Могильники на просвет: Вопросы ядерной безопасности
Мюоны — легкие отрицательно заряженные частицы, близкие к электронам — правда, примерно в 200 раз тяжелее них. Они непрерывно рождаются космическим излучением, взаимодействующим с атомами в верхних слоях атмосферы, и бомбардируют поверхность Земли с плотностью примерно 1 частица на 1 см² в минуту.
В целом ничего необычного в мюонах нет, однако ученые нашли им полезное применение: внушительная масса позволяет мюонам проникать достаточно глубоко в плотное вещество, например, камень. Еще в 1960-х Нобелевский лауреат Луис Альварес (Luis Alvarez) установил детекторы мюонов в открытых помещениях пирамиды Хефрена и стал фиксировать частоту появления мюонов с разных направлений. Тем самым мюоны должны были выполнить роль рентгеновских фотонов, «просветив» каменную структуру и обнаружив в ней скрытые помещения. Стоит заметить, что к 1969 г., когда Альваресу с коллегами удалось обследовать около 20% объема пирамиды, никаких находок сделано не было.
Особенно заметно мюоны отклоняются тяжелыми элементами — такими, как уран и плутоний — так что анализ траектории мюонов, теоретически, позволяет обнаружить определенные количества этих элементов. Это позволяет предложить использовать мюоны для поиска скрытых запасов и грузов ядерного топлива — например, при пограничном контроле контейнерных перевозок.
Однако такой подход позволяет видеть лишь «тени» наподобие тех же рентгеновских снимков. Количество полезной информации, которую можно получить с них, невелико. На днях канадские ученые придумали, как с помощью мюонов получать трехмерные изображения, подходящие для обследования не только грузовых контейнеров, но и целых ядерных могильников.
Идея состоит в том, чтобы фиксировать траекторию мюонов на входе и на выходе из обследуемого предмета, для чего потребуется не один, а два детектора. Имея входные и выходные траектории, мы можем локализовать точку отклонения каждой частицы — местоположение того тяжелого атома, при ударе о который она изменила направление. В итоге компьютер создаст трехмерное изображение скопления тяжелых частиц, скрытое под кузовом.
В расшатанном мире, где ядерная безопасность и тщательное обслуживание ядерных захоронений становятся все более актуальными задачами, решение может оказаться крайне полезным. Если только ученые создадут необходимые инструменты — пока идея сущетвует лишь на бумаге.
По публикации MIT Technology Review / Physics ArXiv Blog