로스 알라모스 국립 연구소(Los Alamos National Laboratory)의 뮤온 방사선 연구진이 그들의 우주선 방사 산포 장비가 원자로 건물 내에 있는 핵물질의 위치를 촬영하는데 사용될 수 있는지를 평가하기 위하여, 지난 2011년 쓰나미로 파괴된 후쿠시마 다이이치 원자로를 방문했다. 로스 알라모스 국립 연구소의 연구원들은 지난 2011년 3월 대지진에 이은 해일로 크게 손상된 후쿠시마 다이치이 핵 원자로 중심부의 상세한 정보를 얻기 위하여 우주선(cosmic rays)을 이용한 새로운 장비를 개발하였다. Physical Review Letter에 발표된 논문에서, 연구진은 후쿠시마 다이치이 원자로 No.1과 비슷한 핵 원자로의 핵심부에서 핵 물질의 상세한 정보를 얻기 위하여, 우주선 방사를 이용한 두 장비를 비교 검토하였다. 그들은 우주선 방사를 이용한 로스 알라모스의 산포 장비가 기존의 전송 장비보다 손상된 핵 물질의 고해상 자료 영상을 얻는데 훨씬 더 뛰어나다는 것을 발견했다.

“2011년 엄청난 해일이 쓸고 지나간 후, 로스 알라모스의 뮤온 방사 연구진은 그들의 뮤온 산포 장비가 손상된 원자로 내의 핵 물질 위치를 영상화하는데 사용될 수 있는지를 결정하기 위한 조사를 시작했다. 이전의 핵 원자로 사고를 경험한 사람들의 기억이 있지만, 손상된 원자로의 핵 일부가 어디에 있는지를 효과적으로 알아내는 것은 매우 중요하다. 우리의 논문은 로스 알라모스의 산포 장비가 핵 물질의 고화질 영상을 얻는데 매우 우수하다는 것을 보여주고 있다”고 로스 알라모스 연구소의 아원자 물리 연구원이자 이 논문의 주요 저자인 Konstantin Borozdin은 말했다.

뮤온 방사(우주선 방사)는 우주선이 뮤온이라고 불리는 입자가 침투하는 개체의 영상을 만들기 위하여, 지구 대기권의 상단 부분과 충돌하여 생성되는 이차 입자를 사용하는 것이다. 이 과정은 X-선 영상과 비슷하지만, 뮤온은 자연적으로 생성되고, 접촉하는 물질을 손상시키지 않는다. 많은 수의 뮤온이 매초 지구를 강타한다. 로스 알라모스의 연구진은 한 쌍의 뮤온 감지기를 개체의 뒤와 앞에 놓고, 그것들을 침투하는 물질과 상호 작용함으로써 겪는 산포 정도를 측정하면서, 상세한 정보를 수집할 수 있었다. 이 장비는 우라늄과 같은 “High Z” 물질이라고 불리는 고도의 간섭 물질에 잘 작동한다. 왜냐하면, 뮤온의 분산 각도는 원자 숫자와 주변의 봉쇄 건물보다 좀 더 명확하게 보여주는 원자로 내의 핵 물질에 따라 증가하기 때문이다. 따라서 뮤온 산포 장비는 후쿠시마 원자로 빌딩 내에 있는 물질의 정확한 위치를 파악할 수 있는 엄청난 잠재력이 있다. 컴퓨터 모델을 이용하여, 연구진은 원자로 건물 내에서 핵이 제거되고 다른 곳으로 배치되는 비율을 모사하였다. 그리고 그들은 로스 알라모스의 산포 장비를 기존의 전송 장비와 비교하였다. 이 시뮬레이션은 6주 동안 이 산포 장비를 사용하여 관찰한 결과, 이 장비가 주요 핵에서 사라진 물질을 고해상도 영상으로 제공할 뿐만 아니라, 이것이 봉쇄 건물 내의 어느 곳에 있는지도 알려준다는 것을 발견했다. 이와 비교할 때, 기존의 전송 장비는 같은 기간 동안, 그 핵 자체의 흐릿한 화면만을 제공하였다.

“우리는 이제 높은 방사선에 대한 인간의 노출을 최소화하면서, 원자로 빌딩 내부의 손상된 원자로 핵심 부분에서 어떤 일이 일어나고 있는지를 알 수 있게 되었다. 뮤온 영상은 복잡한 원자로 내부의 복원 계획을 좀 더 효율적으로 세우는데 도움을 줄 것이다.” 후쿠시마 다이치이 원자로 설비의 잠재적 사용 이외에도, 뮤온 방사선은 은밀한 핵 물질의 밀수를 감지하는 데도 적용될 수 있다. 이러한 감지기는 컨테이너나 차량, 그리고 다른 밀수 장비를 손상하지 않고도, 밀수품을 몇 분 내로 감지할 수 있는 잠재력이 있다.