เครื่องตรวจจับต้นแบบใช้คอสมิกมิวออนเพื่อสแกนตู้คอนเทนเนอร์

เครื่องตรวจจับต้นแบบใช้คอสมิกมิวออนเพื่อสแกนตู้คอนเทนเนอร์

นักวิจัยในอิตาลีและสหรัฐอเมริกาสร้างมิวออนโทโมกราฟต้นแบบขนาดเต็มที่สามารถมองเข้าไปในตู้สินค้าได้ ทีมงานที่นำ ได้รวมชั้นของเครื่องตรวจจับมิวออนเข้ากับอัลกอริธึมการสร้างใหม่แบบพิเศษเพื่อส่งภาพ 3 มิติที่มีความละเอียดสูงของบล็อกตะกั่วขนาดเล็กภายในพื้นที่ตรวจจับขนาดใหญ่ เทคโนโลยีนี้ช่วยให้เจ้าหน้าที่ขนส่งสินค้าสามารถหยุดการขนส่งวัสดุนิวเคลียร์ที่เป็นอันตรายได้ง่ายขึ้นมาก

จากการ

ขนส่งอย่างผิดกฎหมาย ตู้สินค้าถูกใช้อย่างแพร่หลายในการขนส่งสินค้าจำนวนมาก และเนื่องจากโครงสร้างเหล็กที่แข็งแรงและขนาดที่ใหญ่ วัตถุขนาดเล็กจึงสามารถซ่อนไว้ข้างในได้อย่างง่ายดาย เป็นผลให้มีความกังวลมากขึ้นว่าคอนเทนเนอร์อาจถูกใช้เพื่อขนส่งวัสดุนิวเคลียร์ที่ผิดกฎหมาย 

รวมทั้งพลูโทเนียมและยูเรเนียมดังนั้นจึงมีความจำเป็นสำหรับวิธีการคัดกรองตู้คอนเทนเนอร์อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่รบกวนการค้าโลก หนึ่งในเทคนิคที่มีแนวโน้มมากที่สุดในการทำเช่นนั้นคือ ซึ่งใช้การอาบน้ำตามธรรมชาติของ muons ที่สร้างขึ้นเมื่อรังสีคอสมิกพลังงานสูงชนกับโมเลกุลในบรรยากาศ

ชั้นบน เมื่อมิวออนทำปฏิกิริยากับวัสดุที่มีความหนาแน่นสูง เช่น ยูเรเนียม พวกมันจะถูกกระจายและถูกดูดซับในลักษณะที่เป็นลักษณะเฉพาะ ขึ้นอยู่กับเลขอะตอมของวัสดุ ปิรามิดอียิปต์ฝน Muon กระทบทุกส่วนของโลกและได้รับการศึกษาโดยนักฟิสิกส์มาเกือบ 90 ปีแล้ว เป็นผลให้นักวิทยาศาสตร์

มีความเข้าใจเป็นอย่างดีเกี่ยวกับพลังงาน ฟลักซ์ และการกระจายเชิงมุมของมิวออนที่ระดับความสูงปานกลาง การเปรียบเทียบค่าเหล่านี้ก่อนและหลังมิวออนผ่านปริมาตรที่ซ่อนอยู่ นักวิจัยสามารถกำหนดทั้งองค์ประกอบและตำแหน่งของวัสดุที่ซ่อนอยู่ เทคนิคนี้กำลังถูกใช้ในพื้นที่วิจัยจำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ 

และยังนำไปสู่การค้นพบห้องขนาดใหญ่ภายในพีระมิดอียิปต์โบราณในปี 2560 การตรวจเอกซเรย์ เป็นที่ต้องการอย่างยิ่งเนื่องจากมิวออนของจักรวาลมีอยู่ทั่วพื้นผิวโลกอย่างสม่ำเสมอ ยิ่งไปกว่านั้น มิวออนยังสามารถแทรกซึมเข้าไปในวัสดุที่มีความหนาแน่นได้ลึกกว่าวิธีการสร้างภาพแบบเดิม 

ซึ่งรวมถึง

ตอนนี้  และเพื่อนร่วมงานได้ผสมผสานเทคนิคหลายอย่างที่พัฒนาขึ้นก่อนหน้านี้เพื่อเอาชนะปัญหาฟลักซ์เพื่อสร้างภาพเอกซเรย์ เต็มรูปแบบ การตั้งค่าของพวกเขาประกอบด้วยเครื่องตรวจจับมิวออนแบบเรืองแสงวาบหลายชั้นซึ่งวางตำแหน่งด้านบนและด้านล่างของพื้นที่ตรวจจับ เครื่องตรวจจับเหล่านี้

ติดตามการเปลี่ยนแปลงในเส้นทางของมิวออนเมื่อพวกมันกระจัดกระจายไปตามวัสดุที่หนาแน่น จากนั้น อัลกอริธึมจะวิเคราะห์วิถีโคจรของมิวออนเพื่อประเมินจุดที่เข้าใกล้ที่สุดระหว่างมิวออนและนิวเคลียสของอะตอมหนัก จากข้อมูลนี้ ทีมงานสามารถสร้างภาพ 3 มิติความละเอียดสูงของวัสดุหนาแน่นภายในพื้นที่

ตรวจจับได้ เทคนิคนี้ช่วยให้ทีมสามารถระบุตำแหน่ง 3 มิติของบล็อกนำขนาดเล็กประมาณ 20 ซม. ได้อย่างแม่นยำภายในพื้นที่หน้าตัดการตรวจจับที่ 18 ม. 2ซึ่งใหญ่พอที่จะรองรับตู้สินค้ามาตรฐาน ทีมงานกล่าวว่าการสาธิตที่ประสบความสำเร็จของพวกเขาเป็นการปูทางสำหรับอุปกรณ์ที่สามารถตรวจจับวัสดุ

นิวเคลียร์ที่ซ่อนอยู่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ด้วยการปรับปรุงเพิ่มเติมเพื่อลดเวลาในการสแกน วันหนึ่งอุปกรณ์ตรวจสอบอาจกลายเป็นส่วนสำคัญของสิ่งอำนวยความสะดวกในการขนถ่ายสินค้าทั่วโลก

รังสีเอกซ์ด้วย อย่างไรก็ตาม ข้อเสีย เนื่องจากมูออนฟลักซ์ค่อนข้างต่ำ เทคโนโลยีเครื่องตรวจจับปัจจุบัน

โลหะทั่วไปและของเหลว Fermi ไม่มีช่องว่างดังกล่าว ช่องว่างพลังงานแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนเมื่อมีการพล็อตความหนาแน่นของอนุภาคเดี่ยวของสถานะ นั่นคือเมื่อจำนวนของสถานะอิเล็กทรอนิกส์ที่มีพลังงานที่กำหนดถูกพล็อตเป็นฟังก์ชันของพลังงาน ช่องว่างพลังงานยังรับผิดชอบต่อสารกึ่งตัวนำ 

แต่กลไก

ที่นำไปสู่การก่อตัวของช่องว่างนั้นแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ส่วนของแผนภาพเฟสระหว่างบริเวณที่มีสารเจือน้อยกว่าและบริเวณเฟอร์มี-ของเหลว และเหนือบริเวณที่มีอุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของตัวนำยิ่งยวดสูงสุด เรียกว่าบริเวณที่ไม่ใช่เฟอร์มี-ของเหลว. คุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์

ในภูมิภาคนี้ไม่มีข้อยกเว้น และในความเป็นจริงแล้วภายใต้ความไม่แน่นอนของการทดลอง มีความคล้ายคลึงกับพฤติกรรมของของเหลว Fermi อย่างไรก็ตาม ภูมิภาคนี้มีลักษณะเฉพาะโดยกฎพลังงานที่เรียบง่ายแต่ไม่ธรรมดาในคุณสมบัติการขนส่งทั้งหมดโดยเป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิ

คุณสมบัติการขนส่งเหล่านี้รวมถึงสภาพต้านทาน, การนำแสง, ความเข้มการกระเจิงของรามานแบบอิเล็กทรอนิกส์, การนำความร้อน, อัตราการคลายตัวของนิวเคลียร์ต่างๆ, การนำไฟฟ้าในห้องโถงและความต้านทานสนามแม่เหล็ก คุณสมบัติการขนส่งที่ผิดปกติเหล่านี้เป็นสาเหตุว่าทำไมส่วนนี้

ของไดอะแกรมเฟสจึงเรียกว่าบริเวณที่ไม่ใช่เฟอร์มี-ของเหลว คุณสมบัติการขนส่งที่โดดเด่นของภูมิภาคที่ไม่ใช่ของเหลวในเฟอร์มีทำให้ฟิล แอนเดอร์สันแห่งมหาวิทยาลัยพรินซ์ตันเสนอแนะในช่วงปลายทศวรรษ 1980 ว่าฟิสิกส์ใหม่อย่างสิ้นเชิงนั้นจำเป็นและยังคงจำเป็นต่อการทำความเข้าใจคัพเรต 

พวกเราคนหนึ่งและผู้ทำงานร่วมกันแนะนำว่าบริเวณที่ไม่ใช่แฟร์มี-ของเหลวของเฟสไดอะแกรมนั้นอธิบายได้ดีโดยสิ่งที่เรียกว่าสมมติฐานส่วนเพิ่ม-เฟอร์มี-ของเหลว ที่นี่ ความกว้างของเส้นตรงของการกระตุ้นอนุภาคเดี่ยวเป็นสัดส่วนกับพลังงาน ซึ่งหมายความว่าอนุภาคควอซิพลาร์ไม่ชัดเจน

และไม่มีขอบเขตที่ชัดเจนระหว่างอนุภาคและรูที่อุณหภูมิศูนย์ ประเด็นนี้เสริมด้วยการวัดโฟโตอิมิชันสเปกโทรสโกปีแบบแก้ไขมุม ซึ่งไม่พบหลักฐานของอนุภาคควอซิพีลาร์ ในทางกลับกัน อนุพันธ์อันดับหนึ่งของความหนาแน่นที่ถูกยึดครองของรัฐที่เกี่ยวข้องกับโมเมนตัมนั้นไม่ต่อเนื่อง 

credit : เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์