Ogni anno, miliardi di tonnellate di merci vengono trasportate a livello globale utilizzando container. Attualmente, si teme che questo immenso volume di traffico possa essere sfruttato per trasportare materiali nucleari illeciti, con poche possibilità di rilevamento. Un approccio promettente per combattere questo problema è misurare come le merci interagiscono con particelle cariche chiamate muoni, che si formano naturalmente quando i raggi cosmici interagiscono con l'atmosfera terrestre. Studi in tutto il mondo hanno ora esplorato come questa tecnica, denominata "tomografia a muoni, " può essere ottenuto attraverso una varietà di tecnologie di rilevamento e algoritmi di ricostruzione. In questo articolo di EPJ Plus , un team guidato da Francesco Riggi dell'Università di Catania, Italia, basarsi su questi risultati per sviluppare un prototipo di tomografo a muoni in scala reale.

La tecnologia è particolarmente vantaggiosa poiché i muoni cosmici sono disponibili in tutto il mondo; mostrare proprietà note a livello del mare; e può penetrare molto più in profondità nei materiali pesanti rispetto ai raggi X. Poiché interagiscono con elementi pesanti come i materiali nucleari, i muoni sono sparsi secondo angoli caratteristici. Perciò, confrontando le traiettorie dei muoni che entrano ed escono da un materiale da ispezionare, i ricercatori possono identificare questi elementi, anche se sono nascosti all'interno di grandi contenitori. Però, poiché i muoni cosmici sono relativamente rari, questa tecnica richiede lunghi tempi di scansione per produrre livelli adeguati di sensibilità e risoluzione dell'immagine, limitandone l'uso nel monitoraggio su larga scala. Molti studi precedenti hanno ora affrontato questo problema utilizzando tecniche avanzate di rilevamento dei muoni, insieme ad algoritmi di ricostruzione dell'immagine.

In questo numero di attualità, Riggi e colleghi hanno utilizzato le intuizioni acquisite attraverso questi studi per costruire un prototipo di tomografo a muoni a grandezza naturale, con un'area di rilevamento di 18 m ² —abbastanza grande da ispezionare un container standard. Il loro studio prevedeva il posizionamento di rilevatori di muoni ad emissione di luce sopra e sotto un piccolo blocco di piombo. Un algoritmo specializzato ha quindi utilizzato i dati raccolti per stimare l'approccio più vicino tra nuclei con numeri atomici elevati all'interno del blocco, e i muoni che sono stati dispersi da loro, consentendo ai ricercatori di determinare la posizione del blocco in 3-D. I risultati dello studio aprono la strada a rivelatori pratici con tempi di rilevamento ridotti e risoluzioni di immagine elevate. Attraverso ulteriori miglioramenti, il prototipo potrebbe presto portare a sofisticati sistemi di monitoraggio, adatto per l'uso in strutture di movimentazione merci in tutto il mondo.