Affrontare la misurazione della radioattività è da sempre un processo complesso e, soprattutto, lento. Che si tratti di gestire scorie nucleari, sviluppare nuovi farmaci per la radioterapia o garantire la sicurezza degli impianti, gli scienziati hanno spesso dovuto attendere settimane, se non mesi, per ottenere un quadro completo da un campione. Questo collo di bottiglia temporale potrebbe però essere sul punto di scomparire, grazie a un’innovazione radicale messa a punto dai ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST) negli Stati Uniti.
La nuova tecnica, battezzata spettrometria a energia di decadimento criogenico (DES), promette di fornire un profilo completo della radioattività di un campione in una manciata di giorni, partendo da una quantità di materiale quasi invisibile. Il cuore pulsante di questa trasformazione tecnologica è un dispositivo straordinariamente sensibile, il sensore a transizione di bordo (TES). Non si tratta di un contatore Geiger, che si limita a segnalare la presenza di radiazioni con un semplice "click". Il TES è un rilevatore molto più sofisticato che, per funzionare, deve essere mantenuto a temperature prossime allo zero assoluto.
In queste condizioni estreme, è in grado di percepire la minima energia rilasciata dal decadimento di un singolo atomo. Come spiega il fisico del NIST Ryan Fitzgerald, questo non fornisce solo un dato sulla presenza di radiazioni, ma una vera e propria "impronta digitale" energetica che rivela con esattezza quali radionuclidi sono presenti e con quale intensità.
Per analizzare campioni così piccoli, il team di ricerca ha adottato un approccio quasi chirurgico. Utilizzando un sistema a getto d'inchiostro personalizzato, sono in grado di depositare goccioline di liquido più piccole di un milionesimo di grammo su sottili fogli d'oro nanoporosi. La massa di questa goccia viene prima misurata con estrema precisione, poi il campione viene essiccato e la sua radioattività misurata dal sensore TES. Questo flusso di lavoro permette di calcolare l' "attività massica", ovvero la radioattività per unità di massa, con un'accuratezza senza precedenti. A differenza dei metodi tradizionali, che richiedono passaggi separati per identificare l'isotopo e per misurarne l'intensità, la DES svolge entrambi i compiti con un unico strumento, riducendo drasticamente la necessità di complesse elaborazioni chimiche e materiali di calibrazione.
Questa capacità di ottenere risultati rapidi e dettagliati da campioni minuscoli apre scenari applicativi di enorme importanza. Si pensi alla possibilità di identificare in pochi giorni il contenuto sconosciuto di un barile di scorie radioattive, un'operazione che oggi richiederebbe mesi. Oppure, potrebbe accelerare lo sviluppo di nuove terapie oncologiche che si basano sull'uso mirato di isotopi radioattivi.
Sebbene la tecnologia sia ancora nelle sue fasi iniziali, come descritto sulla rivista Metrologia, l'obiettivo futuro è quello di sviluppare versioni portatili del sistema DES, così da poterle impiegare direttamente negli ospedali, nelle centrali nucleari o nei siti di bonifica ambientale, portando questa potente capacità di analisi là dove serve di più.
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