Tecnologías

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Capacidad revolucionaria de inspección no destructiva

Los rayos X y los rayos gamma tienen una amplia gama de aplicaciones, incluyendo el escaneo de contenedores marítimos sospechosos en busca de materiales ilícitos, la inspección industrial de materiales y procesos, y los procedimientos médicos de diagnóstico y terapéuticos. Sin embargo, las tecnologías actuales no son las ideales. Los rayos X producen un cúmulo de energías que limitan su rendimiento de inspección y diagnóstico, y los rayos gamma sólo pueden producirse con energías específicas únicas de un determinado isótopo radioactivo.

DARPA anunció recientemente su programa Gamma Ray Inspection Technology (GRIT).

GRIT busca enfoques novedosos para lograr fuentes de alta intensidad, sintonizables y de banda estrecha de radiación de rayos gamma en un factor de forma compacto y transportable, que permita una amplia gama de aplicaciones de seguridad nacional, industriales y médicas. El 8 de julio de 2019 se celebró un Proposers Day webinar, durante el cual se describieron los objetivos del programa.

“Lo que estamos tratando de hacer en GRIT es transformar el uso de rayos X y rayos gamma”, dijo Mark Wrobel, gerente de programa en la Oficina de Ciencias de Defensa de DARPA. “Las fuentes actuales de rayos gamma, como el Cobalto 60 o el Cesio 137, no son muy flexibles. Requieren licencias especiales para poseerlos y sólo emiten rayos gamma a energías muy específicas. Lo que deseamos es una fuente de fotones de muy alta energía que podamos ajustar, para que coincida con la aplicación que necesitamos. Esto va desde una detección más efectiva de la carga ilícita, hasta una radiografía médica más informativa”.

El objetivo de GRIT es proporcionar una fuente de rayos X puros y sintonizables y rayos gamma desde decenas de keV (kilo-electrones voltios) hasta más de diez MeV (mega-electrones voltios). En la actualidad, las fuentes de rayos gamma sintonizables y de banda estrecha sólo existen en instalaciones de usuario altamente especializadas que se adaptan mejor a la investigación básica y no son capaces de soportar aplicaciones prácticas amplias. Reducir estas fuentes de fotones a un sistema transportable es uno de los principales objetivos y retos del programa GRIT.

La tecnología GRIT podría hacer posible una serie de nuevos protocolos de inspección y diagnóstico. En la radiografía médica e industrial, por ejemplo, GRIT podría permitir revelar contenidos específicos de elementos y materiales, como el calcio en los huesos o metales específicos en los cargamentos. Una radiografía normal sólo muestra diferencias de densidad en el objeto que se inspecciona, ya sea una pieza de equipaje en un aeropuerto o un individuo en el consultorio de un médico. Si tiene éxito, una fuente de rayos X GRIT podría sintonizarse para detectar y cuantificar la concentración de elementos específicos de interés, como la cantidad de calcio en una determinada radiografía ósea, permitiendo a los radiólogos ver realmente la composición ósea.

Al sintonizar la energía entre 10s de keV y más de 10000 keV se podrían detectar elementos específicos que podrían ser de interés para caracterizar nuevos materiales y procesos a escala micrométrica. Estas técnicas serían pertinentes para las aplicaciones de defensa, incluida la inspección sin destrucción de nuevos materiales fabricados con aditivos y aleaciones en su composición elemental.

A niveles de energía en el rango de MeV, los fotones de rayos gamma tienen suficiente energía para interactuar realmente con los núcleos de los átomos. Mientras que los rayos X funcionan interactuando con las cáscaras de los átomos, GRIT podría estimular el núcleo de un átomo para producir un efecto llamado fluorescencia de resonancia nuclear, una especie de “huella dactilar” que es única para cada isótopo de cada elemento de la tabla periódica.

“Con GRIT, se pueden sondear y detectar isótopos específicos de interés afinando la energía del fotón para minimizar el ruido de fondo y aprovechar el fenómeno de la fluorescencia de resonancia nuclear”, dijo Wrobel. “Esos isótopos podrían encontrarse en elementos de tierras raras de interés o en materiales nucleares especiales. Poder decir definitivamente: sí, hay uranio altamente enriquecido en este objeto y poder cuantificar la cantidad de uranio presente sería un salto significativo con respecto a nuestras capacidades actuales”.

DARPA está buscando expertos en una gama de tecnologías, tales como la tecnología de aceleradores avanzados, sistemas láser de alta energía, sistemas de control novedosos y nueva tecnología de detectores de rayos X y rayos gamma.

El enfoque de GRIT en nuevas fuentes de fotones compactos para la inspección complementa el programa de FIntense and Compact Neutron Sources (ICONS) de DARPA, que está desarrollando fuentes de neutrones compactos. Las dos tecnologías funcionarían en tándem, lo que daría lugar a una capacidad de inspección muy robusta.

Fte. DARPA

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