Первый в мире эксперимент по высокоразрешающей мюонной визуализации на основе лазерно-плазменного ускорителя будет запущен в Румынии

Компания Ideon Technologies, специализирующаяся на технологиях подземной мюонной томографии, участвует в международном исследовательском консорциуме, планирующем проведение первого в мире эксперимента по высокоразрешающей мюонной визуализации, полностью основанной на лазерно-плазменном ускорителе. Эксперимент направлен на генерацию мюонных пучков по требованию с помощью компактных ускорителей для неразрушающей визуализации высокого разрешения. Технология ориентирована на такие области применения, как добыча полезных ископаемых, критически важная инфраструктура, досмотр грузов, медицинская визуализация, полупроводники, ядерная безопасность и испытания на космическое излучение.

В состав консорциума входят Техасский университет в Остине, команда объекта «Экстремальная световая инфраструктура — ядерная физика» (ELI-NP), Университет Генриха Гейне в Дюссельдорфе, Центр Гельмгольца Дрезден-Россендорф, ELI-Beamlines и Tau Systems. Эксперименты начнутся в августе и продлятся пять недель на объекте ELI-NP в Мэгуреле, недалеко от Бухареста, Румыния.

Согласно плану, мощные лазеры будут генерировать электронные пучки с энергией в несколько ГэВ, которые затем преобразуются в направленные мюонные пучки с помощью высокоплотных конверсионных материалов, что позволит проводить неразрушающую визуализацию промышленных объектов. Ideon развернёт несколько компактных мюонных детекторов для приёма, отслеживания и измерения интенсивных мюонных пучков, одновременно выполняя визуализацию целевых материалов.

Используемая в эксперименте технология лазерно-плазменного ускорения заключается в подаче высокоинтенсивных сверхкоротких лазерных импульсов в газовую ячейку, что приводит к ионизации газа с образованием плазмы и созданию сильного электрического поля — «кильватерного следа», ускоряющего электроны до энергий 8–15 ГэВ. Согласно имеющимся данным, для достижения таких энергий ранее требовались ускорители частиц протяжённостью в сотни метров или даже километры. Результаты моделирования показывают, что каждый импульс может генерировать порядка десятков тысяч мюонов.

В настоящее время Ideon в основном использует космические мюоны в качестве пассивного источника мюонов. Из-за ограниченной скорости поступления естественного мюонного потока эксперименты по визуализации могут занимать от нескольких часов до нескольких недель или даже месяцев, в зависимости от требуемой глубины визуализации и пространственного разрешения. Для сравнения, компактный направленный лазерно-управляемый мюонный источник может обеспечивать один импульс в минуту, что потенциально позволяет достичь сопоставимой или более высокой производительности визуализации за более короткое время, а также обеспечивает направленность и контролируемые параметры пучка.

Соучредитель и технический директор Ideon Technologies Дуглас Схаутен отметил, что компания ранее полагалась на естественные мюонные потоки для визуализации, и данное сотрудничество может изменить эту модель. Впервые компактные ускорители смогут генерировать мюонные пучки для высокоразрешающей визуализации по требованию, а их скорость и портативность могут повысить эффективность подземной визуализации на несколько порядков.

Помимо проекта ELI-NP, Ideon также продвигает другой проект активного мюонного источника. Компания получила финансирование в рамках программы ROCKS («Надёжная характеристика рудных тел с использованием кистоунских сенсорных технологий») Агентства передовых исследовательских проектов в области энергетики (ARPA-E) Министерства энергетики США; проект возглавляет Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли. В рамках этого проекта Центр BELLA Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли разработает многоступенчатый лазерно-плазменный ускоритель с целью генерации электронов и мюонов с энергией 20–25 ГэВ; Ideon предоставит детекторные технологии, а также подземную интеллектуальную платформу для слияния данных и трёхмерной томографии по плотности.

Эти проекты будут способствовать разработке и коммерциализации компактных развёртываемых активных мюонных источников с акцентом на освоение критически важных минеральных ресурсов, горнодобывающие операции, а также другие задачи визуализации крупных промышленных и грунтовых структур.