宇宙射線應用到 IT 方案中！全面透視火山等自然物體活動情況

宇宙射線應用到 IT 方案中！全面透視火山等自然物體活動情況

為維護安全、安心生活與社會基礎設施，需掌握與火山等天災相關的自然物體活動情況來進行警戒監視，對於人力難以執行的大型建築老化監控、內部調查等，也極為重要。

為了解決有關需要，近日日本的國立大學法人東京大學地震研究所（以下簡稱東京大學）與匈牙利科學院維格納物理研究中心（以下簡稱匈牙利科學院）、日本電氣株式會社（以下簡稱 NEC）便於 2017 年 5 月宣佈開始共同研發「muography」觀測系統。

甚麼是 muography？其實「muography」主要是運用穿透性高的宇宙射線「緲子（muon）」，是一項能透視火山等巨大物體內部的可視化技術。muography 觀測設備能夠只針對緲子（muon）進行有效記錄與蒐集，包括抵達位置、方向資訊等。為複合型設備，包括放射線防護罩、緲子觀測器、腔體等部份此次研發的系統，這不僅能運用在火山等自然物體，也能監視道路、鐵道、橋樑等大型建築內部。

運用緲子（muon）的性質，檢測粒子移動的方向與數量，宛如 X 光攝影一般，能夠調查出巨大物體內部密度分布的技術。2006 年，東京大學地震研究所高能質子地球物理學研究中心的田中宏幸教授，全球首次將 「muography」技術成功運用於火山觀測。

未來，東京大學、匈牙利科學院、NEC 三者將運用「muography」來開拓嶄新市場。另外，日本與匈牙利也將藉由產學合作，持續致力於推廣社會實際應用。

運用宇宙射線緲子（muon）透視物體並轉化為圖像的技術「muography」，至今已運用在火山、金字塔的內部調查，以及礦床探勘等用途。「緲子觀測器」能夠決定透視影像的解析度。傳統所使用的緲子觀測器，容易受到振動與溫度變化的影響，因此無法在戶外進行高解析度的觀測。在本次共同研發中，藉由匈牙利科學院的 MWPC（Multi Wire Proportional Chamber）技術解決了傳統的缺點，而能拍出高解析度的影像；MWPC 為粒子物理學、核物理學上常運用本技術，能夠檢測出射線、射線撞擊目標所產生的粒子軌跡。

甚麼是宇宙射線「緲子（muon）」？

所謂的宇宙射線，指的是從宇宙來到地球，高速不間斷的重原子核與質子們。宇宙射線抵達地球時，在穿越大氣層的過程中，與空氣中氧與氮的原子核引發核反應，因而產生大量的緲子（muon）。雖然這些緲子擁有優異的穿透力，但特徵是只有少數的緲子能夠穿透高密度物質。

由於預算考量而採用「非破壞檢查」時，會受到噪音等環境因素或機器尺寸等因素影響，難以使用感測器進行。然而，近年來由於新技術讓機器變得更小、更精確，在驗證新技術的經驗累積下，逐步邁向實際運用的層面。

在本次東京大學、匈牙利科學院、NEC 的共同研發中，針對傳統難以觀測的埋設物與山脈地層內部構造，進行可視化並蒐集的相關數據，未來可望將這些數據運用 NEC AI 技術群「NEC the WISE」之中的 NEC 影像處理技術來分析，或將數據整合到現有的系統，希望能針對危險情況的預測與事前應對等方面，更進一步推廣技術研發。