E MÉTODOS”

CAMPO DE APLICAÇÃO

[001] A presente invenção está contida no campo técnico dos equipamentos de medição de volumes e densidade, mais precisamente no campo dos equipamentos de medição de volume e densidade de grandes dimensões.

[002] A presente invenção apresenta um telescópio de múons e sensor de nêutrons desenvolvidos e adaptados para utilização em um sistema de medição para volumes de grandes dimensões com aplicação em áreas de mineração, análise de solos, armazenamento de grandes volumes ou mesmo prospecção de materiais sem necessidade de coleta física de amostras. A referida invenção também apresenta os métodos de auto-calibração e reconstrução tridimensional de massa e/ou volume.

DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉCNICA

[003] Uma das grandes dificuldades no campo técnico dos equipamentos para medição de grandes volumes e densidades, sendo considerado grandes volumes os que superam as dezenas de milhares de toneladas, é a acurácia e confiabilidade bem como a execução do procedimento para aquisição de dados.

[004] Atualmente, os métodos utilizados para a medição de grandes volumes envolvem o emprego de uma técnica de medição por ortofotografia, ou a combinação de mais de uma técnica dentre as já conhecidas medições topográficas manual ou automatizada, por meio de drones para captação de imagens e com seu posterior processamento, e medição por balanças mecânicas na alimentação ou retirada de materiais dos volumes medidos. [005] Por sua vez, as técnicas utilizadas para a medição de densidade de grandes volumes de massas envolvem o emprego de sensores densímetros e/ou modelos numéricos inferidos a partir das leituras dos sensores. Já em relação aos métodos usados para a medição de umidade, visando a descaracterização de barragens por exemplo, geralmente se utilizam de pequenas amostras recolhidas em campo, levadas para laboratório onde são medidas em hidrômetros específicos para cada tipo de material. Por fim, para a constante preocupação de liquefação e erosão tubular regressiva, piping, de barragens, não há um método de sensoriamento direto, todavia a técnica que utiliza piezômetros em alguns pontos específicos da barragem é usada como método de medição indireto.

[006] Cada um dos métodos atuais de medição apresentam limitações operacionais relevantes que afetam diretamente a precisão ou mesmo a aplicação dos referidos métodos prejudicando a aquisição das informações, em que destacam-se a necessidade de um operador humano presente no local de medição, a impossibilidade de realização da medição em função de condições meteorológicas desfavoráveis como chuvas, nuvens de poeira, falta de iluminação natural, o desgaste mecânico e necessidade constante de planos de manutenção corretiva e preditiva, a impossibilidade de visada completa do volume mensurado, dependência de utilização de modelo matemático e por fim, a impossibilidade de identificar o conteúdo imediatamente abaixo da superfície externa do volume medido.

[007] Sendo assim, as aplicações dos métodos conhecidos implicam em limitações importantes nas soluções disponíveis para esse tipo de medida. Métodos que possuem medições em tempo real como a medição por balanças mecânicas, possuem erros sistemáticos significativos, os quais se acumulam ao longo do tempo. Essa acumulação de erros se torna relevante, com valores ultrapassando os 8 % em alguns casos, exigindo assim calibrações em curtos períodos de tempo. [008] Por sua vez, os métodos absolutos como a medição topográfica, ou a medição por ortofotografia, possuem erros sistemáticos mais controlados, porém não podem ser utilizados de maneira contínua, então apenas permitem medições periódicas, quinzenais ou mensais, por conta dos custos inerentes a sua aplicabilidade. Sendo assim, os métodos com melhor taxa de erro sistemático possuem uma significância estatística insuficiente para a gestão dessas variáveis que possuem intrinsecamente grandes variações em intervalos de horas ou dias, como ocorre no monitoramento de pilhas de minério.

[009] As limitações apresentadas fazem com que inexista atualmente um método único com erro (na exatidão) melhor que 5 %, com capacidade de medir grandes volumes que possuam variação de massa com frequência de horas ou dias. Sendo assim, uma tentativa de melhoria quanto a confiabilidade e exatidão das medições de grandes volumes se dá no sentido de combinar os métodos de medição apresentados, no intuito de diminuir os erros estatísticos e sistemáticos.

[0010] A combinação dos métodos ora apresentados, no entanto, se notabiliza por um custo maior do que a aplicação de um dos métodos de maneira isolada, e também por duas outras limitações importantes, sendo a necessidade de operação com um conjunto de pessoas com especialidades diferentes e a impossibilidade de inferir dados a respeito do material abaixo da superfície externa do volume monitorado.

[0011] Alguns documentos de patentes se notabilizam por tentar resolver alguns dos problemas elencados, como por exemplo o documento WO2021038129, sob o título System and Method for material density distribution survey on cosmic muon detection. Em seu resumo, o referido documento descreve um sistema e método projetado para medir e registrar, no espaço tridimensional, uma atenuação do fluxo de partículas de múons, induzida por raios cósmicos através de um material. A atenuação dos referidos múons determina variações de densidade no referido material em termos de densidade, profundidade, forma e tamanho. Os dados dos múons podem ser combinados com vários outros tipos de dados. Os múons que passam são detectados e registrados por um ou vários aparelhos de detecção de múons projetados para serem robustos e resistentes a choques. Se necessário, cada aparelho individual de detecção de múons pode ser controlado remotamente ou automaticamente. O sistema de detecção de múons pode ser alimentado por um dispositivo de armazenamento de energia que pode ser recarregado usando energia renovável, agregado ou rede elétrica. A invenção compreende etapas de métodos que permitem a caracterização da densidade do material em várias dimensões, incluindo aquelas ao longo do tempo.

[0012] Um outro documento que tenta solucionar parte dos problemas apresentados pelo estado da técnica é o documento JP2010101892, sob o título Internai structural analyzer of huge object. Em seu resumo, o dito documento descreve um dispositivo de observação capaz de visualizar e analisar a estrutura interna de um objeto enorme como um vulcão em tempo real a partir de um local remoto. Este dispositivo de medição de objetos inclui um par de módulos de sensores de múons nos quais uma pluralidade de sensores de múons para detectar raios cósmicos que passam pelo objeto enorme são montados respectivamente, um módulo de leitura de múons para receber e processar sinais de saída de cada sensor de múon e um invólucro para armazenar os módulos de sensor de múon e o módulo de leitura de múon. O módulo de leitura de múons possui um substrato; um circuito de processamento de leitura de múon montado no substrato, conectado a cada módulo de sensor de múon, para processar um sinal de detecção de cada sensor de múon, gerando um histograma de distribuição de ângulo e acumulando-o em uma memória; e uma interface.

[0013] Há ainda o documento RU2008140853, sob o título Method and device for obtaining muonography. Em seu resumo o referenciado documento descreve múons de raios cósmicos captados simultaneamente de todas as direções do hemisfério celeste, primeiro durante uma fase de preparação e depois durante uma fase de exposição. O ângulo de chegada na instalação é calculado para cada múon. O intervalo angular contendo os valores de ângulo de chegada obtidos é encontrado. O número de múons no intervalo encontrado por unidade é aumentado, preenchendo assim o fundo e a matriz de exposição de múltiplos múons. Além disso, a matriz preenchida é usada para calcular uma matriz de variações relativas de múons em diferentes direções, que é então convertida em uma imagem representando a muongrafia. No dispositivo, o número, as dimensões e a posição relativa dos elementos de detecção em planos de coordenadas são selecionados com base em requisitos que aumentam a precisão angular da reconstrução de uma trilha de múons e o número de possíveis direções reconstruídas, e o sistema para processamento de informações experimentais pode calcular ângulos de chegada na instalação de cada múon em tempo real.

[0014] Por mais que os três documentos supracitados contribuam para diminuir os problemas do estado da técnica, eles não conseguem apresentar uma solução definitiva que permita a utilização de forma contínua do equipamento, uma vez que não apresentam auto-calibração, bem como um custo de utilização acessível, dado que os métodos atuais possuem custos demasiadamente elevados ou ainda uma taxa de erro sistemática aceitável.

[0015] Dessa forma, o estado da técnica se beneficiaria com o advento de uma solução que provenha uma forma economicamente eficiente de realizar as medições de volumes e densidades de forma consistente e com baixo erro sistemático e estatístico e que possibilite uma plataforma evolutiva para realizar medições internas aos volumes de interesse, sem a necessidade de intervenção física, sendo realizada por meio do uso de radiação transpassante sobre o corpo medido, permitindo também a realização de medições contínuas, sem intervenção humana com um erro igual ou inferior a 5 %. OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[0016] É um objetivo da presente invenção apresentar um equipamento do tipo telescópio de múons para aplicação na medição de grandes volumes e na densidade de grandes volumes.

[0017] Outro objetivo da presente invenção é apresentar um sistema de medição de nêutrons associado ao telescópio de múons, permitindo que o mesmo consiga detectar o fluxo integral e/ou direcional de nêutrons atmosféricos para inferência da quantidade de água/umidade ou hidrocarbonetos do volume estudado.

[0018] Também é um objetivo da presente invenção apresentar um sistema formado por um telescópio de múons como parte de um módulo de medição e aquisição de dados e que também compreenda um módulo de concentração e transferência, um módulo de análise e transformação e um módulo de apresentação.

[0019] Ainda é um objetivo da presente invenção apresentar e descrever um método de auto-calibração do telescópio de múons, que por sua vez possibilita que o referido telescópio trabalhe em regime contínuo, sem necessidade de intervenção humana.

[0020] Outro objetivo da presente invenção é apresentar e descrever um método de reconstrução tridimensional da massa e/ou volume, utilizando os dados referentes à passagem dos múons pela massa e/ou volume.

[0021] Por fim, a presente invenção tem como um de seus objetivos apresentar e descrever um método para inferência da densidade absoluta ou diferencial usando como dado a taxa de múons registrada ao lado ou abaixo do objeto estudado.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0022] A presente invenção alcança os objetivos apresentados a partir de uma configuração de sistema que trabalha de forma contínua e integrada, permitindo a realização de medidas sistemáticas do volume mensurado com aumento da precisão ao longo do tempo e com disponibilização rápida das informações, visando alimentar processos de gestão operacional ou sistemas industriais que dependam dessas informações.

[0023] Esse tipo de ação é possível por meio da detecção do fluxo de múons, ou seja, partículas secundárias geradas naturalmente no topo da atmosfera terrestre devido a interação de um raio cósmico primário, que se propagam em direção à superfície da Terra, transpassando a matéria que está em seu caminho até decaírem em um lépton de primeira geração (elétron ou pósitron).

[0024] O equipamento também possibilita a detecção do fluxo integral ou direcional de nêutrons atmosféricos, partículas que possuem características de criação semelhantes aos múons, uma vez que também são subprodutos dos raios cósmicos primários, porém, tem características únicas de interação com a matéria, como ausência de carga elétrica, aproximadamente nove vezes a massa em repouso de um múon e interação com a matéria mediada pela força forte.

[0025] A detecção de duas partículas diferentes no telescópio permite inferir, além do volume mensurado, algumas características do material, como a concentração de hidrogénio, usada para inferência da umidade ou concentração de água, da matéria atravessada. Este atributo é particularmente importante na caracterização de estruturas como, por exemplo, barragens.

[0026] A realização da presente invenção em seus objetivos faz-se possível, uma vez que dependendo do tipo de matéria transpassada pelos múons, existe uma atenuação conhecida no fluxo medido, que pode ser utilizada de forma reversa para inferir qual o material e/ou a sua dimensão. [0027] Uma vez que esse fluxo acontece de forma constante, variando principalmente com relação aos ciclos solares e à pressão atmosférica, em todas as direções a partir da abóbada celeste, com uma distribuição angular conhecida, é possível que um telescópio de múons realize a medição dessa atenuação e consequentemente inferir informações relevantes sobre a matéria que está abaixo dele.

[0028] A presente invenção se realiza por meio de um telescópio de múons construído com a capacidade de inferir a direção de chegada individual de cada múon, tornando possível um funcionamento semelhante ao de um tomógrafo computadorizado utilizado na medicina, porém para medição de corpos em escala bem maior, com a vantagem de possuir uma fonte de radiação natural, sustentável, gratuita e disponível em qualquer lugar do planeta.

[0029] Na presente invenção, os dados coletados são processados por meio de algoritmos tanto analíticos quanto de aprendizado de máquina (inteligência artificial), gerando informações de medição com acurácia maior que os processos atuais, continuamente e que podem ser utilizados para integração sistémica ou alimentação de processos de tomada de decisão operacional de forma mais assertiva que os métodos atuais.

[0030] Na realização da presente invenção, o telescópio de múons é construído de forma a ser auto-calibrado e de maneira contínua, não necessitando de intervenção humana nem para o seu funcionamento operacional e tampouco para calibração.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0031] A matéria objeto desta Invenção ficará totalmente clara em seus aspectos técnicos a partir da descrição pormenorizada que será feita com base nas figuras abaixo relacionadas, nas quais: a figura 1 apresenta um modelo esquemático dos componentes da presente invenção, desde o módulo de medição e aquisição de dados até o seu módulo de apresentação e integração sistémica; a figura 2 apresenta um esquema de posicionamento do módulo de medição e aquisição de dados frente ao volume a ser mensurado; a figura 3 apresenta um telescópio de múons construído com múltiplos planos de medição; a figura 4 apresenta o esquema de um plano de medição de fluxo de partículas de múons; a figura 5 apresenta detalhes do encaixe rápido, com posicionamento mecânico estável, entre a barra cintiladora e a placa de medição e aquisição A/D; a figura 6 apresenta um detalhe 3D das estruturas de encaixe e posicionamento mecânico das placas de medição e aquisição de dados A/D; a figura 7 apresenta detalhamentos das placas de medição e aquisição A/D (analógica e digital) utilizadas nos planos de detecção; a figura 8 apresenta um gateway do módulo de análise e transmissão do sistema e detalhamentos do segundo nível de processamento; a figura 9 apresenta um exemplo de um dashboard de controle do módulo de apresentação e integração sistémica; a figura 10 apresenta uma fotografia referente às placas especiais do módulo de aquisição de dados; a figura 11 apresenta um elemento semicondutor sensível a nêutrons e o esquema representativo dos planos de detecção direcional de nêutrons, e; a figura 12 apresenta o esquema representativo do detector integral de nêutrons compreendendo barra cintiladoras e o dopante para nêutrons.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0032] Em conformidade com os objetivos apresentados nos campos Objetivos da Invenção e Breve Descrição da Invenção, o presente pedido de “TELESCÓPIO DE MÚONS E DETECTOR DE NÊUTRONS, SISTEMA PARA MEDIÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE VOLUMES DE GRANDE DIMENSÕES E MÉTODOS” apresenta um telescópio de múons (21 ) em sua construtividade e funcionalidades bem como um sistema (1) para medição de volumes de grandes dimensões compreendendo ao menos um telescópio de múons e ainda um método de auto-calibração de telescópios de múons (21 ), um método de reconstrução tridimensional de massa e/ou volume utilizando o registro de passagens de múons transpassantes, captados por telescópios de múons, um método de inferência de massa e/ou volume total usando como dados a taxa de múons captada por telescópios de múons (21 ) registrada ao lado ou abaixo de um objeto observado e ainda um método de inferência de densidade absoluta ou diferencial usando como dados a taxa de múons captada por um telescópio de múons (21 ) registrada ao lado ou abaixo do objeto observado. Também apresenta um sistema de medida de nêutrons, que, quando associado ao telescópio de múons (21 ), permite a inferência da concentração de água/umidade ou hidrocarbonetos no volume estudado.

[0033] O sistema (1 ) para medidas de volumes de grandes dimensões compreende até cinco módulos principais sendo, dois módulos de medição e aquisição de dados (2a e 2b), módulo de concentração e transferência (3), módulo de análise e transformação (4) e um módulo de apresentação e integração sistémica (5).

[0034] Os módulos de medição e aquisição de dados (2a e 2b) podem atuar juntos, sendo que o módulo de aquisição de dados (2a) se destina a detecção do fluxo de múons e o módulo de aquisição de dados (2b) se destina a detecção do fluxo de nêutrons, esse sendo opcional. [0035] O módulo de medição e aquisição de dados (2a) utiliza um telescópio de múons (21 ), sendo este o responsável pela medição do fluxo de múons e da direção de cada um dos múons, dentro dos limites experimentais das medições. O referido telescópio de múons (21 ) é projetado, preferencialmente, para utilização de componentes em estado sólido, sendo que o mesmo possui dimensões miniaturizadas, como pode ser observado pela figura 3 e também múltiplos planos de medição, como pode ser observado pela figura 4.

[0036] Os múltiplos planos de medição presentes no telescópio de múons (21 ) são os responsáveis pela detecção do fluxo de partículas carregadas bem como pela digitalização das informações analógicas que foram coletadas na medição, sendo que tais informações serão processadas e analisadas pelo sistema (1 ).

[0037] Cada plano de medição do telescópio de múons (21 ) compreende um número N de barras cintiladoras dispostas em duas direções ortogonais denominadas de X e Y. Cada intersecção entre as N barras dispostas na direção X e as N barras dispostas na direção Y gera uma área sensível chamada de célula.

[0038] As barras cintiladoras presentes em cada plano de medição do telescópio de múons (21 ), são elementos que emitem luz a cada passagem de partículas carregadas. A luz gerada pelas referidas barras cintiladoras é captada por meio de cabos de fibra óptica e então transmitidas para um detector óptico.

[0039] Em cada telescópio de múons (21 ) estão compreendidos ao menos três planos de medição, sendo que as distâncias entre eles se dá em função da abertura necessária para o telescópio de múons (21 ) observar o volume a ser estudado em sua totalidade e da precisão necessária para a região central do mesmo volume. A distância entre os dois planos de medição mais próximos entre si, na direção do eixo Z (altura) é responsável pela delimitação da abertura máxima do detector, sendo que essa abertura máxima possui um limite superior de aproximadamente 2 Pi esterradiano (2.p sr).

[0040] Por sua vez, no telescópio de múons (21 ), a distância entre o plano superior e o plano inferior, na direção do eixo Z, é responsável pela delimitação da abertura mínima do detector e consequentemente a máxima resolução espacial obtida na região central do volume estudado, sendo que a resolução espacial utiliza uma célula de cada um dos ao menos três planos de medição.

[0041] A utilização de ao menos três planos de medição além de possibilitar o uso de múltiplas aberturas e múltiplas resoluções, também possibilita o cálculo da eficiência de medição do plano central de maneira direta, usando as coincidências duplas e triplas do telescópio.

[0042] A partir do dado de calibração dos planos centrais e os dados de simulação é possível calcular a eficiência dos planos periféricos, possibilitando, assim, a calibração automática do telescópio de múons (21 ), usando apenas as coincidências duplas e triplas do sistema (1 ).

[0043] Esse sistema de calibração dos planos centrais consiste no cálculo do fluxo observado por três barras no mesmo plano vertical e o mesmo fluxo observado pelas barras mais extremas, acima e abaixo da barra central. Uma vez que as probabilidades de medição são independentes, um sistema com eficiência máxima, ou seja 100 %, possuiria as mesmas contagens duplas e triplas. Assim sendo, a eficiência da medição é calculada a partir da diferença entre as coincidências triplas e duplas em função das coincidências duplas.

[0044] Por outro lado, os planos extremos necessitam de simulação geométrica para o cálculo da taxa perfeita de relação entre as coincidências triplas e duplas, sendo que esse cálculo de eficiência se dá por meio da diferença entre o número obtido por meio da simulação e o medido. [0045] A utilização desses métodos resulta em uma maior robustez do telescópio de múons (21 ), uma vez que a quantidade de acionamentos para a manutenção física local é reduzida, especialmente em locais onde o acesso a eles é mais difícil, como por exemplo em ambientes de mineração.

[0046] O sistema de luz do telescópio de múons (21 ) é formado por um sensor com capacidade de detecção sensível até mesmo na presença de poucos fótons, nesse caso, sendo utilizado preferencialmente um sensor de estado sólido (silício) do tipo “Silicon Photomultipliers” (Si PM), com capacidade estatística de detecção de um fóton por vez.

[0047] No sistema de detecção de luz do telescópio de múons (21 ), o sensor SiPM é inserido em uma placa (22) desenhada especificamente para a aquisição de dados do referido telescópio de múons (21 ), possuindo uma placa para cada sensor de luz, conforme demonstrado pela figura 7.

[0048] As placas (22) são desenhadas com o objetivo de conter todos os componentes necessários para a conversão da luz em sinal elétrico, amplificação, geração de tensão de limiar para o comparador e geração do sinal de trigger. A partir dessa construtividade especial, as placas (22) são responsáveis pela geração do trigger de nível zero do sistema, o qual é gerado cada vez que um sinal ultrapassa a amplitude de discriminação, isto é, a tensão usada na entrada do comparador.

[0049] As placas (22) são construídas compreendendo componentes como SiPM, responsável pela conversão de luz em sinais elétricos; amplificadores operacionais, responsáveis pelo acoplamento eletrónico e amplificação do sinal de SiPM; comparador, responsável pela geração do sinal digital; e tensão de referência, responsável pela geração do nível de tensão usado pelo comparador, como pode ser observado na figura 10. [0050] Quanto ao funcionamento do sistema de detecção de luz, uma vez que o sinal luminoso é convertido para um sinal elétrico por meio do sensor SiPM, ele é amplificado e depois direcionado para o sistema de trigger de nível zero, em que um sinal com amplitude maior que um dado limiar é convertido para um sinal digital por meio de um comparador.

[0051] No sistema de detecção de luz, a escolha do dado limiar é feita a partir de estudos de laboratórios, executados anteriormente com o sistema, e pode ser ajustado, caso necessário, na placa (22) desenhada especificamente para aquisição de dados. Esse ajuste pode ser feito tanto manualmente, com um resistor variável, como automaticamente (ou mesmo remotamente) com o uso de circuito de controle de tensão desse limiar (Digital to Analog Converter) ou um resistor programável.

[0052] Esse tipo de desenho para o sistema (1) apresenta diversas vantagens frente ao estado da técnica, uma vez que possibilita o uso de uma placa modular e facilmente integrável mecanicamente às barras cintiladoras permite uma montagem e uma troca de componentes simplificada, por meio de um mecanismo físico de encaixe rápido que proporciona a manipulação individual de cada uma das ditas placas (22), garantindo o seu posicionamento adequado dentro do telescópio de múons (21 ).

[0053] Outra vantagem inerente a configuração do sistema (1 ) é que a localização física do módulo de medição e aquisição de dados (2a) inteiro, com sensor de luz e amplificadores, juntamente com o trigger de nível zero, na mesma placa eletrónica, possibilita não apenas a diminuição do tamanho do dispositivo, do volume de cabos utilizados e consequentemente de seu peso, como também a redução do consumo energético do equipamento e melhor relação entre o sinal e o ruído ( SNR ), o que também viabiliza a sua utilização em ambientes mais restritos.

[0054] O sistema de trigger de nível 1 , é onde ocorre a seleção dos sinais que possuem características de múons. Como as barras cintiladoras são sensíveis a qualquer tipo de partícula carregada, faz-se necessário a implementação de uma lógica de coincidência entre os planos, de forma a registrar somente sinais que ocorram em mais de um plano, dentro de uma janela de tempo de dezenas de nanosegundos.

[0055] A implementação da lógica de coincidência do sistema de trigger de nível 1 é necessária no intuito de vetar eventos de radiação local no sistema (1 ), como por exemplo elétrons que atravessam apenas uma das placas (22).

[0056] Também é função do sistema de trigger de nível 1 não aceitar eventos que geram sinais ambíguos, registrados em mais de uma célula por plano. Também é função do trigger nível 1 o registro das coincidências duplas e triplas entre planos, que por sua vez, é o que possibilita a auto- calibração contínua do telescópio de múons (21 ).

[0057] Uma vez que um evento é aceito pelo sistema de trigger de nível 1 , a posição de passagem da partícula em cada plano e o tempo absoluto de medição são registrados em uma memória que pode ser lida por um sistema computacional, sendo que esses dados podem ser concentrados e transferidos para sistemas mais complexos.

[0058] O sistema (1 ) compreende também um módulo de medição e aquisição de dados (2b), o qual consiste em uma estrutura de detecção de nêutrons que pode medir o fluxo integral, por meio de detectores integrais (24), ou direcional, por meio de detectores direcionais (23) de nêutrons, dependendo da necessidade de medição. Os detectores integrais (24) de nêutrons se utilizam da eletrónica de aquisição de dados, a partir da detecção de nêutrons térmicos em uma barra de material revestido de Gadolínio (Gd) ou recipiente com líquido contendo sal de Gadolínio em solução.

[0059] A detecção de nêutrons, por sua vez, ocorre usando barras de cintilador plástico, para detecção dos raios gama, cuja soma de energia tem 8MeV, de desexitação do Gadolínio. A captura de luz e transformação desta em sinal eletrónico ocorre da mesma forma que no módulo de medição e aquisição de dados (2a) presente no telescópio de múons (21 ). Nesse caso, a detecção ocorre apenas com nêutrons de baixa energia, isto é, térmicos, fazendo com que ela perca a assinatura de direcionalidade, permitindo apenas uma detecção integral da taxa de nêutrons.

[0060] A detecção direcional de nêutrons, é baseada na leitura direta da taxa de mudança de estado (bit flip) em um sistema semicondutor (FPGA, ASIC, CMOS, RAM) se utilizando de planos de detecção com sensores, preferencialmente, no estado sólido, entretanto, também podem ser utilizados como sensores, quaisquer eletrónicas de estado sólido que possua como elementos, células semicondutoras com um ou mais bits.

[0061] No módulo de medição e aquisição de dados (2b), os planos de detecção são compostos por um ou mais elementos sensíveis, cujo estado é lido constantemente pelo sistema de trigger, sendo que ambos os tipos de detectores de nêutrons (23 e 24) necessitam dos dados do telescópio de múon (21). A leitura de múltiplas mudanças simultâneas de estado em células semicondutoras dispara um sinal de trigger, desde que não esteja temporalmente correlacionada com a passagem de múon, medido pelo telescópio de múons (21 ), caso contrário geraria um falso positivo na detecção de nêutrons. A leitura das posições de passagem de nêutrons permite inferir a direção de chegada dessa partícula.

[0062] O sistema (1 ) compreende também um módulo de concentração e transferência (3), compreendendo um gateway (30) como apresentado na figura 8. O gateway (30) tem como objetivo garantir a comunicação com o telescópio de múons (21 ) e consequentemente: a obtenção regular dos dados, o registro desses dados em uma memória temporária confiável, o pré-processamento da informação e o envio desses dados para o módulo de análise e transformação (4), sendo que o referido módulo de análise e transformação (4) pode funcionar localmente, remotamente ou em uma estrutura de nuvem.

[0063] A comunicação entre o telescópio de múons (21 ) e o gateway (30) pode ocorrer de formas e meios distintos, entre eles rede ethernet, fibra óptica, rede Wi-Fi ou mesmo outros tipos de comunicação por radiofrequência ou cabo. Por sua vez, a comunicação entre o gateway (30) e o módulo de análise e transformação (4) pode ocorrer seguindo os mesmos mecanismos de rede possíveis para comunicação entre o gateway (30) e o telescópio de múons (21 ), bem como por qualquer outro tipo de comunicação com a internet, como por exemplo redes de telefonia celular e redes de satélites.

[0064] Uma vez que o gateway (30) possui todos os dados gerados pelo telescópio de múons (21 ) e pelo módulo de medição e aquisição de dados (2b) do detector de nêutrons (23, 24), ele pode processar os dados de fluxo total usando um modelo matemático, como por exemplo, Y = a.x ^A b, em que Y corresponde a massa de material, x corresponde ao fluxo de múons e as variáveis a e b são determinadas pela calibração no local da pilha.

[0065] A utilização do modelo matemático tem a finalidade de gerar de forma rápida, embora aproximada, a massa material observada pelo telescópio. Essa pré-análise, por ser computacionalmente simples, pode ser gerada diretamente no gateway (30), sendo que existe a possibilidade de que o gateway (30) e o módulo de análise e transformação (4) sejam o mesmo dispositivo, caso necessário em um dado ambiente.

[0066] O módulo de análise e transformação (4), por sua vez, é responsável pela reconstrução tridimensional do volume observado pelo telescópio de múons (21) e pelo cálculo de composição de materiais ricos em hidrogénio, por meio dos dados concentrados de ambos os módulos de medição e aquisição de dados (2a e 2b), se disponíveis, e transportados pelo gateway (30). Para tanto, o módulo de análise e transformação (4) utiliza a combinação de dois métodos, sendo eles a técnica de geometria analítica e o método de aprendizado de máquina (inteligência artificial).

[0067] A técnica de geometria analítica é utilizada para representar a projeção de cada célula do telescópio de múons (21 ) na semiesfera superior e por meio da distribuição angular conhecida dos múons, calcular a taxa faltante para cada região. A técnica de geometria analítica também é utilizada para calcular a quantidade de material atravessado por meio da utilização de um modelo matemático de atenuação e dessa forma possibilitar a reconstrução 3D do formato do objeto observado.

[0068] Da mesma forma, caso existam dados integrais ou direcionais de nêutrons, será possível inferir a quantidade de hidrogénio, como água ou hidrocarbonetos, atravessado no trajeto desse raio cósmico secundário a partir da atenuação medida. Caso existam dados direcionais, também se fará possível a reconstrução 3D da projeção da medição. Uma vez que existam apenas dados integrais, o resultado da concentração de materiais ricos em hidrogénio, como água ou hidrocarbonetos, é obtido através de um cálculo analítico com parâmetros de calibração obtidos em laboratório.

[0069] O método de aprendizado de máquina, por sua vez, se utiliza de uma rede neural treinada usando dados de simulação computacional da atenuação causada pelos múons e nêutrons, se disponíveis, em volumes observados de diferentes formatos e diferentes geometrias.

[0070] O resultado final apresentado pelo módulo de análise e transformação (4) é um volume, massa ou densidade, dependendo do tipo de calibração utilizada, cujas dimensões são ancoradas pela técnica de geometria analítica e refinadas pelo modelo de aprendizado de máquina. Esse refinamento possibilita a obtenção de dados referentes à estrutura interna do objeto estudado, como regiões de baixa densidade, por exemplo, cavernas dentro de montanhas. Esse processo acontece de forma periódica e ininterrupta, gerando informações em escala temporal também armazenadas no módulo de análise e transformação (4), seja este instalado em uma máquina, equipamento ou em uma plataforma disponível em ambiente de nuvem.

[0071] Em uma variação construtiva do sistema (1), é possível a utilização de dados provenientes de múltiplas linhas de visada, ou seja, múltiplos telescópios de múons (21 ). Essa variação tem como objetivo uma reconstrução das características tridimensionais do meio ou objeto estudado com maior precisão e maior independência de métodos de aprendizado de máquina. Esse tipo de opção é relevante principalmente em cenários que há mudanças muito grandes e aleatórias no meio ou objeto, o que torna o refinamento usando aprendizado de máquina com dados de simulação muito mais complexo ou até mesmo impossível.

[0072] Por fim, o sistema (1 ) compreende ainda um módulo de apresentação e integração sistémica (5) responsável por utilizar os dados temporais gerados automaticamente para apresentação visual por meio de dashboards de controle, como mostra a figura 9, e também para alimentar interfaces de programação (API) para integração sistémica dos dados em ambientes produtivos.

[0073] Quanto a utilização do sistema (1), é importante salientar que o telescópio de múons (21 ) e os detectores integrais (24) de nêutrons podem ser alocados fisicamente sob o volume a ser medido e/ou estudado. Também pode ser alocado lateralmente em referência ao dito volume, em se tratando da medida do fluxo de múons e/ou nêutrons com sistema de detecção por estado sólido. O equipamento pode permanecer continuamente instalado.

[0074] Deve ficar entendido que a presente descrição não limita a aplicação aos detalhes aqui descritos e que a invenção é capaz de outras modalidades e de ser praticada ou executada em uma variedade de modos, dentro do escopo das reivindicações. Embora tenham sido usados termos específicos, tais termos devem ser interpretados em sentido genérico e descritivo, e não com o propósito de limitação.