211service.com
Hur kosmiska strålmuoner kunde avslöja dolt kärnavfall
Myoner är laddade partiklar snarare som elektroner, med samma laddning men över 200 gånger massan. De skapas kontinuerligt av kosmiska strålar som träffar den övre atmosfären och duschar marken med en hastighet av ungefär en per kvadratcentimeter per minut.
Det är lätt att föreställa sig att dessa myoner är lite mer än en kuriosa men under de senaste decennierna har fysiker använt dem för ett antal intressanta tillämpningar.
På grund av sin enorma massa är myoner särskilt bra på att penetrera tätt material, som sten. På 1960-talet satte den amerikanske Nobelprisvinnande fysikern Luis Alvarez upp myondetektorer i en kammare under den andra pyramiden av Chephron i Egypten för att mäta hastigheten med vilken de anlände från olika håll.
Hans idé var att använda kosmiska strålmyoner för att röntga pyramiden, leta efter dolda kammare i strukturen. År 1969 hade han inte hittat några bevis på dolda kammare i de 20 % av pyramiden som han hade kunnat undersöka.
Myoner avleds särskilt av tunga grundämnen som uran och plutonium vilket gör det möjligt att upptäcka dessa material genom att analysera myonbanor. Så olika forskare har undersökt möjligheten att använda myoner för att leta efter dolda vapenklassade plutonium och uran i fraktcontainrar.
Problemet med detta tillvägagångssätt är att det producerar ett skugggram, som en röntgen. Och detta begränsar mängden information som kan erhållas om ett tredimensionellt objekt.
Idag beskriver Guy Jonkmans och kompisar på Atomic Energy of Canada Limited i Chalk River ett sätt att producera tredimensionella bilder från infallande myoner. De säger att detta kan ge detaljerade bilder av innehållet i kärnavfallsförvar.
Deras idé är att mäta myonernas bana, både när de kommer in i förvaret och när de kommer ut. Det kräver myondetektorer både ovanpå och under förvaret.
Det borde avslöja alla myoner som avböjs av en tung kärna och göra det möjligt att identifiera avböjningspunkten i tre dimensioner.
Genom att bygga upp en bild av positionen för många tunga kärnor kan teamet skapa en tredimensionell bild av vilken struktur som helst gjord av tunga element inuti förvaret.
Jonkman och co testar sin idé genom att simulera passage av muoner genom en behållare med använt kärnbränsleknippen och säger att det fungerar bra.
Detta kan vara en användbar teknik. Ett av de många pågående problemen som kärnkraftsindustrin står inför är att karakterisera det avfall som blivit över från tidigare epoker.
Ingen vet vad som fyller många av avfallslagringstanken på platser som Hanford Site i delstaten Washington, eftersom register försvann eller inte fördes i första hand. Och att bestämma innehållet i dessa förvar med konventionella metoder är helt enkelt för farligt.
Nästa steg är förstås att omsätta idén i praktiken. Det kommer att kräva några detektorer, lite kärnavfall och en betydande mängd erfarenhet av att hantera båda. En uppgift som inte kommer att vara snabb, enkel eller billig.
Ref: arxiv.org/abs/1210.1858 : Kärnavfallsavbildning och verifiering av använt bränsle av Muon Tomography