Использовать проникающие свойства мюонов для изучения крупных объектов начали в середине 1960-х. Тогда американский физик Луис Альварес искал неизвестные полости в пирамиде Хафры (не нашёл, и Нобелевскую премию получил совсем не за эту работу). С тех пор метод мюонной радиографии, хоть и применялся, но не слишком широко. Специалисты НИТУ «МИСиС» совместно с учёными ФИАН и НИИЯФ МГУ разработали новые трековые детекторы, расширяющие возможности технологии.
Инженерное решение, созданное коллективом под руководством профессора Натальи Полухиной, позволяет не только фиксировать попадание мюонов на детектор, но и определять с высокой точностью направление их движения. Расшифровывая показания детекторов, можно нарисовать трёхмерную картину самых разных объектов — начиная с метрового размера пустот в почве, распределения плотности пород до, например, составления карты пещер в горе.
Мюоны — элементарные частицы, которые рождаются из-за столкновения космических лучей с атмосферой Земли. Этих частиц довольно много — каждую минуту 10 тысяч мюонов падает на каждый квадратный метр земной поверхности. Если на пути частиц встречается любое препятствие (здание, гора или просто почва), то, проходя через него, поток мюонов ослабевает. Скорость уменьшения потока зависит как от толщины препятствия, так и от плотности составляющего его вещества.
«Научный коллектив проекта «Исследование наноструктурных деформаций от релятивистских элементарных частиц в твердотельных трековых детекторах» под руководством профессора Натальи Полухиной стал победителем конкурса НИТУ «МИСиС» на получение гранта для проведения научных исследований в рамках Программы повышения конкурентоспособности, — рапортует ректор НИТУ «МИСиС» Алевтина Черникова. — Разработанные группой учёных детекторы широкого применения, могут быть использованы в самых различных отраслях: горнорудной промышленности и атомной энергетике, в дорожном строительстве и для нужд МЧС».
У новой технологии есть и другие сферы применения.
«Можно неинвазивно оценить состояние жерла вулкана, реактора АЭС или ледника в горах, — рассказывает Наталья Полухина. — Можно отыскать новое естественное подземное хранилище для природного газа, поймать зарождающийся в горе отработанной при добыче угля породы пожар задолго до того, как она выгорела изнутри, предсказать извержение вулкана или предотвратить катастрофические последствия провалов грунта в местах выработанных рудников или на улицах городов. Катастрофические провалы грунта в городе Березники Пермского края уже стали огромной социальной проблемой. И надо помнить, что от таких техногенных провалов страдают жители многих крупных населённых пунктов».
Эксперименты, которые подтвердили работоспособность трекового метода, прошли в шахте Геофизической службы РАН в Обнинске: учёные смогли визуализировать структуру подземного строения, в котором проводился опыт.
«Наши эмульсионные трековые детекторы хороши тем, что просты в эксплуатации, не требуют электроэнергии для работы, в случае геологоразведки позволяют обойтись гораздо меньшим числом скважин, и при этом способны с высокой точностью различать объекты размером от метра до километров», — рассказала профессор Полухина.
Специалисты НИТУ «МИСиС» работают над программным обеспечением, которое улучшит качество расшифровки треков, а также над методами защиты датчиков от агрессивной среды в скважинах.
