Il problema è quello messo in scena da tanti film d’azione e di spie. Un gruppo di terroristi riesce a mettere le mani su materiale radioattivo, e occorre individuare il carico prima che possa venire assemblato e portato a destinazione un ordigno nucleare. Oppure, volendo limitarsi a una sceneggiatura meno avvincente ma comunque criminale e purtroppo molto realistica, un imprenditore senza scrupoli, in barba a ogni regolamento, vuole sbarazzarsi di scorie radioattive spendendo il meno possibile, approfittando del fatto che ogni anno circolano nel mondo, trasportate all’interno di container, miliardi di tonnellate di merci. Numeri tali da rendere un controllo capillare pressoché impossibile. Come fare? Una risposta potrebbe arrivare da un prototipo per la tomografia muonica messo a punto da un team guidato da Francesco Riggi dell’Università di Catania e descritto in un articolo pubblicato la settimana scorsa su The European Physical Journal Plus.

Tomografia muonica, dicevamo. Il nome può far pensare a un apparato fantascientifico, ma in realtà è una tecnica ben collaudata – i primi impieghi risalgono agli anni Sessanta del secolo scorso – e non troppo diversa da una normale Tac a raggi X come quella che si può fare in ogni ospedale. Solo che al posto dei raggi X qui si usano i muoni: «una sorta di grossi elettroni», spiegava l’estate scorsa a Media Inaf uno dei ricercatori che hanno firmato quest’ultimo studio su Epj Plus, Domenico Lo Presti dell’Università di Catania, «che, muovendosi a velocità prossime a quella della luce, riescono non solo a raggiungere la superficie della Terra – tanto per farsi un’idea, ne passano costantemente circa cento al secondo per ogni metro quadro – ma anche ad attraversare grandi spessori».

Schema del processo di diffusione del muone, utilizzabile per fornire un’immagine muografica di un volume nascosto. L’angolo di diffusione è definito dalle direzioni della traccia in entrata (a) e in uscita (b), ricostruite da un tracciatore di muoni superiore e uno inferiore. Crediti: F. Riggi et al, 2021.

Grandi spessori come possono essere – appunto – quelli di un container. I muoni, riuscendo a penetrare molto più in profondità dei raggi X, possono attraversare un container senza alcuna difficoltà. A patto di non incrociare nuclei pesanti. In tal caso la loro traiettoria viene deviata di un angolo caratteristico (vedi linea rossa nella figura accanto). Ecco così che, confrontando la traiettoria d’ingresso con quella d’uscita, è possibile risalire non solo all’eventuale presenza ma anche alla posizione – all’interno del container ispezionato – di materiale radioattivo.

«La tecnica è in grado in distinguere elementi a basso/medio numero atomico, quali ad esempio materiali ferrosi comunemente presenti all’interno di container, da elementi con alto numero atomico, potenziali minacce per la sicurezza pubblica, quali ad esempio uranio o plutonio», spiega a Media Inaf Simone Riggi dell’Inaf di Catania, fra i coautori dello studio. «Tale metodologia consente anche l’identificazione di materiali come piombo o tungsteno, che potrebbero essere utilizzati per schermare – e quindi occultare – materiali radioattivi all’interno del container».

Ed è infatti proprio con il piombo – «un blocco di piombo di 20 x 20 x 10 cm», precisa Riggi, «anche perché reperire uranio in giro non è facile…» – che il team catanese ha misurato le prestazioni del prototipo descritto su EpJ Plus: un tomografo muonico con un’area di rilevamento di 18 metri quadri – sufficiente quindi per ispezionare un container di dimensioni standard.

Dunque problema risolto? Non ci resta che installare un tomografo muonico in ogni porto? Purtroppo le cose non sono così semplici. I muoni che si impiegano per queste scansioni, lo abbiamo visto, hanno alcuni vantaggi rispetto ai raggi X, ma anche alcuni limiti. Essendo prodotti dall’interazione fra i raggi cosmici e l’atmosfera terrestre, bisogna fare con quelli che ci sono, e non sono tantissimi, anzi: sono piuttosto rari. Dunque per ispezionare un intero container occorre ancora parecchio tempo.

«Il tempo di scansione dipende essenzialmente da quanti muoni vengono effettivamente misurati rispetto a quelli che colpiscono la superficie del rivelatore», spiega un altro dei coautori dello studio, Giovanni Bonanno, anch’egli dell’Inaf di Catania. «Al momento, il prototipo di tomografo realizzato utilizza fotosensori al silicio di tipo SiPM di vecchia generazione, e impiega tipicamente qualche ora per ispezionare un container. Ovviamente questo tempo non è ancora in linea con le aspettative delle autorità portuali (10-15 minuti). Ma in questi ultimi anni il settore dei fotosensori SiPM ha subito un miglioramento impressionante, grazie ad applicazioni veramente esigenti come quelle mediche – per esempio, la Pet – o quelle astronomiche – per esempio, gli esperimenti Cta e Astri. Sostituendo semplicemente gli attuali fotosensori con SiPM di nuova generazione già disponibili sul mercato, sicuramente si riuscirà a ottenere un tempo di scansione di un intero container di circa 10-15 minuti, in linea con quanto aspettato».

Fonte: Media Inaf 

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