211service.com
Hoe kosmische straalmuonen verborgen nucleair afval kunnen onthullen
Muonen zijn geladen deeltjes, vergelijkbaar met elektronen, met dezelfde lading maar meer dan 200 keer de massa. Ze worden continu gecreëerd door kosmische stralen die de bovenste atmosfeer raken en de grond besproeien met een snelheid van ongeveer één per vierkante centimeter per minuut.
Het is gemakkelijk voor te stellen dat deze muonen niet meer dan een curiosum zijn, maar de afgelopen decennia hebben natuurkundigen ze voor een aantal interessante toepassingen gebruikt.
Vanwege hun enorme massa zijn muonen bijzonder goed in het doordringen van dicht materiaal, zoals gesteente. In de jaren zestig plaatste de Amerikaanse Nobelprijswinnaar Luis Alvarez muondetectoren in een kamer onder de tweede piramide van Chephron in Egypte om de snelheid te meten waarmee ze vanuit verschillende richtingen aankwamen.
Zijn idee was om kosmische stralingsmuonen te gebruiken om de piramide te röntgenstralen, op zoek naar verborgen kamers in de structuur. In 1969 had hij geen bewijs gevonden van verborgen kamers in de 20% van de piramide die hij had kunnen onderzoeken.
Muonen worden in het bijzonder afgebogen door zware elementen zoals uranium en plutonium, waardoor het mogelijk is deze materialen te spotten door muontrajecten te analyseren. Verschillende wetenschappers hebben de mogelijkheid onderzocht om muonen te gebruiken om te zoeken naar plutonium en uranium van geheime wapenkwaliteit in zeecontainers.
Het probleem met deze benadering is dat het een schaduwgram produceert, zoals een röntgenfoto. En dit beperkt de hoeveelheid informatie die kan worden verkregen over een driedimensionaal object.
Vandaag schetsen Guy Jonkmans en vrienden van Atomic Energy of Canada Limited in Chalk River een manier om driedimensionale beelden te produceren van invallende muonen. Ze zeggen dat dit gedetailleerde beelden kan opleveren van de inhoud van opslagplaatsen voor nucleair afval.
Hun idee is om de baan van de muonen te meten, zowel wanneer ze de opslagplaats binnenkomen als wanneer ze eruit komen. Dat vereist muondetectoren zowel bovenop als eronder.
Dat zou elk muon moeten onthullen dat door een zware kern is afgebogen en het punt van afbuiging in drie dimensies kunnen identificeren.
Door een beeld op te bouwen van de positie van veel zware kernen, kan het team een driedimensionaal beeld creëren van elke structuur gemaakt van zware elementen in de opslagplaats.
Jonkman en co testen hun idee door de passage van muonen door een container met gebruikte splijtstofbundels te simuleren en zeggen dat het goed werkt.
Dit zou een handige techniek kunnen zijn. Een van de vele aanhoudende problemen waarmee de nucleaire industrie wordt geconfronteerd, is het karakteriseren van het afval dat overblijft uit eerdere tijdperken.
Niemand weet wat veel van de afvalopslagtanks vult op plaatsen zoals de Hanford-site in de staat Washington, omdat de gegevens verloren zijn gegaan of in de eerste plaats niet zijn bijgehouden. En het bepalen van de inhoud van deze repositories met conventionele methoden is gewoon te gevaarlijk.
De volgende stap is natuurlijk om het idee in de praktijk te brengen. Dat vereist enkele detectoren, wat nucleair afval en een aanzienlijke hoeveelheid ervaring in het omgaan met beide. Een taak die niet snel, gemakkelijk of goedkoop zal zijn.
Referentie: arxiv.org/abs/1210.1858 : Beeldvorming van nucleair afval en verificatie van verbruikte splijtstof door Muon Tomography