Elk jaar, miljarden tonnen goederen worden wereldwijd vervoerd met vrachtcontainers. Momenteel, er bestaat bezorgdheid dat deze enorme hoeveelheid handel zou kunnen worden misbruikt om illegaal nucleair materiaal te vervoeren, met weinig kans op ontdekking. Een veelbelovende benadering om dit probleem te bestrijden is om te meten hoe goederen interageren met geladen deeltjes die muonen worden genoemd - die zich van nature vormen als kosmische straling interageert met de atmosfeer van de aarde. Studies over de hele wereld hebben nu onderzocht hoe deze techniek, genaamd "muon tomografie, " kan worden bereikt door een verscheidenheid aan detectietechnologieën en reconstructie-algoritmen. In dit artikel van EPJ Plus , een team onder leiding van Francesco Riggi aan de Universiteit van Catania, Italië, voortbouwen op deze resultaten om een ​​prototype van een muontomograaf op ware grootte te ontwikkelen.

De technologie is bijzonder voordelig omdat kosmische muonen wereldwijd beschikbaar zijn; bekende eigenschappen op zeeniveau weergeven; en kan veel dieper doordringen in zware materialen dan röntgenstralen. Omdat ze interageren met zware elementen zoals nucleair materiaal, muonen zijn verspreid onder karakteristieke hoeken. Daarom, door het vergelijken van de banen van muonen die een materiaal binnenkomen en verlaten dat wordt geïnspecteerd, onderzoekers kunnen deze elementen identificeren, zelfs als ze zijn verborgen in grote containers. Echter, aangezien kosmische muonen relatief zeldzaam zijn, deze techniek vereist lange scantijden om geschikte niveaus van gevoeligheid en beeldresolutie te produceren, waardoor het gebruik ervan bij grootschalige monitoring wordt beperkt. Veel eerdere onderzoeken hebben dit probleem nu aangepakt met behulp van geavanceerde muondetectietechnieken, naast beeldreconstructie-algoritmen.

In dit actuele nummer Riggi en collega's gebruikten de inzichten die door deze studies werden verkregen om een ​​prototype van een muontomograaf op ware grootte te bouwen, met een detectieoppervlak van 18 m ² -groot genoeg om een ​​standaard vrachtcontainer te inspecteren. Hun onderzoek omvatte het plaatsen van lichtgevende muondetectoren boven en onder een klein loden blok. Een gespecialiseerd algoritme gebruikte vervolgens de gegevens die ze verzamelden om de dichtste nadering te schatten tussen kernen met hoge atoomnummers binnen het blok, en de muonen die door hen werden verspreid, waardoor de onderzoekers de positie van het blok in 3D konden bepalen. De uitkomsten van het onderzoek effenen de weg voor praktische detectoren met lage detectietijden en hoge beeldresoluties. Door verdere verbeteringen, het prototype kan binnenkort leiden tot geavanceerde monitoringsystemen, geschikt voor gebruik in vrachtafhandelingsfaciliteiten wereldwijd.