En el Politecnico di Milano, las mediciones de radiación (desde neutrones hasta haces ultrarrápidos, desde la dosimetría hasta la tomografía) se convierten en conocimiento, uniendo la investigación básica y las aplicaciones del mundo real.
El Laboratorio de Medición Nuclear (NML) se centra en la investigación, aplicación y desarrollo de métodos para aprovechar y medir campos de radiación de diversos tipos y propiedades. Con sede en el Politecnico di Milano, NML transforma neutrones, fotones y partículas cargadas de “materia invisible” en información mensurable y rastreable para respaldar la investigación, la protección radiológica y las aplicaciones nucleares. La mayoría de las actividades se financian a través de proyectos nacionales e internacionales y abarcan espectrometría, dosimetría y microdosimetría de campos de radiación complejos y mixtos, análisis de señales nucleares y el desarrollo de sistemas de detección y flujos de trabajo de datos innovadores.
Espectroscopia de neutrones activos en campos complejos.
Los neutrones son una frontera particularmente exigente, especialmente en condiciones extremas, como en instalaciones de fusión, campos de radiación de alta energía y entornos de haces pulsados. NML abordará estos desafíos mediante el desarrollo de nuevos espectrómetros de neutrones activos que sean isotrópicos y direccionalmente sensibles a través de ciclos iterativos de simulaciones avanzadas (por ejemplo, modelado basado en FLUKA) y una validación experimental rigurosa. Un ejemplo ilustrativo es DIAMON. DIAMON es un instrumento activo isotrópico, compacto y con reconocimiento de dirección diseñado para la caracterización rápida y en tiempo real de campos de neutrones complejos donde las técnicas convencionales consumirían demasiado tiempo o tendrían altas demandas operativas.
Servicios de irradiación y medición de neutrones.
El NML incluye una infraestructura de irradiación de neutrones que proporciona campos térmicos y de neutrones rápidos mejorados, lo que permite servicios de caracterización radiométrica tanto en el laboratorio como en el campo. Los servicios de medición de neutrones de la empresa incluyen campos de referencia de neutrones rápidos basados en fuentes de neutrones y soportan la calibración según ISO 8529-1:2021 (campos de radiación de referencia de neutrones). Una instalación complementaria que genera un campo de neutrones térmicos con una pureza del 95 % a través de un desacelerador de flujo está disponible para la caracterización de instrumentos y muestras en condiciones controladas de baja energía.
Diagnóstico de fuentes ultrarrápidas y unidades láser.
Otra área de investigación se refiere a la radiación emitida en ráfagas ultracortas, como los rayos de protones impulsados por láser. En estos regímenes, el diagnóstico tiene que abordar campos temporales y antecedentes sólidos. El estudio incluye un concepto de diagnóstico activo que combina un espectrómetro magnético y un detector pixelado para medir el espectro de energía de los protones emitidos, que se apoya en el desarrollo de prototipos y una campaña de calibración. Paralelamente, también se está investigando el uso de sensores CCD en PIXE (emisión de rayos X inducida por partículas) impulsada por láser para obtener espectros de rayos X mediante la integración de múltiples disparos de láser, lo que permite estudios espectroscópicos significativos incluso cuando las estadísticas de un solo disparo son limitadas.
RETINA: Análisis elemental y tomográfico no destructivo
NML alberga RETINA (Reconocimiento elemental e imágenes tomográficas para análisis no destructivos), una instalación diseñada para el análisis de materiales no destructivos que combina espectroscopía de fluorescencia de rayos X (XRF) e imágenes de rayos X 2D/3D. Equipado con un tubo de rayos X de alta potencia, posicionamiento automático de muestras y detectores de alta resolución, RETINA admite análisis cualitativos y cuantitativos de muestras planas, como películas delgadas, membranas de polímeros y electrodos de baterías. Se puede realizar un mapeo elemental rápido con resoluciones espaciales que van desde escalas de milímetros a centímetros. Dependiendo del tamaño y la configuración de la muestra, las imágenes de rayos X y el escaneo 3D pueden alcanzar resoluciones espaciales de aproximadamente 60 µm a 1 mm.
Micro y nanodosimetría para terapia con partículas.
Una importante línea de investigación está trabajando en la micro y nanodosimetría de haces de terapia de partículas, donde la respuesta biológica depende no sólo de la dosis de irradiación sino también de cómo se almacena la energía en las escalas micrométrica y nanométrica. El grupo de investigación NML está desarrollando un contador proporcional equivalente de tejido (TEPC) basado en el concepto de confinamiento de avalanchas para reproducir células y sitios de interacción intracelular. Las herramientas Monte Carlo dedicadas respaldan el modelado de detectores y la interpretación de datos, así como estudios complementarios sobre canales de reacción nuclear relevantes para nuevas terapias (por ejemplo, reacción de fusión heteroneutra p + ¹¹B → 3α). La dosimetría de estado sólido y la microdosimetría basada en silicio amplían aún más la cartera de mediciones.
Conocimientos microestructurales impulsados por baterías e inteligencia artificial
Un campo de aplicación reciente son los sistemas electroquímicos para el almacenamiento o conversión de energía. NML opera un sistema (TESCAN UniTOM HR) para microtomografía 3D o 4D ultrarrápida con resoluciones de hasta 600 nm, que permite estudios cuantitativos de degradación microestructural, nucleación y propagación dendrítica y cambios morfológicos durante el ciclo. Para acelerar y mejorar el análisis cuantitativo, se integran en el flujo de trabajo enfoques de segmentación, detección de defectos y eliminación de ruido impulsados por IA para ayudar a vincular los descriptores microestructurales con las métricas de rendimiento funcional. Al mismo tiempo, nuestro objetivo es reducir el tiempo de adquisición sin sacrificar la solidez de la medición.
Apoyar todo el ciclo de vida de las instalaciones radiológicas.
El laboratorio contribuye durante todo el ciclo de vida de la infraestructura nuclear y radiológica, desde las primeras etapas de diseño hasta las últimas etapas operativas. Es decir, estudios de Monte Carlo para blindaje y activación, apoyo al diseño de instalaciones de medicina nuclear y actividades posteriores, incluida la gestión de residuos radiactivos en entornos como aceleradores de producción de isótopos y centros de tratamiento y caracterización radiactiva tanto en el campo como en el laboratorio mediante espectroscopia de rayos gamma de alta resolución (HPGe).
Mirando hacia el futuro
Combinando metrología avanzada, modelado y metrología rigurosa, el Laboratorio de Metrología Nuclear se encuentra en la intersección de la física, la ingeniería y la ciencia de datos, y sirve como centro de investigación y desarrollo y como recurso para usuarios externos. La dirección es clara. Detectores más inteligentes, herramientas experimentales avanzadas, simulaciones más predictivas y canales más automatizados y auditables donde la IA respalda (pero no reemplaza) la trazabilidad y la toma de decisiones consciente de la incertidumbre para brindar mediciones de radiación confiables desde entornos de laboratorio controlados hasta aplicaciones del mundo real.
Este artículo también se publicará en el número 25 de la revista trimestral.
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