Sistema y método para la identificación de radioisótopos.

Un método para analizar datos espectrales producidos por un detector (210) que escudriña un espacio sustancialmente contenido en busca de la presencia de uno o más materiales radiactivos de interés,

que comprende:

a. agrupar (82) materiales que se espera estén en una trayectoria de detección del detector, en uno de una pluralidad de grupos de materiales basándose en similitudes en las secciones transversales de los materiales;

b. seleccionar datos que describen una curva representativa de la energía frente a la sección transversal para cada grupo de materiales a partir de secciones transversales de materiales individuales dentro del grupo de materiales respectivo;

c. computar (86) la interacción de cada material radiactivo de interés con uno o más de los grupos de materiales utilizando la curva representativa de la energía frente a la sección transversal para los respectivos grupos de materiales para producir datos espectrales para el material radiactivo de interés;

d. generar una biblioteca de datos espectrales que comprende los datos espectrales computados para cada material radiactivo de interés; y

e. analizar (120) los datos espectrales producidos por el detector (210) con respecto a la biblioteca (300) de datos espectrales para determinar la presencia de un material radiactivo peligroso en el espacio.

Sistema y método para la identificación de radioisótopos Antecedentes de la invención

La presente invención está dirigida a la detección de materiales radiactivos que puedan encontrarse en el interior de recipientes o blindados de otra manera.

Se están realizando esfuerzos para desarrollar tecnologías capaces de detectar la presencia de materiales que pueden estar dispuestos en el interior de un recipiente a efectos de transportar el material hasta un destino. Ejemplos de materiales nocivos que pueden ser los más importantes de identificar son agentes radiactivos, explosivos, biológicos, y/o químicos.

La identificación actual de radioisótopos se basa en algoritmos de detección de picos y de coincidencia de patrones. Estas técnicas pueden ser suficientes en el laboratorio y en algunas aplicaciones industriales (por ejemplo en los reactores nucleares comerciales), pero se quedan cortas en los intentos de detección de radioisótopos blindados en tránsito, en gran parte porque los algoritmos actuales no tienen suficientemente en cuenta la interacción entre la radiación emitida y la materia circundante. Las principales dificultades para desarrollar aplicaciones informáticas de identificación isotópica se dividen dos.

En primer lugar, en términos generales, los espectros detectados de radioisótopos blindados son débiles y están potencialmente enmascarados en el ruido de, por ejemplo, radiación natural de fondo y radiación que emana de fuentes próximas legales radiactivas por naturaleza (por ejemplo plátanos, arena para gatos, Isótopos médicos). Estos espectros débiles son difíciles de analizar, ya que una de las principales condiciones restrictivas de la investigación en esta área es que los flujos comerciales no se retrasen indebidamente por el proceso de detección. Por lo tanto, los tiempos más largos de integración del detector que serían utilizados para obtener señales más fuertes no son prácticos en aplicaciones del mundo real. Sin embargo, incluso con señales más fuertes, no está claro que los radioisótopos blindados, incluidos algunos considerados como peligrosos, puedan ser localizados.

En segundo lugar, la detección e identificación de determinados radioisótopos depende de la interacción de la radiación con su entorno. Esta interacción con el medio es generalmente desconocida y, por consiguiente, es uno de los aspectos más difíciles de la detección de radioisótopos y del escenario de identificación. Las técnicas de análisis que se utilizan actualmente ignoran el impacto de los materiales circundantes en el intento de detectar e identificar materiales radioisótopos peligrosos en un recipiente o en un entorno blindado de otra manera.

Lo que se necesita es una técnica para analizar los datos de la "huella digital" de radiación (en forma de espectro) de cualquier dispositivo detector disponible con el fin de determinar rápidamente y con precisión la presencia de un material peligroso en un espacio.

Compendio de la invención

Brevemente, se proporcionan un sistema y un método para analizar los datos espectrales producidos por un dispositivo detector para determinar la presencia de uno o más materiales peligrosos de interés en un espacio que está monitorizado por el detector. Los materiales que se espera estén en una trayectoria de detección del detector, incluidos los materiales peligrosos de interés y los materiales no peligrosos, están agrupados en uno de una pluralidad de grupos de materiales en base a similitudes en sus secciones transversales. Los datos que describen una curva de la energía representativa frente a la sección transversal para cada grupo material se seleccionan a partir de las secciones transversales de materiales individuales dentro del grupo material respectivo. La interacción de cada material de interés (fuentes) con uno o más de los grupos de materiales (grupos de materiales blindados) se computa utilizando la curva de la energía representativa frente a la sección transversal para los respectivos grupos de materiales para producir datos espectrales computacionales para el material de interés. Por lo tanto, se construye una biblioteca de datos espectrales a partir de los datos espectrales individuales computados para cada combinación de fuente/blindaje de materiales(s). Los datos espectrales producidos por el detector son analizados con respecto a la biblioteca de datos espectrales computacionales para determinar la presencia de un material peligroso en el espacio.

Breve descripción de las figuras

FIG. 1 es un diagrama de bloques que muestra un sistema de escaneado de recipientes de acuerdo con una realización de la invención.

FIG. 2 es un diagrama esquemático que ilustra ejemplos de materiales comúnmente encontrados que el detector debe escudriñar de acuerdo con las realizaciones de la presente invención.

FIG. 3 es un diagrama de flujo que ilustra una etapa de análisis y recopilación de datos fuera de línea para producir datos utilizados en la técnica de identificación de acuerdo con una realización de la presente invención.

FIG. 4 ilustra gráficos de la sección transversal de fotones como una función de la energía para un grupo de materiales metálicos usado como parte del proceso de separación e identificación de la presente invención.

FIG. 5 es un diagrama que representa una computación hecha durante el proceso representado en la FIG. 3.

FIG. 6 es un diagrama de flujo que ilustra la técnica de identificación de acuerdo con una realización de la presente invención.

Descripción detallada de la invención

La radiación interactúa con la materia de una forma bien conocida. La intensidad de la radiación, I, emitida por una fuente de fotones monocromática a lo largo de cualquier trayectoria dada como una fracción de su intensidad original, l0, está dada por la relación:

=

lo

en la cual, las partículas (en el contexto de la presente invención, ya sean fotones o neutrones) se desplazan a través de un único material, que tiene una densidad p, una sección transversal total para la interacción o (que depende no sólo de la partícula específica, sino también de la energía E de la partícula cuando interactúa con el material), y la longitud de la trayectoria x a través de la cual se desplaza la partícula. Una relación más generalizada se puede escribir para la interacción con múltiples materiales. Por lo tanto, como la radiación se desplaza a través de diversos materiales (incluyendo el aire), el espectro detectado ("huella digital" de radiación) es probable que esté debilitado (reducido en amplitud) y que los diversos picos en el espectro sean susceptibles de ser modificados en energía. Cada característica espectral puede verse afectada de manera diferente del resto. Por lo tanto, la identificación de radioisótopos específicos no es sólo una cuestión de las condiciones señal-ruido, sino que también implica la comprensión, la modelación, y la codificación de la interacción de la radiación con la materia en una forma de la cual el usuario final se beneficie.

Si bien estas diversas interacciones son, en conjunto, comprendidas y se pueden modelar y predecir muy bien (usando, por ejemplo, la aplicación informática Monte Cario conocida en la técnica como "MCNP" o "PENELOPE"), requieren que toda la geometría (incluyendo las propiedades de los materiales) sean especificadas. Una vez definida la geometría, estos algoritmos informáticos utilizan técnicas de Monte Cario y enormes bibliotecas de secciones transversales (por ejemplo, las bibliotecas "ENDF-VI" distribuidas por ejemplo por, el Centro Nacional de Datos Nucleares, el Centro de Información Computacional de Seguridad de Radiación, y los Centros de Datos de Reacciones Nucleares; las bibliotecas pueden requerir el uso de grandes cantidades de espacio de almacenamiento informático) para simular el problema especificado. Si todos los materiales, sus propiedades físicas (por ejemplo, densidad) y sus composiciones químicas específicas, y su(s) respectiva(s) ubicación(es) y configuración(es) geométrica(s) en el problema no están bien definidas, estos algoritmos informáticos resultan menos que óptimos.

El artículo titulado "Simulación de modelos espectrales en dispositivos de identificación de radionúclidos basados en escintilador usando GEANT4", de Roemery al., Registro de la Conferencia Simposio sobre Ciencias Nucleares de IEEE (XP-002509029) (2006) proporciona un ejemplo de un dispositivo actual de identificación de radioisótopos. En particular, este dispositivo hace uso de una solución ponderada de Monte Cario (WMC) para identificar radioisótopos.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un algoritmo... [Seguir leyendo]

1. Un método para analizar datos espectrales producidos por un detector (210) que escudriña un espacio sustancialmente contenido en busca de la presencia de uno o más materiales radiactivos de interés, que comprende:

a. agrupar (82) materiales que se espera estén en una trayectoria de detección del detector, en uno de una pluralidad de grupos de materiales basándose en similitudes en las secciones transversales de los materiales;

b. seleccionar datos que describen una curva representativa de la energía frente a la sección transversal para cada grupo de materiales a partir de secciones transversales de materiales individuales dentro del grupo de materiales respectivo;

c. computar (86) la interacción de cada material radiactivo de interés con uno o más de los grupos de materiales utilizando la curva representativa de la energía frente a la sección transversal para los respectivos grupos de materiales para producir datos espectrales para el material radiactivo de interés;

d. generar una biblioteca de datos espectrales que comprende los datos espectrales computados para cada material radiactivo de interés; y

e. analizar (120) los datos espectrales producidos por el detector (210) con respecto a la biblioteca (300) de datos espectrales para determinar la presencia de un material radiactivo peligroso en el espacio.

2. El método de la reivindicación 1, en el que

(a) agrupar (82) comprende la agrupación de materiales en uno de una serie de grupos de materiales basándose en una o ambas de la sección transversal de fotones y la sección transversal de neutrones, en el que el número de grupos de materiales es sustancialmente menor que el número de materiales en todos los grupos de materiales combinados.

3. El método de la reivindicación 1, en el que computar (86) la interacción de cada material radiactivo de interés comprende computar la interacción de cada material radiactivo de interés con diversas combinaciones y permutaciones de los grupos de materiales.

4. El método de la reivindicación 3, en el que computar (86) la interacción de cada material radiactivo de interés comprende además computar los efectos del transporte de electrones en la interacción de cada material radiactivo de interés con uno o más de los grupos de materiales.

5. El método de la reivindicación 1, y que comprende además identificar un material radiactivo de interés cuya presencia en el espacio se determina basándose en dicho análisis.

6. El método de la reivindicación 1, en el que un número de grupos de materiales es sustancialmente menor que el número de materiales en todos los grupos de materiales combinados

7. El método de la reivindicación 1, en el que un número de grupos de materiales es menor o igual a diez.

8. Un sistema para determinar la presencia de un material radiactivo peligroso de interés en un espacio basándose en datos espectrales producidos por un detector (210) que escudriña el espacio, que comprende: un almacenamiento de datos (300);

un recurso de computación (200) acoplado al almacenamiento de datos (300), donde el recurso computacional se configura para:

i. recuperar datos de una biblioteca de datos espectrales en el almacenamiento de datos (300) que representa la interacción de materiales radiactivos de interés con uno o más grupos de materiales, donde

(i) cada grupo de materiales comprende materiales que se espera estén en una trayectoria de detección del detector que tienen secciones transversales similares;

(ii) dicho recurso computacional está configurado para seleccionar datos para una descripción representativa de una curva de la energía frente a la sección transversal para cada grupo de materiales a partir las secciones transversales de materiales individuales dentro del grupo de materiales respectivo y

(iii) para computar la interacción de cada material de interés con uno o más de los grupos de materiales utilizando la curva representativa de la energía frente a la sección transversal para los respectivos grupos de materiales para producir datos espectrales para el material de interés; y

ii. comparar los datos recuperados con los datos espectrales producidos por el detector (210) para determinar si los datos espectrales producidos por el detector (210) indican la presencia de un material de interés en el espacio.

9. El sistema de la reivindicación 8, en el que el ordenador identifica además un material radiactivo de interés cuya presencia en el espacio se determina.

10. Un medio legible por ordenador que almacena instrucciones que, cuando son ejecutadas por un ordenador, hacen que el ordenador determine si un material radiactivo peligroso de interés está presente en el espacio a partir de los datos espectrales producidos por un detector (210) que escudriña el espacio, mediante el análisis de los datos espectrales producidos por el detector con respecto a una biblioteca de datos espectrales (300) que representan la interacción de los materiales radiactivos de interés con uno o más grupos de materiales, en el que cada grupo de materiales comprende materiales que se espera estén en una trayectoria de detección del detector que tienen secciones transversales similares, siendo generada dicha biblioteca de datos espectrales mediante la selección de datos para una curva representativa de la energía frente a la sección transversal para cada grupo de materiales a partir de las secciones transversales de materiales individuales

dentro del grupo de materiales respectivo, y mediante el cálculo de la interacción de cada material radiactivo de Interés con uno o más de los grupos de materiales utilizando la curva representativa de la energía frente a la sección transversal para los respectivos grupos de materiales para producir la biblioteca de datos espectrales.

11. El medio legible por ordenador de la reivindicación 10, en el que las instrucciones que dirigen el ordenador para computar la interacción comprenden instrucciones que dirigen el ordenador para computar la interacción de cada material radiactivo de interés con varias combinaciones y permutaciones de los grupos materiales.

12. El medio legible por ordenador de la reivindicación 11, en el que las instrucciones que hacen que el ordenador compute la interacción comprenden instrucciones que hacen que el ordenador compute además los efectos del transporte de electrones en la interacción de cada material radiactivo de interés con uno o más de los grupos de materiales.

13. El medio legible por ordenador de la reivindicación 10, y que comprende además instrucciones que hacen que un ordenador identifique un material radiactivo de interés cuya presencia en el espacio se determina.