Képalkotás kozmikus müonok keltette másodlagos részecskékkel Fizika, Földtudományok és Matematika

35 OTDK, Fizika, Földtudományok és Matematika Szekció, Atommag- és nukleáris fizika Tagozat.

Képalkotás kozmikus müonok keltette másodlagos részecskékkel

Hallgató: Hajnal Dániel Konrád
Szak: Fizika, Képzés típusa: bsc, Intézmény: Eötvös Loránd Tudományegyetem, Kar: Természettudományi Kar

Témavazető: Hamar Gergő - tud. munkatárs, N N Wigner Fizikai Kutatóközpont, Nagyenergiás Fizika Osztály

A világűrből érkező kozmikus sugárzás Föld felszínét elérő komponense müonokból áll. Ezen nagy energiás müonok anyagon áthatolva másodlagos részecskéket kelthetnek, amelyek mérésével egy új roncsolásmentes képalkotási lehetőség nyílik meg. A fenti elven működő első kísérleti elrendezést magyar-szerb kollaborációban építette Kutatócsoportunk és az Újvidéki Egyetemen kutatói Muon Camera néven.

A Muon Camera közepén lévő mérőtérfogatba helyezhető el a vizsgálandó tárgy. A mérőtérfogat négy oldalán nagy méretű plasztik szcintillációs detektorok vannak elhelyezve, felette pedig egy sokszálas nyomkövető detektorrendszer található.
A müon áthalad a nyomkövetőn, amivel meg tudjuk határozni a pályáját, majd a céltárgyon áthaladva másodlagos részecskéket kelt, amik eljuthatnak a szcintillátorokhoz, ahol megmérjük az energiájukat. Ezen információ alapján pozíciófüggően kiszámítható a keltett részecskék spektruma, amiből következtethetünk a céltárgy anyagi minőségére.

A dolgozatban bemutatom ezen új roncsolásmentes képalkotási rendszerhez kapcsolódó fizikai folyamatokat, a kísérleti berendezést és a kísérleti adatok analízisét. Képalkotáshoz használt vágások finomhangolása után részletezem a spektrumok és a pozíciófüggő anyagmeghatározás lehetőségét.

Munkám során a kozmikus müonok keltette másodlagos részecskék eloszlását vizsgáltam meg, és hasonlítottam össze alumínium és ólom céltárgyra, ahol bizonyítottam a spektrumok különbözőségét. Ezekhez először meghatároztam a Muon Camera hátterét, maximalizáltam a jel/zaj arányt és elvégeztam az energiakalibrációt, majd a mérési eredményeket összevetettem egy egyszerűsített szimulációval. A háromdimenziós képalkotás első lépéseként megvizsgáltam a rendszer mélységélességét. Végül a fejlesztések előkészítéséhez megmértem a szcintillátorok erősítéstérképét.