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ミュオグラフィについて考える

ミュオグラフィとは、宇宙線の一種であるミュー粒子を使った断層映像法(トモグラフィ)です。CTやレントゲン撮影みたいに構造物の透視を行う技法です。

地球の中身をのぞく(UTokyo Research)
宇宙線ミューオンラジオグラフィ(名古屋大学理学研究科 F研)

宇宙線は光速に近いスピードで地球の大気圏に突入しますが、ほとんどが陽子で構成され、少数の重粒子が混じっていたりします。通常はエネルギーが高いため人体に当たると有害ですが、地球の大気がそれを防いでいます。しかし、大気圏外では人体を毎秒5000個のイオンが通過するそうなので、宇宙で活動する場合には防護服が必要になって来ます。

中でもミュー粒子は透過率が高く、物体の密度分布に応じて通過する割合が変わります。これを火山のマグマやピラミッドの内部構造を解析する為に活用しようと言うのが、ミュオグラフィの目指すところです。実際に福島第一原子力発電所の炉心状況を把握する為にも使われたと言うので、一定の成果を得られるまでにはなっているようです。実際の観測に当たっては、ミュー粒子の飛跡を捉える必要があります。受け側には写真乾板やワイヤーチェンバー等を設置して結果を捉えます。

素粒子を使った火山の解析については、1990年代に東京大学が考案した「火山のミュオグラフィ」が一つのモデルになっていますが、その原理自体は1950年頃から知られていたそうです。ミュー粒子は厚さが数kmの岩盤であっても通り抜ける高い透過力がある反面、密度が極めて高い場所は相手の原子核が障害となって通過する個数が減ります。こうしてミュー粒子が飛来する方向と数を検出して解析すれば、巨大な構造物の内部(密度分布)を知ることが出来るようになります。

初期の頃のミュオグラフィでは、真上から真下に向かって照射していたそうです。これだと、検出器を構造物の真下に置くことが出来ない火山などの観測には向きません。しかし、現在では技術や機器の改良が進んだ結果、より多くの研究開発が進んでいるそうです。
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