Лучше рентгена: что такое мюоны и как космические технологии помогут в восстановлении Украины
Эстонская компания создала интересное технологическое решение, что поможет в восстановлении Украины. Секрет этой технологии – энергетические частицы, которые возникают, когда космические лучи взаимодействуют с атмосферой Земли. Они могут "заглянуть" внутрь бетона и помочь оценить скрытые повреждения зданий в Украине после войны. Эти частицы, известные как мюоны, способны проникать через материалы на глубину до сотен метров, что делает их уникальным инструментом для анализа состояния конструкций.
Компания GScan из Эстонии разрабатывает портативные устройства для мюонной томографии, которые могут обнаруживать трещины в бетоне, коррозию металлических стержней и другие скрытые дефекты. Технология позволяет "заглянуть" внутрь зданий, мостов и даже ядерных реакторов, где обычные рентгеновские лучи неэффективны. В сотрудничестве с украинскими властями GScan планирует протестировать свою технологию на мосту Патона в Киеве, который находится в аварийном состоянии.
Мюонные детекторы являются безопасными для людей, поскольку мюоны естественно присутствуют в окружающей среде и не повреждают ткани, как рентгеновские лучи. Однако анализ больших конструкций требует значительного времени и ресурсов – исследование одного моста может длиться месяц и стоить до 125 000 долларов. 24 Канал рассказывает, что известно об этой технологии и как она поможет Украине.
В чем роль мюонов
Энергетические частицы, которые на короткое время появляются во время столкновения космических лучей с атмосферой Земли, могут помочь выявить скрытые повреждения зданий в Украине после завершения войны.
Эти частицы, известные как мюоны, являются довольно необычными. Они возникают в результате столкновений высокоэнергетических протонов и атомных ядер космических лучей с молекулами атмосферы Земли. Продолжительность их существования составляет лишь около 2 микросекунд, после чего они распадаются на электроны и антинейтрино.
Однако двигаясь со скоростью света, мюоны успевают преодолеть огромные расстояния. Каждую секунду примерно 10 тысяч таких частиц попадает на каждый квадратный метр земной поверхности. Они не только "дождем" падают на поверхность, но и проникают вглубь на сотни метров. Именно это свойство проникать сквозь материалы вдохновило ученых еще в 1940-х годах использовать мюонные детекторы для исследования больших и недоступных объектов. Однако для реализации идеи понадобилось много времени.
В 1970-х годах с помощью мюонных детекторов проводили эксперимент по поиску скрытых камер в египетской пирамиде. Однако лишь спустя 50 лет технология достигла существенного прогресса. За последнее десятилетие несколько компаний по всему миру начали разрабатывать портативные мюонные томографы, которые могут сканировать транспортные средства на наличие скрытых пассажиров или контрабанды, а также выявлять трещины в мостах или повреждения в старых ядерных реакторах.
Среди таких компаний есть эстонская GScan, которая уже использовала свои детекторы для нескольких проектов, включая оценку состояния ядерного объекта Sellafield в Великобритании. Также компания планирует применить технологию в Украине для выявления скрытых трещин и повреждений в зданиях и мостах, которые могут стать причиной обвалов в будущем, рассказывает Space.com.
На сегодня не существует другой технологии, которая позволяет увидеть внутри бетонного блока. Самые мощные рентгеновские системы могут проникнуть только на глубину 10 – 20 сантиметров, тогда как мюонные детекторы способны "заглянуть" на десятки метров,
– рассказал Space.com Анди Гектор, соучредитель и стратегический директор компании GScan.
Анди Гектор / Фото Tereza Pultarova / Space.com
Мюонные детекторы не только позволяют исследовать недоступные структуры, но и анализировать их содержание. Например, коррозия металлических стержней, невидимые трещины или скрытые резервуары с жидкостью становятся хорошо заметными под "космическим взглядом" этих частиц.
Как работает технология
Когда мюоны приближаются к объекту, специальные сенсоры из созданного пластика обнаруживают их проход. Используя многослойные пластины из этого материала, исследователи могут восстановить траектории мюонов, которые проходят через разные точки каждого слоя. Еще один детектор, расположенный с противоположной стороны бетонной конструкции, измеряет, как меняется траектория частиц из-за неровностей или дефектов внутри объекта.
Мы отслеживаем сотни тысяч или даже миллионы частиц, которые проходят мимо объекта. На основе этих данных мы можем понять, как в среднем меняется их траектория в объекте. Это позволяет делать выводы о материале и его состоянии,
– объясняет Анди Гектор.
Оценка больших, потенциально опасных конструкций, например, как поврежденный мост, – это сложный и длительный процесс. По словам Гектора, детекторы могут сканировать одну ключевую точку конструкции до недели. Для полного исследования среднего по размеру автомобильного моста нужно до месяца, а стоимость такой работы достигает 125 000 долларов.
К теме Огромный экономический и человеческий потенциал: как ЕС планирует отстроить Украину после войны
Компания GScan ведет переговоры с украинскими властями относительно возможного тестирования технологии на мосту Патона в Киеве – 70-летнем сооружении длиной более полутора километров, которое еще до полномасштабной войны получило статус аварийного.
Очевидно, что сейчас [у Украины] совсем другие приоритеты. Но это мы могли бы сделать, когда условия станут более благоприятными, и начнется восстановление инфраструктуры,
– добавил представитель GScan.
В чем опасность состояния моста Патона
Мост Патона в Киеве находится в аварийном состоянии и требует масштабной реконструкции. Основные причины такого состояния переправы – ее длительная эксплуатация с 1953 года, постоянная перегрузка автотрафиком и отсутствие капитального ремонта. Реконструкцию усложняет статус моста как архитектурного памятника, что ограничивает проведение необходимых строительных работ.
С 1953-го до 2004 года по мосту курсировали трамвайные маршруты, соединявшие Подол с левобережными районами. После демонтажа трамвайной линии по мосту запустили троллейбусы. Мост находится в собственности государства – Киев передал его для ремонта в проект "Большая стройка".
В аварийном состоянии мост Патона находится с 2017 года. В 2020 году мост признали аварийным и запланировали отремонтировать сооружение до 2025 года. Тогда же киевский городской глава Виталий Кличко подписал распоряжение о начале реставрации моста.
К теме Аварийный мост Патона: что грозит старейшему мосту через Днепр и какие последствия для Киева
По словам директора Института электросварки имени Патона Игоря Кривцуна, мост практически не обслуживался с момента постройки в 1953 году, что привело к значительной коррозии конструкций. В некоторых местах толщина металла нижнего пояса моста уменьшилась до 5 миллиметров, что втрое меньше необходимого.
Мост Патона / Фото Льва Шевченко, 24 Канал
Исследование состояния моста проводилось только в доступных местах, поэтому общая картина его повреждений может быть значительно хуже. Разрушение ускорилось после работ 2013 года, когда мусор, который попал на металлические элементы, стал влажным, активируя коррозионные процессы.
Кабинет Министров Украины уже предусмотрел 1 миллион гривен на реставрацию моста в рамках общего финансирования в 3,7 миллиарда гривен для развития инфраструктуры. Институт Патона готов способствовать восстановлению, однако для этого необходимо начать обследование и реконструкцию.
Лучше рентгена
Мюонные детекторы способны проникать гораздо глубже, чем распространенные рентгеновские аппараты, и одновременно мюоны – значительно безопаснее. Частицы, которые естественным образом присутствуют в окружающей среде, не наносят вреда клеткам и ДНК, даже в отличие от низких доз рентгеновского излучения. Благодаря этому использование мюонных детекторов не создает риска развития рака у операторов, что является существенным преимуществом над рентгеновскими системами.
Оборудование GScan / Фото Tereza Pultarova / Space.com
Читайте также Пробки и новые маршруты автобусов: как выглядят подходы к Подольскому мосту в Киеве
Компания GScan занимается разработкой этой технологии с 2016 года. В прошлом году ее специалисты применили мюонные детекторы для анализа состояния законсервированных ядерных реакторов на учебной базе для подводных лодок в Палдиски, Эстония. Этот объект, возведенный еще во времена Советского Союза 60 лет назад, был залит слоями бетона в 1990-х годах.
Изучая рассеивание мюонов, исследователи смогли обнаружить скрытые очаги радиоактивных отходов и оценить состояние реакторов. Этот опыт демонстрирует потенциал мюонной томографии для безопасного анализа сложных объектов, которые недоступны для традиционных методов обследования. Что актуально для Украины как в контексте послевоенного восстановления, так и для ремонта заброшенных сооружений.