Создан портативный источник мюонного излучения, который позволяет видеть сквозь землю

Физики из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли разработали портативный источник мюонных пучков для томографии подземных объектов. Работа опубликована в журнале Physical Review Accelerators and Beams.

Мюоны - заряженные субатомные частицы, которые в природе образуются при столкновении космических лучей с атомами верхних слоев атмосферы. Они обладают теми же свойствами, что и электроны, но примерно в 200 раз тяжелее, что позволяет им проникать сквозь твердые структуры на большую глубину. Это свойство используется в мюонной томографии для создания трехмерных изображений внутренней структуры пирамид, вулканов и ядерных реакторов.

Но природные мюоны имеют непредсказуемые свойства и падают только вертикально. Для создания изображения требуется месяцы накопления данных. Причем принимающие датчики должны быть расположены ниже картируемых объектов. Существующие протонные ускорители могут производить мюоны, но это большие и дорогие установки и их использование в полевых условиях невозможно.

Команда разработала новый подход на основе лазерно-плазменного ускорения. В этом методе сверхинтенсивный лазерный импульс распространяется через газ низкой плотности, ионизируя его атомы и создавая плазму. Радиационное давление лазера вытесняет электроны, формируя электростатическую волну с ускоряющими полями, на порядки превосходящими возможности традиционных ускорителей.

В эксперименте исследователям впервые удалось получить электронный пучок с энергией 10 ГэВ в газовой мишени длиной всего 30 сантиметров. Этот пучок направлялся на плотную мишень из вольфрама, где при торможении электронов возникало излучение, которое взаимодействовало с материалом и порождало мюон-антимюонные пары.

Главным достижением физиков стала возможность отделить мюонный сигнал от фонового излучения. Ученые сфокусировали мюонный луч, который можно направить на объект. Сама установка имеет небольшой размер и ее можно использовать в поле. Существующий прототип дает мюонный луч, проникающий сквозь землю на десятки метров. Это первая установка мюонной томографии, которая потенциально может использоваться для картирования туннелей в Газе.