據(jù)報(bào)道，來自加拿大溫哥華市的CRM層析成像技術(shù)公司(CRM Geotomography Technologies)開發(fā)了一種新技術(shù)，能夠利用宇宙射線介子來發(fā)現(xiàn)深部隱藏礦床。

CRM是從加拿大國家原子能研究中心(TRIUMF)——加拿大國家粒子加速實(shí)驗(yàn)室剝離出來的公司，該公司開發(fā)研制了一套功能強(qiáng)大能夠適合野外工作的介子探測器，已經(jīng)在多個礦山試驗(yàn)成功。

CRM公司首席執(zhí)行官(CEO)唐·弗爾塞斯(Don Furseth)向記者解釋說，介子探測器與電子計(jì)算機(jī)斷層掃描原理非常相似，通過多個二維X射線圖像可以建立一個物體的三維(3D)模型。這項(xiàng)技術(shù)將把多個探測器的信息集成，建立地表之下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的三維模型。

另外，這些信息可以結(jié)合地質(zhì)背景，以及其他地球物理和地質(zhì)數(shù)據(jù)，比如重力測量和鉆探巖芯樣品分析結(jié)果等來進(jìn)行地質(zhì)解釋。

弗爾塞斯表示，該技術(shù)在棕地和綠地礦產(chǎn)勘探方面有明顯的優(yōu)勢。他認(rèn)為，任何與周邊物質(zhì)存在密度差異的地質(zhì)構(gòu)造都能夠采用這項(xiàng)技術(shù)。

介子是一種“重量級”的電子，在宇宙射線中非常豐富。高能量介子運(yùn)行速度與光速相近，理論上不受磁場或大氣層中溫壓變化的影響。因此，無論從空間上還是時間上，到達(dá)地球表面的介子流近乎一致。

由于介子能量強(qiáng)大，與其它帶電粒子相比，其在物質(zhì)中的穿透力更強(qiáng)。其能量衰減速度取決于穿透的物質(zhì)數(shù)量，其次就是其穿透的媒介的原子性質(zhì)。

也就是說，介子在高密度物質(zhì)面前更容易受阻。因此，通過測量介子沿某個方向穿透深部物體的速度，就可以直接測量從地表到某個深度范圍內(nèi)物質(zhì)的平均密度。

弗爾塞斯認(rèn)為，這一點(diǎn)很重要，因?yàn)槊芏仁且环N非常重要的地球物理屬性，可以揭示許多非常有價(jià)值的地質(zhì)信息，比如礦床。

根據(jù)對介子性質(zhì)和傳播的已有知識，人們可以開發(fā)一種精密工具，通過探測每個方向的介子流，可以確定深部礦床。如果能計(jì)算沿每個方向部署的探測器意外出現(xiàn)的介子數(shù)量，然后與預(yù)計(jì)數(shù)目對比，就可以確定探測器覆蓋范圍內(nèi)密度異常的位置。不僅僅如此，還可以測量密度。

弗爾塞斯透露，CRM公司已經(jīng)在幾種類型礦床的現(xiàn)有礦山成功獲取了介子層析成像。例如，他們已經(jīng)獲得了火山塊狀硫化物(VMS)礦床，以及密西西比河谷型(MVT)鉛鋅礦床，包括新星礦業(yè)公司(Nyrstar)在加拿大不列顛哥倫比亞省的邁拉弗爾斯(Myra Falls)礦山，以及泰克資源公司在美國華盛頓州的彭德奧瑞勒(Pend Oreille)礦山。在2018年加拿大勘探開發(fā)者年會上，將展示通過介子層析成像技術(shù)在600米深處發(fā)現(xiàn)的高品位鈾礦床。

目前型號的介子探測儀長兩米，寬1米，高1.5米。適合于在有開拓面的條件下使用。目前，CRM公司已經(jīng)研發(fā)能在惡劣和不可預(yù)料礦山環(huán)境下使用的新型介子探測儀，在無人工干涉條件下已經(jīng)運(yùn)行了幾個月。

棕地工作目前主要是尋找現(xiàn)有礦山附近的礦床，估算其規(guī)模、位置和形狀；確定更好的鉆探靶區(qū)；幫助礦山地質(zhì)師對地質(zhì)模型進(jìn)行優(yōu)化。

然而，礦業(yè)整體面臨資源耗竭的困境，這項(xiàng)新技術(shù)為綠地勘探提供了一個良好的解決方案。今年底，CRM公司將開發(fā)出一種更緊湊、精度更高的下一代介子探測器。這是開發(fā)可供綠地勘探使用的孔內(nèi)探測器的重要一步。

弗爾塞斯稱，利用自身專業(yè)知識，結(jié)合在棕地勘探領(lǐng)域的真實(shí)經(jīng)驗(yàn)，CRM公司在孔內(nèi)探測儀的研發(fā)方面取得重大進(jìn)展，對其功能進(jìn)行了模擬。

孔內(nèi)探測儀的一個重要功能是能夠?qū)Φ叵虏煌疃鹊牡V床進(jìn)行成像，為解決三維建模提供有力工具。棕地勘探所用的探測儀只能放在現(xiàn)有礦山掌子面的固定深度范圍內(nèi)。然而，孔內(nèi)探測儀的一個重要優(yōu)點(diǎn)是幾乎在任何地方都可以部署，無論棕地還是綠地勘探。

弗爾塞斯描述了一種應(yīng)用情景：一個火山塊狀硫化物礦床，由兩個密度與圍巖差別分別為0.7克/立方厘米和1克/立方厘米，為進(jìn)行層析成像，按照400米的間隔，部署了一系列孔內(nèi)探測儀。三個月內(nèi)，探測儀提供的數(shù)據(jù)表明礦體存在的概率在99%以上。結(jié)合三維建模，其結(jié)果與VMS礦床吻合的非常好。

另外，CRM認(rèn)為，介子探測儀在塊斷崩落法采礦中能夠發(fā)揮關(guān)鍵的作用。

但是，弗爾塞斯指出，這種方法安全隱患場景是在覆蓋層崩塌過程中產(chǎn)生的空氣間隙中使用時。在礦山范圍內(nèi)可突然崩塌，而產(chǎn)生強(qiáng)烈和極度危險(xiǎn)的空氣爆炸。典型案例是在1999年11月25日，澳大利亞的諾斯帕克斯(Northparkes)礦山的一個總?cè)莘e在400萬立方米的空氣間隙突然崩潰，導(dǎo)致多人死亡。

由于存在大的密度差異和堆積擴(kuò)大，可以利用介子層析成像技術(shù)在短時間內(nèi)找到空氣間隙，為塊段崩落采礦提供安全保障。

TRIUMF創(chuàng)新公司首席執(zhí)行官卡瑟琳·哈亞什(Kathryn Hayashi)向媒體表示，CRM層析成像技術(shù)公司已經(jīng)成為世界利用宇宙射線介子進(jìn)行礦產(chǎn)勘查的創(chuàng)始者。