Chaque année, des milliards de tonnes de marchandises sont transportées dans le monde à l'aide de conteneurs de fret. Actuellement, on craint que cet immense volume de trafic puisse être exploité pour transporter des matières nucléaires illicites, avec peu de chance de détection. Une approche prometteuse pour lutter contre ce problème consiste à mesurer comment les biens interagissent avec les particules chargées appelées muons, qui se forment naturellement lorsque les rayons cosmiques interagissent avec l'atmosphère terrestre. Des études mondiales ont maintenant exploré comment cette technique, nommé « tomographie muonique, " peut être réalisé grâce à une variété de technologies de détection et d'algorithmes de reconstruction. Dans cet article de EPJ Plus , une équipe dirigée par Francesco Riggi à l'Université de Catane, Italie, s'appuyer sur ces résultats pour développer un prototype de tomographe à muons à grande échelle.

La technologie est particulièrement avantageuse puisque les muons cosmiques sont disponibles dans le monde entier; afficher des propriétés bien connues au niveau de la mer; et peut pénétrer beaucoup plus profondément dans les matériaux lourds que les rayons X. En interagissant avec des éléments lourds tels que les matières nucléaires, les muons sont dispersés à des angles caractéristiques. Par conséquent, en comparant les trajectoires des muons entrant et sortant d'un matériau inspecté, les chercheurs peuvent identifier ces éléments, même s'ils sont cachés dans de grands conteneurs. Cependant, puisque les muons cosmiques sont relativement rares, cette technique nécessite de longs temps de balayage pour produire des niveaux appropriés de sensibilité et de résolution d'image, ce qui limite son utilisation dans la surveillance à grande échelle. De nombreuses études antérieures ont maintenant abordé ce problème en utilisant des techniques avancées de détection de muons, aux côtés d'algorithmes de reconstruction d'images.

Dans ce numéro d'actualité, Riggi et ses collègues ont utilisé les connaissances acquises grâce à ces études pour construire un prototype de tomographe à muons à grande échelle, avec une zone de détection de 18 m ² —assez grand pour inspecter un conteneur de fret standard. Leur étude consistait à placer des détecteurs de muons électroluminescents au-dessus et au-dessous d'un petit bloc de plomb. Un algorithme spécialisé a ensuite utilisé les données recueillies pour estimer l'approche la plus proche entre les noyaux avec des numéros atomiques élevés dans le bloc, et les muons qui ont été dispersés par eux, permettant aux chercheurs de déterminer la position du bloc en 3-D. Les résultats de l'étude ouvrent la voie à des détecteurs pratiques avec des temps de détection faibles et des résolutions d'image élevées. Grâce à d'autres améliorations, le prototype pourrait bientôt conduire à des systèmes de surveillance sophistiqués, adapté pour une utilisation dans les installations de manutention de fret dans le monde entier.