Kosmische Strahlung wird den Schmuggel von Gefahrstoffen aufdecken

Ein italienisch-amerikanisches Team unter der Leitung von Francesco Giggi von der Universität Catania hat einen Myonen-Tomographen in Originalgröße entwickelt, der Schiffscontainer nach spaltbarem Material scannen kann. Die Forscher verwendeten zwei Schichten von Myonendetektoren und einen speziellen Algorithmus, um ein 3D-Bild eines kleinen, im Behälter versteckten Bleibehälters zu erstellen.

Viele Güter werden in Containern um die Welt transportiert. Da sie groß sind und viele von ihnen durch die Häfen laufen, ist es sehr einfach, einen kleinen Gegenstand darin zu verstecken. Sicherheitsexperten sind zunehmend besorgt über die Gefahr, dass spaltbares Material auf diese Weise geschmuggelt wird. Daher besteht ein Bedarf an Technologie, mit der Container schnell und zuverlässig gescannt werden können, ohne den Warenfluss zu unterbrechen.

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Eine der vielversprechendsten Möglichkeiten ist die Nutzung der natürlichen Myonen, die die Erdoberfläche erreichen. Diese entstehen, wenn hochenergetische kosmische Strahlung mit Molekülen in der oberen Atmosphäre kollidiert. Wenn Myonen auf dichte Materie wie Uran treffen, streuen sie daran und werden auf eine charakteristische Weise absorbiert, die von der Ordnungszahl des Elements abhängt, aus dem das Material besteht.

Myonen werden seit 90 Jahren erforscht, und die Wissenschaftler wissen viel über ihre Energien, ihren Fluss oder ihren Zerfall. Durch den Vergleich von Informationen über Myonen, die vor und nach dem Kontakt mit dem untersuchten Material gewonnen wurden, ist es möglich, dessen Zusammensetzung und Position zu bestimmen. Eine solche Technik wird in einer zunehmenden Anzahl von Anwendungen eingesetzt. Im Jahr 2017 wurde dank ihnen eine große Kammer in einer ägyptischen Pyramide gefunden. Der Einsatz von Myonen ist sehr verlockend, weil sie gleichmäßig die Oberfläche des Planeten erreichen. Außerdem durchdringen sie dichte Materialien besser als andere bildgebende Verfahren, einschließlich Röntgenstrahlen. Der Nachteil von Myonen ist, dass ihre Flussrate recht gering ist, so dass das Scannen mit modernen Technologien sehr lange dauert.

Riggi und sein Team kombinierten mehrere Techniken, um mit dem geringen Fluss von Myonen umzugehen, und erstellten einen Tomographen in Originalgröße. Ihr Gerät besteht aus mehreren Schichten von Szintillator-basierten Myon-Detektoren. Die Detektoren werden über und unter dem zu untersuchenden Objekt angebracht. Der Algorithmus erhält Informationen darüber, welche Eigenschaften die Myonen hatten, bevor sie auf den gescannten Behälter trafen und welche, nachdem sie ihn verlassen hatten. Auf dieser Basis berechnet es die Flugbahnen der Myonen und schätzt ab, wo sie den Atomen mit schweren Kernen am nächsten kamen. Aus diesen Informationen wird ein 3D-Bild des dichten Materials im gescannten Bereich erstellt. Der erwähnte Myonen-Tomograph erlaubt die Platzierung eines Objekts mit einer Fläche von 18 m2 und ist in der Lage, die Position eines in einem solchen Behälter befindlichen Objekts mit einer Seite von ca. 20 cm zu finden und zu bestimmen. Die Forscher versichern, dass der Scanner, sobald er seine Arbeitszeit reduziert hat, zu einem Standardgerät in Hafenterminals auf der ganzen Welt werden könnte.