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Come i muoni dei raggi cosmici potrebbero rivelare i rifiuti nucleari nascosti
I muoni sono particelle cariche un po' come gli elettroni, con la stessa carica ma oltre 200 volte la massa. Sono continuamente creati dai raggi cosmici che colpiscono l'atmosfera superiore e inondano il terreno al ritmo di circa uno per centimetro quadrato al minuto.
È facile immaginare che questi muoni siano poco più di una curiosità, ma negli ultimi decenni i fisici li hanno utilizzati per una serie di applicazioni interessanti.
A causa della loro enorme massa, i muoni sono particolarmente bravi a penetrare in materiale denso, come la roccia. Negli anni '60, il fisico americano vincitore del premio Nobel, Luis Alvarez, installò rivelatori di muoni in una camera sotto la seconda piramide di Chephron in Egitto per misurare la velocità con cui arrivavano da diverse direzioni.
La sua idea era di usare i muoni dei raggi cosmici per radiografare la piramide, alla ricerca di camere nascoste all'interno della struttura. Nel 1969, non aveva trovato prove di camere nascoste nel 20% della piramide che era stato in grado di esaminare.
I muoni sono particolarmente deviati da elementi pesanti come l'uranio e il plutonio, rendendo possibile l'individuazione di questi materiali analizzando le traiettorie dei muoni. Così vari scienziati hanno esaminato la possibilità di utilizzare i muoni per cercare plutonio e uranio per armi nascoste nei container.
Il problema con questo approccio è che produce un grammo ombra, come una radiografia. E questo limita la quantità di informazioni che si possono ottenere su un oggetto tridimensionale.
Oggi, Guy Jonkmans e compagni di Atomic Energy of Canada Limited a Chalk River, delineano un modo per produrre immagini tridimensionali da muoni incidenti. Dicono che questo potrebbe produrre immagini dettagliate del contenuto dei depositi di scorie nucleari.
La loro idea è misurare la traiettoria dei muoni, sia quando entrano nel deposito che quando escono. Ciò richiede rilevatori di muoni sia sopra che sotto il repository.
Ciò dovrebbe rivelare qualsiasi muone deviato da un nucleo pesante e consentire di identificare il punto di deviazione in tre dimensioni.
Creando un'immagine della posizione di molti nuclei pesanti, il team può creare un'immagine tridimensionale di qualsiasi struttura composta da elementi pesanti all'interno del deposito.
Jonkman e colleghi testano la loro idea simulando il passaggio di muoni attraverso un contenitore di fasci di combustibile nucleare usati e dicono che funziona bene.
Questa potrebbe essere una tecnica utile. Uno dei tanti problemi in corso che deve affrontare l'industria nucleare è quello di caratterizzare i rifiuti lasciati da epoche precedenti.
Nessuno sa cosa riempia molti dei serbatoi di stoccaggio dei rifiuti in luoghi come il sito di Hanford nello stato di Washington, perché i registri sono stati persi o non sono stati mantenuti in primo luogo. E determinare il contenuto di questi repository utilizzando metodi convenzionali è semplicemente troppo pericoloso.
Il passo successivo, ovviamente, è mettere in pratica l'idea. Ciò richiederà alcuni rilevatori, alcune scorie nucleari e una notevole quantità di esperienza nel trattare entrambi. Un compito che non sarà veloce, facile o economico.
Rif: arxiv.org/abs/1210.1858 : Imaging dei rifiuti nucleari e verifica del combustibile esaurito mediante tomografia a muoni