Varje år, miljarder ton gods transporteras globalt med lastcontainrar. För närvarande, det finns farhågor om att denna enorma trafikvolym skulle kunna utnyttjas för att transportera olagligt kärnmaterial, med liten chans att upptäckas. Ett lovande tillvägagångssätt för att bekämpa denna fråga är att mäta hur varor interagerar med laddade partiklar som heter muoner - som bildas naturligt när kosmiska strålar interagerar med jordens atmosfär. Studier över hela världen har nu utforskat hur denna teknik, som heter "muon tomography, " kan uppnås genom en mängd olika detekteringstekniker och rekonstruktionsalgoritmer. I denna artikel av EPJ Plus , ett team som leds av Francesco Riggi vid University of Catania, Italien, bygga vidare på dessa resultat för att utveckla en fullskalig muon-tomografprototyp.

Tekniken är särskilt fördelaktig eftersom kosmiska muoner är tillgängliga över hela världen; visa kända egenskaper vid havsnivå; och kan penetrera långt djupare in i tunga material än röntgenstrålar. När de interagerar med tunga grundämnen som kärnmaterial, myoner är utspridda i karakteristiska vinklar. Därför, genom att jämföra banorna för myoner som kommer in i och ut ur ett material som inspekteras, forskare kan identifiera dessa element, även om de är gömda i stora containrar. Dock, eftersom kosmiska myoner är relativt sällsynta, denna teknik kräver långa skanningstider för att producera lämpliga nivåer av känslighet och bildupplösning – vilket begränsar dess användning vid storskalig övervakning. Många tidigare studier har nu tagit upp denna fråga med hjälp av avancerade muon -detekteringstekniker, tillsammans med bildrekonstruktionsalgoritmer.

I detta aktuella nummer, Riggi och kollegor använde de insikter som erhållits genom dessa studier för att bygga en fullskalig muon tomografprototyp, med ett avkänningsområde på 18 m ² — tillräckligt stor för att inspektera en standardgodscontainer. Deras studie involverade att placera ljusemitterande muondetektorer ovanför och under ett litet blyblock. En specialiserad algoritm använde sedan data de samlade in för att uppskatta det närmaste tillvägagångssättet mellan kärnor med höga atomnummer inom blocket, och myonerna som spreds av dem - vilket gör det möjligt för forskarna att bestämma blockets position i 3-D. Resultaten av studien banar väg för praktiska detektorer med låga avkänningstider och hög bildupplösning. Genom ytterligare förbättringar, prototypen kan snart leda till sofistikerade övervakningssystem, lämplig för användning i lasthanteringsanläggningar över hela världen.