Các thuật toán 3D được áp dụng cho các phép đo chụp ảnh cho lò phản ứng hạt nhân hình ảnh

Việc kiểm tra các cấu trúc rất lớn hoặc dày đặc là một trong những thách thức lớn nhất đối với các kỹ thuật không phá hủy. Đối với những vật thể như vậy, một kỹ thuật đặc biệt hiệu quả là kỹ thuật chụp ảnh muography, sử dụng các muon tia vũ trụ tự nhiên, tự do. Kỹ thuật này đã được áp dụng để cung cấp hình ảnh hai chiều (2D) của các lò phản ứng hạt nhân. Gần đây, các thuật toán 3D được phát triển cho các ứng dụng y tế đã được điều chỉnh cho phù hợp với trường hợp đặc biệt của hình ảnh muon để lấy được bản đồ mật độ. Những khó khăn chính liên quan đến kích thước của đối tượng và số lượng hạn chế các phép chiếu có sẵn.

Trong một bài báo đăng trên Science.org đã báo cáo về hình ảnh 3D đầu tiên của toàn bộ lò phản ứng hạt nhân, thu được mà không có bất kỳ thông tin nào trước đó về cấu trúc của nó và sử dụng tập hợp các phép chiếu bản đồ lớn nhất từng được thực hiện trong lĩnh vực này. Muography sử dụng  muon  bằng cách theo dõi số lượng muon đi qua thể tích mục tiêu để xác định mật độ của cấu trúc bên trong không thể tiếp cận. Muography là một kỹ thuật về nguyên tắc tương tự như chụp X quang (chụp ảnh bằng tia X) nhưng có khả năng khảo sát các vật thể lớn hơn nhiều.

Các phương pháp tạo ảnh sử dụng các nguồn nhân tạo gặp phải một số hạn chế, chẳng hạn như độ thâm nhập thấp (tia X và neutron) hoặc các vấn đề về diễn giải (ra đa). Mặt khác, chụp ảnh muon, hay chụp ảnh bề mặt, có thể tiết lộ bên trong các cấu trúc sâu nhất và cung cấp hình ảnh trực tiếp giống như chụp ảnh xuyên thấu. Sau trận sóng thần năm 2011 ở Nhật Bản, nó được sử dụng để kiểm tra cấu trúc bên trong của lò phản ứng Fukushima. Tái tạo 3D có thể được truy cập bằng cách kết hợp một số phép chiếu như trong hình ảnh y tế.

Lò phản ứng G2 đặt tại địa điểm CEA của Marcoule là một trong những lò phản ứng hạt nhân đầu tiên của Pháp. Nó được xây dựng vào những năm 1950 và hoạt động từ năm 1958 đến 1980. Nó sử dụng uranium tự nhiên làm nhiên liệu, chất điều tiết than chì và làm mát bằng carbon dioxide. Quá trình tháo dỡ đầu tiên diễn ra từ năm 1986 đến năm 1996, nơi các hệ thống làm mát đã được gỡ bỏ. Kể từ năm 1996, lò phản ứng đã được kiểm tra thường xuyên, chờ ngày ngừng hoạt động cuối cùng. Chất điều tiết than chì tạo thành một cấu trúc gần như hình khối có cạnh khoảng 9 m với 1200 ống nằm ngang cho nhiên liệu. Bản thân bộ điều tiết được chứa trong một khối bê tông hình trụ dài 34 m với đường kính 20 m. Xi lanh nằm trên một đế bê tông với một khu vực mở bên dưới lò phản ứng. Do đó, môi trường G2 cho phép lắp đặt các thiết bị bên dưới và xung quanh lò phản ứng, bên trong một phòng kim loại lớn.

Bài báo trình bày bản tái tạo 3D đầy đủ của lò phản ứng chỉ sử dụng dữ liệu muon kết hợp 27 phép chiếu từ bốn kính thiên văn để lấy được bản đồ mật độ mà không có bất kỳ thông tin trước nào về cấu trúc bên trong lò phản ứng.