Tiny travelers from deep space could assist in healing Fukushima’s nuclear scar
Researchers examine use of cosmic-ray radiography on damaged reactor cores
LOS ALAMOS, N.M., Oct. 17, 2012—Researchers from Los Alamos National Laboratory have devised a method to use cosmic rays to gather detailed information from inside the damaged cores of the Fukushima Daiichi nuclear reactors, which were heavily damaged in March 2011 by a tsunami that followed a great earthquake.
In a paper in Physical Review Letters, researchers compared two methods for using cosmic-ray radiography to gather images of nuclear material within the core of a reactor similar to Fukushima Daiichi Reactor No. 1. The team found that Los Alamos’ scattering method for cosmic-ray radiography was far superior to the traditional transmission method for capturing high-resolution image data of potentially damaged nuclear material.
“Within weeks of the disastrous 2011 tsunami, Los Alamos’ Muon Radiography Team began investigating use of Los Alamos’ muon scattering method to determine whether it could be used to image the location of nuclear materials within the damaged reactors,” said Konstantin Borozdin of Los Alamos’ Subatomic Physics Group and lead author of the paper. “As people may recall from previous nuclear reactor accidents, being able to effectively locate damaged portions of a reactor core is a key to effective, efficient cleanup. Our paper shows that Los Alamos’ scattering method is a superior method for gaining high-quality images of core materials.”
Muon radiography (also called cosmic-ray radiography) uses secondary particles generated when cosmic rays collide with upper regions of Earth’s atmosphere to create images of the objects that the particles, called muons, penetrate. The process is analogous to an X-ray image, except muons are produced naturally and do not damage the materials they contact.
Massive numbers of muons shower the earth every second. Los Alamos researchers found that by placing a pair of muon detectors in front of and behind an object, and measuring the degree of scatter the muons underwent as they interacted with the materials they penetrated, the scientists could gather detailed images. The method works particularly well with highly interfering materials (so-called “high Z” materials) such as uranium. Because the muon scattering angle increases with atomic number, core materials within a reactor show up more clearly than the surrounding containment building, plumbing and other objects. Consequently, the muon scattering method shows tremendous promise for pinpointing the exact location of materials within the Fukushima reactor buildings.
Using a computer model, the research team simulated a nuclear reactor with percentages of its core removed and placed elsewhere within the reactor building. They then compared the Los Alamos scattering method to the traditional transmission method. The simulation showed that passive observation of the simulated core over six weeks using the scattering method provided high-resolution images that clearly showed that material was missing from the main core, as well as the location of the missing material elsewhere in the containment building. In comparison, the transmission method was barely able to provide a blurry image of the core itself during the same six-week period.
“We now have a concept by which the Japanese can gather crucial data about what is going on inside their damaged reactor cores with minimal human exposure to the high radiation fields that exist in proximity to the reactor buildings,” Borozdin said. “Muon images could be valuable in more effectively planning and executing faster remediation of the reactor complex.”
In addition to their potential utility at Fukushima, muon radiography portals have been deployed to detect potential smuggling of clandestine nuclear materials. These detectors can noninvasively find even heavily shielded contraband in minutes without breaching a container, vehicle or other smuggling device. Los Alamos researchers pioneered the concept shortly after the 9/11 terrorist attacks.
Other Los Alamos National Laboratory co-authors of the paper include Steven Greene, Edward “Cas” Milner, Haruo Miyadera, Christopher Morris and John Perry; and (former Los Alamos post-doctoral researcher) Zarija Lukic of Lawrence Berkeley National Laboratory. Cas Milner is credited by the team as the author of the original concept of applying muon imaging to Fukushima.
Los Alamos research on the project was made possible through Los Alamos’ Laboratory-Directed Research and Development Program (LDRD), which is funded by a small percentage of the Laboratory’s overall budget to invest in new or cutting-edge research. The U.S. Department of Energy supported contacts of the Los Alamos team with other research groups, including several Japanese institutions and the University of Texas.
The paper may be found at: http://arxiv.org/abs/1209.2761
深宇宙からの小さな旅行者が福島の核の傷を癒すのに役立つ可能性が
研究者は、福島第一原子炉の破損コア内部から詳細な情報を収集するために宇宙線を使用するための方法を考案した。
研究者らは、損傷した原子炉のコア上で宇宙線ラジオグラフィの使用を検討
ロスアラモス、N.M.、2012年10月17日 -
ロスアラモス国立研究所の研究者らは、巨大地震に続く津波によって重く、2011年3月に被害を受けた福島第一原子炉の損傷したコア内部から詳細な情報を収集するために宇宙線を使用するための方法を考案した。
Physical Review Lettersに論文では、研究者は、福島第一1号機と同様の原子炉の炉心内の核物質の画像を収集するために宇宙線撮影を使用するための2つの方法を比較した。チームは、宇宙線撮影用ロスアラモス '散乱法は、潜在的に損傷した核物質の高解像度画像データをキャプチャするための従来の伝送方式よりはるかに優れていたことがわかった。
"悲惨な2011年の津波の数週間以内に、ロスアラモス、それが破損した原子炉内の画像への核物質の場所を使用することができるかどうかを判断するためにミューオン散乱法 'ミュオンラジオグラフィーチームがロスアラモスの利用調査を開始しました"を、 "ロサンゼルスのコンスタンチンBorozdinは言ったロスアラモス '素粒子物理学グループと論文の主執筆者。 "人々が以前の原子炉の事故からリコールすることができるように、効果的に炉心の損傷部分を見つけることができるということは、効果的、効率的なクリーンアップへの鍵となります。我々の論文では、ロスアラモス '散乱法は、コア材料の高品質な画像を得るための優れた方法であることを示しています。 "
ミュオンX線撮影（また宇宙線ラジオグラフィと呼ばれる）宇宙線ミュー粒子と呼ばれる粒子が、浸透しているオブジェクトのイメージを作成するために、地球の大気の上部領域に衝突したときに発生する二次粒子を使用しています。プロセスは、ミュオンが自然に生成され、それらが接触材料を損傷しないこと以外は、X線像に類似しています。
ミュオンの膨大な数は、毎秒地球をシャワー。ロスアラモス国立研究所の研究者は、彼らが浸透材料と相互作用しているオブジェクトのと前後にミューオン検出器のペアを置き、散乱の度合いを測定することにより、ミュオンが受けたことが判明し、科学者は、詳細な画像を収集できます。方法は、ウランのような高度に干渉する資料（以下 "高Z"材料いわゆる）に特に適しています。反応器内の原子番号、コア材料とミューオン散乱角の増加は、より明確に周囲の封じ込めの建物、配管や他のオブジェクトよりも現れるので。したがって、ミューオン散乱法は、福島原子炉建屋内の材料の正確な位置を特定するための途方もない約束を示しています。
コンピュータモデルを用いて、研究チームは、原子炉を除去し、原子炉建屋内の別の場所に置かれ、そのコアのパーセンテージでシミュレート。そして、彼らは伝統的な伝送方法ロスアラモス散乱法を比較した。シミュレーションでは、はっきりとその材料がメインコアと同様に、ほかの場所に格納容器の建物の中に行方不明の物質の位置から欠落したことを示した高解像度の画像を提供散乱法を用いた6週間にわたってシミュレーコアの受動的な観測を示した。比較では、伝送方式は、かろうじて同じ6週間の期間中に、コア自体のぼやけた画像を提供することができました。
"我々は現在、日本人は原子炉建屋に近接して存在している高い放射線場に最小限の人間の暴露とその損傷した炉心内部で何が起こっているかについての決定的なデータを集めることが可能なコンセプトを持っている" Borozdinは言った。 "ミュオンイメージがより効果的に、原子炉複合体の速い修復を計画し、実行する際に貴重かもしれません。"
福島で彼らの潜在的有用性に加えて、ミューオンX線撮影のポータルは秘密の核物質の潜在的な密輸を検出するために配備されました。これらの検出器は、非侵襲的に破ることなく、容器、車両やその他の密輸デバイスを数分でさえ重くシールド密輸品を見つけることができます。ロスアラモス国立研究所の研究者は、まもなく9月11日同時多発テロの後にコンセプトを開拓してきました。
ローレンス·バークレー国立研究所（元ロスアラモスポスドク）Zarija Lukic、他のロスアラモス国立研究所論文の共著者はスティーブン·グリーン、エドワード "CAS"ミルナー治雄宮寺、クリストファー·モリスとジョン·ペリーが含まれています。 CASミルナーは福島にミューオンイメージングを適用したオリジナルの概念の著者としてチームによって入金されます。
プロジェクト上のロスアラモスの研究は、新規または最先端の研究に投資する研究所の予算全体のわずかな割合によって資金を供給されるロスアラモス '研究所主導の研究開発プログラム（LDRD）を通して可能になった。米国エネルギー省は、日本の複数の機関やテキサス大学を含む他の研究グループとロスアラモスチームの連絡先をサポートしていました。
用紙は、次のURLで参照できます http://arxiv.org/abs/1209.2761
完璧な英文論文。
一発で直訳できる。
そしてこれは、驚異的な研究開発かもしれない。
訳studiomechanic by google translate