Nesta ilustração, uma série de cinco detectores de múon de poço são implantados em um poço horizontal abaixo de um reservatório de dióxido de carbono. Crédito:Pacific Northwest National Laboratory
Invisível a olho nu, múons são partículas elementares criadas pelas colisões de raios cósmicos com moléculas na alta atmosfera. Esses múons estão constantemente irradiando para baixo na superfície da Terra em vários ângulos. Como os múons passam através dos materiais, cientistas desde 1960 se voltaram para eles para "ver" o interior das estruturas, como as pirâmides de Gizé.
Agora os múons, outrora usado para explorar o interior de pirâmides e vulcões semelhantes, estão permitindo que os pesquisadores vejam as profundezas do subsolo com um avanço tecnológico do PNNL.
Ao colocar o equipamento de detecção - do tamanho de um carro pequeno - próximo a uma estrutura, como uma pirâmide, os pesquisadores podem medir anomalias no fluxo de múons que passam por ele. As anomalias - especificamente mudanças no número de múons que atingem os detectores a cada segundo - mostram uma mudança na densidade dentro da estrutura ou objeto. No caso de uma pirâmide, anomalias indicavam a presença de criptas ou câmaras ocultas.
Devido ao seu grande tamanho, os detectores de múons atuais só podem obter imagens da subsuperfície se forem colocados em minas subterrâneas ou túneis. Para ser usado de forma eficaz para criar imagens 3D de plumas subterrâneas de dióxido de carbono ou reservatórios de petróleo, e, eventualmente, ser capaz de monitorar as mudanças com o tempo, Os detectores de múons precisam ir mais fundo e "ver" mais. Mas como obtemos um detector do tamanho de um carro pequeno a milhares de metros de profundidade?
Pesquisadores do PNNL e seus parceiros criaram um detector de múons do tamanho de um poço - apenas cinco centímetros de diâmetro e cerca de 60 centímetros de comprimento - que pode ser inserido no fundo da terra. Este dispositivo inédito - financiado pelo DOE Office of Fossil Energy (link externo) como parte da Tecnologia de Subsuperfície e Pesquisa de Engenharia (SubTER) Crosscut - é um avanço revolucionário para imagens de densidade subterrânea.
Protótipo do detector de múons do tamanho de um poço. Crédito:Pacific Northwest National Laboratory
Como nenhuma surpresa, a construção de tal detector e os métodos de computador para traduzir anomalias de múons em imagens de densidade exigiram algumas participações ativas de parceiros:
Os grandes detectores existentes abrigam vários planos cintiladores - camadas de um material que produzem flashes de luz quando atingidos por um múon. O primeiro detector de múon de furo de poço protótipo consiste em 30 hastes cintilantes horizontais longas em duas camadas e 60 hastes perpendiculares curtas em duas camadas, fibras ópticas, sensores de luz, e eletrônicos para detectar cada múon que passa pelo dispositivo. Várias simulações de computador das trajetórias dos múons foram realizadas para selecionar a geometria ideal das diferentes camadas. O detector conta os múons, mas também determina suas trajetórias, o que é necessário para construir uma imagem de densidade 3D.
O protótipo concluído foi implantado no Shallow Underground Laboratory do PNNL para um teste inicial bem-sucedido em maio de 2016. Ele foi enviado ao LANL no início de junho para ser testado em um túnel onde coletará dados por dois meses. A equipe de pesquisa irá comparar esses dados com os de dois detectores maiores desenvolvidos por LANL e SNL implantados no mesmo túnel.
Os projetos do segundo protótipo estão bem encaminhados. Com base nas lições aprendidas no primeiro protótipo, Pesquisadores do PNNL, em estreita colaboração com a Universidade do Havaí, estão projetando um instrumento atualizado com maior sensibilidade e controles para orientação em poços verticais e horizontais.
