Nhật Bản đã tận dụng tia vũ trụ để giám sát chuyển động trong lòng đất thông qua việc phát triển hệ thống định vị toàn cầu. Công nghệ này cho phép theo dõi các chuyển động ẩn trong lòng đất dựa trên tia vũ trụ mạnh mẽ.
Tia vũ trụ (Cosmic-ray) là các hạt năng lượng cao được phát ra từ không gian bên ngoài, bao gồm nguồn từ Mặt Trời, thiên hà xa xôi, siêu tân tinh và các thiên thể khác. Mặc dù con người không thể nhìn thấy hay cảm nhận trực tiếp tia vũ trụ, nhưng chúng vẫn liên tục đổ xuống Trái Đất từ không gian. Theo ước tính của giới khoa học, mỗi phút trôi qua, có một tia vũ trụ dội xuống một cm2 bề mặt Trái Đất.
Mô phỏng tia vũ trụ chiếu xuống Trái Đất. Ảnh: Tổng hợp.
Một nhóm nghiên cứu do giáo sư Hiroyuki Tanaka từ Đại học Tokyo dẫn đầu đã sử dụng tia vũ trụ để phát triển một hệ thống định vị toàn cầu có khả năng giám sát các chuyển động trong lòng đất, , Interesting Engineering hôm 18/6 đưa tin. Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí iScience.
Khi tia vũ trụ tiếp xúc với phân tử và nguyên tử trong khí quyển Trái Đất, nó tạo ra các hạt thứ cấp được gọi là muon. Muon là một loại hạt hạ nguyên tử tương tự như electron, nhưng nặng gấp 207 lần. Muon có khả năng xuyên qua vật liệu rắn, và mức độ xuyên thấu phụ thuộc vào mật độ của vật liệu. Ví dụ, đá và các tòa nhà sẽ hấp thụ nhiều muon hơn do có mật độ cao hơn.
So với GPS sử dụng sóng vô tuyến truyền thống, tia vũ trụ có lợi thế hơn khi phát hiện chuyển động trong lòng đất. GPS thường yếu hơn ở độ cao lớn hơn và dễ bị phân tán. Điều này làm cho việc sử dụng GPS để phát hiện chuyển động dưới lòng đất trở nên khó khăn.
Tanaka và các đồng nghiệp đã khai thác tính chất của tia vũ trụ để tạo ra bản đồ của những nơi khó tiếp cận như núi lửa, lõi của lò phản ứng hạt nhân và các kim tự tháp. Họ đã phát triển một hệ thống định vị không dây mới được gọi là MuWNS, sử dụng hạt muon. Hệ thống này bao gồm các máy dò tham chiếu trên bề mặt và một máy dò thu nhận dưới lòng đất để phát hiện đường di chuyển của hạt muon. Bằng cách phân tích thời gian và hướng của các muon, MuWNS có thể xác định vị trí tương đối của máy dò thu nhận dưới lòng đất so với máy dò tham chiếu trên bề mặt.
Dữ liệu thu thập được từ hệ thống MuWNS sẽ được sử dụng để tái tạo đường đi của các muon, tạo ra một mô hình hoặc bản đồ của khu vực dưới lòng đất. Bản đồ này có thể cung cấp nhiều thông tin giá trị, bao gồm thành phần và mật độ của các vật liệu mà muon đã đi qua, từ đó cho phép các chuyên gia có thể hình dung được các cấu trúc và đặc điểm địa lý dưới lòng đất.
Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm hệ thống MuWNS bằng cách đặt một máy dò thu nhận trong tầng hầm và đặt 4 máy dò tham chiếu trên tầng 6 của một tòa nhà. Bằng cách lọc tia vũ trụ mà các máy dò thu nhận được, họ đã thành công trong việc tái tạo đường đi của người trong tầng hầm.
Đội ngũ chuyên gia đã chứng minh thành công sự hiệu quả của hệ thống định vị toàn cầu sử dụng tia vũ trụ, đây là công nghệ đầu tiên trên thế giới có thể hỗ trợ các nhiệm vụ tìm kiếm và cứu hộ trong tương lai, cũng như giúp giám sát các hoạt động núi lửa. Trong tương lai, họ dự định cải tiến hệ thống MuWNS để tích hợp vào điện thoại thông minh.
Nguồn: Interesting Engineering
