's Werelds eerste 'GPS'-systeem dat gebruikmaakt van kosmische straling

Wetenschappers ontwikkelen een GPS-systeem dat met behulp van krachtige kosmische straling ondergrondse bewegingen kan volgen.

Illustratie van kosmische straling die de aarde vanuit de ruimte raakt. Foto: Shutterstock — Illustratie van kosmische straling die de aarde vanuit de ruimte raakt. Foto: *Shutterstock*

Kosmische straling bestaat uit hoogenergetische deeltjes die afkomstig zijn uit de ruimte, waaronder bronnen zoals de zon, verre sterrenstelsels, supernovae en andere hemellichamen. Hoewel mensen kosmische straling niet direct kunnen zien of voelen, bombarderen ze de aarde constant vanuit de ruimte. Ze zijn zelfs zo talrijk dat wetenschappers schatten dat elke minuut één kosmische straal een vierkante centimeter van het aardoppervlak raakt.

Een onderzoeksteam onder leiding van professor Hiroyuki Tanaka van de Universiteit van Tokio heeft kosmische straling gebruikt om een GPS-systeem te ontwikkelen waarmee bewegingen onder de grond kunnen worden gevolgd, zo meldde Interesting Engineering op 18 juni. Het nieuwe onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift iScience.

Wanneer kosmische straling de atmosfeer van de aarde binnendringt, botst ze met moleculen en atomen in de lucht, waardoor secundaire deeltjes ontstaan, muonen genaamd. Muonen zijn fundamentele subatomaire deeltjes die vergelijkbaar zijn met elektronen, maar 207 keer zwaarder zijn. Muonen kunnen vaste objecten binnendringen, afhankelijk van de dichtheid van het object. Rotsen en gebouwen absorberen bijvoorbeeld veel muonen vanwege hun hoge dichtheid.

GPS maakt gebruik van traditionele radiogolven. Deze zijn zwakker op grote hoogte en kunnen verstrooid raken. Daardoor zijn ze lastig te gebruiken om bewegingen onder de grond te detecteren.

Tanaka en zijn collega's maakten gebruik van de eigenschappen van kosmische straling om moeilijk bereikbare plaatsen zoals vulkanen, kernreactorkernen en piramides in kaart te brengen. Ze ontwikkelden een nieuw draadloos positioneringssysteem met behulp van muonen, genaamd MuWNS. Het systeem bestaat uit referentiedetectoren aan de oppervlakte en een ontvangende detector onder de grond om het pad van de muonen te detecteren. Door de timing en richting van de muonen te analyseren, bepaalt MuWNS de positie van de ontvangende detector onder de grond ten opzichte van de referentiedetector aan de oppervlakte.

Alle verzamelde gegevens worden vervolgens gebruikt om de muonenpaden te reconstrueren en zo een model of kaart van de ondergrond te maken. De kaart kan waardevolle informatie opleveren, zoals de samenstelling en dichtheid van de materialen waar de muonen doorheen zijn gegaan, waardoor experts ondergrondse structuren en geografische kenmerken kunnen visualiseren.

Het team testte het nieuwe MuWNS-systeem door een ontvangerrobot in de kelder te plaatsen en vier referentiedetectoren op de zesde verdieping van een gebouw. Vervolgens reconstrueerden ze met succes het pad van de persoon onder de grond door de kosmische straling die de detectoren oppikten te screenen.

Het team heeft 's werelds eerste op kosmische straling gebaseerde GPS-systeem gedemonstreerd dat toekomstige zoek- en reddingsmissies en vulkaanmonitoring zou kunnen ondersteunen. Vervolgens zijn ze van plan MuWNS te verbeteren, zodat het in smartphones kan worden geïntegreerd.

Thu Thao (volgens Interesting Engineering )

Bronlink