Физики из США разработали миниатюрный генератор мюонов для диагностики

Ученые из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (США) разработали компактный лазерно-плазменный ускоритель (LPA), который обеспечивает стабильное получение высокоэнергетических пучков мюонов. Разработанное устройство, имеющее размеры всего около 30 сантиметров, генерирует направленный поток мюонов, превосходящий по проникающей способности обычные рентгеновские лучи. Это открывает возможности для неинвазивной диагностики крупных объектов и зон, расположенных в труднодоступных местах.

Принцип действия устройства основан на следующем: мощные лазерные импульсы ускоряют электроны до значительных скоростей, что приводит к их взаимодействию с плотным материалом, таким как свинец. Это столкновение вызывает образование пар мюон-антимюон, которые движутся вдоль направления начального электронного пучка. Энергия каждого мюона достигает нескольких гигаэлектронвольт, что значительно выше, чем у большинства существующих мюонных источников.

Согласно результатам экспериментов, опубликованным в журнале Physical Review Accelerators and Beams, новый ускоритель демонстрирует производительность, которая во много раз выше, чем естественное излучение космических мюонов. Традиционные методы получения мюонов предполагают использование крупномасштабных установок, например, кольцевых синхротронов, требующих значительных площадей. В настоящее время компактный ускоритель открывает возможности для ускоренной диагностики и обследования крупных объектов, подземных пространств, мест захоронения радиоактивных отходов и других сценариев, где обычное рентгеновское сканирование оказывается неэффективным.

Мюонная томография обладает рядом преимуществ по сравнению с рентгеновской визуализацией, поскольку мюоны способны проникать сквозь значительные толщи бетонных конструкций, горных пород, свинца и стали, при этом практически не теряя своей энергии. Благодаря этим характеристикам, ранее удалось выявить скрытые камеры в пирамиде Хеопса, исследовать внутреннее строение вулканов и провести оценку состояния объектов хранения радиоактивных отходов.

По словам разработчиков, представленная установка демонстрирует потенциал и является основой для дальнейшей работы над улучшенными детекторами и методами реконструкции изображений, использующими рассеяние мюонов.