Muon -detektor vigtig for billeddannelse og overvågning af kuldioxidlagringssteder

Usynlig for det blotte øje, muoner er elementarpartikler skabt af kollisioner mellem kosmiske stråler og molekyler i den øvre atmosfære. Disse muoner stråler konstant ned på jordoverfladen i forskellige vinkler. Fordi muoner passerer gennem materialer, forskere siden 1960'erne har henvendt sig til dem for at "se" indersiden af ​​strukturer, såsom pyramiderne i Giza.

Nu er muonerne, engang brugt til at udforske indersiden af ​​pyramider og vulkaner ens, gør det muligt for forskere at se dybt under jorden med et teknologisk gennembrud fra PNNL.

Ved at placere detektionsudstyr - omtrent på størrelse med en lille bil - ved siden af ​​en struktur, såsom en pyramide, forskere kan måle anomalier i strømmen af ​​muoner, der passerer igennem. Anomalierne - specifikt ændringer i antallet af muoner, der rammer detektorerne hvert sekund - viser en ændring i tætheden i strukturen eller objektet. I tilfælde af en pyramide, anomalier angav tilstedeværelsen af ​​krypter eller skjulte kamre.

På grund af deres store størrelse, nuværende muondetektorer kan kun forestille sig undergrunden, hvis de placeres i underjordiske miner eller tunneler. For effektivt at blive brugt til at oprette 3D -billeder af underjordiske kuldioxidplumer eller oliereservoirer, og i sidste ende være i stand til at overvåge ændringer med tiden, muon -detektorer har brug for en vej til at gå dybere og "se" mere. Men hvordan får vi en detektor på størrelse med en lille bil tusinder af fødder under jorden?

Forskere på PNNL og deres partnere har skabt en muon-detektor i borehulsstørrelse-kun fem centimeter i diameter og cirka to fod lang-der kan indsættes dybt i jorden. Denne første enhed af sin art-finansieret af DOE Office of Fossil Energy (Offsite link) som en del af Subscut Technology and Engineering Research (SubTER) Crosscut-er et banebrydende fremskridt for billeddannelse under jorden.

Som ingen overraskelse, at bygge en sådan detektor og computermetoderne til at oversætte muon -anomalier til tæthedsbilleder krævede nogle aktive deltagelser fra partnere:

• University of Hawaii:Tilpasset elektronik
• University of Utah:Simulering til forskellige designs
• Los Alamos National Laboratory (LANL):Sammenligning (benchmark) med store detektorer, og computermetoder til kobling af muon- og tyngdekraftdata
• Sandia National Laboratories (SNL):Sammenligning med store detektorer
• Lawrence Livermore National Laboratory:Computermetoder til parring af muon og seismiske data
• Paulsson Inc .:Instrumentemballage til brug nede i hullet Prototype af muon-detektoren i borehulstørrelse

Eksisterende store detektorer huser flere scintillatorplaner - lag af et materiale, der frembringer lysglimt, når de rammes af en muon. Den første prototype borehuls muondetektor består af 30 vandrette lange scintillationsstænger i to lag og 60 korte vinkelrette stænger i to lag, optiske fibre, lyssensorer, og elektronik til at detektere hver muon, der passerer gennem enheden. Flere computersimuleringer af muons baner er blevet udført for at vælge den optimale geometri af de forskellige lag. Detektoren tæller muonerne, men bestemmer også deres baner, som er nødvendige for at opbygge et 3D -tæthedsbillede.

Den færdige prototype blev indsat i PNNL's Shallow Underground Laboratory til en første vellykket test i maj 2016. Den blev derefter sendt til LANL i begyndelsen af ​​juni for at blive testet i en tunnel, hvor den vil indsamle data i to måneder. Forskergruppen vil sammenligne disse data med data fra to større detektorer udviklet af LANL og SNL indsat i den samme tunnel.

Design til den anden prototype er godt i gang. Baseret på erfaringerne fra den første prototype, PNNL -forskere, i tæt samarbejde med University of Hawaii, er ved at designe et opdateret instrument med større følsomhed og kontroller til orientering i lodrette og vandrette boringer.