דרך חדשה לגלות כלי נשק גרעיניים חבויים

המעבדה הלאומית האמריקנית לוס אלמוס פיתחה שיטה לגילוי יסודות כבדים, כמו אורניום, באמצעות חלקיקים תת-אטומיים מן החלל המכונים מיואונים

המקום שהביא לעולם את הפצצה הגרעינית מצא כעת דרך לחשוף חומר גרעיני בלתי חוקי. המעבדה הלאומית האמריקנית לוס אלמוס פיתחה שיטה לגילוי יסודות כבדים, כמו אורניום, באמצעות חלקיקים תת-אטומיים מן החלל המכונים מיואונים (muons). ייתכן שכבר ב-2008 תגן שיטת “טומוגרפיית המיואונים” על גבולותיה של ארה”ב.
בכל דקה מגיעים כ-10,000 מיואונים לכל מטר רבוע של פני כדור הארץ.
חלקיקים טעונים אלו הם תוצרי לוואי של התנגשויות קרניים קוסמיות במולקולות שבאטמוספרה העליונה. מיואונים, הנעים במהירות יחסותיות, יכולים לחדור לעומק של עשרות מטרים לתוך סלעים וחומרים אחרים לפני שאטומים אחרים בולעים או מסיטים אותם. חומרים בעלי צפיפות גבוהה, כגון אורניום ופלוטוניום שהם יסודות בעלי מספר אטומי (Z) גבוה, כלומר פרוטונים רבים בגרעין, יעילים במיוחד בפיזור מיואונים.
“אנו מנצלים את העובדה שהפיזור רגיש ל-Z ובייחוד רגיש לחומרים שמהם בונים פצצות אטומיות או אמצעים לסיכוך פצצות כאלו,” מסביר כריסטופר מוריס מלוס אלמוס, שעומד בראש הצוות שייצר את הטכנולוגיה. “אנו מודדים את זווית הפיזור של כל מיואון, את זווית הכניסה ואת זווית היציאה, והשינוי בזווית מורה לנו את כמות החומר שדרכו עברו החלקיקים.”

דרך לזיהוי חומרים מוברחים
לאחר שהועלתה רמת הכוננות הביטחונית בעקבות פיגועי ה-11 בספטמבר, הבינו מוריס וצוותו שמיואונים יכולים לספק דרך לזהות חומרים גרעיניים מוברחים, דרך שתהיה טובה יותר מן הגלאים המצויים, המבוססים על קרני רנטגן, על נויטרונים או על קרני גמה, שעלולים לחשוף בני אדם לקרינה תועה.
אין בעיה כזו בסריקה המבוססת על מיואונים מפני שהמיואונים מצויים כבר ממילא בכל מקום באופן טבעי. ובעוד שאמצעי סיכוך עשויים לשבש אמצעי סריקה אחרים, הם רק מקלים על גילוי באמצעות מיואונים של הברחות גרעיניות. המגנים המסוככים עשויים אף הם מחומרים בעלי צפיפות גבוהה והם מזדקרים אפוא לעין בטומוגרפיית מיואונים שאינה רגישה לפיזור הרקע המטשטש את תמונות הרנטגן.
אב-טיפוס של גשש מיואוני, שבנייתו הושלמה ב-2006, הצליח לזהות חפצי מבחן כגון קוביית עופרת באורך של 10 ס”מ שהוסתרה בבלוק מנוע, ושהייתה מצליחה לחמוק מסריקת רנטגן רגילה. “הניסוי העניק לנו ביטחון שהטכנולוגיה תפעל ושאפשר לעבור לשלב הפיתוח הבא,” אומרת אריקה סאליבן, דוברת מחלקת היישום של לוס אלמוס.
חברת התוכנה Decision Sciences מסן דייגו, המתמחה ביישומים ביטחוניים, שמעה על העבודה הנערכת בלוס אלמוס והתלהבותה גברה כשהבינה שטומוגרפיית המיואונים מסוגלת לזהות גם חומרים בעלי מספר אטומי בינוני, כגון ברזל ונחושת, המשמשים כמרכיבים במטעני חבלה מאולתרים. הדבר הביא באביב 2007 לחתימת הסכם רשמי בין החברה ובין מעבדות לוס אלמוס כדי לפתח מערכת טומוגרפיית מיואונים למטרות בטחון פנים.
השותפים עסוקים כעת בפיתוח אב-טיפוס מבצעי. “כבר לא מדובר בהדמיות במעבדה או בהדמיות פיזיקליות בקנה מידה קטן, כעת מדובר בדבר האמיתי ובגודל אמיתי,” אומר דייב קלוּג, מנהל הפרויקט ב-Decision Science. גרסה מסחרית של הסורק, שזכתה לשם Guardian MT, צפויה לצאת ב-2008.
שלא כמו אב-הטיפוס המעבדתי, סורק טומוגרפיית המיואונים המסחרי יהיה גדול דיו להעביר דרכו משאית כבדה. שכבות של שפופרות אלומיניום ממולאות בגז המתפקדות כגלאים יעטפו מרחב סגור בגובה של כ-5 מטרים וברוחב של 3.7 עד 4.3 מטרים ובאורך של כ-18 מטרים. במרכזה של כל שפופרת יעבור תיל דקיק שיזהה מיואונים על פי העקבות המיוננות הנשארות לאחר שהמיואונים חלפו דרך השפופרת.
הסריקה תפיק תמונות טומוגרפיות מפורטות לאחר 20 שניות עד דקה, בהתאם לגודלו ולמטענו של כלי הרכב. לאחר שהמערכת “תלמד” להכיר את התצורות המקובלות בדגמים נפוצים של כלי רכב, היא תוכל להתעלם מפריטים מוכרים ובלתי מזיקים כגון המנוע והתמסורת, וכך לקצר עוד יותר את זמן הסריקה – ולהבליט עוד יותר כל פרט חריג.
דונלד גיסָמָן, פיזיקאי בכיר ואחד המנהלים בפועל של החטיבה לפיזיקה במעבדה הלאומית האמריקנית ארגון, אומר שהפרויקט של לוס אלמוס “מרתק מאוד”. הוא מוסיף שחברי הצוות “התקדמו מאוד בפתרון הבעיה הקשה של השגת רזולוציית הדמיה מספקת למטרה זו.”
לאור המימון הנדיב הזורם כעת מDecision Sciences, בטוחים המפתחים שכבר ב-2008 תהיה טומוגרפיית המיואונים מוכנה לפעולה. על פי השקפתו של קלוג: “יש בהחלט צורך במוצר כזה, צורך שהיה קיים כבר אתמול.”

סיוע תת-אטומי מול איומים תת-קרקעיים
הפיזיקאי לואיס אלווארז היה הראשון שהשתמש במיואונים כדי להציץ לתוך עצמים: הוא חיפש חדרים סמויים באחת הפירמידות של גיזה בשנות ה-60. הוא אמנם לא מצא חדרים כאלו, אבל עבודתו הוכיחה שרדיוגרפיית מיואונים היא טכנולוגיה בת ביצוע. מיואונים אינם מספקים רק הגנה נגד טרור, הם יכולים להתריע גם מפני איומים טבעיים.
הירוֹיוּקי טָנָקָה מאוניברסיטת טוקיו וטוֹשִיוּקי נָקָנוֹ מאוניברסיטת נָגוֹיָה ביפן השתמשו בלוחות צילום מיוחדים כדי לקלוט מיואונים החולפים מבעד להר הגעש אָסָמָיָמָה שביפן. שינויים במספרם ובכיוונם של המיואונים סיפקו תמונות של פְנים הר הגעש ושל תנועת המָגְמָה בתוכו. השיטה תוכל אפוא לחזות אולי התפרצויות קרובות.

כתב: מארק וולברטון. פורסם במגזין Scientific American ישראל .