Müográfiai képalkotás vulkánokról
A müográfia egy roncsolásmentes képalkotási technika, amely a kozmikus sugárzás hatására a felső légkörben keletkező müonok segítségével alkot röntgen-szerű képet kőzetrétegekről néhány métertől akár kilométeres vastagságokig. A projektorientált fejlesztések lehetővé tették, hogy az alapkutatásban elterjed részecskedetektorokat terepi körülmények között is lehessen alkalmazni a müográfiához.
A müográfia egyik ígéretes alkalmazási lehetősége, hogy vulkánok tanulmányozására és kitörés-előrejelzésre használjuk (ld. 1. ábra). Ezzel a technikával teljesen új módon nyílik lehetőség az aktív vulkánok belső sűrűségeloszlás-változásának meghatározására nagy felbontásban. A technológia korlátai, hogy a müonok száma nem túl nagy (az expozíciós idő jelenleg még jellemzően hetek és speciális háttér-elnyomási technikákra van szükség), valamint a horizontális irányból már túl kevés, tehát a célterület szintje alá kell menni.
1. ábra: A müográfia sematikus ábrája és az első idő-szegmentált müográf képsorozat a kitörő Satsuma-Iwojima vulkánról [1].
Kutatócsoportunk által fejlesztett detektorok technológiája a jól ismert MWPC (Multi-Wire Proportional Chamber, magyarul sokszálas proporcionális kamra) alapján működik, amely úgy lett továbbfejlesztve, hogy terepen is hatékonyan működő, alacsony fogyasztású, könnyűszerkezetű, költséghatékony, és az alkalmazott gáz is biztonságos. A detektorok >98% hatásfokkal detektálják a müonokat és a helyfelbontás 4 mm [2], ami akár 3 mrad szögfelbontást is jelenthet [3].
Az első detektorokat a Tokiói Egyetemmel közösen a japán Sakurajima vulkánnál telepítettük 2017 januárjában, a rendszer azóta is bővül és fejlődik, valamint szabadalom is született [4]. Jelenleg már 11 MWPC alapú müográfiai megfigyelőrendszer (MMOS) működik (2. ábra), melyek teljes aktív felülete meghaladja a 8 m2-t. A Sakurajima megfigyelőállomás (SMO) folyamatosan gyűjti az adatokat (a 3. ábrán látható a hegy csúcsa és az arról készített müográf képre egy példa), valamint az adatok szabadon elérhetőek a vulkanológusok számára a muographers.org oldalon.
2. ábra: Balra az MWPC alapú detektorok első prototípusa 2015-ből, a jobboldali kép 2018-ban készült a Sakurajima vulkánnál lévő első négy MMOS megfigyelőrendszerről.
3. ábra: Fotók (A és C) és az első nagy felbontású müográf képek (B és D) a Sakurajima vulkánról [5].
Hivatkozások:
[1] H. K. M. Tanaka, T. Kusagaya, H. Shinohara, Nature Communications (2014) 5:3381
[2] D. Varga, G. Hamar, G. Nyitrai, L. Oláh, Advances in High Energy Physics 2016 (2016) 1962317
[3] L. Oláh, H. K. M. Tanaka, G. Hamar, D. Varga (2018) Phil. Trans. R. Soc. A 377:20180135
[4] D. Varga, L. Oláh, G. Hamar, H. K. M. Tanaka, T. Kusagaya, Muographic Observation Instrument, WO 2017/187308 A1
[5] L. Oláh, H. K. M. Tanaka, T. Ohminato, D. Varga, Scientific Reports (2018) 8:3207
Szerző: Nyitrai Gábor