Американские физики построили компактный генератор мюонов для диагностики

Физики Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (США) представили компактный лазерно-плазменный ускоритель (Laser Plasma Accelerator, LPA), способный стабильно вырабатывать высокоэнергетические пучки мюонов. Аппарат длиной всего около 30 сантиметров производит направленный поток мюонов, обладающих большей проникающей способностью, чем стандартные рентгеновские лучи, что позволяет применять их для неинвазивной диагностики крупных объектов и труднодоступных областей.

Основной принцип работы устройства заключается в следующем: интенсивные лазерные импульсы разгоняют электроны до высоких скоростей, заставляя их сталкиваться с материалом высокой плотности, например свинцом. В результате столкновения образуются пары мюон-антимюон, движущиеся в направлении начального электронного пучка. Энергия каждого мюона достигает нескольких гигаэлектронвольт, что превышает энергию большинства искусственных мюонных источников.

Экспериментальные данные, представленные в статье журнала Physical Review Accelerators and Beams, показывают, что производительность нового ускорителя превосходит естественное излучение космических мюонов в сотни раз. Стандартные способы получения мюонов требуют огромных установок, таких как кольцевой синхротрон, занимающий целые залы. Теперь компактный ускоритель позволяет ускорить диагностику и обследование больших сооружений, подземных помещений, захоронений радиоактивных отходов и других ситуаций, где обычное рентгеновское сканирование неэффективно.

Использование мюонов имеет преимущества перед рентгеновским излучением, поскольку мюоны проходят через толстые слои бетона, камня, свинец и сталь, практически не теряя энергии. Ранее такие свойства помогли обнаружить закрытые камеры пирамиды Хеопса, изучить внутреннюю структуру вулканов и оценить состояние хранилищ радиоактивных отходов.

Разработчики отмечают, что их установка служит демонстрацией возможностей и заделом для последующих разработок, улучшенных версий детекторов и реконструкции изображений, основанных на рассеивании мюонов.