全球首个激光等离子体加速器驱动高分辨率μ子成像实验将在罗马尼亚启动

全球地下探测μ子层析成像技术公司Ideon Technologies正参与一项国际研究联盟，计划开展世界上首个完全由激光等离子体加速器驱动的高分辨率μ子成像实验。该实验旨在利用小型加速器按需产生μ子束，用于非破坏性高分辨率成像，相关技术面向矿物生产、关键基础设施、货物检验、医学成像、半导体、核安全和太空辐射测试等应用场景。

该联盟成员包括德克萨斯大学奥斯汀分校、极端光基础设施—核物理(ELI-NP)设施团队、杜塞尔多夫海因里希·海涅大学、德累斯顿-罗森多夫亥姆霍兹中心、ELI-Beamlines和Tau Systems等机构。项目将于8月起在罗马尼亚布加勒斯特附近马古雷莱的ELI-NP设施开展为期五周的实验。

根据计划，高功率激光将产生多GeV电子束，并通过高密度转换材料将其转化为定向μ子束，从而对工业物体进行非破坏性成像。Ideon将部署多台紧凑型μ子探测器，接收、跟踪并测量高强度μ子束，同时对目标材料成像。

实验所用激光等离子体加速技术通过将高强度、超短激光脉冲打入气体池，使气体电离形成等离子体，并产生强电场“尾流”，将电子加速至8至15 GeV能量水平。相关资料称，此前达到这类能量通常需要数百米甚至数千米长的粒子加速器。模拟结果预计，每次脉冲可产生约数万个μ子。

目前，Ideon主要使用宇宙射线μ子作为被动式μ子源。由于天然μ子流到达速率受限，成像实验可能需要数小时、数周甚至数月，具体取决于成像深度和空间分辨率要求。相比之下，紧凑型、定向的激光驱动μ子源可实现每分钟一次脉冲，有望在更短时间内提供同等或更高水平的成像性能，并具备方向性和束流参数可控等特点。

Ideon Technologies联合创始人兼首席技术官Douglas Schouten表示，公司此前依赖自然产生的μ子流开展成像工作，此次合作有望改变这一模式。小型加速器首次能够按需生成用于高分辨率成像的μ子束，其速度和便携性可能使地下成像效率提升数个数量级。

除ELI-NP项目外，Ideon还在推进另一个主动μ子源项目。该公司已获得美国能源部高级研究计划署ARPA-E“利用Keystone传感技术进行可靠矿体表征”(ROCKS)项目资助，该项目由劳伦斯伯克利国家实验室牵头。在该项目中，劳伦斯伯克利国家实验室BELLA中心将开发多级激光等离子体加速器，目标是产生20至25 GeV电子和μ子;Ideon则提供探测器技术以及用于数据融合和三维密度成像的地下智能平台。

上述项目将推动紧凑型、可部署主动μ子源的研发和商业化探索，重点面向关键矿产资源开发、采矿作业以及其他大型工业和土体结构成像需求。