Με μετρήσεις διάρκειας μόλις έξι δευτερολέπτων από ελικόπτερο, μια νέα υπολογιστική μέθοδος κατάφερε να αναγνωρίσει ραδιενεργά υλικά, να προσδιορίσει τη θέση τους με ακρίβεια περίπου δύο μέτρων και να εκτιμήσει την ενεργότητά τους. Το αποτέλεσμα προέκυψε από ελεγχόμενες δοκιμές στην Ελβετία.

Η μέθοδος, που ανέπτυξαν ερευνητές του ελβετικού Ινστιτούτου Paul Scherrer και του Πανεπιστημίου του Μίσιγκαν, παρουσιάζεται στο επιστημονικό περιοδικό Nature Communications. Αντιμετωπίζει ένα δύσκολο πρόβλημα της εναέριας ανίχνευσης: πώς μπορεί να διακριθεί μια ραδιενεργή πηγή από τη φυσική ακτινοβολία του εδάφους, ενώ ο ανιχνευτής κινείται συνεχώς και έχει ελάχιστο χρόνο στη διάθεσή του.

Οι ακτίνες γάμμα είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία υψηλής ενέργειας. Η κατανομή τους ανά ενέργεια σχηματίζει ένα χαρακτηριστικό «αποτύπωμα», που βοηθά στην αναγνώριση του ραδιενεργού υλικού. Στις μετρήσεις από ελικόπτερο, όμως, αυτό το αποτύπωμα εμφανίζεται αλλοιωμένο: η απόσταση και η γωνία παρατήρησης αλλάζουν, η κατασκευή του αεροσκάφους απορροφά ή σκεδάζει μέρος της ακτινοβολίας και τα φυσικά ραδιενεργά στοιχεία του εδάφους προσθέτουν τα δικά τους σήματα.

Αντί να εξετάζει μόνο επιλεγμένες κορυφές στο φάσμα, η νέα μέθοδος αξιοποιεί ολόκληρη την καταγραφή. Συνδυάζει λεπτομερείς προσομοιώσεις της διαδρομής της ακτινοβολίας με μπεϊζιανή στατιστική: συγκρίνει διαφορετικές πιθανές εξηγήσεις και υπολογίζει πόσο καλά ταιριάζει καθεμία στις μετρήσεις. Έτσι εκτιμά ταυτόχρονα ποιο υλικό υπάρχει, πού βρίσκεται και ποια είναι η ενεργότητά του, δηλαδή πόσες ραδιενεργές διασπάσεις συμβαίνουν ανά δευτερόλεπτο.

Για τη δοκιμή της μεθόδου χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από άσκηση που πραγματοποιήθηκε τον Ιούνιο του 2022, σε στρατιωτικό πεδίο κοντά στην πόλη Τουν. Ένα ελικόπτερο Super Puma, εξοπλισμένο με φασματόμετρο ακτίνων γάμμα, πέρασε πάνω από σφραγισμένες πηγές καισίου-137 και βαρίου-133, σε ύψος περίπου 30 μέτρων και με ταχύτητα περίπου 35 χιλιομέτρων την ώρα. Οι ερευνητές εξέτασαν κάθε υλικό χωριστά και κατόπιν τα δύο μαζί, τοποθετημένα σε απόσταση μικρότερη των 20 εκατοστών.

Σε κάθε περίπτωση, η μέθοδος αναγνώρισε σωστά τα υλικά αναλύοντας μετρήσεις διάρκειας έξι δευτερολέπτων. Για τις μεμονωμένες πηγές, η εκτίμηση της ενεργότητας παρουσίασε απόκλιση μικρότερη του 2% από τις εργαστηριακές τιμές· όταν οι πηγές συνυπήρχαν, η απόκλιση δεν ξεπέρασε το 4%. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον είχε η αναγνώριση του ασθενέστερου σήματος του βαρίου-133, παρότι το ισχυρότερο σήμα του καισίου-137 το κάλυπτε σε μεγάλο βαθμό.

Για να περιορίσει τις υπολογιστικές απαιτήσεις, η ομάδα πραγματοποίησε εκ των προτέρων τις απαιτητικότερες προσομοιώσεις και αποθήκευσε τα αποτελέσματα σε βιβλιοθήκες δεδομένων για επαναχρησιμοποίηση. Σύμφωνα με τη μελέτη, αυτό μείωσε περίπου δέκα εκατομμύρια φορές το υπολογιστικό κόστος κάθε επιμέρους αξιολόγησης του λεπτομερούς μοντέλου. Αυτό δεν σημαίνει, ωστόσο, ότι ολόκληρη η ανάλυση ολοκληρώνεται σε έξι δευτερόλεπτα: τόσο διήρκεσε η συλλογή των μετρήσεων που αξιοποιήθηκαν.

Για να εφαρμοστεί σε περιπτώσεις εκτεταμένης ραδιενεργού ρύπανσης και σε πιο σύνθετα περιβάλλοντα, η μέθοδος χρειάζεται περαιτέρω ανάπτυξη. Ωστόσο, η προσέγγιση θα μπορούσε να ενισχύσει τις εναέριες έρευνες μετά από πυρηνικά ατυχήματα, αλλά και τις μετρήσεις από ρομποτικά οχήματα σε επικίνδυνες περιοχές. Οι ερευνητές διακρίνουν επίσης πιθανές εφαρμογές στην πλανητική εξερεύνηση, όπου οι ακτίνες γάμμα χρησιμοποιούνται για τη μελέτη των χημικών στοιχείων που συνθέτουν την επιφάνεια σωμάτων όπως η Σελήνη και ο Άρης.