Tomografía de muones: Inspección y monitoreo de activos sin acceso interno

Grandes espesores, materiales densos, geometrías complejas o la imposibilidad de acceder al equipo pueden limitar lo que es posible observar sin desmontar o intervenir el sistema. En ese tipo de aplicaciones, la tomografía de muones empieza a ganar interés como una alternativa para estudiar estructuras internas de gran volumen.

La técnica utiliza muones generados naturalmente en la atmósfera y analiza cómo atraviesan la materia para reconstruir diferencias de densidad y distribución interna. Su interés dentro de los ensayos no destructivos aumenta porque puede aplicarse desde el exterior y, en determinados casos, mientras el activo continúa en operación.

Tomografía de muones: Cómo se forma la imagen

Los muones son partículas elementales de la familia de los leptones, con una masa aproximadamente 206,77 veces superior a la del electrón. Se generan cuando los rayos cósmicos interactúan con la atmósfera y producen cascadas de partículas capaces de alcanzar la superficie terrestre.

La muografía utiliza  estas partículas principalmente mediante dos métodos. La radiografía por transmisión analiza la atenuación del flujo después de atravesar un objeto, mientras que la tomografía por dispersión estudia cómo cambia la trayectoria del muón al interactuar con los materiales.

En esta segunda modalidad interviene la dispersión múltiple de Coulomb (Multiple Coulomb Scattering, MCS). Las desviaciones registradas aportan información sobre las propiedades del material y, mediante algoritmos de reconstrucción, pueden convertirse en representaciones de su distribución interna.

Muografía, radiografía de muones y tomografía de muones están relacionadas, pero no son términos equivalentes. La primera es el concepto más amplio; la tomografía busca reconstruir información interna a partir de numerosas trayectorias y posiciones de medición.

Estructuras densas: Dónde otros END pierden alcance

Ultrasonido, radiografía industrial y tomografía computarizada continúan siendo herramientas fundamentales para la inspección. Cada técnica, sin embargo, trabaja dentro de condiciones determinadas de acceso, geometría, espesor, energía, resolución y configuración del activo.

En estructuras densas o de gran volumen, esas variables pueden dificultar la adquisición. La radiografía necesita una geometría adecuada entre la fuente, el componente y el sistema de detección, además de energía suficiente para atravesar el espesor. El ultrasonido ofrece alta sensibilidad localizada, pero requiere condiciones de acceso y propagación acústica compatibles con la inspección prevista.

Los muones aportan una escala distinta. Su elevado poder de penetración permite explorar grandes  grandes cantidades de materia y estructuras que pueden quedar fuera del rango práctico de otras configuraciones radiográficas. La IAEA dedica una publicación técnica específica a la imagen con muones y sus aplicaciones emergentes.

La diferencia también está en la fuente. Para la medición mediante muones cósmicos no es necesario introducir una fuente artificial de radiación que genere las partículas empleadas en la imagen. Esto modifica la logística de adquisición frente a determinados métodos radiográficos, aunque no elimina la necesidad de planificación, control metrológico ni evaluación de seguridad.

La muografía tampoco sustituye a UT, RT o CT. Su mayor interés aparece cuando deben investigarse grandes volúmenes, estructuras internas inaccesibles o variaciones relevantes de densidad que otros END no pueden evaluar con facilidad.

Inspección sin acceder al interior del activo

Un sistema de imagen pasiva de muones detecta partículas que ya atraviesan naturalmente la instalación. Los sensores registran sus posiciones y trayectorias y acumulan suficientes eventos para posteriormente reconstruir información del volumen inspeccionado.

La tecnología es especialmente interesante cuando abrir, vaciar o desmontar el activo implica dificultades operacionales. La aplicación industrial de la muografía cuenta con antecedentes previos; un trabajo publicado en Philosophical Transactions of the Royal Society A ya estudió la radiografía de muones como técnica END para componentes industriales sometidos a corrosión.

En ese estudio se simuló una tubería de acero con diferentes espesores. La metodología permitió distinguir variaciones de pared del orden de 2 a 4 mm bajo las condiciones específicas modeladas, utilizando un detector con resolución espacial de 4 mm y tiempos de exposición simulados cercanos a dos horas. 

Estos resultados corresponden a una simulación y no deben extrapolarse directamente a cualquier tubería o configuración industrial.

La técnica también se ha probado experimentalmente sobre hormigón armado. Un estudio publicado en Journal of Nondestructive Evaluation obtuvo imágenes del interior de un bloque reforzado de 600 kg y logró reconocer características importantes de su geometría interna.

Los autores señalaron, al mismo tiempo, mayores tiempos de adquisición y mayor ruido frente a tecnologías activas de rayos X.

Estos antecedentes muestran dónde comienza a posicionarse la tecnología: activos donde la penetración, el tamaño o la imposibilidad de acceder al interior pesan más en la decisión que obtener una imagen de muy alta resolución en pocos minutos.

De imagen estática a monitoreo de densidad

Una inspección mediante muografía puede responder una pregunta estructural: qué distribución de materia existe dentro de un volumen. Pero observar el mismo activo a lo largo del tiempo permite formular una segunda pregunta: qué está cambiando dentro de él mientras continúa operando.

Cuando cambia la cantidad o distribución de masa atravesada por los muones, también puede modificarse la señal detectada. Esto abre la posibilidad de realizar monitoreo de activos sin que el objetivo sea necesariamente localizar una grieta puntual.

La investigación presentada en NDT 2026 demostró esta doble función sobre un activo industrial en servicio. Los autores observaron una modulación temporal fuerte y repetible de la señal, asociada con cambios en la distribución interna de masa durante la operación normal, mientras el sistema continuaba entregando información estructural.

Es una diferencia importante. La tecnología deja de limitarse a producir una imagen de una condición determinada y comienza a demostrar capacidad para seguir determinadas variaciones del activo con el tiempo. La viabilidad de ese monitoreo dependerá de que el cambio de densidad produzca una señal medible y de que exista una cantidad suficiente de eventos para resolverla.

Un recipiente industrial observado en operación

En NDT 2026, la ponencia “Passive muon imaging as a dual-purpose inspection and monitoring tool for industrial assets” presentó una aplicación industrial de muografía desarrollada por N. Zabari, K. Katrankova, M. Dobrowols y R. Bożek, de Muotech.

Durante la campaña se utilizó un sistema portátil de seguimiento de muones colocado en tres posiciones alrededor de un gran recipiente industrial en operación.

Se registraron más de 30 millones de trayectorias de muones sin detener la operación ni acceder al interior del activo. Las mediciones desde diferentes ángulos permitieron resolver características estructurales internas que previamente no podían observarse de forma directa.

El resultado más interesante apareció al analizar la evolución temporal. La señal presentó variaciones repetibles provocadas por cambios en la distribución interna de masa durante la operación rutinaria. El abstract no atribuye esos cambios a un proceso específico, por lo que no corresponde asumir niveles de fluidos, acumulaciones o movimientos de material sin información adicional.

Los autores plantean que esta capacidad podría ampliar la función de la muografía industrial hacia una combinación de inspección no invasiva, verificación estructural y monitoreo operacional utilizando un mismo sistema de medición.

Qué detecta la muografía y qué limita su uso

La señal obtenida mediante muones está relacionada con la cantidad, distribución y propiedades de la materia atravesada. Por ello, la técnica puede identificar estructuras internas, vacíos suficientemente grandes, diferencias de densidad o cambios significativos de masa.

Esta técnica no debe  interpretarse como un método para detectar cualquier discontinuidad. Una grieta pequeña o una pérdida de pared localizada puede requerir una resolución que otra técnica END proporcione de manera más eficiente.

Variable	Qué puede aportar la muografía	Limitación principal
Grandes espesores	Elevada capacidad de penetración	Disminuye el número de muones útiles al aumentar la materia atravesada
Estructura interna	Imagen basada en diferencias de materia y densidad	Requiere contraste suficiente entre las regiones evaluadas
Acceso restringido	Obtención de información desde el exterior	La geometría debe permitir instalar los detectores en posiciones útiles
Monitoreo	Seguimiento de cambios en la distribución de masa	La resolución temporal depende de la estadística disponible
Caracterización local	Puede identificar regiones para evaluación posterior	Su resolución puede ser inferior a la de END locales especializados

El flujo natural de muones es continuo, aunque limitado. A nivel del mar suele tomarse como referencia aproximadamente un muón por centímetro cuadrado por minuto, por lo que una reconstrucción útil requiere acumular suficientes trayectorias.

El tiempo de adquisición depende del tamaño del detector, el área observada, la geometría del activo, la cantidad de materia atravesada, el contraste de densidad y la resolución requerida. Por ello, no existe un único tiempo de inspección aplicable a todas las campañas.

El procesamiento de los datos también está evolucionando. En determinadas aplicaciones, algoritmos de reconstrucción y modelos de aprendizaje automático pueden ayudar a identificar regiones de interés y mejorar la interpretación de imágenes con estadística limitada.

Estas herramientas no sustituyen la calidad de la adquisición. La resolución final continúa dependiendo de la cantidad de trayectorias registradas, la geometría y el contraste existente dentro del activo.

Muografía dentro de una estrategia END

Una nueva tecnología de inspección aporta valor cuando responde una pregunta que los métodos disponibles no pueden resolver con suficiente eficacia, no simplemente porque pueda producir una imagen distinta.

En activos masivos, una posible secuencia consiste en utilizar la muografía para reconocer estructuras o anomalías de gran escala y posteriormente emplear END con mayor resolución localizada cuando exista acceso a la región de interés.

Por ejemplo, una indicación volumétrica obtenida mediante muones podría conducir a una evaluación posterior mediante ultrasonido, PAUT, radiografía digital u otra técnica apropiada. La selección final dependerá del mecanismo de daño, material, geometría y tipo de información requerida.

Esta complementariedad también refuerza la calidad de la decisión de integridad mecánica. La muografía no tiene que competir con todos los END existentes para resultar útil. Puede ocupar los espacios donde la gran escala, la densidad o el acceso convierten la inspección tradicional en una operación difícil.

El valor diferencial de la tomografía de muones aparece precisamente allí: observar grandes estructuras desde el exterior y seguir determinados cambios internos mientras el activo continúa operando.

Conclusiones

Cuando el interior de un activo resulta difícil de evaluar por su espesor, densidad, geometría o falta de acceso, disponer de información sin desmontar o intervenir el equipo puede ampliar las posibilidades de inspección.

La tomografía de muones permite estudiar grandes volúmenes y diferencias de densidad desde el exterior. En determinadas aplicaciones, también puede seguir cambios internos mientras el equipo permanece en operación.

Su utilidad depende de la geometría, el contraste de densidad, la resolución requerida y el tiempo de adquisición. Por ello, debe entenderse como una tecnología complementaria dentro de los END, no como sustituta de los métodos establecidos.

Referencias

1. British Institute of Non-Destructive Testing. Passive muon imaging as a dual-purpose inspection and monitoring tool for industrial assets. NDT 2026.
2. International Atomic Energy Agency. Muon Imaging: Present Status and Emerging Applications. IAEA-TECDOC-2012.
3. National Institute of Standards and Technology. Fundamental Physical Constants: Muon-Electron Mass Ratio.
4. Recent research progress on cosmic ray muon imaging technology. Nuclear Engineering and Technology, 2026.
5. Martínez Ruiz-del Arbol, P. et al. Non-destructive testing of industrial equipment using muon radiography. Philosophical Transactions of the Royal Society A.
6. Niederleithinger, E. et al. Muon Tomography of the Interior of a Reinforced Concrete Block: First Experimental Proof of Concept. Journal of Nondestructive Evaluation.

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