Учёные из Великобритании разработали новую технологию для обнаружения и мониторинга радиоактивных материалов с помощью космических мюонов. В экспериментальном порядке эта технология была использована в Селлафилде и в Фукусиме, и в настоящее время готова выйти на этап коммерциализации.
Мюоны – это элементарные частицы, по всем свойствам аналогичные электрону, с единственным отличием, что мюон в 207 раз тяжелее электрона по массе. Мюон является нестабильной частицей и распадается примерно за 2,2 миллионных долей секунды, что, однако, среди элементарных частиц считается достаточно долгим временем жизни – среди нестабильных частиц по степени устойчивости мюоны занимают второе место после нейтронов. Мюоны рождаются в верхних слоях земной атмосферы под действием космических лучей и, благодаря своей высокой скорости, достигают поверхности Земли ещё до того, как распасться, и могут быть зафиксированы с помощью детекторов.
Поток мюонов около земной поверхности составляет порядка 10 тысяч частиц в минуту. Благодаря своей большой скорости, мюоны обладают высокой проникающей способностью, при этом, по причине наличия у них электрического заряда, они взаимодействуют с частицами вещества и отклоняются при прохождении через твёрдые тела. В результате удаётся отследить их траекторию и определить структуру объектов, через которые прошли частицы. При этом такие ядерные материалы, как уран или плутоний, обладают значительно большей плотностью по сравнению с другими частицами и поэтому легко могут быть обнаружены с помощью мюонов.
Использование мюонов для контроля над радиоактивными материалами оказалось более эффективным, чем применение других методов неразрушающего контроля. Так, использование рентгеновского излучения в данном случае неприменимо, поскольку рентгеновские лучи будут «теряться» на фоне радиоактивного гамма-излучения. В принципе технически возможен радиационный контроль с помощью нейтрино (который и сейчас применяется на практике), но из-за высокой сложности обнаружения нейтрино этот способ может применяться только либо в лабораториях, либо в оборонных целях (например, для выявления несанкционированной ядерной активности тех или иных стран), но неэффективен с точки зрения коммерческого использования.
Учёные из Национальной ядерной лаборатории (NNL) университета Глазго совместно с компанией Lynkeos Technology Limited разработали систему мюонной томографии для коммерческого использования. Компания Lynkeos создана в 2016 году в рамках начатого в 2009 году проекта Sellafield Ltd Muon, предназначенного для проверки целесообразности использования мюонов для анализа содержимого контейнеров с РАО в ядерном центре в Селлафилде. Исследования показали эффективность этой технологии, и компания Lynkeos Technology Limited была создана специально с целью коммерциализации систем мюонного анализа.
В NNL отметили, что эта технология может найти широкое применение при выводе из эксплуатации ядерных объектов и в поиске новых методов обращения с РАО. Особенностью новой технологии является возможность создания 3D-изображений экранированных объектов в высоком разрешении без их вскрытия.
Разработчики также напомнили, что эффективность данной технологии некоторое время назад была продемонстрирована при исследованиях мест расположения расплава топлива в повреждённых реакторах АЭС «Фукусима-дайичи».
