19.08.2016, 15:37:31
Войти Зарегистрироваться
Авторизация на сайте

Ваш логин:

Ваш пароль:

Забыли пароль?

Навигация
Новости
Бизнес план кредитного потребительского
Финансовый рынок нашей страны довольно развит, что в общем-то характерно для государств всего мира с развитыми или развивающимися экономики. Но потребности в финансовых услугах все равно, в значительной

Бизнес онлайн от сбербанка
Услуга Сбербанк бизнес онлайн от Сбербанка России – это новая, уникальная и, несомненно удобная возможность для предпринимателей и юридических лиц управлять своими счетами в банке, а также проводить необходимые

Архив новостей
Реклама
Календарь событий
Right Left

Просвічування ПІРАМІДИ ТРИВАЄ

Наука і життя // Ілюстрації

Нащадки ацтеків на тлі піраміди Сонця в Теотиуакане терпляче чекають - коли ж фізики розкриють таємницю їхніх предків. Знімок з сайту msnbc.msn.com (Daniel Aguilar / Reuters).

Кутовий розподіл треків мюонів по проекційним кутах θ <sub> x </ sub> (а - по горизонталі) і θ <sub> z </ sub> (б - по вертикалі); суцільна лінія і пунктир - різні енергетичні спектри мюонів.

Артуро Менчака, керівник експерименту з просвічування піраміди, за перевіркою детектора, що реєструє потік мюонів. Знімок з сайту msnbc.msn.com (Daniel Aguilar / Reuters).

<

>

Потік космічних мюонів - частинок з масою в 200 разів більшою, ніж у електрона, що володіють тому велику проникаючу здатність (вони витрачають енергію тільки на іонізацію, що не породжуючи, як електрони, електромагнітні зливи), - використовують в якості безкоштовного джерела для технічної радіології. За допомогою мюонів, що виникають у верхніх шарах атмосфери під дією космічних променів (протонів і ядер, що приходять з далекого космосу), виявилося можливим просвічувати великі товщі речовини і знаходити в ньому дефекти, на зразок того, як рентгенівські промені просвічують тканини організму. Нобелівський лауреат американський фізик Луїс Альварес провів в кінці 1960-х років мюонне просвічування піраміди Хефрена в Гізі (Єгипет), намагаючись виявити «порожнечі» в її моноліті. Ними могли бути приховані камери і проходи, які повинні пропускати більше інтенсивний потік мюонів, ніж суцільний камінь, якщо вони нічим не заповнені. Якщо ж вони забиті скарбами, як було в збереженої гробниці Тутанхамона (золото, дорогоцінні камені і т. Д.), Інтенсивність мюонного потоку виявиться нижче середньої. Піраміда Хефрена стала першим об'єктом мюонною радіології, так як в ній не було похоронних камер фараона і його дружини, які були в піраміді Хеопса, батька Хефрена. Експеримент, який тривав кілька років, виявив ні пустот, ні, на жаль, прихованих скарбів. Однак і сам детектор, і зчитує електроніка в той час були набагато менш досконалі, ніж зараз.

Друга спроба мюонною радіології, вже на основі сучасної техніки, проводиться в наші дні в Мексиці з метою знайти приховані поховання в піраміді Сонця в місті ацтеків Теотіуакан ( «Місто богів»). Експеримент почався в 2004 році під керівництвом директора Інституту фізики в Національному університеті Мехіко А. Менчака і археолога Л. Манзамілли (див. «Наука і життя» № 11, 2004 р ). Передбачалося, що, використовуючи досвід, отриманий в Єгипті, і кращу експериментальну базу, завдання буде виконано за один рік. У поверхні Землі потік мюонів з енергією більше 10 ГеВ, які проходять, що не поглинаючись, через масив піраміди, становить 104 частинок / хв · м2. Очікувалося, що буде отримано близько мільйона слідів мюонів, пронизали піраміду. Однак на шляху мюонного просвічування зустрілися значні труднощі, які затяглися експеримент.

мудрі єгиптяни

Ще в 1980-х роках з'явилося повідомлення французьких архітекторів Дж. Лакшманана і Дж. Монтлюкона. Вони звернули увагу на те, що кришки і стіни похоронних камер піраміди Хеопса зроблені не з вапняку, як весь масив піраміди, а з граніту. Щільність вапняку 1,8 г / см3, а граніту - 2,7 г / см3 (відмінність у 1,5 рази). В результаті нівелюється різниця товщини, прохідних мюонами в тілі піраміди і через «порожні» камери. Очевидно, в піраміді Хефрена, зведеної незабаром після піраміди Хеопса, камери тієї ж конструкції, тобто оточені гранітної оболонкою. Альварес, стверджують архітектори, за той же час спостереження не побачив би ніяких «пустот» і в піраміді Хеопса. Отже, негативний результат першого мюонного просвічування не можна вважати суворим доказом відсутності похоронних камер у «Хефрена». Сам Альварес, якому архітектори повідомили за рік до його смерті свої зауваження, погодився, що дійсно «питання не закрите» і треба провести додаткові виміри, щоб вловити більш завуальований ефект проходження мюонів через «порожні» камери.

Виникає питання: навіщо похоронні камери робили з гранітним оточенням? Звичайно, для більшої їх фортеці і надійності охорони спокою покійних владик. Але, може бути, і для того, щоб максимально ускладнити настирливим нащадкам відкриття своїх секретів - навіть таким винахідливим способом, як мюони радіологія. Залишається встати перед тінню мудрих будівельників пірамід і зняти капелюха!

Сучасний експеримент в Мексиці має, безсумнівно, врахувати структуру піраміди Сонця, до речі, менше однорідну в порівнянні з єгипетськими пірамідами, - ступінчасту, складену з більш пухкого вапняку. А. Менчака, дізнавшись про будову камер єгипетських пірамід, вжив заходів до з'ясування структури «свого об'єкта». В основі піраміди був пробитий прохід і встановлені склад і ступінь однорідності стін. Виміру потоку мюонів і його кутового розподілу - проходження через різні точки піраміди - передує комп'ютерний розрахунок очікуваних результатів в різних припущеннях про наявність чи відсутність будь-яких особливостей. Розрахунок робиться для того, щоб дізнатися, яку статистику (число зареєстрованих мюонів) треба отримати. Тепер мова йде вже про кілька мільйонів слідів частинок. Однак «ефект архітекторів» затягнув експеримент.

горизонтальні мюони

Інша уточнення, також приводить до затягування спостережень, прийшло з США. Американський фізик Б. С. Маглич (Ірвайн, Каліфорнія) запропонував просвічувати піраміду не вертикально потоком мюонів (кут з напрямком на зеніт менш 45о), а більш похилим (умовно - горизонтальним, зенітний кут більше 45о). Такі мюони мають більш жорсткий спектр, в середньому більшу енергію (≥ 100 ГеВ) і, отже, більш високу проникаючу здатність. Вони менше розсіюються і йдуть, перетинаючи піраміду, майже прямолінійно. Детектор повинен розташовуватися не під пірамідою, де для нього і групи обслуговування дуже мало місця, а збоку - в спокійних, комфортних умовах проведення експерименту. Контрастність виділення «особливостей» (порожніх камер і кімнат зі скарбами) сильно зростає. Один недолік - інтенсивність потоку горизонтальних мюонів у багато разів менше потоку вертикальних, і, отже, час накопичення необхідної статистики має зрости.

Минуло три роки після оголошення експерименту, але просвічування піраміди Сонця, по суті, ще не почалося. Крім зазначених затримок, пов'язаних з різною щільністю порід очікуваних «порожніх» камер і переходом на горизонтальні мюони, потрібні були узгодження з археологами і дозвіл властей на роботу групи фізиків в об'єкті, що охороняється ЮНЕСКО. Зараз все узгоджено і дозвіл отримано.

Минулий час було використано для удосконалення детектора і проведення калібрувальних робіт. Детектор площею 1 м2 складається з двох рядів сцинтиляційних лічильників для виділення мюонного потоку і придушення фону частинок низької енергії і шести багатодротяних пропорційних камер - треккера, головного елемента установки, призначеного для реєстрації слідів (треків) мюонів, що перетинають піраміду. На малюнку показаний результат тесту зі спостереження гіпотетичного прихованого проходу розміром 60 × 2 × 3 метри, розташованого у верхній частині піраміди. Чітко видно вузький пік, що виходить за п'ять стандартних відхилень, на горизонтальному вугіллі θх = 15о, помітна також розмита особливість близько зенітного кута θz = -25о.

В кінці 2007 року детектор помістили в тунель під пірамідою і експериментальне просвічування нарешті почалося. Розрахунок показує, що необхідно набрати 5 × 104 треків мюонів з енергією не більше 100 ГеВ, для чого буде потрібно принаймні рік. Так що до грудня очікується перші результати пошуку прихованих особливостей в стародавній піраміді інків.

Нові об'єкти мюонною радіології

Піраміди не єдиний об'єкт вивчення за допомогою атмосферних мюонів. З'явилися ще два, які незабаром можуть за своєю значимістю і широкому застосуванню набагато перевершити просвічування пірамід.

Моніторинг вулканів. В Японії, країні вулканів і землетрусів, вирішили застосувати мюонів радіологію для стеження за вулканічною активністю. Доктор К. Нагаміне в 1994 році запропонував використовувати потік атмосферних мюонів для постійного спостереження за вулканами. Детектор, що будує зображення, повинен реєструвати горизонтальні мюони, що приходять з боку кратера. Завдання - виділити в мюонною тіні жерло кратера. Якби це вдалося - підбором енергії, кутів приходу мюонів, вибором місця розташування детектора постійне спостереження стало б тестом активності вулкана. Перші спостереження провела група фізиків обсерваторії Нурікура на острові Хоккайдо. За допомогою порівняно простого детектора, що складався з лав пропорційних лічильників і блоку заліза між ними, що виділяє частки з енергією від 1 до 10 ГеВ, за рік спостережень були побудовані «мюонні тіні» двох вулканів. Аналіз показав, що «тіні» відображають реальні деталі топології «орендованих об'єктів». Виділялися кряжі, круті спади і інші структурні особливості гір. Це був аналог перших рентгенівських знімків людини, ще розмитих і неясних, але показали, що «справа піде». Треба тільки покращувати техніку спостережень, домагаючись більш високого кутового дозволу, усуваючи заважає ізотропний фон, підвищуючи яскравість і контрастність мюонного зображення.

Суттєвого прогресу досягла останнім часом група мюонною лабораторії прискорювача КЕК під керівництвом К. Нагаміне. Спостерігалися два близьких вулкана, Асама і Західний Івета, на півночі острова Хонсю. Реєструвалися похилі потоки високоенергічних мюонів (десятки і сотні ГеВ), що приходять з боку кратерів. Детектуючих апаратура - дротяні пропорційні камери і калориметр для виділення часток високої енергії - була розміщена в сідловині між вулканами, так що одночасно спостерігалися в «мюони світлі» тіні обох вершин. Спостереження виділили на профілі вершин темніші (поглинають) жерла вулканів, заповнені застиглою лавою. Завдяки високій енергії частинок кутовий дозвіл мюонних слідів було настільки високим, що дозволило виміряти розмір жерла з точністю до кількох метрів. Нарешті, вдалося побачити на мюонних знімках кордон застиглої і розплавленої магми в жерлах вулканів. Через різної щільності порід вона постала як межа між тінню (застигла верхня частина жерла) і півтінню (розплавлена ​​нижня частина). Тривалі спостереження показали, що межа пересувається. Це явне свідчення безперервної внутрішнього життя вулканів. Коли межа тіні піднімається, можна очікувати швидкого виверження.

Метод мюонною радіології може істотно доповнити, а можливо, навіть стане головним (більш доступним, точним, дешевим) в ряду інших методів відстеження вулканічної активності (виділення газів, вимірювання пружних властивостей гірських порід, реєстрація електричних і акустичних сигналів). Якщо до цього додати комп'ютерний розрахунок профілю вулкана, то по руху кордону розплавленої магми в жерлі можна буде передбачати не тільки час виверження, але і його місце. Часто виверження відбуваються не через головний кратер, забитий застиглою лавою колишніх вивержень, а нижче його, де магма може прорвати новий прохід. Раніше такі прориви були абсолютно несподівані і тому найбільш небезпечні. Тепер і цю небезпеку можна буде прогнозувати. Мюонний моніторинг має всі підстави стати загальносвітовим.

Стеження за переміщеннями ядерних матеріалів. Група фізиків з лос-Аламоської національної центру (США) вже давно розвиває метод мюонного зондування вантажів в портах і на митницях для припинення контрабанди матеріалів, що діляться, в першу чергу урану і плутонію (див. «Наука і життя» № 5, 2004 р ). За останній час в цьому напрямку досягнуто значних результатів, про які доповів керівник групи Р. Чартранд на сесії Американської асоціації наукових досягнень (AAAS).

Високорадіоактивні матеріали таємно провозять в оболонках з важкого металу, найчастіше свинцю, для поглинання виділяються альфа-частинок, електронів і гамма-квантів. Інакше це небезпечно для самих контрабандистів, які отримують значні дози, і може бути зазначено звичайними дозиметрами, якими забезпечені всі митниці для виявлення в першу чергу заражених продуктів. Виявлення компактних важких об'єктів в контейнерах і служить основою пропонованого методу, в якому знову фігурують атмосферні мюони. Кращим виявився спосіб вимірювання кутів входу мюонів в перевіряється контейнер і виходу з нього, який показує, наскільки сильно розсіюється пучок. Урановий або плутонієвий зразок, поміщений в свинцеву оболонку товщиною 10 сантиметрів, може бути виявлений за 0,5-1 хвилину роботи мюонного слідового детектора. Чим більше провозиться контрабандний вантаж, тим швидше він буде виявлений.

Метод контролю за радіоактивними і діляться речовинами, напевно, не менш важливий в наші дні, ніж моніторинг вулканів. Безсумнівно, він буде взятий на озброєння багатьма країнами.

література

J.Lakshmanan, J.Montlucon. Geophys, 1987, v.6, p.10.

BCMaglich. Bull.APS, 1987, v.32, p.1067.

M.Schirber. Cosmic rays reveal hast and present- sec: muon detectors used in archeology, weapons control, LiveScience-MSNBC.com, 2005, Internet.

R.Alfaro, E.Belmont, V.Grabski et al. Searching for possible hidden chambers in the Pyramid of the Sun, ICRC 2007, Proceedings, report N 184, Internet.

Виникає питання: навіщо похоронні камери робили з гранітним оточенням?