看到內(nèi)部法國替代能源和原子能委員會位于馬爾庫勒的 G2 反應(yīng)堆已使用平底造影技術(shù)成像。(由 Procureur等人 提供，Sci. Adv 9 ，eabq8431 (2023))

來自法國的科學(xué)家使用 μ 子成像技術(shù)對核反應(yīng)堆進(jìn)行了 3D 重建。研究人員表示，這項(xiàng)技術(shù)是第一次以這種方式使用，可以擴(kuò)展到對其他大型物體進(jìn)行非破壞性成像。

介子是帶電的亞原子粒子，比電子重約 200 倍。μ 子射線照相術(shù)(或 muography)分析宇宙射線中的μ子如何穿透物體并利用此信息生成二維圖像。該技術(shù)類似于醫(yī)學(xué)成像中使用的 X 射線照相術(shù)，其中宇宙射線輻射取代了人工產(chǎn)生的 X 射線，μ 子跟蹤器取代了射線照相板。

根據(jù)它們的能量，μ 子可以穿過數(shù)米厚的巖石或其他材料，這使得它們非常適合對厚而大的結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像。事實(shí)上，該技術(shù)在過去已成功用于制作核反應(yīng)堆、金字塔和火山的二維圖像。

確定局部密度

在他們的最新工作中，由巴黎薩克萊大學(xué)和法國替代能源與原子能委員會(CEA)的Sébastien Procureur領(lǐng)導(dǎo)的研究人員使用四架望遠(yuǎn)鏡從不同角度觀察了法國一座退役的核反應(yīng)堆。然后，他們使用最初為醫(yī)學(xué)應(yīng)用開發(fā)的改進(jìn)斷層掃描重建算法，將不同的 2D 圖像組合起來，以獲得反應(yīng)堆的 3D 結(jié)構(gòu)。

Procureur 解釋說：“每張圖像都提供了物體密度的測量值，但在觀察方向上進(jìn)行了整合。” “通過移動望遠(yuǎn)鏡，我們可以獲得大量在不同方向上整合的密度，然后可以確定局部密度。”

該技術(shù)能夠?qū)朔磻?yīng)堆進(jìn)行精確的 3D 重建。“與要成像的體積小得多且可用 2D 圖像數(shù)量為數(shù)百甚至數(shù)千的醫(yī)學(xué)成像相比，我們在我們的工作中表明，我們可以獲得相對精確的對象的 3D 信息，即超過 30 米長，只有不到 30 張圖像，”Procureur 說。

他補(bǔ)充說，雖然該技術(shù)永遠(yuǎn)無法解決此類結(jié)構(gòu)中的小裂縫，但其他非侵入性方法仍然無法獲得所獲得的信息。μ介子技術(shù)可用于對運(yùn)行中或退役階段的反應(yīng)堆進(jìn)行成像。事實(shí)上，它可能有助于事故后檢查，例如在福島事故后進(jìn)行的檢查。

除了核反應(yīng)堆之外，該方法還可以用于土壤研究、勘探礦山以定位礦石、土木工程和考古學(xué)。在Science Advances上報(bào)告他們工作的研究人員表示，他們現(xiàn)在正在分析另一個(gè)反應(yīng)堆，以提高 3D 重建的準(zhǔn)確性。“在優(yōu)化測量方面還有很多工作要做，”Procureur 說。

該團(tuán)隊(duì)還希望致力于 μ 介子成像的其他應(yīng)用。2015 年，研究人員提出了一項(xiàng)使用 μ 介子監(jiān)測水塔水位的實(shí)驗(yàn)，幾年后，一家公司要求他們將該技術(shù)應(yīng)用于遠(yuǎn)程監(jiān)測反應(yīng)堆池中的水位。Procureur 說：“如果我們沒有在 2015 年進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，公司甚至都不會知道這種技術(shù)的存在。” “我認(rèn)為有必要繼續(xù)進(jìn)行那些乍一看似乎有些牽強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)。”