你使用光子给自己一个“美丽的画面”。

  你用光子给自己“美图” 科学家用缪子“透视”庞然大物

更全面的生活画面可能是:让光子的轨迹投射出人或美的形象。不仅光子,使用各种粒子(如电子,正电子和质子)的成像技术是人们“冻结”的常用方法,通常用于反映不同的世界,如微观,宏观,紧凑和松散。

《自然》该网站最近发布了一种新的粒子成像方法。这份名为《鲜为人知粒子探测致密物质》的报告介绍了借用蝎子的检测方法,类似于借用光子成像。科学家利用蝎子“探索”埃及金字塔,核废料等的骨头,这些都很难在里面探测到。可以在木材中进行三点进入并直接击中致密材料的深层。

“与其他颗粒相比,蝎子具有很强的穿透能力,可以穿透数千个岩石,因此它可以成像大而难以穿透的物体,电子,光子等不可能穿透。这些材料。”中国科学院高能物理研究所研究员曹军解释说。去年11月,《自然》网站报道说,科学家利用蝎子检测技术发现了埃及最大金字塔金字塔中以前未知的巨大空腔。此外,蝎子还可用于检测内部结构,如火山和废弃的核电站。

可从自然界信手拈来,也能用加速器产生

“蝎子相对较重,难以生产。放射性衰变,核裂变和核聚变不能产生蝎子。”曹军说,蝎子不像电子和光子那么容易生产,而人造蝎子需要生产大型设备。

当然,蝎子是由宇宙射线与大气分子的碰撞产生的。宇宙中充满了高能宇宙射线。当它们到达地球的外部大气层时,它们与大气分子碰撞形成介子,然后变成蝎子和中微子。 “每平方米地球表面每秒有200个宇宙射线骰子。”曹军说。

蝎子在性质上与电子相似,带电荷,但质量是电子的两百倍。由于其质量大,惯性大,不易转入,因此辐射引起的能量损失小于电子,并且穿透比电子深得多。此外,高速碰撞产生的蝎子本身也携带巨大的动能,并以高速冲向地面。高速和高质量使蝎子具有“高墙”“墙壁穿透”,可以穿透数公里的密集地层。

四川锦屏地下实验室是目前世界上最深的地下实验室。它的岩石厚度约为2,700米,在那里它仍能探测到来自宇宙射线的射线。

“蝎子也可以通过加速器产生,加速巨型加速器中的质子,轰击目标,并产生蝎子。”曹军介绍说,但这样的加速器更像是基础设施,而不是移动设备,而且非常庞大且昂贵。

例如,今年东莞成功的喷射中子源也通过质子加速器产生中子。 “质子加速器也可用于生成镊子,因此我们很快将在东莞建立镊子测试源。”曹军说。

“目前,只有固定加速器才能生成镊子,因此无需将它们应用于检测设备。”曹军解释说,如果质子加速器可以小型化并且将来可以移动,就可以对山脉或大型建筑物进行类CT(计算机断层扫描)成像。 “目前,也有人致力于质子加速器的小型化,例如可以安装在卡车上的超导回旋加速器,但它们仍处于研究的初始阶段,很难在短时间内实现。”

在报告《自然》中,用于扫描岩石,矿藏,火山,金字塔等的蝎子是自然界最方便的。

追踪印迹不需去噪,“成像术”自动化难

使用粒子成像的设备可以粗略地概括为“三段论”:粒子的产生,粒子与成像对象的相互作用以及粒子的跟踪。此外,所有粒子示踪剂信号的分析和再现是软件的一个非常关键的部分。

在这样的框架下,无处不在的宇宙射线使得设备中不需要生成粒子,如何检测蝎子成为研究的焦点。自1955年第一次骰子测量以来,对蝎子成像设备和系统的研究从未停止过。

“当蝎子穿过材料时,不同密度的材料对蝎子的吸收能力不同。到达探测器的蝎子数量不同。在不同方向测量的蝎子数量可以逆转蝎子行走的方式。它是什么样的。“曹军解释说,荀子的成像原理认为它像一个特殊的士兵一直全速前进。经过沟壑,丛林和下游的不同路线,国家不同。

幸运的是,蝎子属于“重型装甲兵团”,可以通过多层探测器。失去能量的主要方式是电离,而不是像光子那样消失。因此,可以将骰子留下的足迹穿过探测器的每一层,并且看到清晰的轨迹,基本上不需要去噪技术。

蝎子的检测分为两个过程:第一个是粒子识别,它将蝎子与其他粒子区分开来;那么蝎子的具体参数,如能量和方向。

“检测蝎子通常使用粒子物理探测器。金字塔物理学有很多种类型。报告中提到的金字塔考古工作采用了三种技术:核乳胶,塑料闪烁体和气体微观结构。“曹军解释说,也存在障碍。常见的技术,如性板检测器。

使用的探针材料将通过光和电的影响记录颗粒的印记。例如,核胶乳是分布在胶乳中的显影材料,例如溴化银。当带电粒子通过核心胶乳层时,显影材料经历化学变化,例如电离。通过显影固定后,可以根据图像跟踪粒子的轨迹。进行测量。这种“成像”更像是胶片相机,并且不可能实时获得测量结果,因此难以实现自动化。

塑料闪烁体是在吸收高能粒子或射线后能够发光的材料。在光电信号转换之后,可以获得电信号,从而实现自动计算,并且具有通过后续算法进行三维重建和可视化的潜力。

走向实际应用,还需“命题作文”

“骰子成像对技术原理没有太多研究,更多的是如何使它在应用时更方便。”曹军说。蝎子属性,检测方法,成像方法等的一般原理已经相对清楚,但是如何更准确地检测特定问题并建立有效的分析算法可以在工作中实施。

由于蝎子与高原子序数核相互作用,因此很容易识别出较重的燃料核素。因此,蝎子成像技术可用于监测核反应堆或核走私。检测。相关研究论文表明,如果将蝎子成像系统用于工业容器检查,则探测器的面积最好大于1平方米。在这样的要求下,电阻板检测器的优点更加明显。

“我们最近在大亚湾中微子实验室重新组装了一块探测器,从平面转为实心,每侧有三层电阻板,每层实际上由四层组成。”曹军解释说,虽然这样做的目的是探测宇宙射线,但在实际应用中也可以对容器或山脉进行成像。

在每个电阻板之间施加7600伏的电压。当镊子穿过材料时,物质被电离,但电离太小而不能让人感觉到。当电阻板施加高电压时,它将在电离时形成火花,并产生可记录的电信号。曹军解释说:“立方结构检测装置可以测量各个方向的骰子。多层设计的目的是让骰子在穿透探测器的每一层时留下一个点,大大提高了测量精度。”/p>

在关于实际问题的研究工作中,X射线成像方法和关键技术的条件和操作也需要特定的命题“命题组合”。例如,在回答是否使用蝎子地质断层摄影来确定矿区的详细矿石储量和分布的问题时,有必要确定哪种类型的探测器更便宜以及使用哪种分析方法。更具体的细节,如更高效。