Kim Tự Tháp – Tượng Nhân Sư

Một hành lang ẩn bên trong Kim Tự Tháp được chụp bằng kỹ thuật chụp cắt lớp Muon năm 2016 (Nguồn: Bộ Du lịch và Cổ vật Ai Cập).

Không gian chứa vô số hạt bức xạ vũ trụ di chuyển với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng. Chúng được phát ra từ mặt trời hoặc từ các vụ nổ siêu tân tinh ở khắp các thiên hà. Trái đất bị bắn phá bởi hàng nghìn tỷ hạt hạ nguyên tử mỗi giây. Khi các tia vũ trụ va chạm với bầu khí quyển, một trong số chúng bị từ trường của Trái đất làm chệch hướng, trong khi những tia khác lọt qua và xuống tới mặt đất mà không gây ra bất kỳ tác hại nào. Khi các tia đi qua bầu khí quyển, chúng trải qua hàng loạt tương tác, tạo ra trận mưa hạt hạ nguyên tử mới, trong số này có Muon.

Muon có một số tính chất sai lệch so với những dự đoán của lý thuyết vật lý hạt hay còn gọi là các mô hình chuẩn. Tuy nhiên, các nhà khoa học đã tìm ra cách ứng dụng hạt bí ẩn này vào kỹ thuật chụp ảnh bức xạ tương tự như kỹ thuật chụp X-quang, để thấy được bên trong các vật thể lớn, nơi không thể tiếp cận bằng phương pháp vật lý thông thường. Tháng 3/2023, Ai Cập công khai những thước phim đầu tiên về hành lang bí mật bên trong Đại Kim Tự Tháp Giza 4.500 năm tuổi, nằm ở ngoại ô Cairo. Hành lang bí ẩn này dài 9 mét và rộng 2 mét, lần đầu tiên được phát hiện vào năm 2016 nhờ kỹ thuật chụp ảnh Muon. Tương tự như vậy, kỹ thuật chụp ảnh Muon đã được áp dụng để quét bức tường thành phố cổ Tây An ở Trung Quốc, một cơn bão đi qua Nhật Bản, sông băng trên dãy Anpơ và gần đây là một lò phản ứng hạt nhân ở Pháp đang trong quá trình ngừng hoạt động.

Ông Ian Swainson, nhà vật lý hạt nhân của IAEA cho biết: “Mặc dù chúng ta không thể nhìn thấy chúng, nhưng Muon có ở khắp mọi nơi trên Trái đất: chúng liên tục đi qua chúng ta và các vật thể xung quanh chúng ta với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng từ mọi góc độ”. “Chúng hoàn toàn vô hại với con người nhưng có thể xuyên qua hàng trăm mét đá, cung cấp một phương tiện linh hoạt để hiểu thành phần và kích thước của vật liệu mà chúng ta không thể nhìn thấy được”.

Các tia vũ trụ đâm vào bầu khí quyển của Trái đất, tạo ra các dòng hạt, trong số đó có Muon. (Nguồn: A. Vlasov/IAEA).

Kỹ thuật chụp ảnh bức xạ Muon

Kỹ thuật chụp ảnh Muon là kỹ thuật sử dụng các Muon tia vũ trụ để tạo ra hình ảnh ba chiều của các thể tích bằng cách sử dụng thông tin dựa trên tán xạ Coulomb của các Muon. Kỹ thuật chụp ảnh Muon hoạt động theo nguyên lý tượng tự như chụp X-quang hoặc tia gamma, được sử dụng trong y học để quét cơ thể và trong công nghiệp để đánh giá tính toàn vẹn và an toàn của các cấu trúc và thành phần kết cấu. Trong khi các kiểu chụp X-quang hiện nay dựa vào các nguồn bức xạ nhân tạo cường độ cao được tạo ra bởi các máy gia tốc hoặc các nguồn phóng xạ, thì chụp Muon dựa trên các tia vũ trụ đến tự nhiên từ ngoài không gian. Vì các hạt Muon thâm nhập sâu hơn nhiều so với tia X, chụp cắt lớp Muon có thể được sử dụng để chụp ảnh xuyên qua vật liệu dày hơn nhiều so với chụp X-quang hay CT.

Kể từ khi được ứng dụng vào những năm 1950, kỹ thuật chụp ảnh Muon đã có hai loại: Chụp cắt lớp và chụp cắt lớp tán xạ Muon. Chụp cắt lớp Muon (Muography) là kỹ thuật dựa trên nguyên lý hoạt động của đầu dò bên dưới hoặc bên cạnh một cấu trúc để thu giữ các hạt Muon đi qua cấu trúc đó. Vật chất càng đậm đặc thì càng có nhiều Muon bị hấp thụ. Hạt Muon đi qua cấu trúc sẽ bị đầu dò ở đối diện thu giữ. Trên hình ảnh thu được, các khoảng trống mà các hạt Muon đi qua sẽ được đánh dấu là các điểm sáng, còn các vật liệu có mật độ cao hơn sẽ tối hơn. Trong khi kỹ thuật chụp Muography dựa trên sự hấp thụ của các hạt Muon, thì kỹ thuật chụp cắt lớp tán xạ Muon (MST) dựa trên nguyên lý tán xạ các hạt Muon. Ví dụ như khi sử dụng hai đầu dò đặt ở hai phía đối diện của ô tô hoặc công-ten-nơ vận chuyển, dựa trên các hạt bị lệch khỏi vật liệu có mật độ cao với số lượng proton cao, hình ảnh thu được giúp thấy bên trong phương tiện hoặc công-ten-nơ mà không cần tiếp cận kiểm tra thực tế.

Muography là kỹ thuật có khả năng khảo sát các vật thể lớn hơn nhiều so với kỹ thuật chụp ảnh tia X thông thường. Do các Muon có khả năng tương tác thấp, bị dừng lại và phân rã trong vật chất có mật độ thấp hơn so với vật chất có mật độ cao, nên số lượng Muon di chuyển qua các vùng mật độ thấp của các vật thể mục tiêu so với các vùng có mật độ cao hơn là lớn hơn. Các thiết bị ghi lại quỹ đạo của từng sự kiện để tạo ra một Muogram hiển thị ma trận số lượng Muon được truyền sau khi chúng đi qua các vật thể có kích thước 100 mét đến hàng km. Cấu trúc bên trong của đối tượng, tạo ảnh theo mật độ, được hiển thị bằng cách chuyển đổi Muogram thành ảnh Muographic. Thiết bị chụp cắt lớp Muon được phát triển với mục đích phát hiện vật liệu hạt nhân trong phương tiện giao thông đường bộ và công-ten-nơ hàng hóa. Một ứng dụng khác là giám sát các địa điểm dưới lòng đất có tiềm năng sử dụng để cô lập carbon.

Một số ứng dụng của Muography

Trong lĩnh vực địa chất: Kỹ thuật Muography đã được sử dụng để chụp ảnh các buồng magma nhằm dự đoán các vụ phun trào núi lửa. Công nghệ này được áp dụng để hiểu rõ hơn về thời điểm núi lửa sẽ phun trào, theo dõi các đường magma, mang đến  hình ảnh về sự hình thành khoang trước khi miệng núi lửa sụp đổ, xác định các vết nứt ngầm và sự hình thành các lỗ thông hơi mới.

Trong giám sát nước ngầm: Kỹ thuật Muography được áp dụng để theo dõi mức độ bão hòa của nước ngầm với đá nền trong các khu vực sạt lở đất do mưa. Kết quả đo được so sánh với phép đo mực nước ngầm trong lỗ khoan và điện trở suất của đá.

Trong nghiên cứusông băng: Khả năng ứng dụng của kỹ thuật chụp ảnh Muography đối với các nghiên cứu về sông băng lần đầu tiên được chứng minh qua cuộc khảo sát phần trên cùng của sông băng Aletch nằm ở dãy núi Alps ở Trung Âu. Muography theo dõi sự xói mòn nền bên dưới và ranh giới giữa sông băng và nền đó. Phương pháp này cung cấp thông tin quan trọng về cơ chế xói mòn nền đá dưới băng.

Trong khai thác khoáng sản: Kỹ thuật Muography xây dựng bản đồ khảo sát các vị trí có thể có mỏ urani.

Trong xây dựng dân dụng: Kỹ thuật Muography được sử dụng để lập bản đồ bên trong các cấu trúc dân dụng lớn, chẳng hạn như đập và môi trường xung quanh nhằm mục đích phòng ngừa rủi ro và an toàn.

Trongđánh giá chất thải hạt nhân: Kỹ thuật Muography hiệu quả đối với việc mô tả đặc tính chất thải hạt nhân và tính toán vật liệu hạt nhân đối với nhiên liệu đã qua sử dụng bên trong các thùng chứa khô. Chụp cắt lớp Muon có thể đánh giá mức làm giảm bức xạ và tình trạng của thùng chứa chất thải.

Trong khảo cổ học: Kỹ thuật Muography có thể khảo sát các quần thể Kim Tự Tháp và nghiên cứu các cấu trúc cổ có thể đã bị suy yếu và có nguy cơ sụp đổ.

Nguồn Internet

✍️ Mục lục: Kim Tự Tháp – Tượng Nhân Sư 👉  Xem tiếp

Để biết thêm chi tiết, xin vui lòng liên hệ với Kênh và Nhóm trên Telegram