des détecteurs à tube de glissement sont utilisés pour acquérir les informations de trajectoire. [Document de brevet 1] JP 5 479 904 B2 [Document de brevet 2] JP 6 465 867 B2 Dans la technique proposée dans le document de brevet 1, une pluralité de couches de détecteurs à tube de glissement sont agencées dans la direction horizontale et dans la direction verticale, et une trajectoire de muon est calculée pour réaliser l’imagerie. Dans la technique proposée dans le document de brevet 1, une pluralité de détecteurs sont nécessaires, et les détecteurs et un circuit pour réaliser un traitement de signal sont également configurés sous la forme d’appareils de grande taille. Dans le document de brevet 2, un système de grande taille utilisant une station d’inspection pour une cible de mesure de grande taille, telle qu’un navire, est décrit, et un appareil possédant une structure pour des détecteurs mobiles est proposé. Les documents de brevet 1 et 2 décrivent chacun un appareil de mesure dans lequel des détecteurs sont agencés de part et d’autre de la cible de mesure. En particulier, le document de brevet 2 propose une zone de mesure extrêmement grande de 53 pieds de longueur et de 8 pieds de largeur. Dans ce cas, il est nécessaire de préparer des détecteurs extrêmement grands à incorporer dans l’appareil et, par conséquent, il est nécessaire d’assembler l’appareil sur le site d’installation. Bien que les positions des détecteurs respectifs doivent être prises avec précision afin de mesurer correctement la trajectoire, lors du travail d’installation, il est très difficile de prendre une position de détecteur à chaque installation d’un détecteur. En outre, les signaux obtenus à partir des détecteurs pour mesurer les particules chargées sont de faible intensité. Par conséquent, en général, la mesure est réalisée en utilisant un circuit amplificateur dédié. Ce circuit amplificateur étant sensible aux bruits électromagnétiques, il est nécessaire de choisir finement le type de câblage et le cheminement des câblages en fonction du site d’installation. Comme décrit ci-dessus, les techniques des documents de brevet 1 et 2 sont des configurations d’appareil et des procédés de traitement de signal permettant de réaliser avec précision une tomographie par muons. Dans ces configurations et procédés, un réglage très fin, tel qu’une réduction des erreurs d’installation générées au moment de l’installation de l’appareil et des contre-mesures contre le bruit électromagnétique, est nécessaire pour effectuer une mesure de grande précision. En se basant sur ce qui est décrit ci-dessus, des modes de réalisation de la présente invention visent à fournir un appareil de mesure de trajectoire de particule chargée et un procédé de mesure de trajectoire de particule chargée, chacun pouvant mesurer la trajectoire de particules chargées avec une grande précision tout en réduisant le bruit, les erreurs d’installation et l’espace d’installation. Sur les dessins annexés : la est un schéma fonctionnel illustrant une configuration d’un appareil de mesure de trajectoire de particule chargée selon le premier mode de réalisation ; la est une vue en perspective illustrant une structure de module dans laquelle des calculateurs de temps, des circuits de traitement de signal et des détecteurs de l’appareil de mesure de trajectoire de particule chargée de la sont supportés par un châssis ; la est une vue selon la flèche III sur la ; la est un diagramme schématique illustrant l’état de détection des muons de rayon cosmique par les détecteurs des figures 1 à 3 ; la est un graphique illustrant les fonctions d’une unité de mesure de temps de disparition et d’une unité de mesure de temps de génération de chaque calculateur de temps des figures 1 à 3 ; la est un schéma fonctionnel illustrant une modification de l’appareil de mesure de trajectoire de particule chargée de la ; la est une vue en coupe transversale illustrant un état de couplage entre un circuit de traitement de signal et un détecteur de la ; la est une vue éclatée en coupe transversale illustrant l’état du détecteur et du circuit de traitement de signal de la avant le couplage ; la est un schéma fonctionnel illustrant une configuration d’un appareil de mesure de trajectoire de particule chargée selon le deuxième mode de réalisation ; et la est un organigramme du traitement du calcul d’une trajectoire de muon de rayon cosmique réalisé par l’appareil de mesure de trajectoire de particule chargée de la . Appareil de mesure de trajectoire de particule chargée (10) configuré pour mesurer une trajectoire d’une particule chargée, l’appareil de mesure de trajectoire de particule chargée comprenant : une pluralité de détecteurs (11), dont chacun génère un signal de détection lors de la détection d’une particule chargée ; une pluralité de circuits de traitement de signal (12), chacun traitant le signal de détection provenant d’un détecteur (11) ; chaque détecteur (11) étant configuré d’un seul tenant à un circuit de traitement de signal (12) correspondant ; une pluralité de calculateurs de temps (13) qui calculent chacun un point temporel de génération du signal de détection provenant d’un détecteur (11) associé sur la base d’un signal délivré par le circuit de traitement de signal (12) correspondant ; et un calculateur de trajectoire (14) qui calcule une trajectoire de la particule chargée sur la base d’informations de position du détecteur (11) ayant détecté la particule chargée. Appareil de mesure de trajectoire de particule chargée (10) selon la revendication 1, dans lequel : chaque détecteurs (11) de la pluralité de détecteurs (11) est configuré sous la forme d’un corps tubulaire de telle manière qu’un fil central (16) fourni dans le corps tubulaire est maintenu par un connecteur (28) ; chaque circuit de traitement (12) de la pluralité de circuit de traitement de signal (12) étant configuré sous la forme d’un composant de circuit (29) formé sur un substrat (30) qui est logé dans un boîtier (32) ; et chaque circuit de traitement de signal (12) est couplé d’un seul tenant avec son détecteur (11) correspondant de telle manière qu’une tige (33) du circuit de traitement de signal (12) faisant saillie à partir dudit substrat (30) est interdigitée avec ledit connecteur (28) du détecteur (11) correspondant et couplée audit connecteur (28), et ledit boîtier (32) est connecté à une masse dudit corps tubulaire. Appareil de mesure de trajectoire de particule chargée (10) selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel : la pluralité de détecteurs (11) comprend seize détecteurs (11) ou plus ; au moins huit de la pluralité de détecteurs (11) constituent une unité de détecteur (20X) de direction d’axe X configurée pour détecter une position de la particule chargée dans une direction d’axe X, tandis que le reste de la pluralité de détecteurs (11) constitue une unité de détecteur (20Y) de direction d’axe Y configurée pour détecter une position de la particule chargée dans une direction d’axe Y orthogonale à la direction d’axe X ; l’unité de détecteur (20X) de direction d’axe X est composée d’au moins quatre couches dans chacune desquelles au moins deux détecteurs (11) sont agencés dans la direction d’axe X ; et l’unité de détecteur (20Y) dans la direction d’axe Y est composée d’au moins quatre couches dans chacune desquelles au moins deux détecteurs (11) sont agencés dans la direction d’axe Y. Appareil de mesure de trajectoire de particule chargée (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel chaque circuit de traitement de signal (12) comporte : un amplificateur de signal (21) configuré pour amplifier le signal de détection provenant du détecteur (11) correspondant ; et un convertisseur A/N (22) configuré pour convertir un signal délivré par l’amplificateur de signal (21) en un signal numérique. Appareil de mesure de trajectoire de particule chargée (10) selon la revendication 4, dans lequel le calculateur de temps (13) comporte : une unité de mesure de temps de génération (24) configurée pour mesurer un point temporel de génération du signal de détection provenant du détecteur (11) sur la base du signal numérique obtenu par le convertisseur A/N (22) dans le circuit de traitement de signal (12) ; et une unité de mesure de temps de disparition (25) configurée pour mesurer un point temporel de disparition du signal de détection. Appareil de mesure de trajectoire de particule chargée (10) selon la revendication 5, dans lequel le calculateur de temps (13) comporte : un générateur de signal de déclenchement (42) configuré pour générer un signal de déclenchement qui notifie la génération du signal de détection provenant du détecteur (11) sur la base de la sortie du signal numérique à partir du circuit de traitement de signal (12) ; un récepteur de signal de déclenchement (43) configuré pour recevoir le signal de déclenchement depuis l’extérieur ; et une unité de comptage de coïncidence (44) configurée pour délivrer, au calculateur de trajectoire (14), des informations relatives à une pluralité de signaux de détection qui peuvent être considérés comme s’étant produits dans un même laps de temps sur la base du signal de déclenchement. Appareil de mesure de trajectoire de particule chargée (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre : un châssis (17) qui supporte la pluralité de détecteurs (11), la pluralité de circuits de traitement de signal (12), et la pluralité de calculateurs de temps (13) ; et un couvercle (18) qui recouvre la périphérie du châssis (17). Appareil de mesure de trajectoire de particule chargée (10) selon la revendication 7, dans lequel le couvercle (18) est pourvu d’un radiateur de chaleur (19) configuré pour irradier la chaleur générée à l’intérieur du couvercle (18). Procédé de mesure de trajectoire de particule chargée mis en œuvre par un appareil de mesure selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, ledit procédé mesurant une trajectoire d’une particule chargée sur la base : d’une position d’un détecteur (11) qui génère un signal de détection à un instant de détection de la particule chargée ; et d’un point temporel de génération du signal de détection, dans lequel la trajectoire de la particule chargée est calculée sur la base d’informations relatives à une pluralité de signaux de détection qui peuvent être considérés comme s’étant produits dans un même laps de temps, parmi des signaux de détection respectifs générés par une pluralité de détecteurs qui sont agencés dans un état empilé.