Innovative techniques for non destructive analysis

Questo lavoro descrive lo sviluppo di un sistema mobile per ispezioni radiometriche, chiamato SMANDRA (Sistema Mobile per Analisi Non Distruttive e Radiometriche). SMANDRA fa parte di un grande progetto chiamato SLIMPORT, finanziato dal Ministero Italiano dello sviluppo Economico (MISE), rivolto allo sviluppo di un sistema di sicurezza integrato per il monitoraggio del flusso di persone e merci nei porti. Il sistema è stato progettato come uno strumento mobile e flessibile, da usare in combinazione con postazioni fisse come portali, scanners x-ray e grandi array di rivelatori. Più in particolare, lo scopo di SMANDRA è quello di identificare sorgenti radioattive e materiali illegali e/o pericolosi nascosti dentro container e bagagli segnalati come “sospetti” dai sistemi di sicurezza tradizionali. L’intero apparato è stato disegnato per minimizzare il volume ed il peso in modo da essere facilmente trasportabile su un muletto o su altri veicoli leggeri per ispezioni mirate. In aggiunta il sistema può essere alimentato a batterie, rendendolo completamente indipendente dall’allacciamento elettrico. Il sistema è composto di due unità che hanno un volume totale minore di 0.1 m3: 1) Un’unità passiva composta da due rivelatori di raggi gamma (5”x5” NaI(Tl) e 2”x2” LaBr3(Ce)) e due rivelatori di neutroni (scintillatore liquido NE-213 da 5”x2” e un contatore proporzionale ad 3He). L’unità contiene le batterie, l’alimentazione, l’elettronica digitale e la CPU per l’acquisizione ed analisi dati. 2) Un’unità passiva che include un generatore portatile di neutroni per l’identificazione dei materiali illeciti e/o pericolosi tramite la tecnica TNIS (Tagged Neutron Inspection System). La prima unità può essere usata da sola come un radiometro spettroscopico ad alta efficienza per la rivelazione di radiazioni ionizzanti come raggi-gamma, neutroni veloci e neutroni termici e per identificare materiale radioattivo come ad esempio il Materiale Speciale Nucleare (SNM). Questa unità è poi usata insieme al generatore di neutroni per interrogazioni attive di specifiche porzioni di volume all’interno di container, grazie alla tecnica TNIS. Tutti i rivelatori di SMANDRA sono stati totalmente caratterizzati: i test iniziali sono stati fatti con elettronica analogica NIM seguiti da quelli effettuati con la nuova elettronica digitale basata su digitizer veloci. E’ stata dimostrata la possibilità di rivelare e identificare le sorgenti radioattive standard (raggi-gamma e neutroni) con un livello di confidenza migliore di quello richiesta dallo standard per questo tipo di strumentazione. La rivelazione di materiale speciale nucleare è stata testata sia in modalità passiva con la prima unità sia in modalità attiva usando il generatore di neutroni. Il riconoscimento di un campione di plutonio è possibile con la sola interrogazione passiva anche in caso di campioni molto piccoli (qualche grammo) grazie all’alta emissione di raggi-gamma e neutroni. Come è noto, invece, la rivelazione di campioni di Uranio è più difficoltosa vista la bassa emissione di neutroni e la possibilità di schermare facilmente i pochi raggi-gamma; in questo caso è necessario intervenire con un’interrogazione attiva. I risultati dimostrano la possibilità di discriminare fra campioni di Uranio rispetto a metalli pesanti (come il piombo) guardando i conteggi assoluti di raggi-gamma e neutroni in coincidenza con l’emissione di un neutrone da parte del generatore o, in alternativa, guardando alla correlazione degli eventi fra due rivelatori (NaI(Tl) e NE-213). E’ importante sottolineare che SMANDRA è un sistema spettrometrico mobile multi-funzione, non disegnato specificamente per la rivelazione di materiale speciale nucleare. Tuttavia i risultati mostrano la possibilità in futuro di poter implementare sistemi portatili disegnati specificatamente per l’identificazione di Materiale Speciale Nucleare con l’ausilio di un generatore di neutroni.