Domaine technique et art antérieur L' invention concerne un procédé de détection non intrusive d'au moins un élément chimique présent dans un liquide ou un solide.

L'invention s'applique, par exemple, à la détection d' explosif (s) , d'arme (s) chimique (s) ou de drogue (s) dans le domaine de la sécurité civile (inspection de bagages, conteneurs de fret, etc.), à la recherche de produits de contrebande (contrôles douaniers) , au déminage (sécurité civile et applications militaires) ou encore à la caractérisation des matériaux constitutifs des déchets radioactifs issus de l'industrie nucléaire.

Différentes méthodes sont connues pour la détection non intrusive d'éléments chimiques. Certaines de ces méthodes sont basées sur la mise en œuvre de mesures neutroniques .

Parmi les méthodes basées sur la mise en œuvre de mesures neutroniques, certaines identifient les éléments chimiques par détection de rayonnements gamma de capture (n, γ) induits par des neutrons thermiques, ou par détection de rayonnements gamma de diffusion inélastique (n, n'γ) ou encore par détection de rayonnements gamma faisant suite à d'autres réactions induites par des neutrons rapides, à savoir (n,p), (n,d), (n,t), (n,α), etc.. Dans la suite de la description, l'expression « rayonnement gamma de type inélastique » est utilisée pour tout rayonnement gamma induit par des neutrons rapides.

La détection de rayonnements de capture induits par des neutrons thermiques est plus sensible en utilisant un générateur neutronique puisé pour l'émission des neutrons car le rapport signal (rayonnement de type capture) sur bruit (rayonnement de type inélastique) est maximum entre les impulsions. Une illustration de ce type de détection est fournie dans le brevet US 6 393 085 Bl. Dans ce document on décrit aussi la détection possible de rayonnements gamma de type inélastique, cette fois-ci pendant les impulsions, mais une telle méthode présente une sensibilité de détection nettement moindre qu'en utilisant un tube à particule associée (TPA) , qui permet de localiser spatialement l'objet inspecté à partir d'une mesure de temps de vol neutronique dont le principe est décrit en détail dans la demande de brevet US 2007/0241283 Al. En bref, chaque neutron est émis simultanément à une particule CC et dans la direction opposée. La détection de la particule CC permet de déterminer la direction d'émission du neutron et la mesure du temps séparant la détection de la particule CC et du rayonnement γ de type inélastique induit par le neutron permet de déterminer le temps de vol neutronique. On dispose donc d'un moyen de localiser en 3D le lieu d'interaction et donc d'éliminer les événements produits en dehors de la zone d'intérêt, d'où une nette amélioration du rapport signal sur bruit par rapport à l'interrogation puisée. Cependant, comme l'émission du TPA est continue, il s'ensuit que, avec cette méthode, la détection des rayonnements de capture n'est pas optimale en terme de rapport signal sur bruit. Un problème réside en ce que ni l'une ni l'autre des deux méthodes, l'une basée sur le tube puisé, l'autre sur le TPA, ne permet de détecter simultanément avec la meilleure sensibilité possible les rayonnements de capture et ceux de type inélastique, et par suite d'identifier de manière satisfaisante tous les éléments recherchés. Une fois une première méthode effectuée, il faut ensuite effectuer la deuxième méthode pour élargir le champ des éléments détectables, ou améliorer le niveau de confiance sur la présence de ceux détectables par les deux méthodes. La durée totale d'une opération de détection est en conséquence relativement longue, ce qui représente un inconvénient majeur en terme de sécurité .

L' invention ne présente pas cet inconvénient .

Exposé de l'invention En effet, l'invention concerne un procédé de détection de présence d'un élément chimique dans un objet par émission de neutrons sur l'objet, caractérisé en ce que l'émission de neutrons sur l'objet est constituée, d'une part, par une émission continue de neutrons provenant d'un générateur neutronique à particule associée et, d'autre part, par une émission d' impulsions neutroniques qui se superposent à l'émission continue de neutrons, les impulsions neutroniques provenant d'un générateur neutronique puisé qui génère des impulsions neutroniques de durée d'impulsion T2, deux impulsions neutroniques successives étant séparées d'une durée T4, les émissions continue et puisée de neutrons sur l'objet produisant un rayonnement gamma de capture et un rayonnement gamma de type inélastique. Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, le procédé comprend :

- une détection, à l'aide de la technique de la particule associée, pendant les durées T4 qui séparent les impulsions de durées T2, du rayonnement gamma de type inélastique et du rayonnement gamma de capture,

- une formation , dans une plage de temps de vol neutronique relative à l'objet, d'un premier spectre gamma à partir du rayonnement gamma de type inélastique et du rayonnement gamma de capture détectés à l'étape de détection à l'aide de la technique de la particule associée,

- une formation, dans une plage temporelle disjointe de la plage de temps de vol neutronique relative à l'objet ou de toute autre plage de temps de vol neutronique relative à tout autre objet susceptible d'environner l'objet, d'un spectre de bruit de fond aléatoire relatif aux coïncidences fortuites, à partir du rayonnement gamma de type inélastique et du rayonnement gamma de capture détectés à l'étape de détection à l'aide de la technique de la particule associée,

- une formation, à partir du spectre de bruit de fond aléatoire relatif aux coïncidences fortuites, d'un spectre de bruit de fond aléatoire normalisé sur la plage temporelle relative à l'objet, - une soustraction du premier spectre gamma et du spectre de bruit de fond aléatoire normalisé pour former un deuxième spectre gamma, et

- une étape de recherche de la présence d'un élément chimique dans l'objet à partir du deuxième spectre gamma et de spectres d'éléments chimiques de référence susceptibles d'être détectés pour délivrer une première donnée apte à traduire la présence ou l'absence de l'élément chimique dans l'objet. Selon une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, le procédé comprend, en outre :

- une détection, à l'aide de la technique d'interrogation neutronique puisée, du rayonnement gamma de capture et du rayonnement gamma de type inélastique, d'une part pendant les durées d'impulsions T2 et, d'autre part, pendant les durées T4 qui séparent les impulsions de durée T2.

- une formation d'un troisième spectre gamma, à partir du rayonnement gamma de capture et du rayonnement gamma de type inélastique détectés, pendant les durées T4, à l'aide de la technique d'interrogation neutronique puisée,

- une formation, à partir du troisième spectre gamma, d'une première donnée représentative d'au moins une raie de capture de l'élément chimique,

- une formation d'un quatrième spectre gamma constitué d'une pluralité de canaux d'énergie, à partir du rayonnement de type inélastique détecté pendant les durées d'impulsion T2, à l'aide de la technique d'interrogation neutronique puisée, - une formation d'un spectre gamma normalisé à partir du quatrième spectre gamma, la formation du spectre gamma normalisé étant effectuée en multipliant le contenu de chaque canal d'énergie du quatrième spectre gamma par un facteur de normalisation F sensiblement proportionnel au nombre de neutrons émis pendant une durée T4 et sensiblement inversement proportionnel au nombre de neutrons émis pendant une durée T2, - une formation, à partir du spectre gamma normalisé, d'une deuxième donnée représentative d'un bruit de fond de rayonnement gamma de type inélastique,

- une étape de soustraction de la première donnée et de la deuxième donnée, - une étape de validation de la présence ou de l'absence de l'élément chimique dans l'objet en fonction du résultat de l'étape de soustraction, et

- si la présence de l'élément chimique est validée dans l'objet, une étape supplémentaire qui délivre une deuxième donnée apte à confirmer ou infirmer la validation de la présence de l'élément chimique sur la base du résultat de l'étape de validation et de données de poids relatives aux différentes raies gamma de rayonnement de capture de l'élément chimique, ces poids étant attribués en fonction d'une probabilité de détection et d'un risque d'interférence associés à chaque raie.

Selon encore une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, le facteur de normalisation F est donné par l'équation :

F = (I ₄ xT4) / (I ₂ xT2)x[ (1-TM(T4) ) / (1-TM(T2) ) ] , où TM(T4) et TM (T2) sont, respectivement, un temps mort d'une électronique de traitement qui traite les signaux électriques issus de la détection des rayonnements gamma pendant les durées T4 et un temps mort d'une électronique de traitement qui traite les signaux électriques issus de la détection des rayonnements gamma détectés pendant les durées T2.

Selon encore une caractéristique supplémentaire du procédé de l'invention, une étape de décision délivre un signal d'alerte si la première donnée ou la deuxième donnée confirme la présence de l'élément chimique.

Selon encore une caractéristique supplémentaire de l'invention, dès lors que la présence de plusieurs éléments chimiques est confirmée, il comprend une étape supplémentaire de calcul de proportions relatives de tout ou partie des éléments chimiques dont la présence est confirmée.

Selon encore une caractéristique supplémentaire du procédé de l'invention, la détection, à l'aide de la technique de la particule associée, du rayonnement gamma de capture et du rayonnement gamma de type inélastique pendant les durées T4 qui séparent les impulsions de durée T2 est effectuée par un détecteur préférentiellement adapté pour la détection de rayonnement gamma de type inélastique.

Selon encore une caractéristique supplémentaire du procédé de l'invention, la détection, à l'aide de la technique d'interrogation neutronique puisée, du rayonnement gamma de capture et du rayonnement gamma de type inélastique, d'une part, pendant les durées d'impulsion T2 et, d'autre part, pendant les durées T4 qui séparent les impulsions de durée T2 est effectuée par un détecteur préférentiellement adapté pour la détection de rayonnement gamma de capture .

Une utilisation simultanée d'un générateur neutronique à particule associé Gl qui émet des neutrons en continu et d'un générateur neutronique puisé G2 qui émet des impulsions neutroniques présente - a priori - un inconvénient pour la détection des rayonnements de capture du fait de la présence d'une émission neutronique résiduelle entre les impulsions du générateur G2, laquelle émission résiduelle est due à l'émission continue du générateur Gl. Cette émission résiduelle dégrade en effet le rapport signal (rayonnements de capture) sur bruit (rayonnements de type inélastique) . De façon avantageuse, le procédé de l'invention propose des moyens pour supprimer cet inconvénient. Dans le cadre de l'invention, l'utilisation combinée des générateurs Gl et G2 permet alors d'obtenir, en une seule acquisition, des mesures exploitables en terme de sensibilité, pour les rayonnements gamma de capture détectés par interrogation neutronique puisée et pour les rayonnements gamma de type inélastique détectés par la méthode de la particule associée. Le champ des éléments détectables s'en trouve élargi sans augmenter le temps d'acquisition. De plus, pour les éléments détectables par les deux méthodes, le niveau de confiance de la détection est amélioré. Avec le système de détection de l'invention, il est avantageusement possible d'utiliser une large fraction de la période T des impulsions neutroniques (typiquement 95%) pour détecter simultanément les deux types de rayonnements induits par les neutrons thermiques (capture) et par les neutrons rapides (diffusion inélastique et réactions

(n,α), (n,p), etc.)

Brève description des figures

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préférentiel fait en référence aux figures jointes, parmi lesquelles : - la figure 1 représente un schéma de principe de système de détection non intrusive qui met en œuvre le procédé de l'invention ;

- la figure 2 représente un spectre d'émission de neutrons conforme à l'invention ; - la figure 3 représente les étapes d'un cycle de traitement du procédé de détection non intrusif de l'invention ;

- la figure 4 représente un exemple de spectre temporel pour la technique de la particule associée ;

- la figure 5 représente des étapes élémentaires d'une étape particulière du cycle de traitement représenté en figure 3 ;

- la figure 6 représente un pic de détection d'une raie gamma dans un spectre gamma ; Sur toutes les figures les mêmes références désignent les mêmes éléments.

Description détaillée de modes de réalisation préférentiels de l' invention

La figure 1 représente un schéma de principe de système de détection non intrusive qui met en œuvre le procédé de l'invention.

Autour de l'objet 0 susceptible de contenir des éléments chimiques à détecter, le système de détection de l'invention comprend un générateur neutronique à particule associée Gl, un générateur neutronique puisé G2, deux détecteurs Dl et D2, un circuit électronique de traitement E qui traite et met en forme les signaux issus des détecteurs Dl et D2, des bases de données B ₀ , Bi, B ₂ qui stockent les données délivrées par le circuit électronique de traitement E, des bases de données de référence B _RC et B ₃ qui stockent, respectivement, des données relatives à des raies de capture de référence et à des spectres de référence de rayonnement gamma de type inélastique et un calculateur C qui calcule un signal qui traduit la présence ou l'absence d'élément (s) chimique (s) ou de produits dangereux à partir des données contenues dans les bases de données B ₀ , Bi, B ₂ , B _RC et B ₃ .

Les générateurs neutroniques Gl et G2 émettent des neutrons dont une partie se dirige vers l'objet à étudier. Les générateurs neutroniques Gl et G2 fonctionnent simultanément (la figure 2 représente l'évolution temporelle de l'intensité d'émission des neutrons émis simultanément par les générateurs neutroniques Gl et G2) . Un rayonnement gamma γl résulte de l'interaction des neutrons émis par le générateur Gl avec l'objet à étudier et un rayonnement gamma γ2 résulte de l'interaction des neutrons émis par le générateur G2 avec l'objet à étudier. Chacun des rayonnements gamma γl ou γ2 est susceptible d'être un rayonnement gamma de capture ou un rayonnement gamma de type inélastique.

Chacun des détecteurs Dl ou D2 est apte à détecter un rayonnement de capture et/ou un rayonnement de type inélastique. Toutefois, le détecteur Dl est préférentiellement adapté pour la détection de rayonnement gamma de type inélastique par la méthode de la particule associée (le détecteur Dl est ainsi choisi pour sa forte efficacité de détection et sa bonne résolution temporelle) et le détecteur D2 est préférentiellement adapté pour la détection de rayonnement gamma de capture par la méthode d'interrogation neutronique puisée (le détecteur D2 est ainsi choisi pour sa bonne résolution en énergie) . Le détecteur Dl est, par exemple, un cristal scintillateur de forte efficacité et le détecteur D2, par exemple, un cristal semi-conducteur à haute résolution en énergie.

La figure 1 représente le cas où un noyau du composé chimique Xl subit une interaction avec un neutron du générateur Gl, provoquant l'émission d'un rayonnement γl qui est détecté par le détecteur Dl et où un noyau du deuxième composé chimique X2 subit une interaction avec un neutron du générateur G2, provoquant l'émission d'un rayonnement γ2 qui est détecté par le détecteur D2. Un neutron issu du générateur Gl induit l'émission d'un rayonnement γl dans l'objet 0, ici de type inélastique, lequel rayonnement γl est détecté dans le détecteur Dl, et un neutron émis par le générateur G2 se ralentit du fait de multiples collisions dans l'objet 0 puis induit l'émission d'un rayonnement gamma γ2 de capture, lequel rayonnement γ2 est détecté dans le détecteur D2. L' invention concerne cependant tous les autres cas possibles de détection comme, par exemple, les cas où les noyaux d'un même élément chimique sont détectés à l'aide des deux rayonnements gamma γl et γ2, ou seulement par l'un des deux rayonnements γl ou γ2.

De façon connue en soi, le générateur neutronique à particule associée Gl émet des neutrons par action d'un faisceau continu Fl de deutérium sur une cible de tritium Tl. L'émission de neutrons s'effectue par une réaction dans laquelle une particule α est produite en même temps qu'un neutron. La particule α est détectée par un détecteur à localisation L qui appartient au générateur Gl. Le détecteur à localisation L est, par exemple, constitué d'un ensemble de N détecteurs élémentaires d _k (k=l, 2, ..., N) assemblés sous forme de matrice. La connaissance du détecteur élémentaire d _k qui, parmi les N détecteurs, détecte la particule α permet de situer avec précision la direction dans laquelle la particule α a été émise. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le détecteur à localisation L n'est pas constitué d'un ensemble de détecteurs élémentaires mais d'un seul bloc détecteur sur lequel sont positionnés plusieurs capteurs, la localisation de la particule α étant alors effectuée par un calcul de barycentre. Particule α et neutron étant émis dans des directions sensiblement opposées, la connaissance de la direction dans laquelle la particule α est émise permet de connaître la direction dans laquelle le neutron est émis. Dès qu'une particule α est détectée par le détecteur L, un signal Sl qui traduit la détection de la particule α est transmis au circuit électronique E. Le signal Sl est un signal de synchronisation qui autorise la prise en compte, par le circuit électronique E, d'une impulsion délivrée par le détecteur Dl. Le signal Sl comprend également une information qui identifie la direction dans laquelle le neutron a été émis (détecteur élémentaire d _k qui a détecté la particule α dans le cas d'un détecteur matriciel ou position de la détection dans le cas d'un bloc détecteur) . Selon le mode de réalisation décrit ci-dessus, le signal Sl de synchronisation est délivré par le détecteur L. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le signal de synchronisation Sl est délivré par le détecteur Dl, dès lors que celui-ci a reçu une impulsion de rayonnement gamma.

Le générateur neutronique puisé G2 émet des neutrons sous forme d' impulsions neutroniques intenses par action d'un faisceau puisé F2 de deutérium sur une cible de tritium T2. Le générateur neutronique puisé G2 délivre également un signal impulsionnel électrique S2 qui reproduit la forme temporelle des impulsions neutroniques. Le signal S2 est transmis au circuit électronique de traitement E. Le signal S2 commande le circuit électronique de traitement E afin de prendre en compte et d' identifier les impulsions délivrées par le détecteur D2, d'une part, durant chaque impulsion neutronique intense et, d'autre part, entre deux impulsions neutroniques intenses successives. Le signal S2 commande également le circuit électronique de traitement E afin de prendre en compte les impulsions délivrées par le détecteur Dl uniquement entre les impulsions neutroniques intenses successives. En effet, l'acquisition de signal par la technique de la particule associée ne doit pas se faire pendant l'émission des impulsions neutroniques intenses, car il en résulterait alors une forte dégradation du rapport signal sur bruit.

La base de données Bo stocke les événements EVO de type inélastique détectés par le détecteur D2 , pendant les impulsions neutroniques intenses, sous la forme d'une liste des énergies EO déposées dans le détecteur D2, lesquelles énergies sont proportionnelles à l'amplitude des impulsions électriques générées par le détecteur D2 sous l'action des rayonnements gamma. Dans la suite de la description, ces énergies seront nommées "énergies des impulsions détectées" dans un but de simplification.

La base de données Bi stocke les événements EVl de type inélastique et de capture détectés par le détecteur D2, entre les impulsions neutroniques intenses, sous la forme d'une liste des énergies El des impulsions qui sont générées par le détecteur D2 sous l'action des rayonnements gamma. La base de données B ₂ stocke les événements

EV2 de type inélastique et de capture résiduels qui sont détectés, à l'aide de la technique de la particule associée, par le détecteur Dl, entre les impulsions neutroniques intenses. Comme cela sera précisé ultérieurement, chaque événement EV2 rassemble un ensemble d'informations, à savoir : une énergie gamma, un temps de coïncidence entre la détection de la particule CC et celle du rayonnement γ associé et une information de position de détection de la particule α.

Le calculateur C calcule le signal d'alerte S (alerte) sur la base des données stockées dans les bases de données B ₀ , Bi, B ₂ et de données de référence stockées dans les bases de données B _RC et B ₃ comme cela sera décrit ultérieurement, en référence à la figure 3.

La figure 2 représente l'intensité I des neutrons qui sont émis simultanément par les générateurs neutroniques Gl et G2. Des neutrons sont émis en continu par le tube Gl avec une intensité I ₄ et des impulsions neutroniques intenses sont émises avec une période T par le générateur neutronique G2. Pendant une impulsion neutronique intense, l'intensité globale des neutrons émis par les tubes Gl et G2 évolue de I ₄ à I ₂ pendant une durée Tl (par exemple égale à lμs), conserve sensiblement la valeur I ₂ pendant une durée T2 (par exemple quelques dizaines de microsecondes) et diminue de I ₂ à I ₄ pendant une durée T3 sensiblement égale à Tl. Ensuite, une durée T4 sépare la fin d'une impulsion neutronique intense du début de l'impulsion neutronique intense suivante. Du fait du caractère simultané de l'émission de neutrons par les tubes Gl et G2, il faut souligner que, contrairement à l'art antérieur connu dans le domaine de l'interrogation neutronique puisée, le nombre de neutrons émis ne revient pas à zéro entre les impulsions neutroniques intenses mais conserve une valeur non nulle.

Pendant la durée d'émission T2 d'une impulsion neutronique intense et pendant la durée T4 qui sépare deux impulsions neutroniques intenses, le signal de synchronisation S2 place le circuit électronique E en attente de réception de rayonnement gamma provenant du détecteur D2. Si un rayonnement gamma est détecté pendant la phase de durée T2 d'émission neutronique intense, il est dû, de façon la plus probable, aux réactions des neutrons rapides qui induisent un rayonnement gamma de type inélastique et, avec une faible probabilité, aux neutrons thermiques. Si un tel rayonnement est détecté, son énergie est mesurée puis convertie, préférentiellement, sous la forme d'une donnée numérique, par le circuit électronique E. Les données numériques représentatives des énergies ainsi mesurées constituent les événements EVO (i.e. les énergies EO des impulsions) qui sont stockés dans la base de données B ₀ . Si un rayonnement gamma est détecté pendant la durée T4 qui sépare deux impulsions neutroniques intenses, il peut provenir d'une réaction de capture ou d'une réaction de type inélastique. L'énergie d'un tel rayonnement est mesurée puis convertie, préférentiellement, sous la forme d'une donnée numérique, par le circuit électronique E. Les données numériques représentatives des énergies ainsi détectées constituent les événements EVl (i.e. les énergies El des impulsions) qui sont stockés dans la base de données Bi. Par ailleurs, dès lors qu'une particule α est détectée pendant la durée T4, le signal Sl place le circuit électronique E en attente d'un rayonnement gamma détecté par le détecteur Dl . Si un rayonnement gamma est détecté en coïncidence avec la particule α, l'énergie du rayonnement gamma est mesurée puis convertie, préférentiellement sous la forme d'une donnée numérique, par le circuit électronique E. Le circuit électronique E calcule également la durée T _αγ qui sépare la détection de la particule α de la détection du rayonnement gamma. La base de données B ₂ stocke les événements EV2 qui sont détectés par le détecteur Dl sous la forme de données numériques. Un événement EV2 rassemble l'énergie E2 du rayonnement gamma détecté, la durée T _αγ et une information i _k qui identifie la position à laquelle la particule α a été détectée sur le détecteur à localisation L. Une fraction de ces événements correspond à des rayonnements gamma de capture. Cette fraction d'événements est préférentiellement supprimée du spectre gamma correspondant à l'objet observé, comme cela sera décrit ultérieurement en référence à la figure 3.

L'ensemble des mesures effectuées sur une période T (T=T1+T2+T3+T4) constitue un cycle de mesures. Après Nm cycles de mesures, par exemple 600000 cycles de mesure correspondant à une durée totale de mesure d'environ dix minutes, un cycle de traitement est effectué. La figure 3 représente les différentes étapes mises en œuvre dans un cycle de traitement de l'invention. Un cycle de traitement est mis en œuvre par le calculateur C.

Un cycle de traitement comprend tout d'abord un ensemble d'étapes de construction de spectres, à savoir : une étape 1 de construction d'un spectre gamma So à partir des données stockées dans la base de données B ₀ , une étape 2 de construction d'un spectre gamma Si à partir des données stockées dans la base de données Bi, et une étape 3 de construction d'un spectre gamma Sn dépourvu de bruit aléatoire à partir des données stockées dans la base de données B ₂ , l'étape 3 étant elle-même constituée d'une étape 4 de sélection des événements stockés dans la base de données B ₂ pour déterminer, parmi ces événements, ceux qui correspondent à l'objet étudié, d'une étape 5 de construction d'un spectre gamma brut Sb de l'objet étudié à partir des événements sélectionnés à l'issue de l'étape 4, d'une succession d'étapes el, e2 pour former un spectre de bruit aléatoire normalisé Sa (n) à partir des événements stockés dans la base de données B ₂ et d'une étape 6 de soustraction du spectre gamma brut Sb et du spectre de bruit aléatoire normalisé Sa (n) pour former le spectre Sn dépourvu de bruit aléatoire qui ne comprend alors que les événements de type inélastique induits par les neutrons rapides dans l'objet étudié. Les étapes 1, 2 et 3 de construction de spectres sont suivies d'étapes de traitement de spectres, à savoir :

- une étape 7 de recherche d'élément (s) chimique (s) à partir des spectres So et Si, et

- une étape 8 de recherche (s) d'élément (s) chimique (s) à partir du spectre Sn.

Les étapes 7 et 8 de traitement de spectres sont, quant à elles, suivies d'une étape de prise de décision 9.

Par étape de construction de spectre à partir de données stockées, il faut entendre une étape, connue en soi, de construction des histogrammes des énergies des événements associés à ces données. L'étape 3 de construction du spectre Sn dépourvu de bruit aléatoire à partir des données stockées dans la base de données B ₂ va maintenant être décrite .

Les événements de type inélastique et de capture EV2 qui sont stockés dans la base de données B ₂ ne sont constitués que d'événements qui se produisent entre les impulsions neutroniques . Le circuit électronique E comprend, à cette fin, des moyens qui sélectionnent, sur la base du signal S2 qui provient du générateur puisé G2, les événements détectés par le détecteur Dl dans les plages temporelles souhaitées.

Comme cela a été mentionné plus haut, l'étape 3 comprend une étape 4 de sélection des événements stockés dans la base de données B ₂ . L'étape 4 de sélection des événements stockés dans la base de données B ₂ repose sur la technique connue de la particule associée. Cette étape est une étape connue en soi qui permet de déterminer, parmi tous les événements de la base B ₂ , ceux qui concernent l'objet étudié.

A partir des événements ainsi sélectionnés à l'étape 4, on construit le spectre gamma brut de l'objet étudié Sb lors de l'étape 5. L'étape 5 est une étape connue en soi, à l'image des étapes 1 et 2 mentionnées précédemment. A l'étape 5 succède une étape 6 qui soustrait du spectre Sb le spectre de bruit aléatoire normalisé Sa (n) . Le spectre de bruit aléatoire normalisé Sa (n) est construit par les étapes successives el et e2, à partir de données spectrales stockées dans la base B2. Un spectre de bruit aléatoire Sa est tout d' abord formé à partir des données spectrales stockées dans la base B ₂ (étape el) et le spectre de bruit aléatoire normalisé Sa(n) est alors formé à partir du spectre de bruit aléatoire Sa (étape e2) . La formation du spectre de bruit aléatoire normalisé Sa (n) est précisée ci-dessous en référence à la figure 4.

La figure 4 représente un exemple de spectre temporel obtenu à l'aide de la technique de la particule associée. Ce spectre représente les temps séparant la détection de la particule alpha et du rayonnement gamma, temps à partir desquels on peut déduire les temps de vol neutroniques . Le spectre de la figure 4 comprend, à titre d'exemple, un niveau de bruit b représentatif du niveau des coïncidences fortuites, niveau au-dessus duquel se dessinent un pic pi de très faible amplitude qui correspond aux photons induits dans le générateur Gl, un pic p2 de forte amplitude qui représente les coïncidences vraies de l'objet étudié et un pic p3 d'amplitude moyenne qui représente les événements ne correspondant pas à l'objet étudié. La largeur temporelle Δt du pic p2 est la plage temporelle relative à l'objet étudié. L'étape el consiste, par exemple, à sélectionner les événements du spectre temporel dans une plage temporelle Δt(Sa) négative par rapport à la plage temporelle relative à l'objet étudié et disjointe de la plage temporelle relative à l'objet étudié, puis à construire le spectre Sa de bruit de fond aléatoire dû aux coïncidences fortuites à partir des événements ainsi sélectionnés. La durée Δt(Sa) est préférentiellement supérieure ou égale à la plage temporelle Δt de l'objet étudié afin d'obtenir une meilleure précision statistique. L'étape e2 consiste ensuite à normaliser le spectre Sa à la largeur Δt de la plage temporelle de l'objet étudié. Le facteur de normalisation est égal à Δt/Δt (Sa) .

Le spectre normalisé Sa (n) délivré à l'issue de l'étape e2 est alors retranché du spectre brut Sb à l'étape 6. Il en résulte le spectre gamma dépourvu de bruit aléatoire Sn de l'objet étudié. La présence d'élément (s) chimique (s) est alors recherchée, à partir du spectre Sn, à l'aide d'un algorithme de traitement qui est mis en œuvre, de façon connue en soi, par l'étape 8 (cf. figure 3) . La recherche d'élément (s) chimique (s) est effectuée à l'aide de données de référence répertoriées dans une liste préétablie contenue dans une base de données Bs. La base de données Bs contient des données de spectre complet pour chacun des éléments chimiques susceptibles d'être détectés. La résolution en énergie du détecteur Dl ne permet pas un traitement par raie contrairement au détecteur D2. L'étape 8 met donc en œuvre une déconvolution de l'ensemble du spectre Sn pour extraire la contribution relative de chaque élément présent. La déconvolution est réalisée par un algorithme d'ajustement à l'aide des données contenues dans la base Bs. La fraction d'événements dans Sn associée à un élément X est ensuite normalisée au nombre total de coups dans Sn. On calcule alors le pourcentage F _x de l'élément X dans le spectre complet avec la variance σ(F _x ) qui lui est associée. Un élément X est considéré comme détecté si, par exemple, l'inéquation suivante est vérifiée : σ(F _x ) / F _x < 50%

L'étape 7 (cf. figure 3) de recherche d'élément (s) chimique (s) à partir des spectres So et Si est effectuée à l'aide d'un algorithme de traitement Al. La figure 5 illustre les étapes élémentaires mises en œuvre par l'algorithme Al. L'algorithme Al détermine la présence d'éléments chimiques qui correspondent à des raies gamma répertoriées dans la base de données de référence B _RC . L'algorithme Al inclut la recherche d'interférences possibles des rayonnements de type inélastique via l'analyse du spectre So.

De façon connue en soi, tout élément X recherché est caractérisé par un ensemble de n raies gamma de capture d'énergies El ^x , E2 ^X , ..., En ^x caractéristiques des isotopes naturels de l'élément X. Dans le cadre de l'invention, il existe un risque d' interférence des raies de capture qui correspondent à des éléments recherchés avec des raies de capture d'éléments autres que les éléments recherchés ou avec des raies de type inélastique dues à l'émission résiduelle du générateur Gl entre les impulsions intenses délivrées par le générateur G2. L'algorithme Al a pour but de sélectionner, dans une liste de raies associées à chaque élément X d'intérêt, celles présentant une intensité suffisante et un risque d'interférence faible.

L'algorithme Al comprend une étape ESl de traitement du spectre Si, une étape N de normalisation du spectre So, une étape ES2 de traitement du spectre So normalisé, une étape de soustraction 16 qui soustrait le résultat de l'étape de traitement ES2 du résultat de l'étape de traitement ESl, une étape 17 de validation de raie et une étape 18 de détermination de présence d'un élément. L'étape de traitement ESl comprend, successivement, une étape 10 de recherche de pics, une étape 11 d'extraction d'aires nettes et une étape 12 de validation de détection de raies. Chacune de ces étapes est une étape connue en soi. L'étape 10 de recherche de pics est suivie, pour chaque pic détecté, d'une étape 11 d'extraction de l'aire nette A du pic. La figure 6 représente un pic de spectre gamma. L'aire nette A du pic représenté en figure 6 est la surface du pic qui dépasse le niveau de bruit de fond Compton Bc. Une raie E ^X ! d'un élément X est considérée comme détectée dans le spectre si l'aire nette A _S i (E ^x _x ) de la raie E ^x _x vérifie, par exemple, l'équation : σ[A _S i(E ^x J ] /A _S i(E ^x J < 50% , avec σ[A _S i(E ^x J ] = [A _S i(E ^x J +2Bc _S i (E ^X J ] ^1/2 , Bc _S i (E ^X J étant le bruit de fond Compton associé à la raie E ^x _x .

Ce critère correspond approximativement à un niveau de confiance de 95% et peut être ajusté en fonction du taux de fausse alarme souhaité.

L'étape de normalisation N a pour but de supprimer les composantes indésirables que contient le spectre So. Ces composantes indésirables sont des pics correspondant à des rayonnements de type inélastique dus à l'émission résiduelle du générateur G2 entre les impulsions intenses, pics situés à une proximité telle d'une des raies de capture El ^x , E2 ^X , ..., En ^x d'un élément recherché que le pouvoir de séparation en énergie du détecteur D2 ne permet pas de distinguer la raie inélastique de la raie de capture. L'étape de normalisation N comprend le calcul d'un facteur de normalisation F. Le facteur de normalisation F est sensiblement proportionnel au nombre de neutrons d' intensité I4 émis pendant la durée T4 qui sépare deux impulsions et sensiblement inversement proportionnel au nombre de neutrons émis pendant la durée T2 d'une impulsion neutronique d'intensité I2.

Le facteur F peut ainsi être, par exemple, donné par l'équation :

F = (I ₄ XT ₄ ) / (I ₂ xT2)x[ (1-TM(T ₄ ) )/ (1-TM(T ₂ ) )], où TM (T4) et TM (T2) sont, respectivement, un temps mort de l'électronique de traitement E qui traite les signaux électriques issus de la détection des rayonnements gamma détectés pendant les durées T4 et un temps mort de l'électronique de traitement E qui traite les signaux électriques issus de la détection des rayonnements gamma détectés pendant les durées T2. Le facteur F peut également être obtenu de façon empirique en mesurant, lors d'une phase d'étalonnage réalisée dans des conditions similaires à celles d'une mesure d'inspection, pendant les durées T2 et T4, les intensités de raies gamma de type inélastique. Les raies gamma utilisées pour le calcul du facteur F sont alors précisément choisies pour leur intensité, pour leur énergie et parce qu'elles ne présentent pas d' interférence connue avec des rayonnements de capture. Le spectre gamma normalisé So (n) est alors formé en multipliant le nombre de coups présent dans chaque canal d'énergie du spectre gamma So par le facteur F.

L'étape de traitement ES2 succède à l'étape N de normalisation. L'étape de traitement ES2 comprend, de façon connue en soi, une recherche des pics présents dans le spectre normalisé So (n) (étape 13), une extraction des aires nettes A _S o <nor) (E ^x _x ) des pics du spectre normalisé (étape 14) et une étape de validation de détection de raie (étape 15) . De chaque aire nette de capture A _S i (E ^x _x ) de raie E ^x _x délivrée suite de l'étape 12, on soustrait, à l'étape 16, l'aire nette normalisée Aso(nor) (E ^x _x ) délivrée suite à l'étape 15. Dans le cas où il n'y a pas de pic détecté à l'étape 13 (ce qui est le cas le plus fréquent), l'aire nette normalisée A ₃ O (n _o r) (E ^x _x ) relative à l'énergie E ^x _x est définie comme étant égale à zéro. A l'issue de l'étape 16, on obtient alors une aire nette An _S i (E ^x _± ) dépourvue des contributions de type inélastique, à savoir :

An _S i(E ^x J = A _S i(E ^x J - A _s0 (nor) (E ^X J .

La raie de capture d'un élément X est confirmée à l'étape 17, si la relation suivante est, par exemple, vérifiée : σ [An _sl (E ^x J ] /An _{s l} (E ^x J < 50% , avec : σ [An ₃₁ (E ^X J ] ² =σ [A ₃₁ (E ^X J ] ² +σ [A ₃₀ ( _nor ) (E ^X J ] ² = [A ₃₁ (E ^X J +2Bc ₃₁ (E ^X J ] +F ² [A ₃₀ (E ^X J +2Bc ₃₀ (E ^X J ] La base de données B _RC comprend des données de poids W relatives à chaque raie susceptible d'être détectée. La donnée de poids W d'une raie d'un élément X est fonction de la probabilité qu'a la raie d'être détectée, du risque d'interférence de la raie avec des raies identiques provenant d'éléments autres que l'élément X et du nombre total de raies qui correspondent à l'élément X. La somme des poids de toutes les raies d'un même élément est égale à 1. Sur la base des informations de poids W stockées dans la base B _RC et de l'information de validation dV(E ^X _! ) délivrée, à l'issue de l'étape 17, pour chaque raie de capture d'énergie E ^x _x , l'étape 18 calcule la somme pondérée des poids des raies détectées pour l'élément X. Le fait d'exploiter plusieurs raies, et donc de ne pas se contenter de la raie la plus intense, permet de limiter le risque que la raie la plus intense provienne en fait d'un élément non recherché, dont il n'a pas été prévu la possible interférence avec cette raie. Les autres raies attendues pour l'élément X, bien que potentiellement moins intenses, permettent donc de confirmer la présence de l'élément. La raie la plus intense possède, en principe, le poids W le plus élevé, sauf si elle est sujette à une possible interférence connue avec un élément non recherché souvent présent dans les objets interrogés ou leur environnement. La définition du poids de chaque raie El ^x , E2 ^X , ..., En ^x d'un élément recherché résulte donc d'un compromis entre sensibilité de détection et risque d'interférence. Un élément X est considéré comme détecté si la somme des poids des raies détectées calculée est supérieure à un seuil ajustable S, par exemple égal à 0,5. Une donnée binaire dj ^X est délivrée à l'issue de l'étape 18 pour traduire s'il y a détection ou non détection de 1' élément X .

L'étape 9 (cf. figure 3) est une étape de décision qui est mise en œuvre, à l'aide d'un algorithme A4, à partir des données d _∑ ^x et dj ^X délivrées à l'issue des étapes respectives 8 et 7. Un signal d'alerte S (alerte) est délivré à l'issue de l'étape de décision si l'une ou l'autre des données d _∑ ^x et dj ^X confirme la présence de l'élément chimique X. L'étape de décision délivre un signal d'absence de l'élément chimique si aucune des données aptes à confirmer ou infirmer la présence de l'élément chimique ne confirme sa présence. Pour certaines substances illicites, ce sont les proportions de certains éléments chimiques qui permettent d'exclure la présence de ces substances. A cette fin, selon un perfectionnement du procédé de l'invention, il est prévu un calcul de proportions relatives de certains éléments chimiques détectés, par exemple les proportions relatives de Carbone (C) , Azote (N) et Oxygène (O) , pour différentier drogues et explosifs des substances inoffensives qui contiennent également ces éléments chimiques.