Máy dò Muon quan trọng để chụp ảnh và giám sát các trang web lưu trữ carbon dioxide

Anonim

Vô hình với mắt thường, muon là các hạt cơ bản được tạo ra bởi sự va chạm của tia vũ trụ với các phân tử trong bầu khí quyển trên. Những muon này liên tục rạng rỡ trên bề mặt trái đất ở các góc độ khác nhau. Bởi vì muon đi qua vật liệu, các nhà khoa học từ những năm 1960 đã quay sang họ để "nhìn thấy" bên trong của cấu trúc, chẳng hạn như kim tự tháp Giza.

Bây giờ muon, một khi được sử dụng để khám phá bên trong của kim tự tháp và núi lửa như nhau, là cho phép các nhà nghiên cứu nhìn sâu dưới lòng đất với một bước đột phá công nghệ từ PNNL.

Bằng cách đặt thiết bị phát hiện — về kích thước của một chiếc xe nhỏ — bên cạnh một cấu trúc, chẳng hạn như kim tự tháp, các nhà nghiên cứu có thể đo được các dị thường trong luồng muon đi qua. Các dị thường - đặc biệt thay đổi số lượng muon chạm vào máy dò mỗi giây — cho thấy sự thay đổi mật độ trong cấu trúc hoặc vật thể. Trong trường hợp của một kim tự tháp, bất thường chỉ ra sự hiện diện của crypts hoặc buồng ẩn.

Do kích thước lớn của chúng, các thiết bị dò muon hiện tại chỉ có thể hình thành mặt dưới nếu chúng được đặt trong các mỏ hoặc đường hầm dưới lòng đất. Để được sử dụng hiệu quả để tạo ra hình ảnh 3D của các luồng khí carbon dioxide dưới lòng đất hoặc các hồ chứa dầu, và cuối cùng có thể theo dõi các thay đổi theo thời gian, các thiết bị dò muon cần một cách để đi sâu hơn và "xem" nhiều hơn. Nhưng làm thế nào để chúng tôi có được một máy dò kích thước của một chiếc xe nhỏ hàng ngàn feet dưới lòng đất?

Các nhà nghiên cứu tại PNNL và các đối tác của họ đã tạo ra một máy dò muon có kích thước lỗ khoan - chỉ có đường kính năm inch và dài khoảng hai feet - có thể được chèn sâu vào trái đất. Thiết bị đầu tiên này - được tài trợ bởi Văn phòng Năng lượng hóa thạch của DOE (Liên kết ngoại vi) như một phần của Công nghệ Suburface Crosschange — là một bước tiến đột phá cho hình ảnh mật độ ngầm.

Không có gì ngạc nhiên khi xây dựng một máy dò và phương pháp máy tính để dịch các dị thường muon thành hình ảnh mật độ yêu cầu một số sự tham gia tích cực từ các đối tác:

  • Đại học Hawaii: Điện tử tùy chỉnh
  • Đại học Utah: Mô phỏng cho các thiết kế khác nhau
  • Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos (LANL): So sánh (điểm chuẩn) với các máy dò lớn và các phương pháp máy tính để ghép nối dữ liệu muon và trọng lực
  • Phòng thí nghiệm quốc gia Sandia (SNL): So sánh với máy dò lớn
  • Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore: Phương pháp máy tính để ghép nối muon và dữ liệu địa chấn
  • Paulsson Inc.: Dụng cụ đóng gói để sử dụng downhole Nguyên mẫu của máy dò muon có kích thước lỗ khoan

Các máy dò lớn hiện tại chứa nhiều mặt phẳng máy quét - các lớp vật liệu tạo ra các tia sáng khi bị muon tấn công. Đầu dò muon lỗ khoan nguyên mẫu đầu tiên gồm 30 thanh scintillating ngang dài trong hai lớp và 60 thanh vuông góc ngắn trong hai lớp, sợi quang, cảm biến ánh sáng và thiết bị điện tử để phát hiện từng muon đi qua thiết bị. Một số mô phỏng máy tính của quỹ đạo muon đã được thực hiện để chọn hình học tối ưu của các lớp khác nhau. Máy dò đếm muon nhưng cũng xác định quỹ đạo của chúng được yêu cầu để xây dựng một hình ảnh mật độ 3D.

Nguyên mẫu đã hoàn thành được triển khai tại Phòng thí nghiệm ngầm của PNNL cho thử nghiệm thành công ban đầu vào tháng 5 năm 2016. Sau đó nó được gửi đến LANL vào đầu tháng 6 để được thử nghiệm trong một đường hầm nơi sẽ thu thập dữ liệu trong hai tháng. Nhóm nghiên cứu sẽ so sánh những dữ liệu đó với hai máy dò lớn hơn được phát triển bởi LANL và SNL được triển khai trong cùng một đường hầm.

Thiết kế cho nguyên mẫu thứ hai đang được tiến hành. Dựa trên các bài học kinh nghiệm về nguyên mẫu đầu tiên, các nhà nghiên cứu PNNL, phối hợp chặt chẽ với Đại học Hawaii, đang thiết kế một công cụ cập nhật với độ nhạy và kiểm soát định hướng trong các lỗ khoan dọc và ngang.

menu
menu