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你用光子给自己“美图” 科学家用缪子“透视”庞然大物(2)

  “探测缪子一般用粒子物理探测器,有很多种类。报道中提到的金字塔考古工作同时使用了核乳胶、塑料闪烁体、气体微结构等三种技术。”曹俊解释,此外还有阻性板探测器等常用技术。

  所用探测材质都会通过光、电等效应记录下粒子的印迹。例如,核乳胶是在乳胶中分布了溴化银等显影物质,带电粒子穿过核乳胶层时,使得显影物质发生电离等化学变化,通过显影定影后,可根据影像追踪粒子的径迹,再进行测量。这一“成像术”更像胶片相机,不能即时得到测量结果,难于实现自动化。

  塑料闪烁体则是一种吸收高能粒子或射线后能够发光的材料,通过光电信号转换后,可得到电信号,进而实现自动化计算,并有通过后续算法三维重建、可视化等潜力。

  走向实际应用,还需“命题作文”

  “缪子成像在技术原理上并没有太多需要研究的地方,更多地是如何让它在应用时更方便。”曹俊说。缪子性质、探测方法、成像方法等相关通用性原理已经相对较清楚,但针对某一特定问题如何更准确地探测,并建立行之有效的分析算法,才能够在工作中实践。

  由于缪子与高原子序数的核相互作用明显,很容易用于识别较重的燃料核素,因此,将缪子成像技术用在核反应堆的监测上或者核走私的探查上,都能够实现安全无损的检测。相关研究论文显示,如果缪子成像系统运用于工业集装箱检测,探测器的面积最好大于1平方米。在这样的要求下,阻性板探测器优势更加明显。

  “最近我们在大亚湾中微子实验室把一块块的探测器重新组合,从平面转为立体,每个面放了三层阻性板,每层里面其实还由四层组成。”曹俊解释,虽然这样做的目的是为了探测宇宙线缪子,但是在实际应用中也可以对集装箱或者山成像。

  每层阻性板之间将加上7600伏特的电压,缪子穿过物质时会使物质电离,但电离作用太小,人是感觉不到的。阻性板加上高压后,一有电离就会形成打火,产生可以记录下来的电信号。曹俊解释:“立方体构造的探测装置,可以测量各个方向来的缪子。多层设计是为了让缪子在穿透每层探测器时都留下一个点,大大提高测量精确度。”

  在针对实际问题的研究工作中,缪子成像方法和关键技术的条件与操作还需要进行具体问题具体分析式的“命题作文”。例如在回答能否利用缪子地质断层成像探明矿区详细的矿石储量与分布的问题时,在给出肯定回答的同时,还需要通过实验确定采用哪种探测器成本更低廉、哪种分析方法更高效等具体的细节问题。(记者 张佳星)

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