Муография позволяет заглянуть внутрь множества объектов
Пять лет назад японские ученые, работающие в Токийской энергетической компании, столкнулись с непростой задачей: необходимо было заглянуть внутрь одного из ядерных реакторов Фукусимы, разрушенного землетрясением и цунами в 2011 году. Место было очень радиоактивным и чрезвычайно опасным. В поисках способа тщательно осмотреть место раскопок исследователи обратились к методу, который сегодня приобрел популярность во многих научных областях: муографии.
Муография имеет много преимуществ перед традиционными методами сканирования. Она основывается на использовании мюонов, субатомных частиц, тяжелее электронов примерно в 200 раз, о смысле существовании во Вселенной которых ученые до сих пор не догадались. Мюоны способны проникать гораздо дальше, чем рентгеновские лучи, но при этом они наносят практически нулевой урон, а найти их можно в космосе. Эти характеристики открывают необычайные возможности муографии.
Мюоны образуются высоко в атмосфере, когда протоны врезаются в ядра кислорода, азота и других газов в воздухе. Затем они летят вниз через атмосферу со скоростью, близкой к скорости света, и ударяются о поверхность Земли со скоростью около 10 000 частиц на квадратный метр в минуту. В процессе прохождения через материю мюоны теряют энергию, замедляются и, наконец, распадаются на электроны и нейтрино. Такой процесс позволяет получать изображения, основанные на контрасте плотности в веществе, через которое прошли мюоны.
В муографии используются специальные детекторы, которые располагаются под исследуемым объектом так, чтобы можно было смотреть через объект на небо, то есть на источник мюонов. Детекторы отслеживают мюоны, проходящие через объект, чтобы сформировать изображение, которое затем сравнивается с мюонным изображением «свободного неба», то есть начальным количеством мюонов в пространстве. В результате становится видно, сколько именно частиц было заблокировано.
Ученые отмечают, что муография дает гораздо более лучшие результаты, чем другие методы, такие как, например, георадар для наблюдения под землей. Во-первых, муография может быть использована для того, чтобы видеть явно твердые объекты если не насквозь, то гораздо глубже — можно сканировать объекты через десятки метров твердой породы, в то время как георадар позволяет «смотреть» лишь в пределах нескольких метров. А поскольку муография по совместительству является пассивным методом, т. е. не требует какого-либо аналитического или особого измерительного оборудования, необходимого для генерации сигнала, подлежащего анализу (детекторы могут быть установлены и просто оставлены для сбора данных), то это значительно снижает затраты и упрощает логистику проектов.
