Heavenly Insights
Трудно представить, что происходит, когда большое количество высокорадиоактивного материала попадает не в те руки. Цель состоит в том, чтобы максимально предотвратить незаконную торговлю плутонием и ураном. Теперь ученые надеются на космическую помощь.
Грузовик с овцами останавливают и обыскивают на немецко-голландской границе: подозрение на контрабанду плутония. Но пограничники ничего не могут найти. Что могут сделать чиновники в этом вымышленном сценарии? Простым решением было бы сделать рентгеновский снимок всей машины.
Но особо плотные материалы - например, свинцовая тара - рентгеновские лучи тоже не пропускают. Кроме того, изображения изначально не обеспечивают трехмерного изображения просматриваемых объектов. Это требует многократного облучения под разными углами. И, наконец, радиация опасна для здоровья присутствующих сотрудников.
Поэтому Константин Бороздин и его коллеги из Лос-Аламосской национальной лаборатории предлагают использовать для этих целей другой тип излучения. Излучение, которое постоянно проникает в нас и которое приходит к нам из бескрайнего космоса.
Потому что каждое мгновение Земля подвергается бомбардировке космическими частицами - в основном протонами - большинство из которых, вероятно, были выброшены в космос сверхновой. Они ударяются об атмосферу на высокой скорости, сталкиваются с молекулами и атомами в воздухе и в конечном итоге в основном поглощаются. Это создает другие экзотические частицы, которые иначе не встречаются на Земле: мюоны.
Мюон является своего рода тяжелым близнецом электрона. Она обладает теми же свойствами, что и эта элементарная частица, но более чем в 200 раз тяжелее и тоже распадается за очень короткое время. Вот почему только самые быстрые из этих атмосферных мюонов, то есть те, которые движутся почти со скоростью света, достигают земли. Эти частицы обычно настолько быстры, что могут проникнуть в землю на несколько километров. И именно это свойство делает их столь интересными для исследователей.
Кроме того, они и так вездесущи, так что не создают дополнительного радиационного облучения, и для их генерации не нужны большие устройства. Но действительно ли эти частицы подходят в качестве альтернативы рентгеновским лучам? Чтобы проверить это, Бороздин и его коллеги разместили четыре детектора, каждый с активной площадью 60 квадратных сантиметров, вокруг вольфрамового цилиндра в качестве тестового объекта.
Два верхних детектора должны регистрировать входящие мюоны, а два нижних - выходящие. Поскольку частицы электрически отрицательно заряжены, как и электроны, они отклоняются электрическим полем положительно заряженных атомных ядер. Это называется кулоновским рассеянием. Теоретически положение атомов в пройденном материале должно восстанавливаться по углу вылетающей частицы к исходной траектории - по крайней мере, если материал очень плотный.
И на самом деле, просто наблюдая за траекторией атмосферных, т. е. встречающихся в природе, мюонов, исследователи смогли нанести на карту форму и положение вольфрамового цилиндра - сразу же в 3D. Были видны даже стальные балки пластикового листа, на который опирался цилиндр.
В то же время изображение идеально соответствовало теоретическому изображению, сгенерированному компьютером. Моделирование более крупных и сложных объектов также показало, что с помощью космических частиц даже куб урана размером всего 10 кубических сантиметров можно надежно обнаружить в большом металлическом контейнере, полном овец, всего за одну минуту. время экспозиции.
С атмосферными мюонами грузовые контейнеры и даже частные автомобили теоретически могут быть проверены на наличие радиоактивной контрабанды быстро, легко и безопасно. И жильцам даже не пришлось бы выходить.