Зданиям сделают «томографию» с помощью космических мюонов

Физики из Лос-Аламоской национальной лаборатории в США предложили использовать космические мюоны для исследования внутренней структуры зданий и механизмов. Работа с описанием технологии опубликована в журнале AIP Advances, кратко о ней пишет Science.

Мюоны представляют собой заряженные элементарные частицы с половинным спином и массой, в 207 раз превышающей массу электронов. Они постоянно образуются в результате распада пионов, возникающих в атмосфере под действием первичных космических лучей (протонов, атомов и других частиц, движущихся с околосветовыми скоростями). Период полураспада мюонов составляет около двух микросекунд, но за это время они успевают достигнуть поверхности Земли, где их можно зарегистрировать.

Идея новой технологии заключается в том, чтобы использовать рассеяние и поглощение мюонов в объекте для реконструкции его трехмерной структуры — примерно так, как это происходит при компьютерной томографии. Поскольку мюоны по сравнению с электронами слабо взаимодействуют с веществом, это позволяет заглянуть во внутреннюю структуру даже очень массивных объектов: например, бетонных мостов или ядерных реакторов.

В новой работе ученые использовали два массива детекторов, которые были расположены до и после тестового объекта. В роли последнего выступил металлический ввентиль, «замурованный» в бетонную плиту. Анализ данных детекторов позволил установить, в каких точках мишени происходит более сильное или слабое рассеяние мюонов. В результате удалось получить изображение вентиля и определить его положение: был ли он открыт или закрыт.

Преимуществом новой технологии является отсутствие необходимости в специальном источнике какого-либо излучения — вместо него используется, фактически, естественный радиоактивный фон. К недостаткам метода можно отнести необходимость в довольно долгой выдержке. Так, чтобы получить нужное изображение вентилей авторам потребовалось около четырех часов экспозиции. Интересно, что при этом использовались принципиально такие же детекторы, которые составляют главную часть установки CMS на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН.

Это не первая попытка использовать мюоны в качестве замены рентгену. Ранее другая группа исследователей предлагала использовать соответсвующие детекторы для поиска в автомобилях скрытых радиоактивных материалов и оборудования.