Un sinfín de rayos cósmicos viaja por el universo a velocidades cercanas a la de la luz. También conocidos como “radiación cósmica”, estos rayos compuestos de billones de partículas subatómicas bañan nuestro planeta segundo a segundo. Tras chocar con la atmósfera, algunos de ellos se desvían hacia el espacio, al ser reflejados por el campo magnético de la Tierra.
No obstante, una fracción logra penetrar la atmósfera y, con ello, se desencadena una serie de reacciones que generan una lluvia de partículas subatómicas, entre ellas los “muones”. La radiación cósmica a la que estamos expuestos en la Tierra no es peligrosa y procede del Sol o de explosiones de estrellas gigantes antiguas, denominadas “supernovas”, que se encuentran muy lejos de nuestra galaxia.
Los rayos cósmicos colisionan con la atmósfera de la Tierra, lo que genera una lluvia de partículas, entre ellas los muones. (Infografía: A. Vlasov/OIEA)
Los muones son fascinantes, porque algunas de sus propiedades no siguen exactamente las predicciones de la principal teoría de la física de partículas, el modelo estándar. Pese a esta peculiaridad, los muones nos permiten analizar objetos de gran tamaño que no podrían estudiarse en un laboratorio, como las edificaciones antiguas, los volcanes e incluso los reactores nucleares.
“No podemos verlos a simple vista, pero los muones se encuentran en todos los lugares de la Tierra, atravesando constantemente los objetos y los seres humanos desde todas las direcciones y a velocidades cercanas a la de la luz —explica Ian Swainson, físico nuclear del OIEA—. Si bien son totalmente inocuos para los seres humanos, pueden penetrar cientos de metros de roca y ser un medio versátil para entender la composición y dimensión de materiales que de otra manera no podríamos percibir”.
“En cierto modo, la imagenología muónica se asemeja a las radiografías de rayos gamma o rayos X, que se emplean en medicina para obtener imágenes del cuerpo humano o en la industria para evaluar la integridad y la seguridad de las estructuras y sus componentes —añade Andrea Giammanco, físico de partículas que ha colaborado en una publicación del OIEA sobre la imagenología muónica—. La diferencia radica en que esos tipos de radiografías emplean intensas fuentes de radiación artificiales generadas por aceleradores de partículas o por fuentes radiactivas y la imagenología muónica, en cambio, utiliza rayos cósmicos que proceden de manera natural del espacio exterior”.
Tipos de imagenología muónica
Existen dos grandes categorías de imagenología muónica: la muografía (o radiografía muónica) y la tomografía muónica.
La muografía consiste en ubicar un detector debajo de una estructura, o en su costado, para detectar los muones que logran atravesarla. En la imagen resultante, algunos materiales brillarán más que otros y algunos se verán relativamente oscuros. Esta técnica se fundamenta en la capacidad de absorción de muones de los diferentes materiales, que está relacionada con su densidad.
En la tomografía muónica de dispersión se estudia la distribución de los muones en la estructura, utilizando para ello varios detectores. Por ejemplo, con dos detectores ubicados en costados opuestos de un automóvil o un carguero, los expertos pueden analizar la desviación de los muones que chocan con materiales de alta densidad que tienen un número elevado de protones y extraer así conclusiones sobre el contenido del automóvil o el carguero sin necesidad de realizar otros tipos de inspección física.
Imagenología muónica de una pirámide mediante dos detectores (Infografía: A. Vlasov/OIEA)
Tras los primeros experimentos de los años cincuenta, la imagenología muónica se ha empleado en una amplia gama de objetos en todo el mundo. Además de la pirámide del Sol en Teotihuacán, los muones han servido para analizar la estructura interna del Vesubio (Italia), cuya erupción destruyó la ciudad romana de Pompeya y otros asentamientos en el año 79 d. C. Los investigadores estudian los procesos internos del volcán para mejorar sus modelos de predicción de erupciones futuras y sugerir medidas destinadas a proteger la población local. Este volcán se encuentra inactivo desde su última erupción, en 1944.
Entre otros proyectos de investigación con imagenología muónica cabe mencionar el estudio de un ciclón en el Japón, algunos glaciares de los Alpes y, recientemente, un reactor nuclear en Francia que está en proceso de clausura.
Por otro lado, el OIEA tiene previsto organizar en 2024 el taller Tomografía Muónica: de los Principios Básicos a los Usos y Aplicaciones Prácticos. Los participantes abordarán las diferentes aplicaciones de la técnica, las propiedades de los detectores, los algoritmos de reconstrucción de las trayectorias de los muones, el análisis de datos y la reconstrucción de imágenes.
Además, el Organismo ha publicado recientemente un libro sobre el tema, Muon Imaging: Present Status and Emerging Applications, en el que se describen en detalle las principales técnicas de imagenología muónica y los diferentes tipos de detectores. También abarca una gran variedad de aplicaciones: del análisis de construcciones modernas y antiguas, volcanes y estructuras industriales, a la mejora de la seguridad y las salvaguardias nucleares. “La publicación, que describe exhaustivamente el ámbito de la imagenología muónica, es de utilidad para lectores, tanto de la industria como del mundo académico, que deseen profundizar sus conocimientos sobre este campo en pleno desarrollo”, señala el Sr. Swainson.
