Programa de Iniciação Tecnológica Orientador : Alexandre Soares Leal Orientando : Frederico Vinícius de Souza Leite
Detecção de material e armas nucleares Tecnologia de ponta em desenvolvimento nos EUA Frederico Vinícius de Souza Leite
<ul><li>Este trabalho faz um resumo das tecnologias apresentadas no documento  “Detection of Nuclear Weapons and Materials...
 
Motivação <ul><li>Alta demanda por métodos de detecção de armas nucleares e materiais usados para fabricar armas nucleares...
<ul><li>Trânsito muito intenso de mercadorias que, tem de ser controlado : evitar a entrada de material perigoso </li></ul...
Como detectar material nuclear? <ul><li>Armas e materiais nucleares emitem radiação específica , com traços característico...
Tecnologia usada atualmente (comercialmente disponível) <ul><li>Detectores individuais : do tamanho de pagers, detectam ra...
<ul><li>Dispositivos de identificação de isótopos radioativos: operados manualmente, possuem software que consegue identif...
<ul><li>Cada equipamento disponível tem consideráveis limitações, o que impulsiona o contínuo investimento em pesquisa e d...
1- Nanocomposite Scintillators <ul><li>Novo material cintilante baseado em nanotecnologia - mais barato, fácil de fabricar...
<ul><li>Usa nanocristais (cintilantes inorgânicos), de 2 a 5 nano-metros de diâmetro, densamente encapsulados em plástico ...
2- Novos softwares para processamento de dados <ul><li>Em campo , fora de ambientes controlados, a detecção é sensível a u...
<ul><li>GADRAS - Gamma Detector Response and Analysis Software - inclui seis algoritmos de análise de radiação </li></ul><...
3- Modelagem computacional para avaliar a capacidade de detecção   <ul><li>É mais barato, mais fácil e mais rápido fazer s...
<ul><li>É preciso simular as diversas variáveis que interferem numa detecção, criando um cenário virtual confiável, o mais...
<ul><li>Permite realizar centenas de simulações por dia, a custos muito mais baixos, além de auxiliar na avaliação dos alg...
4- CAARS - Cargo Advanced Automated Radiography System <ul><li>Sistemas de radiografia de carga automatizado </li></ul><ul...
<ul><li>Baseiam-se na interação de fótons com a matéria </li></ul><ul><li>Dual-energy: sistema que usa fótons de até 6 Mev...
4.1- L3 CAARS <ul><li>Usa um compartimento de concreto grande, que suporta até dois caminhões ao mesmo tempo </li></ul>Esq...
<ul><li>Dois aceleradores produzem raios-X de até 6 Mev e 9 Mev.  </li></ul><ul><li>Além de detectar material de alto núme...
<ul><li>Áreas suspeitas são destacadas automaticamente pelo algoritmo, o que diminui a dependência do fator humano </li></...
<ul><li>A montagem do sistema é muito grande (espaço é valioso em portos, fronteiras e entrepostos comerciais) </li></ul><...
4.2 - SAIC CAARS <ul><li>Trabalha também com o sistema dual energy, mas usa apenas um acelerador, que  gera elétrons de 6M...
<ul><li>Trabalha com fluxo de fótons muito menor, o que possibilita um sistema muito mais compacto. Elimina a necessidade ...
<ul><li>Consegue diferenciar até 15 bandas diferentes de número atômico, o que ajuda a detectar outros materiais ilícitos,...
4.3 - AS&E CAARS <ul><li>Baseado em outro princípio físico : “backscattered X-rays” </li></ul><ul><li>Quanto projeta-se ra...
<ul><li>Usa tecnologia EZ-3D (effective Z- 3D) </li></ul><ul><li>Raios-X são colimados, de modo que se cria um feixe de ra...
<ul><li>O sistema é desenvolvido para soar um alarme automaticamente </li></ul><ul><li>Projetado para ser um sistema auxil...
<ul><li>Raios-X são lançados ao chão, que absorve a maior parte deles, reduzindo necessidade de proteção radioativa </li><...
5 - Tomografia por meio de muons <ul><li>Muons são partículas subatômicas pesadas que ocorrem naturalmente quando raios có...
<ul><li>Muons são defletidos pela matéria, em quantidades determinadas estatisticamente pela densidade e pelo número atômi...
<ul><li>Um algoritmo processa os dados e cria uma imagem em 3 dimensões </li></ul>Imagem tridimensional obtida usando-se a...
<ul><li>Trabalha-se com uma configuração “de cima para baixo” (top-bottom), para poupar espaço, elemento vital em portos e...
<ul><li>Muons ocorrem naturalmente - não necessita de fonte de radiação, não precisa de proteção (blindagem) nem de isolam...
<ul><li>Apenas indica regiões de interesse nas cargas, não consegue identificar o material. </li></ul><ul><li>Não diferenc...
6- NRF(Nuclear Resonance Fluorescence) <ul><li>Quando um núcleo é atingido por um fóton com a exata energia da frequência ...
<ul><li>Um acelerador gera um feixe de raios-X. Um detector grava o espectro de radiação gerado pelo material interrogado ...
<ul><li>O sistema reconhece e identifica cada isótopo, e denuncia sua presença sem a necessidade de operador humano </li><...
7 - Detecção de material nuclear a distância <ul><li>Pretende-se desenvolver sistemas de detecção com alcance de 1 km ou m...
<ul><li>PITAS (Photonuclear Inspections and Threat Assessment System) </li></ul><ul><li>Usa um acelerador linear, que gera...
<ul><li>Os equipamentos até então desenvolvidos permanecem ainda em fase estritamente experimental </li></ul>Montagem esqu...
Conclusão Despende-se grande esforço e muito dinheiro na intenção de se desenvolver métodos que possibilitem investigações...
Próximos SlideShares
Carregando em…5
×

Tecnologias EUA

321 visualizações

Publicada em

Publicada em: Tecnologia
0 comentários
0 gostaram
Estatísticas
Notas
  • Seja o primeiro a comentar

  • Seja a primeira pessoa a gostar disto

Sem downloads
Visualizações
Visualizações totais
321
No SlideShare
0
A partir de incorporações
0
Número de incorporações
34
Ações
Compartilhamentos
0
Downloads
2
Comentários
0
Gostaram
0
Incorporações 0
Nenhuma incorporação

Nenhuma nota no slide

Tecnologias EUA

  1. 1. Programa de Iniciação Tecnológica Orientador : Alexandre Soares Leal Orientando : Frederico Vinícius de Souza Leite
  2. 2. Detecção de material e armas nucleares Tecnologia de ponta em desenvolvimento nos EUA Frederico Vinícius de Souza Leite
  3. 3. <ul><li>Este trabalho faz um resumo das tecnologias apresentadas no documento “Detection of Nuclear Weapons and Materials: Science, Technologies, Observations”, de Jonathan Medalia, datado de quatro de junho de 2010 </li></ul><ul><li>O crédito de todas as informações e imagens aqui expostas se deve ao autor do documento. </li></ul>
  4. 5. Motivação <ul><li>Alta demanda por métodos de detecção de armas nucleares e materiais usados para fabricar armas nucleares nos EUA </li></ul><ul><li>Necessidade de se inspecionar vias de entrada no país - portos, aeroportos, fronteiras </li></ul>
  5. 6. <ul><li>Trânsito muito intenso de mercadorias que, tem de ser controlado : evitar a entrada de material perigoso </li></ul><ul><li>É preciso método de inspeção que seja rápido, não intrusivo e eficaz – não pode prejudicar o fluxo de mercadorias </li></ul>
  6. 7. Como detectar material nuclear? <ul><li>Armas e materiais nucleares emitem radiação específica , com traços característicos </li></ul><ul><li>Identificação pode ser feita pela detecção de fótons e nêutrons emitidos pelo material usado para fabricar armas nucleares </li></ul><ul><li>Técnicas de inspeção visual também podem ser usadas para vasculhar cargas - radiografias </li></ul>
  7. 8. Tecnologia usada atualmente (comercialmente disponível) <ul><li>Detectores individuais : do tamanho de pagers, detectam radiação apenas a curtas distâncias e não identificam o material </li></ul><ul><li>Portais de monitoração de radiação : usam lâminas de material cintilante, como PVT, para inspecionar veículos. São baratos, mas não identificam a fonte de radiação e causam muitos alarmes falsos </li></ul>
  8. 9. <ul><li>Dispositivos de identificação de isótopos radioativos: operados manualmente, possuem software que consegue identificar radioisótopo por seu espectro de raios gama. São caros, delicados, pesados e têm de ser refrigerados com nitrogênio líquido. </li></ul><ul><li>Sistemas de obtenção de imagens por radiografia: usam raios gama ou raios-X. Operador humano detecta material como uma imagem mais clara ou mais escura. Sujeito a falhas humanas e pouco imune a blindagens </li></ul>
  9. 10. <ul><li>Cada equipamento disponível tem consideráveis limitações, o que impulsiona o contínuo investimento em pesquisa e desenvolvimento de novos equipamentos, técnicas e materiais </li></ul><ul><li>Listaremos, a seguir, frentes de pesquisa relativas a detecção de material nuclear apresentadas ao Congresso dos EUA como as mais promissoras da atualidade </li></ul>
  10. 11. 1- Nanocomposite Scintillators <ul><li>Novo material cintilante baseado em nanotecnologia - mais barato, fácil de fabricar e mais resistente </li></ul><ul><li>Material cintilante é usado para detectar radiação: emite fótons de baixa energia quando atingido por fótons de alta energia </li></ul><ul><li>Busca-se produzir um material que une as qualidades dos já conhecidos cintilantes inorgânicos (cristais, como NaI) e orgânicos (de plástico, como PVT) </li></ul>
  11. 12. <ul><li>Usa nanocristais (cintilantes inorgânicos), de 2 a 5 nano-metros de diâmetro, densamente encapsulados em plástico de material cintilante (orgânico) </li></ul><ul><li>Material pode diferenciar nêutrons de raios gama, unindo num único dispositivo um detector duplo </li></ul><ul><li>Material flexível e resistente, pode ser fabricado por processos industriais já existentes </li></ul>
  12. 13. 2- Novos softwares para processamento de dados <ul><li>Em campo , fora de ambientes controlados, a detecção é sensível a uma grande quantidade de interferência do ambiente - é preciso filtrar ruídos </li></ul><ul><li>São necessários algoritmos para tratamento dos dados obtidos </li></ul><ul><li>Softwares têm de ser rápidos e eficientes </li></ul>
  13. 14. <ul><li>GADRAS - Gamma Detector Response and Analysis Software - inclui seis algoritmos de análise de radiação </li></ul><ul><li>Faz uma análise de todo o espectro, ao invés de analisar apenas os picos </li></ul><ul><li>Faz análise do fluxo de nêutrons - usa dados de raios gama E de nêutrons </li></ul><ul><li>Detecção suspeita obtida em campo pode ser enviada para laboratório especializado para análise detalhada usando GADRAS </li></ul>
  14. 15. 3- Modelagem computacional para avaliar a capacidade de detecção <ul><li>É mais barato, mais fácil e mais rápido fazer simulações computacionais do que testes físicos </li></ul><ul><li>Vários programas têm sido desenvolvidos para testar computacionalmente o desempenho de detectores e de algoritmos de tratamento de dados </li></ul>
  15. 16. <ul><li>É preciso simular as diversas variáveis que interferem numa detecção, criando um cenário virtual confiável, o mais próximo possível da realidade </li></ul><ul><li>Está em desenvolvimento um programa especial:DMOA - Detection Modeling and Operational Analysis </li></ul><ul><li>Programa permite realizar simulações de risco, impraticáveis fisicamente </li></ul>
  16. 17. <ul><li>Permite realizar centenas de simulações por dia, a custos muito mais baixos, além de auxiliar na avaliação dos algoritmos de processamento de dados já existentes </li></ul><ul><li>Auxilia nas decisões finais de investimento, poupando tempo e dinheiro </li></ul>
  17. 18. 4- CAARS - Cargo Advanced Automated Radiography System <ul><li>Sistemas de radiografia de carga automatizado </li></ul><ul><li>O próprio equipamento já detecta o material suspeito e indica sua posição na carga </li></ul><ul><li>Reduz o fator humano da análise - redução de erros </li></ul>
  18. 19. <ul><li>Baseiam-se na interação de fótons com a matéria </li></ul><ul><li>Dual-energy: sistema que usa fótons de até 6 Mev e de até 9 Mev. A matéria interage de maneira diferente para fótons de cada uma dessas energias. </li></ul><ul><li>Três grandes sistemas de CAARS são desenvolvidos paralelamente </li></ul>
  19. 20. 4.1- L3 CAARS <ul><li>Usa um compartimento de concreto grande, que suporta até dois caminhões ao mesmo tempo </li></ul>Esquemático do CAARS L3 e imagem obtida pelo sistema
  20. 21. <ul><li>Dois aceleradores produzem raios-X de até 6 Mev e 9 Mev. </li></ul><ul><li>Além de detectar material de alto número atômico, é capaz de criar imagens como radiografias, usando a relação dos fótons de 6 e 9 Mev com a matéria </li></ul>Imagem de uma radiografia obtida com o sistema dual-energy. Aos materiais de número atômico mais alto, o algoritmo associa uma coloração mais escura
  21. 22. <ul><li>Áreas suspeitas são destacadas automaticamente pelo algoritmo, o que diminui a dependência do fator humano </li></ul><ul><li>Porém, o sistema não diferencia SNM (Special Nuclear Material) de qualquer material de alto número atômico </li></ul><ul><li>Reduz, mas não elimina os alarmes falsos </li></ul>
  22. 23. <ul><li>A montagem do sistema é muito grande (espaço é valioso em portos, fronteiras e entrepostos comerciais) </li></ul><ul><li>Carga passa pelo compartimento puxada por caminhões </li></ul><ul><li>O tempo de análise ainda é alto - operador tem que manobrar o caminhão, descer do caminhão, e, depois de feita a varredura, retirar o caminhão do compartimento </li></ul>
  23. 24. 4.2 - SAIC CAARS <ul><li>Trabalha também com o sistema dual energy, mas usa apenas um acelerador, que gera elétrons de 6Mev e 9Mev, em pulsos alternados </li></ul><ul><li>Elétrons atingem um alvo de cobre e geram fótons com espectro de até 6 Mev e 9 Mev. Fótons passam pelo contêiner e são detectados do outro lado. </li></ul>
  24. 25. <ul><li>Trabalha com fluxo de fótons muito menor, o que possibilita um sistema muito mais compacto. Elimina a necessidade de grandes estruturas de concreto </li></ul>Protótipo do SAIC CAARS - mais compacto que o L3 CAARS, pois não há necessidade de blindagem tão poderosa
  25. 26. <ul><li>Consegue diferenciar até 15 bandas diferentes de número atômico, o que ajuda a detectar outros materiais ilícitos, como armas e drogas </li></ul>Radiografia obtida pelo sistema SAIC CAARS - a cada banda de número atômico é artificialmente associada uma coloração diferente
  26. 27. 4.3 - AS&E CAARS <ul><li>Baseado em outro princípio físico : “backscattered X-rays” </li></ul><ul><li>Quanto projeta-se raios-X sobre um objeto, em trajetória linear, o número de fótons que são desviados para trás, na direção oposta do raio incidente, é altamente proporcional ao número atômico </li></ul>
  27. 28. <ul><li>Usa tecnologia EZ-3D (effective Z- 3D) </li></ul><ul><li>Raios-X são colimados, de modo que se cria um feixe de raios que viaja na mesma direção. Esse feixe é incidido sobre o objeto verticalmente, de cima para baixo. </li></ul><ul><li>A carga vai sendo puxada por um caminhão, de maneira que toda ela seja vasculhada </li></ul>
  28. 29. <ul><li>O sistema é desenvolvido para soar um alarme automaticamente </li></ul><ul><li>Projetado para ser um sistema auxiliar: a carga primeiro passaria por uma radiografia para identificar áreas densas, que depois seriam examinadas em detalhe pela unidade EZ-3D. </li></ul><ul><li>Forma-se imagens em três dimensões </li></ul>
  29. 30. <ul><li>Raios-X são lançados ao chão, que absorve a maior parte deles, reduzindo necessidade de proteção radioativa </li></ul>Diagrama esquemático da tecnologia EZ-3D. Raios-X incidem de cima para baixo, e forma-se imagens de “fatias” da carga, que, ao ser arrastada ao longo do sistema, é toda ela vasculhada
  30. 31. 5 - Tomografia por meio de muons <ul><li>Muons são partículas subatômicas pesadas que ocorrem naturalmente quando raios cósmicos atingem átomos na atmosfera da Terra. São altamente energéticas (por volta de 3 bilhões de elétron-volts). </li></ul><ul><li>Muons tem grande poder de penetração </li></ul>
  31. 32. <ul><li>Muons são defletidos pela matéria, em quantidades determinadas estatisticamente pela densidade e pelo número atômico da mesma </li></ul><ul><li>Tomografia muon mede a trajetória de cada muon antes de entrar na carga e depois que atravessa a carga. Do ângulo de deflexão se mede baixa, média, ou alta densidade e/ou número atômico </li></ul><ul><li>O quanto o muon se deslocou na sua trajetória de saída, em relação a trajetória de entrada indica a densidade, a localização e a espessura do material </li></ul>
  32. 33. <ul><li>Um algoritmo processa os dados e cria uma imagem em 3 dimensões </li></ul>Imagem tridimensional obtida usando-se a tomografia por meio de muons
  33. 34. <ul><li>Trabalha-se com uma configuração “de cima para baixo” (top-bottom), para poupar espaço, elemento vital em portos e fronteiras </li></ul>Esquema de montagem do sistema da tomografia muon - configuração “top-bottom”
  34. 35. <ul><li>Muons ocorrem naturalmente - não necessita de fonte de radiação, não precisa de proteção (blindagem) nem de isolamento </li></ul><ul><li>Pode ser usado em fronteiras terrestres para vasculhar até mesmo carros tripulados </li></ul><ul><li>Como muons atravessam até 15 metros de água, pode ser feito um sistema para varrer pequenas embarcações sem retirá-las da água </li></ul>
  35. 36. <ul><li>Apenas indica regiões de interesse nas cargas, não consegue identificar o material. </li></ul><ul><li>Não diferencia um material de número atômico alto de outro material de número atômico alto </li></ul><ul><li>Pode causar muitos alarmes falsos </li></ul>
  36. 37. 6- NRF(Nuclear Resonance Fluorescence) <ul><li>Quando um núcleo é atingido por um fóton com a exata energia da frequência de ressonância, ele é induzido a um estado excitado. </li></ul><ul><li>Ao decair, o núcleo libera fótons um pouco menos energéticos do que o absorvido. NRF gera um espectro único para cada isótopo </li></ul>
  37. 38. <ul><li>Um acelerador gera um feixe de raios-X. Um detector grava o espectro de radiação gerado pelo material interrogado e um algoritmo compara os resultados com uma biblioteca de espectros conhecidos </li></ul>Montagem para NRF. Detectores são colocados atrás do feixe e ao lado da amostra, para diferenciar os fótons emitidos pela amostra dos fótons incidentes do feixe.
  38. 39. <ul><li>O sistema reconhece e identifica cada isótopo, e denuncia sua presença sem a necessidade de operador humano </li></ul><ul><li>Pode identificar vários materiais, não apenas SNM </li></ul><ul><li>Consegue caracterizar uma arma nuclear detectada - descreve sua composição </li></ul><ul><li>Envolve alta emissão de radiação. Necessita de blindagem pesada, o que leva a montagens grandes e de alto custo </li></ul>
  39. 40. 7 - Detecção de material nuclear a distância <ul><li>Pretende-se desenvolver sistemas de detecção com alcance de 1 km ou mais </li></ul><ul><li>Metas: distância do acelerador até o alvo maior do que 100m, idealmente 1 km. Distância do alvo até o detector maior do que 50m, idealmente 500m. Tempo de detecção abaixo de 10 min, idealmente menor que 1 minuto. Peso máximo da carga de 8 toneladas </li></ul>
  40. 41. <ul><li>PITAS (Photonuclear Inspections and Threat Assessment System) </li></ul><ul><li>Usa um acelerador linear, que gera um raio de elétrons de 30 Mev, gerando raios-x direcionados ao alvo. </li></ul><ul><li>Detector pode ser posicionado junto ao acelerador, mas tem mais eficiência se posicionado próximo ao alvo investigado </li></ul>
  41. 42. <ul><li>Os equipamentos até então desenvolvidos permanecem ainda em fase estritamente experimental </li></ul>Montagem esquemática experimental do PITAS. Detecção de material nuclear a distância
  42. 43. Conclusão Despende-se grande esforço e muito dinheiro na intenção de se desenvolver métodos que possibilitem investigações confiáveis e ao mesmo tempo rápidas e compactas. O esforço se divide em várias frentes de pesquisa, que tem obtido resultados mais ou menos satisfatórios. Essas frentes não são necessariamente independentes: os resultados de uma podem ser de grande ajuda no desenvolvimento de outra, gerando um processo colaborativo de grande importância

×