Aparato y método para la detección de materiales radiactivos.

Sistema que comprende:

uno o más generadores de imágenes (416,

420, 1504, 1524, 1556), interactuando cada generador de imágenes en uso con luz ambiente y radiación ambiente que comprende un detector pixelado (1508) que comprende píxeles para crear al menos una de una imagen instantánea digital y una imagen de video digital de la luz ambiente, y capaz de interactuar con al menos una partícula de alta energía de la radiación ambiente y obtener simultáneamente una imagen, siendo capaz el generador de imágenes (416, 420, 1504, 1524, 1556) de transmitir datos de imágenes que incluyen potencialmente artefactos de imagen indicativos de la interacción de una partícula de alta energía con un píxel del detector pixelado (1508);

al menos un procesador (1560) en comunicación con los uno o más generadores de imágenes (416, 420, 1504, 1524, 1556) en el que el al menos un procesador (1560) recoge datos de imágenes de cada uno de los detectores pixelados (1508) y en el que el al menos un procesador (1560) se adapta para identificar a partir de los datos de imágenes recogidos al menos un píxel que ha interactuado con al menos una partícula de alta energía (422, 426, 1512), en el caso de tal interacción; y al menos un dispositivo de salida adaptado para informar de la interacción de al menos una partícula de alta energía con el al menos un píxel identificado.

Aparato y método para la detección de materiales radiactivos Antecedentes La capacidad para detectar el transporte no autorizado de materiales radiactivos se podría facilitar mediante una red a gran escala de detectores de radiación. Sin embargo, la instalación de tal red de detectores de radiación podría ser costosa y retrasar la preparación del sistema.

Las redes de detección de radiación se están desarrollando en Europa para el caso de un accidente de una central de energía nuclear. Por ejemplo, el sistema de ayuda de decisión en línea en tiempo real (Real-time On-line Decision Support, RODOS) para la gestión exterior de emergencias de Europa se está planificando para que proporcione información coherente y completa de situaciones radiológicas presentes y futuras, la extensión, beneficios y desventajas de las acciones y contramedidas de emergencia, y ayuda metodológica para tomar decisiones en estrategias de respuesta a emergencias. RODOS incluye módulos de detección de propagación geográfica, meteorológica y la radiación; también sirve como punto de acumulación de datos para redes de monitorización radiológica y atmosférica. Los datos de detección de radiación proporcionados por los detectores de la red podrían complementar y enriquecer las bases de datos de radiación tales como RODOS disponibles para las autoridades de seguridad y las agencias de recuperación de desastres.

La capacidad de detectar el transporte no autorizado de materiales radiactivos en grandes áreas es apremiante debido a la disgregación de países que poseen armas nucleares y reactores nucleares. El contrabando de radioisótopos y la venta de material radiactivo en el mercado negro han aumentado considerablemente en un pasado reciente. Un informe de la Oficina General de Cuentas (General Accounting Office) documenta algunos de los 181 casos confirmados por la Agencia de Energía Atómica Internacional (International Atomic Energy Agency, IAEA) de venta ilegal de material nuclear desde 1992. Veinte de estos incidentes implicaron la transferencia o el intento de transferencia de material utilizable en armas nucleares, en concreto Pu-239 y Uranio Altamente Enriquecido (Highly Enriched Uranium, HEU) en un 20 %-90 %. Aunque el riesgo más preocupante del material radiológico clandestino está relacionado con el uso de HEU en la construcción de una bomba nuclear, también se podría utilizar el HEU como materia prima para un Dispositivo de Dispersión Radiológica (Radiological Dispersal Device) o "bomba sucia". En realidad, se puede usar cualquier radioisótopo en la construcción de una bomba sucia. Sin embargo, algunos radioisótopos, por ejemplo Cs-137, Sr-90, o Co-60, son más peligrosos que los demás para esta aplicación. Por ejemplo, el U-235, debido a su nivel de actividad de rayos gamma comparativamente inferior, es mucho menos peligroso que una masa comparable de Co-60. Las bombas sucias podrían ser económicamente devastadoras para una región debido al elevado gasto de descontaminación, limpieza, y la pérdida económica que producirían si se detonaran.

El material radiactivo dispersado a través de la detonación de un explosivo convencional podría ser económicamente devastador para la región afectada. El acceso a material nuclear no utilizable en armas es habitualmente más fácil que a HEU o Pu-239, aumentando la amenaza de bombas sucias que surge de los materiales no utilizables en armas. Esta amenaza se acrecienta por el hecho de que el contrabando nuclear se produce habitualmente en cantidades que casi nunca exceden de un kilogramo y que casi todos los casos de contrabando se detectaron debido a investigaciones policiales. Los costes de limpieza de incluso esta pequeña cantidad de material radiactivo podrían ser enormes. Es mejor detectar el transporte ilegal de materiales radiológicos e interceptarlo en una etapa inicial.

Existe la necesidad de detectar el transporte ilegal de material radiactivo. Existe la necesidad de una red de detectores rentable y de amplia difusión que pueda detectar material radiactivo, identificar su localización, y proporcionar una alerta cuando se detecte este tipo de material.

En el documento de solicitud de patente internacional WO95/14245 se desvela un dispositivo para monitorizar un área de una central de energía nuclear. Este dispositivo usa un detector que comprende una máscara codificada, un centelleador y un conjunto de dispositivos CCD. El documento menciona la posibilidad de crear una superposición de la imagen visual del área y de la imagen de radiación.

El documento A. M. Chugg et al., "A CCD Miniature Radiation Monitor", IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 49, No. 3, pp. 1327-1332, desvela un detector de radiación para uso en entornos espaciales. El dispositivo comprende un CCD dispuesto detrás de un agujero de aguja y protegido de la luz solar.

Sumario Realizaciones de la presente invención incluyen un sistema que incluye un generador de imágenes con uno o más píxeles que son capaces de interactuar con partículas de alta energía y transmitir información con referencia a la

interacción de la partícula de alta energía con el píxel mientras que obtiene simultáneamente una imagen. El sistema también incluye al menos un procesador que está en comunicación con el generador de imágenes, que es capaz de determinar que un píxel o píxeles han interactuado con una o más partículas de alta energía. El sistema incluye además un dispositivo de salida que informa de la presencia de la partícula de alta energía.

Los generadores de imágenes pueden ser cualquier generador de imágenes que contenga un detector de fotones pixelado incluyendo generadores de imágenes con dispositivos de carga acoplada (CCD) , generadores de imágenes con semiconductor complementario de óxido metálico (CMOS) , y generadores de imágenes que contienen sustratos de silicio-germanio, germanio, silicio sobre zafiro, indio-galio-arseniuro, cadmio-mercurio-telururo o galio-arseniuro, y similares, o combinaciones de estos generadores de imágenes. En las realizaciones de la presente invención también se pueden usar cámaras de seguridad, cámaras de tráfico, cámaras de tránsito, cámaras de mano, cámaras móviles de tráfico o para el cumplimiento de la ley, cámaras de teléfonos móviles, cámaras térmicas de infrarrojo, y cualquier combinación de estas cámaras. Los generadores de imágenes usados en la presente invención pueden ser estacionarios o móviles. En una realización preferente de la invención, los generadores de imágenes pueden rotar alrededor de un eje vertical, o panorámico, y rotar alrededor de un eje horizontal, o de inclinación. Esto permite al generador de imágenes rastrear la fuente radiactiva de las partículas de alta energía.

En ciertas realizaciones, las partículas de alta energía detectadas por el generador o generadores de imágenes pueden ser producto de una fuente de partículas de alta energía que pueden ser la fuente del decaimiento nuclear de material radiactivo. La fuente de partículas de alta energía incluye, pero no se limita a, radiación ambiental, radiación de fuentes naturales, materiales radiactivos, dispositivos nucleares, bombas sucias y armas nucleares antes o después de su detonación o combinaciones de las mismas. Las partículas de alta energía detectadas se pueden producir preferentemente a partir del decaimiento nuclear de materiales radiactivos. La fuente de partículas de alta energía también puede estar protegida.

Los píxeles del detector de fotones pixelado producen una señal cuando una partícula de alta energía impacta en el píxel, y esta señal es generalmente más fuerte que la de la radiación de fondo ambiente. Esta señal puede ser una mancha o "punto" brillante en la imagen creada por el generador de imágenes. El procesador identifica estos puntos. Cuando una partícula de alta energía impacta en un píxel, la carga del píxel cambia de forma más significativa que cuando la luz ambiente impacta en el píxel haciendo que se forme un punto, dado que el generador de imágenes lee este cambio en la carga, en forma de una mancha brillante en la imagen. El procesador de la presente invención identifica los puntos dentro de la imagen y los compara con el fondo. Si el procesador detecta el punto en imágenes consecutivas, se puede haber producido un suceso de radiación.

En una realización de la presente invención, el procesador puede identificar la presencia de una partícula radiactiva así como la fuente de la partícula radiactiva. El procesador puede ser un ordenador, un procesador de imágenes de video o cualquier combinación de estos.

En otra realización de la presente invención, el generador de imágenes contiene un cuadrado delgado de... [Seguir leyendo]

1. Sistema que comprende:

uno o más generadores de imágenes (416, 420, 1504, 1524, 1556) , interactuando cada generador de imágenes en uso con luz ambiente y radiación ambiente que comprende un detector pixelado (1508) que comprende píxeles para crear al menos una de una imagen instantánea digital y una imagen de video digital de la luz ambiente, y capaz de interactuar con al menos una partícula de alta energía de la radiación ambiente y obtener simultáneamente una imagen, siendo capaz el generador de imágenes (416, 420, 1504, 1524, 1556) de transmitir datos de imágenes que incluyen potencialmente artefactos de imagen indicativos de la interacción de una partícula de alta energía con un píxel del detector pixelado (1508) ; al menos un procesador (1560) en comunicación con los uno o más generadores de imágenes (416, 420, 1504, 1524, 1556) en el que el al menos un procesador (1560) recoge datos de imágenes de cada uno de los detectores pixelados (1508) y en el que el al menos un procesador (1560) se adapta para identificar a partir de los datos de imágenes recogidos al menos un píxel que ha interactuado con al menos una partícula de alta energía (422, 426, 1512) , en el caso de tal interacción; y al menos un dispositivo de salida adaptado para informar de la interacción de al menos una partícula de alta energía con el al menos un píxel identificado.

2. El sistema de la reivindicación 1, en el que el detector pixelado (1508) se selecciona entre detectores de fotones pixelados, generadores de imágenes de dispositivo de carga acoplada (CCD) , generadores de imágenes de semiconductor complementario de óxido metálico (CMOS) , y generadores de imágenes que contienen sustratos de silicio-germanio, germanio, silicio sobre zafiro, indio-galio-arseniuro, cadmio-mercurio-telururo, o galio-arseniuro y una combinación de los mismos.

3. El sistema de la reivindicación 1, en el que los uno o más generadores de imágenes (416, 420, 1504, 1524, 1556) se seleccionan entre cámaras de seguridad, cámaras de tráfico, cámaras de tránsito (416) , cámaras móviles para el cumplimiento de la ley, cámaras de teléfonos móviles (1552) , cámaras infrarrojas térmicas y una combinación de las mismas.

4. El sistema de la reivindicación 1, en el que cada uno de los uno o más detectores pixelados (1508) están interconectados.

5. El sistema de la reivindicación 1, en el que cada uno de los uno o más detectores pixelados (1508) se adapta para visión panorámica, inclinación o una combinación de los mismos.

6. El sistema de la reivindicación 1, en el que cada uno de los uno o más detectores pixelados (1508) se adapta para monitorizar objetos seleccionados entre objetos animados e inanimados, vehículos a motor, aviones, trenes, vagones de tren subterráneo, personas, animales, edificios, vegetación, equipaje, cajas, bolsas, bolsos, maletines, correo y una combinación de los mismos.

7. El sistema de la reivindicación 1, en el que el al menos un procesador (1560) se selecciona entre un ordenador, un procesador de imágenes de video, y una combinación de los mismos.

8. El sistema de la reivindicación 1, en el que el al menos un procesador (1560) recoge datos de cada uno de los uno

o más detectores pixelados (1508) simultáneamente.

9. El sistema de la reivindicación 1, en el que el al menos un procesador (1560) se adapta para recoger datos de imágenes que comprenden una o más imágenes instantáneas digitales, una o más imágenes de video digitales o una combinación de las mismas.

10. El sistema de la reivindicación 1, en el que el al menos un procesador (1560) se adapta para recoger datos de imágenes que comprenden dos o más imágenes consecutivas.

11. El sistema de la reivindicación 1, en el que el al menos un procesador (1560) se adapta para recoger datos que comprenden un cambio en la carga, la tensión o una combinación de las mismas producido cuando el al menos un píxel interactúa con la al menos una partícula de alta energía.

12. El sistema de la reivindicación 11, en el que el al menos un procesador (1560) se adapta para determinar si el cambio en la carga, la tensión o una combinación de las mismas es significativamente mayor que el cambio en la carga cuando la luz ambiente interactúa con el al menos un píxel.

13. El sistema de la reivindicación 11, en el que el al menos un procesador (1560) se adapta para determinar si el cambio en la carga, la tensión o una combinación de las mismas es mayor que la radiación ambiente o de fondo.

14. El sistema de la reivindicación 11, en el que el al menos un procesador (1560) se adapta para determinar un cambio en la carga, la tensión o una combinación de las mismas que es proporcional a una energía de la al menos una partícula de alta energía (422, 426, 1512) .

15. El sistema de la reivindicación 1, en el que una salida del al menos un dispositivo de salida se selecciona entre una alarma, una imagen fotográfica, una imagen de video, una imagen en un monitor, un sonido audible, una llamada telefónica, una transmisión de radio y una combinación de las mismas.

16. El sistema de la reivindicación 1, en el que el al menos un procesador (1560) está en comunicación con el al menos un dispositivo de salida a través de una conexión segura o encriptada.

17. El sistema de la reivindicación 1, en el que el al menos un dispositivo de salida muestra una o más imágenes instantáneas digitales, una o más imágenes de video digitales o una combinación de las mismas obtenidas a partir de al menos uno de los uno o más detectores pixelados (1508) .

18. El sistema de la reivindicación 17, en el que las una o más imágenes y el al menos un píxel identificado se usan para identificar una ubicación probable de una fuente de una partícula de alta energía.

19. El sistema de la reivindicación 1, en el que cada detector pixelado (1508) es capaz de interactuar con al menos una partícula de alta energía (422, 426, 1512) producida por una fuente (412, 1520) seleccionada entre radiación ambiente, radiación de una fuente natural, material radiactivo, un dispositivo nuclear, una bomba sucia, un arma nuclear antes de la detonación, un arma nuclear después de la detonación y una combinación de las mismas.

20. El sistema de la reivindicación 1, en el que cada detector pixelado (1508) es capaz de interactuar con al menos una partícula de alta energía (422, 426, 1512) seleccionada entre un neutrón, un rayo gamma, una partícula alfa, una partícula beta o una combinación de las mismas.

21. Método para detectar partículas de alta energía (422, 426, 1512) que usa uno o más generadores de imágenes (416, 420, 1504, 1524, 1556) en uso que interactúan con luz ambiente y radiación ambiente que comprenden un detector pixelado (1508) que comprende píxeles para crear al menos una de una imagen instantánea digital y una imagen de video digital, capaz de interactuar con al menos una partícula de alta energía y obtener simultáneamente una imagen, siendo capaz el generador de imágenes (416, 420, 1504, 1524, 1556) de transmitir datos de imágenes que incluyen potencialmente artefactos de imagen indicativos de interacción de una partícula de alta energía con un píxel del detector pixelado (1508) ; comprendiendo el método:

recoger, mediante al menos un procesador (1560) en comunicación con los uno o más generadores de imágenes (416, 420, 1504, 1524, 1556) , datos de imágenes de los uno o más generadores de imágenes (416, 420, 1504, 1524, 1556) ; identificar, mediante al menos un procesador (1560) , a partir de los datos de imágenes recogidos al menos un píxel que ha interactuado con al menos una partícula de alta energía (422, 426, 1512) , en el caso de tal interacción; e informar, mediante al menos un dispositivo de salida, de la interacción de al menos una partícula de alta energía con al menos un píxel.

22. El método de la reivindicación 21, en el que el detector pixelado (1508) se selecciona entre un dispositivo de carga acoplada (CCD) , un dispositivo semiconductor complementario de óxido metálico (CMOS) y generadores de imágenes de sustratos de silicio-germanio, germanio, silicio sobre zafiro, indio-galio-arseniuro, cadmio-mercuriotelururo, o galio-arseniuro y una combinación de los mismos

23. El método de la reivindicación 21, en el que los uno o más generadores de imágenes (416, 420, 1504, 1524, 1556) se seleccionan entre cámaras de seguridad, cámaras de tráfico, cámaras de tránsito, cámaras móviles para el cumplimiento de la ley, cámaras de teléfonos móviles, cámaras infrarrojas térmicas y una combinación de las mismas.

24. El método de la reivindicación 21, en el que los uno o más detectores pixelados (1508) están interconectados.

25. El método de la reivindicación 21, en el que la etapa de recoger datos comprende obtener un cambio en la carga, la tensión o una combinación de las mismas producido cuando el al menos un píxel interactúa con la al menos una partícula de alta energía (422, 426, 1512) .

26. El método de la reivindicación 25, que comprende además cuantificar el cambio en la carga, la tensión o una combinación de las mismas.

27. El método de la reivindicación 26, que comprende además utilizar el cambio en la carga, la tensión o una combinación de las mismas para determinar al menos uno de:

una energía de la al menos una partícula de alta energía; un tipo de una fuente (714, 1520) de la al menos una partícula de alta energía (422, 426, 1512) ; o una cantidad de partículas de alta energía de la fuente (714, 1520) .

28. El método de la reivindicación 27, en el que el tipo de material de fuente es al menos un radioisótopo.

29. El método de la reivindicación 21, que comprende además rastrear la fuente (714, 1520) de la al menos una partícula de alta energía en el que el rastreo comprende mover al menos uno de los uno o más detectores pixelados (1508) de modo que al menos una partícula de alta energía interactúe con el al menos un detector pixelado (1508) .

30. El método de la reivindicación 29, en el que la fuente (714, 1520) de la al menos una partícula de alta energía (422, 426, 1512) se mueve.

31. El método de la reivindicación 29, que comprende además rotar el al menos un detector pixelado (1508) horizontal o verticalmente hasta que se determina el flujo máximo.

32. El método de la reivindicación 31, en el que el flujo máximo se produce cuando el detector pixelado es perpendicular a la fuente (412, 1520) de la al menos una partícula de alta energía (422, 426, 1512) .

33. El método de la reivindicación 29, que comprende además realizar una búsqueda en gradiente en el que la búsqueda en gradiente comprende conducir el movimiento del al menos un detector pixelado (1508) hasta que se alcanza el flujo máximo.

34. El método de la reivindicación 29, en el que el rastreo comprende además:

realizar simultáneamente una búsqueda en gradiente para cada uno de una pluralidad de detectores pixelados (1508) y determinar el flujo máximo para cada detector pixelado individual (1508) ; y referenciar simultáneamente el flujo máximo de cada detector pixelado (1508) y las imágenes fotográficas y de video de cada detector pixelado (1508) para determinar la ubicación probable de la fuente de las partículas de alta energía, en el que la posición probable de la fuente de partículas de alta energía es un área de cada imagen donde el flujo máximo y las imágenes intersectan.

35. El método de la reivindicación 21, en el que la etapa de recoger datos comprende además obtener una o más imágenes instantáneas digitales, una o más imágenes de video digitales o una combinación de las mismas de los uno o más detectores pixelados (1508) .

36. El método de la reivindicación 35, que comprende además usar las una o más imágenes y el al menos un píxel identificado para identificar una ubicación probable de una fuente de una partícula de alta energía.

37. El método de la reivindicación 36, en el que la ubicación probable de la fuente (412, 1520) aparece en una o más imágenes consecutivas.

38. El método de la reivindicación 37, que comprende además monitorizar una posición de la ubicación probable de la fuente (412, 1520) en cada una de las una o más imágenes consecutivas para rastrear el movimiento de la fuente (412, 1520) .

39. El método de cualquiera de las reivindicacione.

2. 34, en el que el movimiento de al menos uno de los uno o más detectores pixelados (1508) comprende movimiento panorámico, inclinación o una combinación de los mismos.

40. El método de la reivindicación 23, que comprende además monitorizar un objeto seleccionado entre objetos animados e inanimados, vehículos a motor, aviones, trenes, vagones de tren subterráneo, personas, animales, edificios, vegetación, equipaje, cajas, bolsas, bolsos, maletines, correo y una combinación de los mismos.

41. El método de la reivindicación 23, que comprende además comprobar las detecciones por falsos positivos de la al menos una partícula de alta energía (422, 426, 1512) .

42. El método de la reivindicación 23, que comprende además generar una alerta cuando se identifica el al menos un píxel.

43. El método de la reivindicación 23, en el que la fuente (412, 1520) de las partículas de alta energía (422, 426, 1512) se selecciona entre radiación ambiente, radiación de una fuente natural, material radiactivo, un dispositivo nuclear, una bomba sucia, un arma nuclear antes de la detonación, un arma nuclear antes de la detonación y una combinación de los mismos.