La disponibilità e la diffusione crescente di microcontrollori economici in tutti i campi dell'ingegneria civile e industriale apre il campo alla possibilità di studiarne l'applicazione in riferimento ad applicazioni complesse coinvolgenti l'impiego di sorgenti radioattive. È nota infatti, in materia di misure e caratterizzazioni di materiali nucleari, l'importanza prioritaria riconosciuta all'elaborazione elettronica del segnale. Preamplificatori, amplificatori, analizzatori a canale singolo (SCA) e multiplo (MCA), contatori e timer sono i componenti ineliminabili di qualsiasi catena di acquisizione e si distinguono per i costi elevatissimi.
I tempi di campionamento e le potenzialità di calcolo messe a disposizione dai microcontrollori disponibili in commercio offrono la possibilità di rivolgersi ad applicazioni complesse e notoriamente dispendiose con rinnovato entusiasmo. In questo contesto si inserisce il desiderio di mettere a punto un apparecchio tomografico capace di indagare direttamente in situ oggetti di piccole dimensioni.
La totale indipendenza da realizzazioni esistenti offre la possibilità di conferire al progetto caratteristiche uniche: l'impiego di sorgenti radioattive differenti in relazione alla risoluzione richiesta e al tempo a disposizione per l'indagine, la mobilità dell'apparato, il costo ridottissimo garantito dall'impiego di microcontrollori generici autonomamente programmati, la messa a punto di algoritmi di deconvoluzione ad hoc, la possibilità di intervenire sulla geometria di collimazione e sulla distanza sorgente-rivelatore e, non ultima, la possibilità di variare la meshatura spaziale del campionamento in relazione al tipo di accuratezza auspicata.
Il prototipo oggetto della presente domanda, nonostante la sua assoluta peculiarità, si propone di affrontare in modo innovativo problematiche trasversali comuni all'archeometria, alla sicurezza in ambiente urbano e alla caratterizzazione di manufatti per le finalità più varie.
Procedendo con ordine rispetto all'elenco sopra riportato, prende quota la necessità di disporre di un apparato in grado di rivolgersi all'analisi di oggetti di vario genere rimuovendo, per quanto possibile, vincoli morfologici e geometrici. La sola condizione da rispettare sarà quella dettata dalle effettive dimensioni del macchinario, scelte in fase di progetto in relazione alla disponibilità di materiali opportuni e in ottemperanza al desiderio di contenere i costi realizzativi. Del pari, un ruolo determinante verrà ricoperto dalla necessità di operare in maniera agevole sul tomografo. In tale senso è opportuno sottolineare come la realizzazione di tale apparato potrà essere ospitata dal Laboratorio di Radioprotezione del Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per l'Ingegneria di Sapienza - Università di Roma. Emerge la necessità di tenere, quindi, in considerazione problematiche legate alle dimensioni del macchinario e al relativo ingombro.
Accanto a questo trova spazio il desiderio di arrivare a disporre di un sistema tomografico portatile, agevolmente trasportabile e in grado di operare direttamente in campo raggiungendo il punto di interesse senza ricorrere allo spostamento dell'oggetto di analisi. Ciò rappresenterà contemporaneamente motivo ispiratore e finalità di molte della caratteristiche del prototipo.
In questo contesto si inserisce la volontà di eliminare il ricorso a rivelatori a semiconduttore: ciò consentirà, infatti, di ridurre notevolmente le dimensioni della macchina rendendo non necessaria la presenza di un voluminoso contenitore di azoto liquido e rimuovendo, con esso, le problematiche connesse alla saturazione in aria di quest'ultimo. È bene sottolineare come la perdita di risoluzione che accompagna questa scelta progettuale sarà giustificata delle reali necessità di acquisizione della tecnologia in questione. Consci della qualità degli spettri ottenibili con rivelatore a scintillazione, è infatti opportuno ricordare come l'unico interesse, in questo tipo di applicazioni, sia rappresentato dalla raccolta delle intensità del fascio [gamma cm^(-2) s^(-1)] in corrispondenza del rivelatore e per il valore di energia corrispondente al fotopicco della sorgente utilizzata. In particolare, la fattibilità in termini economici del progetto presentato in questa sede, trova riscontro nella disponibilità presso il Laboratorio di Radioprotezione del Dipartimento SBAI di un rivelatore a Germanato di Bismuto (BGO). Tale rivelatore, comunemente impiegato per applicazioni tomografiche, potrà essere asservito in modo esclusivo alla macchina che ci si propone di realizzare.
Rimanendo in quest'ambito, una significativa differenza rispetto alle macchine tradizionali sarà inoltre rappresentata dalla possibilità di utilizzare sorgenti diverse per radionuclide ed attività. Come parzialmente anticipato, la variazione di quest'ultima permetterà di agire direttamente sul tempo di acquisizione, consentendo la raccolta dello stesso numero di conteggi in intervalli temporali diversi. Per quanto riguarda i radionuclidi, le differenti energie caratterizzanti i fotopicchi consentiranno di investigare le peculiarità della strumentazione nucleare ed elettronica individuando fenomeni di disturbo di diversa natura introdotti solo da alcune delle sorgenti utilizzate.
La disponibilità di un macchinario costruito ex-novo porterà ovviamente con sé la possibilità di intervenire su ciascuno degli aspetti coinvolti nel funzionamento dello stesso. Agire direttamente sullo script di movimentazione motori e acquisizione impulsi renderà, infatti, possibile intervenire su risoluzione e tempo di acquisizione in funzione dei reali vincoli temporali imposti dal contesto in cui si opera. Ciò apre il campo all'eventualità di scansioni tridimensionali di oggetti in cui le diverse sezioni possano essere acquisite con risoluzione spaziale differente in funzione, per esempio, di una preliminare identificazione di hot-spot in specifiche regioni dello stesso. Nella stesso senso va letta la possibilità di agire sulla distanza sorgente-campione e campione-rivelatore, circostanza che verrà ad essere verificata mediante l'istallazione di un quarto motore, non strettamente necessario per il funzionamento dell'apparato, preposto proprio alla variazione delle due distanze appena introdotte. Discorso a parte meriterà l'attenzione dedicata alla strumentazione elettronica, nel tentativo di evitare il ricorso ad apparecchiature costose e difficilmente collocabili all'interno di un tomografo portatile, quali pre-amplificatore e amplificatore. Quest'ultimo aspetto rappresenterà la naturale prosecuzione di uno studio preliminare svolto con l'obiettivo di verificare la possibilità di utilizzare, per questi fini, microcontrollori economici, quali Arduino, Raspberry Pi e STMicroelectronics STM32 Nucleo. I risultati raggiunti hanno confermato quanto desiderato aprendo la strada ad una ricerca più approfondita in questa direzione.