Hvordan kosmiske strålemuoner kunne afsløre skjult atomaffald

Muoner er ladede partikler ligesom elektroner, med samme ladning, men over 200 gange massen. De skabes kontinuerligt af kosmiske stråler, der rammer den øvre atmosfære og bruser jorden med en hastighed på omkring én pr. kvadratcentimeter pr. minut.

Det er let at forestille sig, at disse myoner er lidt mere end en kuriosum, men i de seneste årtier har fysikere brugt dem til en række interessante anvendelser.

På grund af deres enorme masse er myoner særligt gode til at trænge igennem tæt materiale, som sten. I 1960'erne satte den amerikanske nobelprisvindende fysiker, Luis Alvarez, myondetektorer op i et kammer under den anden pyramide af Chephron i Egypten for at måle den hastighed, hvormed de ankom fra forskellige retninger.

Hans idé var at bruge kosmiske strålemuoner til at røntgenstråle pyramiden og lede efter skjulte kamre i strukturen. I 1969 havde han ikke fundet noget bevis på skjulte kamre i de 20 % af pyramiden, som han havde været i stand til at undersøge.

Myoner afbøjes især af tunge grundstoffer som uran og plutonium, hvilket gør det muligt at spotte disse materialer ved at analysere myonbaner. Så forskellige forskere har undersøgt muligheden for at bruge muoner til at lede efter skjulte våbenkvalitetsplutonium og uran i skibscontainere.

Problemet med denne tilgang er, at den producerer et skyggegram, som et røntgenbillede. Og dette begrænser mængden af ​​information, der kan opnås om et tredimensionelt objekt.

I dag skitserer Guy Jonkmans og venner ved Atomic Energy of Canada Limited i Chalk River en måde at producere tredimensionelle billeder fra indfaldende muoner. De siger, at dette kunne producere detaljerede billeder af indholdet af atomaffaldslagre.

Deres idé er at måle muonernes bane, både når de kommer ind i depotet, og når de kommer ud. Det kræver myondetektorer både på toppen af ​​depotet og under det.

Det skulle afsløre enhver myon, der er afbøjet af en tung kerne, og gøre det muligt at identificere afbøjningspunktet i tre dimensioner.

Ved at opbygge et billede af positionen af ​​mange tunge kerner kan teamet skabe et tredimensionelt billede af enhver struktur lavet af tunge elementer inde i depotet.

Jonkman og co tester deres idé ved at simulere passagen af ​​muoner gennem en beholder med brugte nukleare brændselsbundter og siger, at det fungerer godt.

Dette kunne være en nyttig teknik. Et af de mange igangværende problemer, som atomindustrien står over for, er at karakterisere det affald, der er tilbage fra tidligere epoker.

Ingen ved, hvad der fylder mange af affaldsopbevaringstankene på steder som Hanford Site i staten Washington, fordi optegnelser gik tabt eller ikke blev opbevaret i første omgang. Og at bestemme indholdet af disse depoter ved hjælp af konventionelle metoder er simpelthen for farligt.

Næste skridt er selvfølgelig at sætte ideen ud i livet. Det vil kræve nogle detektorer, noget atomaffald og en betydelig mængde erfaring med at håndtere begge dele. En opgave, der ikke bliver hurtig, nem eller billig.

Ref: arxiv.org/abs/1210.1858 : Nuklear affaldsbilleddannelse og verifikation af brugt brændsel af Muon Tomography

skjule