$ 100 DIY MUON TOMOGROPHER와 함께 숨겨진 구조를지도

1960 년대 중반, 노벨상을 수상한 물리학 자 루이스 알바레즈 (Luis Alvarez)는 거친 생각을 가지고있었습니다. 그는 우주 광선이 지구의 대기를 때릴 때 생성 된 매우 침투하는 아 원자 입자를 사용하여 기자의 피라미드 중 하나 내에서 숨겨진 챔버를 찾기 위해 제안했다.

이 뮤온 입자는 빛의 속도에 가까이 이동하는 전자의 헤비급 사촌입니다. 피라미드를 만드는 데 사용되는 석회암 및 화강암 블록을 포함하여 많은 미터의 단단한 암석을 통해 침투 할 수 있습니다. 그러나 뮤온 중 일부는이 조밀 한 물질에 흡수 될 것이며, 이는 피라미드를 본질적으로 “X- 선”하여 내부 구조를 드러내는 데 사용될 수 있음을 의미합니다. 그래서 1968 년 Alvarez와 그의 동료들은 Khafre의 피라미드 기슭에 위치한 챔버에서 뮤온 측정을 시작했습니다.

그들은 숨겨진 챔버를 찾지 못했지만 뮤온 단층 촬영이라고 불리는 것의 타당성을 확인했습니다. 물리학 자들은이 기술을 사용하여 터널 위의 숨겨진 액세스 샤프트를 발견하고, 화산 내에서 마그마 챔버를 연구하고, 후쿠시마의 손상된 반응기를 조사했습니다. 그리고 2017 년에 Muon 측정은 마침내 Alvarez가 탐험하기로 선택한 피라미드가 아니라 Giza의 피라미드 중 하나에 숨겨진 챔버를 드러 냈습니다.

당신도 100 달러 정도만 자신을 구축 할 수있는 장비로 유사한 실험을 수행 할 수 있습니다.

저렴한 MUON 탐지기 (특히 MIT의 Cosmic Watch Project)에는 잘 문서화 된 디자인이 제공되지만 더 간단하고 약간 저렴한 접근 방식을 추구하기로 결정했습니다. 나는 가이거 카운터 키트 2 개를 구입했는데, 각각 23 달러 만 소요되었습니다. 이 보드는 실제로 “키트”라고 불립니다.이 보드는 실제로 이온화 방사선을 감지하기위한 가이거-ül 러 (또는 GM) 튜브 인 핵심 구성 요소를 뺀 것입니다. 또한 문서가 없습니다.

튜브의 양극 전압을 설정하는 방법에 대한 귀중한 지침에 대한 포인터를 포함 하여이 보드에 대한 정보를 얻을 수있는 좋은 소스를 찾은 후 문서의 부족은 문제가되지 않았습니다.

뮤온 탐지기는 두 개의 가이거-ül 러 튜브를 사용합니다 [top]각각 센서 보드에 삽입되었습니다 [bottom right]. 두 보드 모두 Arduino Nano 마이크로 컨트롤러에 연결됩니다 [bottom left].제임스 프로스트

GM 튜브의 경우 러시아가 만든 SBM-20 튜브 인 좋은 것으로 이해 한 것을 구입하기로 결정했습니다. 이들 중 다수는 우크라이나의 판매자가 eBay에 상장되었지만 미국의 공급 업체로부터 49 달러에 그러한 튜브 한 쌍을 얻을 수있었습니다.

“왜 두 개의 키트와 두 개의 튜브가 있습니까?” 물어볼 수 있습니다. GM 튜브가 뮤온에 반응하지 않기 때문입니다. 대부분의 경우, 그들은 공기 중 라돈의 딸 제품과 같은 환경에서 방사성 물질에 의해 제공되는 이온화 입자에 의해 유발됩니다.

결과가 우주선 뮤온의 플럭스를 반영한다는 것을 증명하는 것은 어렵지 않았습니다.

고 에너지 우주선 뮤온을 다른 다른 에너지 입자와 구별하기 위해서는 어렵지 않습니다. 물리학자가 우연의 방법을 적용하기 만하면됩니다. 근처의 두 튜브가 실질적으로 동시에 트리거 될 때만 감지합니다. 내 장치의 두 튜브는 25 밀리미터 스페이서로 분리되어 근처의 방사성 붕괴로부터 나오는 입자가 두 튜브를 통과 할 수있을 정도로 활력이 없을 것입니다. 튜브 사이에 낚시 선수 리드 층을 배치하여 가능성을 훨씬 줄였습니다.

쌓인 GM 카운터 쌍을 우연의 검출기로 바꾸려면 각 보드의 출력 (홀수 라벨링 된 Vin, 일반적으로 전압 공급 입력에 대한 핀을 의미합니다!)을 예비 Arduino Nano에 연결했으며, 한 보드가 다른 보드가 1 밀리 초 이내에 등록 할 때만 적중을 기록하도록 프로그래밍했습니다. 당연히 이것은 검출기가 GM 튜브의 평면과 대략 정렬 된 궤적이있는 뮤온 만 인식하여 뮤온이 두 튜브를 통과 할 수 있음을 의미합니다.

Geiger-Müller 튜브는 방사선을 이온화하여 활성화되지만 Cosmic-Ray Muons와는 달리 [red particles]대부분의 지상원 [green particles] 탐지기의 두 튜브를 통과 할만 큼 강력하지 않습니다. 거의 동시에 발생하는 활성화 만 등록함으로써, 우리는 예측 된 모델에 따라 관찰 된 데이터와 함께 검출기의 각도의 함수로서 뮤온 플럭스를 플로팅 할 수 있습니다.제임스 프로스트

결과가 실제로 우주선 뮤온의 플럭스를 반영한다는 것을 스스로 증명하는 것은 어렵지 않았습니다. 수직으로부터의 수직에서 멀리 떨어진 곳에서 수치로 카운트 속도를 측정했습니다. 알다시피, 하늘에서 수직으로 나오는 우주선 뮤온의 흐름은 수평으로 이동하는 뮤온의 흐름보다 큽니다. 이 극단 사이에서, 플럭스는 검출기의 평면이 수직에서 수평으로 회전함에 따라 각도에 대한 코사인 제곱 의존성을 가져야한다.

그래서 장치로 이벤트 계산을 세로와 다른 각도로 지향하여 각 측정에 대해 최소 12 시간을 허용했습니다. 결과는 예상되는 코사인 제곱 변이와 매우 일치했습니다. 예를 들어, 완전히 수평이되면 검출기는 수직 시점에서 얻은 것의 10 % 미만인 값을 등록했지만 0은 아니 었습니다.

수평이 아닌 경우에도 0이 아닌 뮤온을 얻는 것은 그리 놀라운 일이 아닙니다. 2 개의 1cm 직경 튜브 사이에 2.5 센티미터 분리가 있으면 내 검출기의 각도 해상도는 매우 넓습니다 (± 22도). 따라서 수평 플럭스를 감지하도록 장치를 설정하더라도 수평선 위의 22도에서 나오는 뮤온을 확실히 감지했습니다.

일하는 뮤온 탐지기가 손을 잡고, 나는 미국 최초의 상업용 금광 인 미들랜드에서 리드 골드 광산을 방문함으로써 지구를 조사하기 시작했습니다. 나는 광산에서 약 2 시간 반을 보냈으며 5 번의 30 분 측정을했습니다. 나는 광산의 주요 수평 터널 위의 점점 더 두꺼운 암석 층을 쉽게 감지했습니다. 바위가 없으면 터널에서 근처에서 측정 한 것보다 더 많은 뮤온이 나에게 도달 할 수 있었기 때문에 내 탐지기는 심지어 수직 샤프트의 존재를 감지 할 수있었습니다.

이러한 측정은 합리적인 통계적 정밀도를 제공하기에 충분한 수를 축적해야하기 때문에 오랜 시간이 걸립니다. 그래서 당신은 인내심이 필요합니다. 그러나 우주의 힘을 활용하는 것은 나쁜 방법이 아닙니다.

이 기사는 2025 년 3 월 인쇄 문제에“뮤온이있는 세계 참조”로 나타납니다.