宇宙線ミューオンを用いた探査による西夏王陵の研究

宇宙射线μ子探测西夏王墓研究

基本信息

批准号：
21K13146
负责人：
石黒勝己
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Kashihara Archaeological Institute , Nara prefecture
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

ミューオンラジオグラフィーの精度を高めるために宇宙線の飛跡をノイズの混入少なく効率よく選び出す必要がある。そのための解析プログラムをまず整備した。自動飛跡読み取り機で読み取った飛跡に関してこれをミューオンらしさとノイズ(コンプトン電子)らしさで尤度分布を求め、ノイズとシグナルに効率よく分けれるようにした。また尤度を考慮して延長上の飛跡を積層フィルムから探し出して正しくコネクトできるようにした。これによって宇宙線の運動量が精度良く測れるようになった(ノイズが含まれると飛跡が折れ曲がったような幾何学と勘違いしてしまうため)。ノイズ少なく飛跡の運動量が測れるようになったことでミューオンラジオグラフィーと同時に宇宙線陽子ラジオグラフィーが同時に行える見込みになったためこの開発を行った。宇宙線陽子が物体とハドロン反応を起こし生成したガンマ線を計測することで3Dイメージングに利用する。地中深くの探査には向かないが陵台内部の、ミューオンでは難しいような小さな空洞を検出できる可能性がある。これは横向き運動量を受けて曲げられる過程を経た後地上に出たガンマ線をとらえて行うため地中の探査が可能な点がミューオンラジオグラフィーと比べたメリットである(検出器を地中に埋めなくてもいい)。このシミュレーションをまず行いπ0を生成する陽子反応のうち36％と少なくない量の陽子を用いて解析が行えることがわかり、統計数をよく稼いで画像鮮明化できることが解った。これをミューオンラジオグラフィーと同時に用いることで両者の比較を行いながら効率よくイメージングが行える見込みである。メリットが多く、検出器の大部分は同じものを用いながら時間分解能を付加できる構造を足せばよい。これは別の目的で実用化したものがあるため簡単に用いれるため実現を期待できる。

为了提高μ子射线照相的精度，需要有效地选择噪声较小的宇宙线轨迹。首先，我们为此开发了一个分析程序。对于自动轨道阅读器读取的轨道，我们根据μ子相似性和噪声（康普顿电子）相似性计算了似然分布，并且能够有效地将它们分为噪声和信号。另外，考虑到这种可能性，我们从层压薄膜中寻找延伸的轨道，并使其能够正确连接。这使得高精度测量宇宙射线的动量成为可能（因为如果包含噪声，轨迹将被误认为是弯曲的几何形状）。进行这一开发是因为可以用更少的噪音测量轨道的动量，从而可以在进行μ介子射线照相的同时进行宇宙射线质子射线照相。它通过测量宇宙射线质子与物体发生强子反应时产生的伽马射线来进行 3D 成像。虽然它不适合深层地下探索，但它也许能够探测到陵墓内部的小空洞，而使用μ子很难探测到这些空洞。这种方法捕获由于横向动量而经历弯曲过程后发射到地面的伽马射线，因此相对μ子射线照相术的优点是可以进行地下探索（无需将探测器埋在地下）。我们首先进行了这个模拟，发现可以使用相当数量的质子进行分析，这是产生π0的质子反应的36%，并且可以获得大量的统计数据并使图像更清晰。通过将其与μ子射线照相同时使用，预计在比较两者的同时可以实现有效的成像。它有很多优点，虽然大多数探测器都是相同的，但添加一个可以增加时间分辨率的结构就足够了。这是可以预期实现的，因为它很容易使用，因为有一些已经投入实际用于其他目的。