طريقة جديدة لاكتشاف الأسلحة النووية المخفية

قام مختبر لوس ألاموس الوطني الأمريكي بتطوير طريقة للكشف عن العناصر الثقيلة، مثل اليورانيوم، باستخدام جزيئات دون ذرية من الفضاء تسمى الميونات

المكان الذي ولدت فيه القنبلة النووية وجد الآن طريقة لكشف المواد النووية غير القانونية. قام مختبر لوس ألاموس الوطني الأمريكي بتطوير طريقة للكشف عن العناصر الثقيلة، مثل اليورانيوم، باستخدام جزيئات دون ذرية من الفضاء تسمى الميونات. من الممكن أن تحمي طريقة "التصوير المقطعي بالميون" في عام 2008 حدود الولايات المتحدة.
وفي كل دقيقة يصل حوالي 10,000 ميون إلى كل متر مربع من سطح الأرض.
هذه الجسيمات المشحونة هي منتجات ثانوية لاصطدامات الأشعة الكونية مع الجزيئات الموجودة في الغلاف الجوي العلوي. وتستطيع الميونات، التي تتحرك بسرعات نسبية، أن تخترق الصخور والمواد الأخرى لعشرات الأمتار قبل أن تمتصها الذرات الأخرى أو تنحرف عنها. المواد ذات الكثافة العالية، مثل اليورانيوم والبلوتونيوم وهي عناصر ذات عدد ذري ​​مرتفع (Z)، أي العديد من البروتونات في النواة، تكون فعالة بشكل خاص في تشتيت الميونات.
"نحن نستفيد من حقيقة أن التشتت حساس لـ Z وهو حساس بشكل خاص للمواد التي تصنع منها القنابل الذرية أو وسائل حماية مثل هذه القنابل"، يوضح كريستوفر موريس من لوس ألاموس، الذي يرأس الفريق الذي ابتكر هذه التكنولوجيا. "نحن نقيس زاوية التشتت لكل ميون، وزاوية الدخول وزاوية الخروج، والتغير في الزاوية يخبرنا بكمية المادة التي مرت من خلالها الجسيمات."

طريقة للتعرف على المواد المهربة
بعد رفع مستوى التأهب الأمني ​​في أعقاب هجمات 11 سبتمبر، أدرك موريس وفريقه أن الميونات يمكن أن توفر وسيلة للكشف عن المواد النووية المهربة، وهي طريقة ستكون أفضل من أجهزة الكشف الحالية المعتمدة على الأشعة السينية أو النيوترونات أو أشعة جاما. مما قد يعرض الإنسان للإشعاعات الضالة.
لا توجد مشكلة كهذه في المسح المعتمد على الميونات، لأن الميونات موجودة بالفعل في كل مكان بشكل طبيعي. وعلى الرغم من أن التدريع قد يعطل طرق المسح الأخرى، إلا أنه يسهل فقط اكتشاف الميونات للمواد النووية المهربة. الدروع مصنوعة أيضًا من مواد عالية الكثافة، وبالتالي يمكن رؤيتها في التصوير المقطعي الأيوني، وهو غير حساس لتشتت الخلفية الذي يطمس صور الأشعة السينية.
تمكن النموذج الأولي لجهاز التعقب Mione، الذي تم الانتهاء من بنائه في عام 2006، من اكتشاف أشياء اختبارية مثل مكعب من الرصاص بطول 10 سم مخبأ في كتلة المحرك، والذي كان من الممكن أن يتمكن من الهروب من الفحص العادي بالأشعة السينية. تقول إيريكا سوليفان، المتحدثة باسم قسم التطبيقات في لوس ألاموس: "لقد أعطتنا التجربة الثقة في أن التكنولوجيا ستعمل وأنه من الممكن الانتقال إلى المرحلة التالية من التطوير".
سمعت شركة البرمجيات Decision Sciences من سان دييغو، المتخصصة في التطبيقات الدفاعية، عن العمل الجاري في لوس ألاموس وازداد حماسها عندما أدركت أن التصوير المقطعي للميون قادر أيضًا على تحديد المواد ذات العدد الذري المتوسط، مثل الحديد و النحاس، الذي يستخدم كمكونات في الأجهزة المتفجرة المرتجلة. وأدى ذلك في ربيع عام 2007 إلى توقيع اتفاقية رسمية بين الشركة ومختبرات لوس ألاموس لتطوير نظام التصوير المقطعي الأيوني لأغراض الأمن الداخلي.
الشركاء مشغولون الآن بتطوير نموذج أولي تشغيلي. يقول ديف كلوغ، مدير المشروع في شركة Decision Science: "لم يعد الأمر يتعلق بالمحاكاة المعملية أو المحاكاة الفيزيائية صغيرة النطاق، بل يتعلق الآن بالشيء الحقيقي وعلى نطاق حقيقي". ومن المتوقع أن يتم إصدار نسخة تجارية من الماسح الضوئي، تسمى Guardian MT، في عام 2008.
وعلى عكس النموذج الأولي للمختبر، سيكون الماسح الضوئي التجاري للتصوير المقطعي الميوني كبيرًا بما يكفي لقيادة شاحنة ثقيلة عبره. ستغطي طبقات من أنابيب الألومنيوم المملوءة بالغاز والتي تعمل ككاشفات مساحة مغلقة يبلغ ارتفاعها حوالي 5 أمتار وعرضها 3.7 إلى 4.3 متر وطولها حوالي 18 مترًا. في وسط كل أنبوب سيتم تمرير سلك رفيع يحدد الميونات بناءً على الآثار المتأينة المتبقية بعد مرور الميونات عبر الأنبوب.
سينتج عن الفحص صورًا مقطعية مفصلة بعد 20 ثانية إلى دقيقة، اعتمادًا على حجم المركبات وحمولتها. بعد أن "يتعلم" النظام كيفية التعرف على التكوينات الشائعة لنماذج المركبات الشائعة، سيكون قادرًا على تجاهل العناصر المألوفة وغير الضارة مثل المحرك وناقل الحركة، وبالتالي تقليل وقت المسح بشكل أكبر - وإبراز أي تفاصيل غير عادية بشكل أكبر .
ويقول دونالد جيزمان، أحد كبار الفيزيائيين وأحد القائمين بأعمال مدير قسم الفيزياء في مختبر أرجون الوطني الأمريكي، إن مشروع لوس ألاموس "رائع للغاية". ويضيف أن أعضاء الفريق "حققوا تقدما كبيرا في حل المشكلة الصعبة المتمثلة في تحقيق دقة تصوير كافية لهذا الغرض".
وفي ضوء التمويل السخي الذي يتدفق الآن من شركة Decision Sciences، فإن المطورين واثقون من أن التصوير المقطعي للميون سيكون جاهزًا للتشغيل في عام 2008. ووفقا لوجهة نظر كيلوج: "هناك بالتأكيد حاجة لمثل هذا المنتج، وهي حاجة كانت موجودة بالفعل بالأمس".

المساعدة دون الذرية ضد التهديدات تحت الأرض
كان الفيزيائي لويس ألفاريز أول من استخدم الميونات للنظر في الأشياء: كان يبحث عن غرف مخفية في أحد أهرامات الجيزة في الستينيات. وعلى الرغم من أنه لم يعثر على مثل هذه الغرف، إلا أن عمله أثبت أن التصوير الشعاعي للميون هو تقنية قابلة للتطبيق. لا توفر الميونات الحماية ضد الإرهاب فحسب، بل يمكنها أيضًا التحذير من التهديدات الطبيعية.
استخدم هيرويوكي تاناكا من جامعة طوكيو وتوشيوكي ناكانو من جامعة ناغويا في اليابان لوحات فوتوغرافية خاصة لالتقاط الميونات التي تمر عبر بركان أوساياما في اليابان. قدمت التغييرات في عدد واتجاه الميونات صورًا للجزء الداخلي من البركان وحركة الصهارة داخله. وبالتالي فإن الطريقة ستكون قادرة على التنبؤ بالانفجارات القادمة المحتملة.

المراسل: مارك ولفرتون. نشرت في مجلة ساينتفيك أمريكان إسرائيل.