Deskundigen van NUST MISIS, samen met wetenschappers van het Lebedev Physical Institute en het Scientific Research Institute of Nuclear Physics, Moscow State University, hebben voor praktische toepassing de methode van muonradiografie voorbereid, die het mogelijk maakt om ‘door’ objecten van een kilometer groot te kijken. De methode is gebaseerd op de registratie van muonen - elementaire deeltjes die worden geproduceerd door de botsing van kosmische straling met de atmosfeer van de aarde.
Als ze in de dichte laag van de atmosfeer komen (vanaf 40 km en lager), botsen protonen met de moleculen waaruit onze atmosfeer bestaat. Bij een botsing worden verschillende deeltjes geboren, waarvan sommige snel in muonen veranderen. Ze "vergaan" ook, omdat ze er tijdens hun leven echter in geslaagd zijn de hele atmosfeer van de aarde te passeren (10 duizend muonen vliegen elke minuut naar elke vierkante meter van het aardoppervlak) en zelfs 8,5 kilometer onder water of 2 kilometer de aarde binnen te dringen. Hoe dichter de substantie, hoe sneller de muonflux verzwakt. Dus als je een vast object tussen de "ruimte" en de detector plaatst, zal het silhouet van dit object uiteindelijk op de detector verschijnen. Als er holtes in het object zijn, worden deze ook zichtbaar, omdat muonen die er doorheen vliegen een kleinere laag vaste stof overwinnen. Drie detectoren aan weerszijden van het object zijn meestal voldoende,om er een 3D-kaart van te maken.
De muonen worden gefixeerd met behulp van een reeks fotografische zilverbromide platen. Sommigen van hen zijn verlicht. Vervolgens worden de platen ontwikkeld en vergeleken met de belichte gebieden, waardoor het belichtingstraject wordt opgebouwd. Hoe kleiner de bromidekorrels en hoe nauwkeuriger het aanpassingsalgoritme, des te correcter is de afbeelding van het object.
Muon-trace op een fotografische plaat / NUST; MISIS
Wetenschappers van NUST MISIS, LPI en SINP MSU, onder leiding van NUST MISIS leidend expert, doctor in de fysische en wiskundige wetenschappen, professor Natalia Polukhina, hebben spoordetectoren ontwikkeld voor muon-radiografie, die het niet alleen mogelijk maken om muonen te zien die erop vallen, maar ook om te bepalen met hoge precisie richting van hun beweging. "Door de meetwaarden van de detectoren te ontcijferen, is het mogelijk om een driedimensionaal beeld samen te stellen van een verscheidenheid aan objecten, te beginnen met de metergrootte van holtes in de bodem, de verdeling van de rotsdichtheid en eindigend met een kaart van grotten in de berg", benadrukt Alevtina Chernikova, rector van NUST MISIS.
Tunnelmicroscoop voor de analyse van muonsporen / NUST; MISIS
De nieuwe technologie heeft ook andere toepassingen
Promotie video:
"Je kunt de toestand van een vulkaanuitlaat, een kernreactor of een gletsjer in de bergen op een niet-invasieve manier beoordelen", zegt professor Natalya Polukhina. “Je kunt een nieuwe natuurlijke ondergrondse opslagfaciliteit voor aardgas vinden, een brand opvangen die begint in een bergafval van de kolenwinning lang voordat het van binnenuit uitbrandt, een vulkaanuitbarsting voorspellen of de catastrofale gevolgen van sinkholes in mijnen of in stadsstraten voorkomen. Catastrofale sinkholes in de stad Berezniki, Perm Territory, zijn al een enorm sociaal probleem geworden. En we moeten niet vergeten dat inwoners van veel grote nederzettingen lijden onder dergelijke technische storingen."
Russische experimenten, die de prestaties van de spoormethode bevestigden, vonden plaats in de mijn van de Geofysische Dienst van de Russische Academie van Wetenschappen in Obninsk: wetenschappers konden met behulp van detectoren de structuur van de ondergrondse structuur waarin het experiment werd uitgevoerd 'zien'. Nu wordt een complex van dergelijke detectoren voorbereid op basis van een fotografische emulsie die wordt geproduceerd bij de binnenlandse onderneming "AVK Slavich", die bijvoorbeeld kan worden gebruikt om naar koolwaterstoffen te zoeken.
NUST MISIS Leading Expert, doctor in de natuurkunde en wiskunde, professor Natalya Polukhina / NUST MISIS
"Onze emulsiespoordetectoren zijn goed omdat ze gemakkelijk te bedienen zijn, geen elektriciteit nodig hebben om te werken, in het geval van geologische verkenning kunnen ze met een veel kleiner aantal putten doen, en tegelijkertijd kunnen ze met grote nauwkeurigheid objecten onderscheiden in grootte van een meter tot kilometers", legt professor Polukhina uit.
NUST MISIS-specialisten werken aan software die de kwaliteit van de track-decodering verbetert en sensoren beschermt tegen agressieve media in putten.
