En esta ilustración, una serie de cinco detectores de muones de pozo se despliegan en un pozo horizontal debajo de un depósito de dióxido de carbono. Crédito:Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico
Invisible a simple vista, los muones son partículas elementales creadas por las colisiones de rayos cósmicos con moléculas en la atmósfera superior. Estos muones están brillando constantemente sobre la superficie de la tierra en varios ángulos. Debido a que los muones atraviesan materiales, los científicos desde la década de 1960 se han dirigido a ellos para "ver" el interior de las estructuras, como las pirámides de Giza.
Ahora los muones una vez utilizado para explorar el interior de pirámides y volcanes por igual, están permitiendo a los investigadores ver las profundidades del subsuelo con un avance tecnológico de PNNL.
Al colocar equipos de detección (del tamaño de un automóvil pequeño) junto a una estructura, como una pirámide, los investigadores pueden medir anomalías en el flujo de muones que las atraviesan. Las anomalías, específicamente los cambios en la cantidad de muones que golpean los detectores cada segundo, muestran un cambio en la densidad dentro de la estructura u objeto. En el caso de una pirámide, las anomalías indicaron la presencia de criptas o cámaras ocultas.
Debido a su gran tamaño, Los detectores de muones actuales solo pueden obtener imágenes del subsuelo si se colocan en minas o túneles subterráneos. Para ser utilizado eficazmente para crear imágenes en 3D de columnas de dióxido de carbono subterráneas o depósitos de petróleo, y eventualmente poder monitorear los cambios con el tiempo, Los detectores de muones necesitan una forma de profundizar y "ver" más. Pero, ¿cómo obtenemos un detector del tamaño de un automóvil pequeño a miles de pies bajo tierra?
Los investigadores de PNNL y sus socios han creado un detector de muones del tamaño de un pozo, de sólo cinco pulgadas de diámetro y alrededor de dos pies de largo, que se puede insertar profundamente en la tierra. Este dispositivo, el primero en su tipo, financiado por la Oficina de Energía Fósil del DOE (enlace externo) como parte del Crosscut de Investigación de Ingeniería y Tecnología del Subsuelo (SubTER), es un avance revolucionario para la obtención de imágenes de densidad subterránea.
Prototipo del detector de muones del tamaño de un pozo. Crédito:Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico
Como ninguna sorpresa, La construcción de un detector de este tipo y los métodos informáticos para traducir las anomalías de los muones en imágenes de densidad requirieron la participación activa de los socios:
Los detectores grandes existentes albergan múltiples planos centelleadores, capas de un material que producen destellos de luz cuando son golpeados por un muón. El primer prototipo de detector de muones de pozo consta de 30 barras centelleantes horizontales largas en dos capas y 60 barras perpendiculares cortas en dos capas. fibras ópticas, sensores de luz, y electrónica para detectar cada muón que pasa a través del dispositivo. Se han realizado varias simulaciones por computadora de trayectorias de muones para seleccionar la geometría óptima de las diferentes capas. El detector cuenta los muones pero también determina sus trayectorias, lo que se requiere para construir una imagen de densidad 3D.
El prototipo completo se implementó en el Laboratorio Subterráneo Poco Profundo de PNNL para una prueba inicial exitosa en mayo de 2016. Luego se envió a LANL a principios de junio para ser probado en un túnel donde recopilará datos durante dos meses. El equipo de investigación comparará esos datos con los de dos detectores más grandes desarrollados por LANL y SNL desplegados en el mismo túnel.
Los diseños del segundo prototipo están muy avanzados. Sobre la base de las lecciones aprendidas en el primer prototipo, Investigadores del PNNL, en estrecha colaboración con la Universidad de Hawái, están diseñando un instrumento actualizado con mayor sensibilidad y controles de orientación en pozos verticales y horizontales.
