Мюонная томография
-
История и развитие мюонной томографии
- Мюонная томография использует мюоны космических лучей для создания изображений.
- Метод позволяет получать изображения через более толстый материал, чем рентгеновская томография.
- Мюоны проникают глубже, чем рентгеновские лучи.
-
Основные формы мюонной томографии
- Просвечивающая рентгенография: отслеживание количества мюонов для определения плотности.
- Рассеивающая мюонная томография: отслеживание количества мюонов для получения изображений.
-
Принцип работы мюонной томографии
- Мюоны взаимодействуют с веществом, что позволяет определить плотность.
- Мюоны проходят через области с низкой плотностью быстрее, чем через области с высокой плотностью.
- Мюонограммы отображают матрицу количества прошедших мюонов.
-
Применение мюонной томографии
- Обнаружение ядерных материалов в транспортных средствах и контейнерах.
- Мониторинг подземных объектов для улавливания углерода.
-
Этимология и происхождение термина
- Термин «мюонная томография» основан на древнегреческих словах «томос» и «графе».
- Метод позволяет получать изображения крупномасштабных объектов.
-
Изобретение мюонной томографии
- Первая муограмма получена в 1970 году Луисом Альваресом.
- Альварес использовал мюоны для поиска скрытых камер в пирамиде Хефрена.
-
Современные технологии и методы
- Использование ядерных эмульсий для получения изображений.
- Видеография в реальном времени с высоким разрешением.
-
Геологические приложения
- Прогнозирование извержений вулканов.
- Визуализация магматических очагов.
-
Примеры проектов
- Проект Mu-Ray для изображения Везувия.
- Проект ASTRI SST-2M для изучения Этны.
- Проект OPERA для изучения Стромболи.
- Исследования на Пюи-де-Дом во Франции.
-
Мониторинг подземных вод
- Муография используется для мониторинга грунтовых вод и уровня насыщения коренных пород.
- Результаты измерений сопоставляются с измерениями уровня грунтовых вод и удельного сопротивления горных пород.
-
Ледники
- Муография впервые применена для изучения ледников.
- В 2017 году японско-швейцарское сотрудничество провело эксперимент на леднике Эйгер.
- Впервые удалось сфотографировать эрозию коренных пород под ледником.
-
Добыча полезных ископаемых
- Компания TRIUMF разработала муограф для обследования урановых месторождений.
-
Гражданское строительство
- Муография используется для составления карт строительных сооружений и их окрестностей.
- Визуализация применена для идентификации скрытых строительных шахт.
-
Ядерные реакторы
- Рентгенография применена для исследования состояния ядерных реакторов после аварии на АЭС «Фукусима».
- Томографические методы могут быть эффективны для определения характеристик ядерных отходов.
-
Бетонный реактор в Лос-Аламосе
- Летом 2011 года макет реактора был сфотографирован с помощью мюонного мини-трекера.
- Анализ показал, что макет успешно сфотографирован, несмотря на его меньший размер.
-
Применение на АЭС «Фукусима»
- Землетрясение и цунами 2011 года вызвали ядерный кризис на АЭС «Фукусима-Дайити».
- Мюонная томография может помочь оценить масштабы ущерба и составить план демонтажа реакторов.
-
Нераспространение
- Мюонная томография может помочь остановить распространение ядерного материала.
- Новый договор СНВ направлен на сокращение ядерного арсенала.
- Мюонная томография безопасна для человека и не приводит к искусственному облучению.
-
Археология
- В 2015 году проект ScanPyramids начал использовать муографию и термографию для исследования пирамид в Гизе.
- В 2023 году в пирамиде Хуфу обнаружена структура в форме коридора.
- Пирамида Солнца в Теотиуакане также обследована с помощью муографии.
-
Археологические исследования Эль-Кастильо
- Национальный научный фонд США выделил грант на исследования пирамиды Эль-Кастильо в Чичен-Ице.
- В подземных туннелях горы Эчиа в Неаполе проведен эксперимент по трехмерной мюонографии.
-
Императорские покои Китая
- Юаньюань Лю из Пекинского педагогического университета использовала муографию для получения изображения подземной камеры первого императора Китая.
-
Планетарная наука
- Муография может быть применена для получения изображений внеземных объектов, таких как Марс.
- Атмосфера Марса достаточна для создания горизонтального потока мюонов для мюонографии.
- В будущем возможно включение аппарата для мюонографии в космическую миссию на Марс.
-
Малые тела Солнечной системы
- Программа «Инновационные передовые концепции НАСА» оценивает возможность использования муографии для визуализации малых тел Солнечной системы.
- Некоторые малые тела генерируют достаточный поток мюонов для съемки объектов диаметром от 1 км и менее.
-
Гидросферная микроскопия
- Гиперкилометрический подводный глубинный детектор разработан для автономного проведения муографических наблюдений под водой.
- Подводная муография позволяет отображать перемещения масс более точно, чем наземная.
-
Улавливание и хранение углерода
- Муография предложена для мониторинга процесса улавливания и хранения углерода.
- В 2018 году в Великобритании проведен CCS-муографический мониторинг на руднике Боулби.
-
Варианты техники
- Мюонная томография (MST) позволяет определить местонахождение источника рассеяния мюонов.
- MST используется для обнаружения ядерных материалов в контейнерах.
- Создан портативный мини-мюонный трекер для измерения деталей конструкции ядерных материалов.
-
Интегрированная мюонная импульсная томографическая система
- Разработан настраиваемый мюонный спектрометр для измерения импульса мюонов в полевых условиях.
- Мюонный спектрометр-томограф улучшает разрешение томографии по рассеянию мюонов.
-
Мюонная компьютерная аксиальная томография (Mu-CAT)
- Mu-CAT объединяет несколько проецируемых графических изображений для создания трехмерного изображения.
- Mu-CAT показал трехмерное положение зоны трещиноватости под дном кратера действующего вулкана.
-
Исследование космическими лучами и пассивная томография (CRIPT)
- Детектор Cosmic Ray Inspection and Passive Tomography отслеживает события рассеяния мюонов и оценивает импульс мюона.
-
История и перемещение детектора CRIPT
- Детектор CRIPT был первоначально построен и введен в эксплуатацию в Карлтонском университете в Оттаве, Канада.
- Позже он был перемещен в лабораторию Atomic Energy Of Canada Limited в Chalk River Laboratories.
-
Текущие исследования
- CRIPT изучает ограничения по времени обнаружения для безопасности границ.
- Исследуются ограничения по разрешению изображений мюонной томографии.
- Проверяются запасы ядерных отходов и ведется наблюдение за космической погодой.
-
Технические аспекты
- Устройство состоит из мюонных датчиков и записывающего носителя.
- Используются различные типы мюонных датчиков: пластиковые сцинтилляторы, ядерные эмульсии, газовые ионизационные детекторы.
- Носителем записи может быть пленка, цифровая магнитная или электронная память.
-
Преимущества мюографии
- Мюоны встречаются в природе в большом количестве и перемещаются из атмосферы к поверхности Земли.
- Высокое контрастное разрешение позволяет различать пустоты менее 0,001% объема.
- Аппарат требует меньшего энергопотребления, чем другие методы визуализации.
-
Процесс мюонной графики
- Коэффициент пропускания определяется как отношение пропускания через объект к падающему потоку мюонов.
- Диапазон прохождения мюона через вещество зависит от его энергии.
- Числа на мюонограмме соответствуют количеству мюонных событий.
-
Объемный эффект
- Мюонография не может различить изменения плотности из-за объемного эффекта.
- Объемный эффект возникает при одинаковом ослаблении потока мюонов от материалов разной плотности.
- Для избежания ложных данных необходимо точно определить внешнюю форму объема.