Dugót keresnek a vulkánban

A kozmikus részecskéket képalkotásra használó müográfiai eszközöket fejlesztő kutatási program indult a Wigner Fizikai Kutatóközpontban. A müonok segítségével vulkánok működését, cunamik terjedését próbálják előre jelezni.

Japan Travel / Mt. Sakurajima Fotó: TAKASHI OZAKI

Alig több mint egy évtizede kapott nevet az igen gyorsan fejlődő müográfia, ez az igen összetett tudományterület, amely nagyenergiás, illetve részecskefizikai mérőeszközöket használ földtudományi, geofizikai és mérnöki területeken. A müográfia a kozmikus eredetű részecskék közül a müonokat alkalmazza, amelyek nagyon nagy áthatolóképességüknek köszönhetően sokkal több anyagon átjutnak, mint a röntgen- vagy bármelyik radioaktív sugárzás.

– A világűrben a kozmikus részecskék elsősorban hidrogén- és hélium­atommagok, ezekből keletkeznek a müonok a magas légkör atommagjai­val való kölcsönhatások során. Azaz a müonok csak a légkörrel rendelkező bolygók felszínén mutathatók ki, amilyen a Földünk is. A müon jól ismert részecske, az elektron nagytestvére. Mivel tömege az elektronénak kétszázszorosa, egy elektronra és két neutrínóra tud bomlani. Érdekesség, hogy a müonok kétmilliomod másodperc alatt elbomlanak, ennyi idő alatt fénysebességgel sem érhetnének le a Föld felszínére. Viszont a relativitáselmélet jóslatának megfelelően éppen a gyorsaságuk miatt számukra lassabban telik az idő. Emiatt jut idejük arra, hogy mégis leérjenek a felszínre

– magyarázta a müográfia lényegét Varga Dezső, a Wigner Fizikai Kutatóközpont (Wigner FK) Innovatív Detektorfejlesztő Kutatócsoport vezetője.

A müonok segítségével nagy anyagmennyiség is átvilágítható, olyan is, amelyik egyéb módszerrel nem. A vulkánok belseje például rendkívül nehezen vizsgálható, a müográfia segítségével azonban a vulkáni kúp felső részének belsejébe pillanthatunk. A világ jelenleg legnagyobb müográfiai berendezése a japán Sakurajima vulkánt figyeli. A japán–magyar együttműködéssel létrejött Sakurajima Muography Observatory teljes egészében a Wigner FK-ban fejlesztett detektortechnológiát használja. Az obszervatórium a ma is aktív vulkán kúpjának felső néhány száz méteréről ad információt, a mélyben lévő magmakamrát sajnos nem látja. A vulkanológusok számára a magmadugó azonosítása a leghasznosabb. Ha a vulkáni törmelék és hamu eltömíti a kürtőt, akkor a magma nyomása nagyon megnőhet, és ez robbanásszerű kitöréshez vezet. Müográfiával azonosítható, hogy kialakulóban van-e egy ilyen dugó vagy csak visszahúzódott a magma. Varga Dezső szerint a hosszú távú cél a kitörések gyakoriságának vagy típusának az előrejelzése.

A Wigner FK-ban most kezdődő program részecskefizikai detektorok kutatásával és fejlesztésével foglalkozik az Innovatív Detektorfejlesztő Lendület Kutatócsoport vezetésével. A csoport által korábban kifejlesztett részecske-nyomkövetőkből épített hordozható müográfot sikeresen használták több hazai és külföldi, természetes és mesterséges föld alatti szerkezet (barlangok, illetve bányaüregek, érctestek) kimutatására is.

– A müográfia segítségével feltárás vagy fúrás nélkül kaphatunk információt a céltárgy belsejéről, vagy adott esetben drasztikusan csökkenthető a szükséges, igen drága kutatófúrások száma

– mutatott rá Hamar Gergő, a Wigner FK részecskefizikusa.

A kutatók szerint a müográfia új módszereivel hatékonyabban lehet olyan katasztrófahelyzetekre reagálni, mint például egy szökőár, feltárhatók az elöregedett mérnöki és bányászati infrastruktúrák veszélyforrásai, versenyképesebbé válnak a bányászati beruházások. Szökőár megfigyelése kivételes esetben lehetséges, de a Tokiói-öbölben ehhez minden adott: az öböl alatti, több mint kilenc kilométer hosszú alagútban, a Tokió Egyetem által vezetett kollaboráció mérőberendezést telepített. Ha a szökőárhullám fejlődése, iránya pontosan ismert az alagút vonalában, van idő a megfelelő árhullámkapuk bezárására. Varga Dezső szerint nehéz más olyan módszert találni, ami ezen a téren a müográfiai mérés egyszerűségét és precizitását eléri.

Müondetektor segítségével a régi, rekultiválás alatt álló bánya akár éveken át monitorozható, hogy egy táró beom­lik-e és hol. Egy új vagy újranyitandó bányánál pedig akár az érctest is kutatható vagy a táró kialakítására alkalmas alapkőzet elhelyezkedése kereshető meg. A müográfia ebben az esetben más módszereket kiegészítő lehetőség: bányászati alkalmazásnál a rendkívül költséges kutatófúrások száma csökkenthető az eljárással.

Borítókép: A világ legnagyobb müográfiai berendezése a jelenleg is aktív japán Sakurajima vulkánt figyeli (Fotó: Europress/AFP)