Kosmisk stråling hjælper oprydderne ved Fukushima-værket

Toshiba samarbejder med det amerikanske Los Alamos laboratorium om at udvikle et system til myon-tomografi, der kan kortlægge skaderne på atomreaktorerne ved Fukushima-anlægget i Japan, som er alt for radioaktive til, at de kan undersøges med visuel inspektion.

Parterne har samarbejdet gennem flere år om at udvikle systemet, og de er nu kommet så langt, at de er klar til at indgå en formel aftale inden for de nærmeste dage, skriver New York Times.

Det betyder, at systemet kan installeres til næste år, så det kan benyttes af Toshiba, som har kontakten med værkets ejer, Tokyo Electric Power Co (Tepco), om oprydning.

Ifølge Japan Times skal det smeltede brændsel i reaktoren fjernes fra 2020, men opgaven er vanskeliggjort af, at man ikke kender de præcise skader på reaktoren og fordelingen af uran, plutonium og andre radioaktive materialer.

Myoner er velegnede

Myoner er en slags tungere storebrødre til elektroner - de er omkring 200 gange så tunge og har samme negative ladning.

De dannes i atmosfæren, når den rammes af kosmisk stråling. Det betyder, at 10.000 myoner hvert sekund passerer omkring gennem et areal på en kvadratmeter af Jordens overflade.

Når myoner bevæger sig gennem materialer, taber de energi ved at vekselvirke med de lettere elektroner, og det får dem til sidst til helt at stoppe.

Denne teknik blev i 1950’erne udviklet til bestemmelse af tykkelsen af materialer og undersøgelse af geologiske strukturer. I 1960’erne benyttede fysikeren Luis Alvarez eksempelvis metoden til at lede efter skjulte rum i Kefrenpyramiden i Egypten - ingen rum blev dog fundet.

Myoner vekselvirker dog også med atomkernen i de materialer, som de trænger igennem. Det påvirker kun i ringe omfang energien, men det afbøjer myoners bane.

Denne form for spredning kan benyttes til at bestemme egenskaberne af materialet - lidt på samme måde som spredning af røntgenstråling eller neutroner kan bruges til materialeundersøgelser.

Da spredningen for myoner er større, jo højere atomnummeret er, så er spredningsteknikken velegnet til at finde fordelingen af tunge grundstoffer som uran og plutonium i en baggrund af materiale med lavt atomnummer.

Denne form for myon-spredningstomografi blev udviklet af forskere ved Los Alamos National Laboratory i USA i 2003, hvor man har udviklet en såkaldt Mini Muon Tracker (MMT).

Detektion af myoner sker også ved Large Hadron Collider ved Cern, hvor man har installeret kæmpestore myondetektorer, der bruges til at bestemme resultatet af partikelsammenstødene.

MMT-teknikken er allerede kommercialiseret til brug for undersøgelser af containere i havne og ved landegrænser, hvor man ønsker at undersøge, om lasten indeholder radioaktivt materiale.

På under et minut kan man derved undersøge, om en container indeholder uran eller plutonium.

Lang eksponeringstid

Når teknikken skal bruges til at kortlægge, hvordan uran og plutonium præcist fordeler sig i den smeltede reaktorkerne, har man brug for et meget mere detaljeret billede end ved undersøgelse af transportcontainere.

Det kan tage op til flere måneders eksponering at opnå et komplet tredimensionelt billede.

Den 36-årige japanske fysiker Haruo Miaydera er en af fysikerne, som har været med til at udvikle teknikken hos Los Alamos National Laboratory, hvor han blev ansat i 2006 efter at have studeret partikelfysik ved Tokyo University.

Efter Fukushima-katastrofen i 2011 foreslog Miaydera, at myon-spredning kunne være et godt værktøj til at undersøge reaktorerne.

Toshiba fattede interesse for hans forskning og ansatte ham i 2013. Han fortsatte samarbejdet med sine tidligere kolleger ved Los Alamos.

I december 2013 kunne Los Alamos fremlægge slutrapporten for projektet, der skulle påvise muligheden for at bruge myon-tomografi i forbindelse med Fukushima-oprydningen, og nu er man klar til at udvikle det egentlige system.

Los Alamos har primært bidraget med udviklingen af software,

I denne video fortæller Christopher Morris, der er en af de førende forskere omkring myon-tomografi ved Los Alamos, hvordan teknikken kan hjælpe oprydningsarbejdet ved Fukushima.