利用宇宙线缪子评估地下地质特征

宇宙线起源于恒星与星系际事件，是能量核与基本粒子。这些粒子与高层大气的相互作用产生一系列到达地球表面的次级粒子，其中缪子最为显著。具备足够能量时，缪子可在被完全阻止前穿透地表以下数公里。 terrestrial muon flux profile 及关联的天顶角可用于确定某位置的地质特征，而无需使用常规方法。本工作旨在将一种基于低功耗塑料闪烁体的缪子探测系统用于此非破坏性地质 assay 方法。使用4块定制塑料闪烁面板实现两个正交探测平面。两平面探测器间的同步触发指示符合事件，由FNAL的数据采集系统记录。为量化与探测器相关的系统不确定性（如能量沉积与探测器设计的角分辨率），正在开发基于Geant4的蒙特卡洛模拟。模拟与实验数据将驱动重建算法的开发与验证，完成后有望预测平均覆盖层与岩石密度。探测器对缪子的长时间曝光可作为理解周边环境变化（如岩石孔隙度）的手段。在实验方面，测得的 flux 数据将用于基准化独立且既有的模型。该技术的成功概念验证可开启长期非侵入式地质监测之门。本工作详述了探测器设计与实验方法。