宇宙射线断层摄影术 凝望μ-介子 如何用μ-介子检测走私的铀与钚 Apr 7th 2012 | from the print edition 美国人或许已不再担心会遭到雨点般的核导弹轰炸,但原子弹可能会通过船运集装箱或卡车进入该国,这仍是让安全当局夜里无法安睡的想法之一。但现在,如果由墨尔本市的弗罗里达理工学院的迈克尔•斯泰伯(Michael Staib of the Florida Institute of Technology, in Melbourne)及其同事发展的一个想法成功的话,他们就能睡得安稳些了。 斯泰伯用自然生成的亚原子粒子——μ-介子——检测走私者可能隐藏原子弹或制造它所需要的核材料的地方。乍看上去这似乎就是扯淡。他们说的μ-介子稀稀拉拉地从大气中落下,每平方厘米每分钟大约只有1 个。但正如斯泰伯4月2日在亚特兰大(Atlanta)举行的一次美国物理学会(American Physical Society)会议上报告的那样,这对于实用的μ-介子扫描仪已经足够了。 μ-介子与电子类似,但比电子重,而且不稳定。它们是宇宙射线(来自宇宙空间的高速原子核)撞击大气层时生成的。它们或许能用来检测核材料,因为诸如铀与钚一类重原子核对它们的散射比轻些的原子核更厉害。这些所谓“轻些的原子核”甚至包括铅这样较重元素的原子核。精密的电子仪器可以发现其中的差别。企图走私铀或钚的人或许能用铅来阻挡盖革计数器对走私物的探测,但却奈何不得μ-介子。 最初的想法来自2003年新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratory in New Mexico),那里的研究人员设想用一种叫做漂移管的检测器检测货物里的μ-介子。2005年,一家名为决策科学(Decosion Science)的公司接手这方面的工作,并从那时起就一直在改良这一方法。该公司说他们今年夏天将在巴哈马群岛(Bahamas)的一个港口中安装一台集装箱大小的示范装置,但他们不肯透露任何技术细节。 然而漂移管很笨重。它们可能也无法检测比较小的走私物。斯泰伯等认为他们的方法更好。他们一直在使用另一种叫做气体电子倍增器(gas electron multiplier (GEM))的检测器。GEM的大小只是漂移管的十分之一,是有孔的金属箔组成的。这些金属箔嵌在填充了气体的薄金属板上。一个μ-介子进入倍增器后会从气体中击出电子,从而留下电子装置能够分辨的痕迹。 斯泰伯的原型机能够看到藏在30厘米见方的包裹内4厘米宽的铀。这对实际应用来说还是太小,但已是两年前最初的仪器检测能力的100倍。不仅如此,这台原型机除在上面和下面有检测器外,在侧面也有检测器。这就意味着,它可以在一个给定空间内准确地确定可疑物的位置。 下一步是制造一个1立方米大小的仪器。斯泰伯的老板马卡斯•霍尔曼(Marcus Hohlmann)预计该仪器可在三年内完成,成本约30万美元。进一步放大尺寸只不过是制造更大的检测器、改进计算机软件以处理更多的μ-介子罢了。洛斯阿拉莫斯团队最初的成本估计是:扫描所有进入美国的卡车需要每年10亿美元。这听起来很不少,但只不过是美国国防预算的0.14%而已。 |
yannanchen 发表于 2012-4-9 12:46
The original idea, dreamed up in 2003 at the Los Alamos National Laboratory in New Mexico, was to us ...
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