Gli esperti del NUST MISIS, insieme agli scienziati del Lebedev Physical Institute e dell'Istituto di ricerca scientifica di fisica nucleare, Università statale di Mosca, hanno preparato per l'applicazione pratica il metodo della radiografia a muoni, che consente di "vedere attraverso" oggetti di dimensioni di un chilometro. Il metodo si basa sulla registrazione dei muoni, particelle elementari prodotte dalla collisione dei raggi cosmici con l'atmosfera terrestre.
Entrando nello strato denso dell'atmosfera (a partire da 40 km e oltre), i protoni entrano in collisione con le molecole che compongono la nostra atmosfera. Quando si scontrano, nascono particelle diverse, alcune delle quali si trasformano rapidamente in muoni. Anche loro "muoiono", avendo il tempo, tuttavia, durante la loro vita di attraversare l'intera atmosfera terrestre (10mila muoni volano su ogni metro quadrato della superficie terrestre ogni minuto) e penetrare anche 8,5 chilometri sott'acqua o 2 chilometri nella terra. Più densa è la sostanza, più velocemente il flusso di muoni si indebolisce. Pertanto, se si mette un oggetto solido tra lo "spazio" e il rilevatore, la sagoma di questo oggetto apparirà alla fine sul rilevatore. Se ci sono cavità nell'oggetto, diventeranno anche visibili, poiché i muoni che le attraversano superano uno strato più piccolo di solido. Di solito sono sufficienti tre rilevatori situati su lati opposti dell'oggetto,per farne una mappa 3D.
I muoni vengono fissati utilizzando una serie di lastre fotografiche al bromuro d'argento. Alcuni di loro sono illuminati. Quindi si sviluppano le lastre e si confrontano con le zone esposte, costruendo la traiettoria di esposizione. Più piccoli sono i grani di bromuro e più accurato è l'algoritmo di corrispondenza, più corretta è l'immagine dell'oggetto.
Traccia di muoni su lastra fotografica / NUST; MISIS
Scienziati di NUST MISIS, LPI e SINP MSU, sotto la guida del principale esperto di NUST MISIS, dottore in scienze fisiche e matematiche, professoressa Natalia Polukhina, hanno sviluppato rilevatori di binari per la radiografia dei muoni, che consentono non solo di vedere i muoni che cadono su di essi, ma anche di determinare con alta direzione precisa del loro movimento. "Decifrando le letture dei rilevatori, è possibile comporre un'immagine tridimensionale di una varietà di oggetti, a partire dalla dimensione in metri dei vuoti nel suolo, la distribuzione della densità delle rocce e termina con una mappa delle grotte nella montagna", ha sottolineato Alevtina Chernikova, Rettore di NUST MISIS.
Microscopio a tunnel per l'analisi di tracce di muoni / NUST; MISIS
La nuova tecnologia ha anche altri usi
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"È possibile valutare in modo non invasivo lo stato di una bocca di un vulcano, di un reattore di una centrale nucleare o di un ghiacciaio in montagna", afferma la professoressa Natalya Polukhina. "È possibile trovare un nuovo impianto di stoccaggio sotterraneo naturale per il gas naturale, prendere un fuoco che inizia nei rifiuti di montagna dall'estrazione del carbone molto prima che si bruci dall'interno, prevedere un'eruzione vulcanica o prevenire le conseguenze catastrofiche delle doline nelle miniere o sulle strade cittadine. Le doline catastrofiche nella città di Berezniki, nel territorio di Perm, sono già diventate un enorme problema sociale. E dobbiamo ricordare che i residenti di molti grandi insediamenti soffrono di tali fallimenti tecnologici ".
Gli esperimenti russi, che hanno confermato le prestazioni del metodo del binario, si sono svolti nella miniera del Servizio geofisico dell'Accademia delle scienze russa a Obninsk: gli scienziati hanno potuto “vedere” con l'aiuto di rivelatori la struttura della struttura sotterranea in cui è stato condotto l'esperimento. Ora si sta preparando un complesso di tali rivelatori sulla base di un'emulsione fotografica prodotta presso l'azienda domestica "AVK Slavich", che può essere utilizzata, ad esempio, per la ricerca di idrocarburi.
Esperto principale di NUST MISIS, dottore in fisica e matematica, professoressa Natalya Polukhina / NUST MISIS
"I nostri rilevatori di binari in emulsione sono buoni perché sono facili da usare, non richiedono elettricità per funzionare, nel caso dell'esplorazione geologica possono fare con un numero molto minore di pozzi e allo stesso tempo sono in grado di distinguere oggetti di dimensioni variabili da un metro a chilometri con elevata precisione", ha spiegato il professor Polukhina.
Gli specialisti di NUST MISIS stanno lavorando a un software che migliorerà la qualità della decodifica dei binari, oltre a proteggere i sensori dai mezzi aggressivi nei pozzi.
