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Stato dell'arte

La spettroscopia gamma a bordo di velivoli detta AGRS (Airborne gamma-ray spectrometry) è iniziata negli anni 40 del XX secolo con finalità minerarie: la neonata industria nucleare (sia bellica che civile) chiedeva approvvigionamenti sempre maggiori di uranio e l'esplorazione attraverso aerei ed elicotteri si rivelò subito molto efficace. La tecnica raggiunse la maturità negli anni 60 grazie al consolidamento degli apparati elettronici ed il miglioramento dei detector NaI(Tl) le cui prestazioni in termini di risoluzione spettrale ed efficienza permisero di misurare il contenuto di radioattività (Bq/kg) dei principali radioisotopi terrestri (40K, 238U e 232Th). Dall'inizio del anni 80 l'AGRS ha ricevuto un ulteriore impulso a seguito del crescente interesse per il monitoraggio ambientale e per il controllo del radon nei centri abitati. Gli incidenti di Chernobyl e Fukushima, l'attenzione dell'industria mineraria verso elementi strategici (terre rare) legati alla presenza di U, Th e K, e lo sviluppo di scintillatori sempre più performanti ha recentemente stimolato la ricerca e lo sviluppo nel campo dell'AGRS.

Ambiente e salute sono temi sempre più strettamente collegati a politiche di salvaguardia preventiva dagli effetti della radioattività naturale e che stanno diventando sempre più urgenti sia a livello nazionale che europeo. L'Italia è tenuta a rispettare la raccomandazione della Commissione Europea dell'8 giugno 2000 sull'applicazione dell'articolo 36 del trattato Euratom riguardante il controllo del grado di radioattività ambientale allo scopo di determinare l'esposizione dell'insieme della popolazione. Come ampiamente descritto in letteratura, paesi come Stati Uniti, Svizzera, Canada ed Australia hanno già realizzato campagne di misure producendo carte tematiche di potenziale contenuto di radioattività del loro territorio. L'AGRS è uno dei metodi più impiegati per realizzare mappe del contenuto di radioattività del territorio.

I principali strumenti commerciali per misure AGRS sono realizzati da società canadesi: il GRS410 è prodotto da Pico Envirotec Inc., i rivelatori RSX sono prodotti da TerraPlus Inc e la G. S. Exploranium Ltd. produce il sistema GR-820. Le apparecchiature sono sostanzialmente simili tra loro: esse sono costituite da 4 scintillatori NaI(Tl) di 4 litri ciascuno impiegati per misurare la radiazione gamma proveniente principalmente dal terreno ed uno scintillatore NaI(Tl) da 4 litri, sovrapposto ai precedenti, impiegato per misurare la radiazione in aria (il modello RSX-4 è sprovvisto di questo rivelatore aggiuntivo). Le apparecchiature funzionano anche stand-alone e quelle composte da 5 rivelatori hanno un peso dell'ordine di 110 kg. Le tecnologie impiegate per I/O sono Ethernet, RS-232 e USB. La gestione della rotta del velivolo è affidata ad un software esterno che viene gestito da hardware indipendente. Inoltre l'acquisizione delle misure e l'analisi dei dati avviene utilizzando i metodi standard suggeriti dalle linee guida dell'IAEA: l'elettronica compone spettri di intervalli fissati (fino ad un intervallo minimo di un 1s) e l'analisi si basa sugli eventi raccolti nei fotopicchi del 40K, del 214Bi (appartenente alla catena di decadimento del 238U) e del 208Tl (appartenente alla catena di decadimento del 232Th). Va infine fatto notare che tutti i sistemi presenti in commercio non sono indipendenti da punto di vista energetico: richiedono tensioni esterne fornite dai velivoli.

In Italia non è mai stata realizzata una carta della radioattività gamma di origine terrestre ne' attraverso misure su campioni di suolo o roccia ne' attraverso misure airborne. Le uniche sperimentazioni documentate di ARGS sono quelle realizzate, nell'ambito del suddetto progetto Rad_Nat, dallo stesso gruppo di ricercatori che intende realizzare il progetto SAMORAD. Il prototipo realizzato negli ultimi 3 anni è stato denominato AGRS_16. Sono state superate con successo le fasi di calibrazione, messa a punto dell'elettronica e dei software di analisi: l'attuale sistema richiede un improvement dell'elettronica, un'implementazione dei software di gestione, una miniaturizzazione di alcuni sensori finalizzata alla riduzione del peso e un'ottimizzazione dei consumi per rendere l'AGRS totalmente indipendente dal punto di vista energetico rispetto al velivolo che lo trasporta.
Nel corso del 2011 CAEN S.p.A., società leader del progetto SAMORAD, ha individuato nel proprio assetto di sviluppo una nuova linea di ricerca denominata CAEN SSp (Systems and Spectroscopy Division) la cui missione è quella di realizzare dispositivi hardware e software dedicati alla spettroscopia gamma. Si ritiene infatti che il mercato che si basa su queste tecnologie possa aprire nei prossimi anni possibilità di crescita all'azienda, soprattutto se ci si orienta verso i paesi emergenti ed asiatici. La realizzazione del progetto SAMORAD ed in particolare l'industrializzazione del sistema AGRS_16 andrebbe a consolidare definitivamente questo sforzo di crescita e permetterebbe a CAEN S.p.A. di diventare l'unico competitor europeo ai suddetti produttori di sistemi AGRS.