การถ่ายภาพด้วยรังสีมิวออน
Muon Radiography

รังสีคอสมิกที่วิ่งเข้าใส่โลกอย่างต่อเนื่อง สามารถใช้ตรวจจับการลักลอบขนส่งอาวุธนิวเคลียร์ หรือวัสดุนิวเคลียร์ได้ นักวิทยาศาสตร์ที่ห้องปฏิบัติการ Los Alamos ได้พัฒนาเครื่องมือวัดที่สามารถมองเห็นผ่านชั้นของตะกั่ว หรือวัสดุป้องกันที่เป็นโลหะหนัก หรือรถบรรทุกสินค้าขนาดใหญ่ เพื่อตรวจจับยูเรเนียม พลูโตเนียม หรือวัสดุความหนาแน่นสูงอย่างอื่นได้ เทคนิคนี้เรียกว่า การถ่ายภาพด้วยรังสีมิวออน (muon radiography) เป็นวิธีการที่มีความไวสูงกว่ารังสีเอ๊กซ์ ไม่มีอันตรายจากรังสีเอ๊กซ์ หรือรังสีแกมมาเหมือนกับที่ใช้งานอยู่ในปัจจุบัน

Chris Morris จากแผนกฟิสิกส์ และ Rick Chartrand จากแผนกทฤษฎี ได้เสนอผลการพัฒนาเทคนิคในการสร้างเครื่องมือวัดต้นแบบ ในการประชุมวิชาการประจำปีของ American Association for the Advancement of Science

ผู้สมัครประธานาธิบดีสหรัฐ เมื่อปี 2004 ได้เคยเสนอว่า การก่อการร้ายทางนิวเคลียร์เป็นภัยคุกคามมากที่สุดที่สหรัฐเผชิญอยู่ ผู้เชี่ยวชาญด้านความปลอดภัยคาดการณ์ว่า ระเบิดนิวเคลียร์ หรือการแพร่กระจายของกัมมันตภาพรังสีในพื้นดิน สามารถทำให้เกิดความวุ่นวาย และทำให้ธุรกิจการค้าสหรัฐพังทลายลงได้

วิธีการถ่ายภาพด้วยรังสีที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน มีประสิทธิภาพไม่เพียงพอ ที่จะตรวจวัดวัสดุนิวเคลียร์ที่บรรจุอยู่ภายในภาชนะห่อหุ้มป้องกัน นอกจากนั้น การใช้งานยังมีอันตรายจากรังสีต่อเจ้าหน้าที่ตรวจวัด และผู้ที่โดยสารอยู่ในยานพาหนะ การถ่ายภาพด้วยรังสีมิวออน ใช้การกระเจิงของอนุภาคมิวออนที่มีอยู่ตามธรรมชาติ ซึ่งเกิดขึ้นจากการสลายตัวของรังสีคอสมิกที่เดินทางมายังโลก เป็นต้นกำเนิดรังสี ดังนั้น การที่ผู้ลักลอบขนส่ง พยายามห่อหุ้มวัสดุนิวเคลียร์ ด้วยตะกั่วหรือโลหะหนักชนิดอื่น จึงทำให้การตรวจวัดด้วยมิวออนทำได้ง่ายขึ้น

J. Andrew Green นักฟิสิกส์ จากแผนกฟิสิกส์ ของ ลอส อลามอส กำลังตรวจสอบ drift tubes ที่ใช้ทำเครื่องมือวัด ในเครื่องต้นแบบ สำหรับใช้ในการถ่ายภาพ ด้วยรังสีมิวออน ที่ Los Alamos Neutron Science Center

Morris ให้ความเห็นว่า “เราเชื่อว่า การทำงานของเรา ได้ผ่านพ้นอุปสรรคในการสร้างระบบต้นแบบสำหรับการรักษาความปลอดภัยมาได้แล้ว”

การถ่ายภาพด้วยมิวออนเหมาะสำหรับงานนี้ เนื่องจากมิวออนมีพลังงานสูงพอที่จะทะลุผ่านก้อนหินหรือโลหะหนัก วัสดุที่ประกอบด้วยธาตุที่มีเลขอะตอมสูง เช่น พลูโตเนียม ยูเรเนียม ตะกั่ว หรือทังสเตน จะมีจำนวนโปรตอนมาก ทำให้มีแรงแม่เหล็กไฟฟ้ามาก ซึ่งจะมีผลต่อมิวออนมากกว่า วัสดุที่ประกอบด้วยธาตุที่มีเลขอะตอมต่ำกว่า เช่น เหล็ก อลูมิเนียม พลาสติก

เครื่องวัดรังสีคู่หนึ่งด้านบน และอีกคู่หนึ่งด้านล่างของรถบรรทุก ตู้สินค้า หรือคอนเทนเนอร์ ซึ่งจะบันทึกจำนวนและทิศทางของมิวออนก่อน และหลังผ่านตู้สินค้า เมื่อวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงของพลังงานและทิศทางของมิวออน โปรแกรมคอมพิวเตอร์จะนำข้อมูลมาสร้างเป็นภาพ 3 มิติ ซึ่งจะแสดงตำแหน่งของวัตถุที่มีความหนาแน่นสูงในตู้สินค้าออกมาได้ ในปี 1960 Luis Alvarez ได้เคยใช้การตรวจวัดมิวออน เพื่อค้นหาห้องที่ซ่อนอยู่ภายในปิรามิดที่ 2 แห่งกิซา

โปรตอน จากรังสีคอสมิก ทำปฏิกิริยากับบรรยากาศโลก การตรวจวัดจำนวนอนุภาคมิวออน ด้วยเครื่องตรวจวัด ก่อนและหลังจากผ่าน วัตถุที่ต้องการตรวจสอบ

จุดเด่นอย่างหนึ่งของการถ่ายภาพด้วยรังสีมิวออน คือ ความสามารถในการแยกความแตกต่างระหว่างวัตถุห่อหุ้มวัสดุนิวเคลียร์กับโลหะความหนาแน่นต่ำ มิวออน มีพลังงานเฉลี่ย 3 TeV (3x109 eV) มิวออนส่วนใหญ่จึงสามาระทะลุผ่านตะกั่วหนา 6 ฟุตได้ ส่วนรังสีแกมมา จะมีพิสัยที่น้อยว่ากันมาก จึงทำได้เพียงภาพ 2 มิติและต้องใช้ต้นกำเนิดรังสีที่มีอันตรายว่า เช่น โคบอลต์-60

ระบบตรวจวัด เช่น จอภาพที่สนามบิน ต้องใช้คนในการแปรผลของภาพ ส่วนระบบคอมพิวเตอร์ของ Los Alamos เป็นแบบอัตโนมัติ ทำให้เจ้าหน้าที่ทำงานได้ง่ายขึ้น Chartrand ได้อธิบายว่า ด้วยวิธี machine learning techniques ทำให้สามารถแสดงผลออกมาได้โดยตรงว่า เป็นระเบิด วัสดุนิวเคลียร์ หรือวัตถุห่อหุ้มสารรังสี " เราได้แสดงให้เห็นว่า เราสามารถใส่ข้อมูลลงไป และด้วยระบบ machine-learning algorithm จะสามารถสอนให้ระบบให้รู้จักวัตถุ โดยมีค่าความผิดพลาดน้อยกว่า 3 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งต่อไปจะมีการปรับปรุงให้ดีขึ้นกว่านี้"

ทีมของศูนย์วิทยาศาสตร์นิวตรอนแห่ง ลอส อลามอส (Los Alamos Neutron Science Center) ได้สร้างต้นแบบของเครื่องมือวัด ที่มีขนาดใหญ่พอที่จะถ่ายภาพโลหะขนาดใหญ่ โดยใช้เวลาถ่ายภาพ 60 วินาที เจ้าหน้าที่สามารถปรับให้ตรวจวัดยานพาหนะที่ไม่มีอันตราย โดยใช้เวลาในการถ่ายภาพด้วยรังสีมิวออน เหลือ 20 วินาทีได้

ภาพ c-clamp ทำด้วเหล็ก ถ่ายด้วยรังสีมิวออน ภาพโทโมกราฟี ของรถที่มีวัตถุ ที่มีเลขอะตอมสูงซุกซ่อนอยู่ภายในรถ
ถอดความจาก Muon detector could thwart nuclear smugglers
เวบไซต์ http://www.lanl.gov/orgs/p/muon_rad.shtml online.
http://www.lanl.gov/orgs/pa/newsbulletin/2005/02/22/text03.shtml