En un hito que fusiona física, ingeniería e innovación, los investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge del Departamento de Energía (ORNL) han desarrollado un detector móvil de muones.
Este sistema de vanguardia está diseñado para sondear materiales densos, mejorar el monitoreo de combustible nuclear y abordar uno de los desafíos más difíciles en la computación cuántica.
Los muones, partículas subatómicas similares a electrones, son más pesadas, pero pasan a través del material a casi velocidad. La capacidad de penetrar en materiales densos lo hace invaluable para las aplicaciones de imágenes.
Sin embargo, su vida útil fugaz, solo unas pocas microsegundos en comparación con 10 minutos de neutrones, ha limitado históricamente el uso práctico. El nuevo detector de muones de ORNL supera estos desafíos y crea nuevas oportunidades para la ciencia y la tecnología.
Abordar los problemas de seguridad nuclear
Los detectores de muones están listos para revolucionar la forma en que los científicos monitorean y protegen los materiales nucleares.
Al analizar la forma en que los muones se dispersan y pierden energía a medida que pasan a través de la materia, el sistema proporciona imágenes detalladas de objetos, como latas de combustible nuclear protegido.
A diferencia de los detectores anteriores que se basaban en una sola medida, el dispositivo mide simultáneamente tanto la energía del muón como los ángulos de dispersión, logrando imágenes más claras y precisas.
Este avance tiene implicaciones directas para la seguridad nuclear. Desde el seguimiento del combustible nuclear gastado hasta el apoyo al desarrollo de reactores nucleares de próxima generación, los detectores aumentan la responsabilidad en el manejo del material nuclear.
Sus aplicaciones se extenderán a las estrategias de eliminación de residuos y ayudarán a los Estados Unidos y a la comunidad global a fortalecer las medidas de protección contra los riesgos potenciales.
Apoyando el futuro de la computación cuántica
Más allá de la ciencia nuclear, este detector ayuda a resolver uno de los obstáculos más apremiantes en la computación cuántica: la estabilidad de qubit.
Los quabits, los bloques de construcción básicos de las computadoras cuánticas, son extremadamente sensibles y propensos a los errores causados por la radiación cósmica.
Al estudiar cómo los muones y otras partículas espaciales interactúan con qubits, los investigadores pueden mejorar los métodos de corrección de errores y diseñar hardware cuántico más resistente.
Sin este avance, la escala de computadoras cuánticas más allá de los entornos de laboratorio controlados permanece fuera de alcance.
Por lo tanto, el detector de muones juega un papel doble. Garantizar la seguridad nuclear mientras promueve la computación de próxima generación.
Nacido de la colaboración interdisciplinaria
El proyecto destaca el poder de la colaboración en el campo de la ciencia. La idea del detector de muones ocurrió durante un estudio doctoral sobre simulación computacional de tomografía por muón.
Pero cuando el creador original Junghyun Bae encontró inspiración en el detector de neutrones existente en exhibición en el Museo Americano de Ciencia y Energía en Tennessee, se arraigó en Ornl.
Originalmente construido por el Director de Ciencias de Neutrones de Ornl y ganó el prestigioso premio R&D 100 en 2012, su detector de neutrones proporcionó un plan para adaptar la tecnología de fibra de longitud de onda para la detección de muones.
Al combinar las ciencias de los neutrones con la experiencia de Fusion and Fission Energy Research, el equipo de ORNL ha transformado el concepto completamente en un sistema operativo durante dos años.
BAE agregó: “Estoy encantado de que esta visión se concrete, y hay una comunidad increíble aquí en ONL y el apoyo que recibí es invaluable.
«Este proyecto ejemplifica el poder y la innovación de la colaboración interdisciplinaria en ORNL».
Una nueva era de imágenes de luna
El detector de muones pronto se trasladará a la instalación especialista de Ornl para pruebas reales.
Una vez que comienza la prueba, el detector promete desempeñar un papel fundamental en dos áreas importantes. Fortalece las medidas de protección nuclear y acelera el amanecer de las computadoras cuánticas prácticas.
Al hacerlo, muestra cómo el ingenio colaborativo puede transformar los desafíos científicos de larga data en soluciones innovadoras.
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