يقف إرنست نيدرليثينغر على حافة مختبر صناعي في الضواحي الجنوبية الغربية لبرلين.
إنه يقترب من غروب الشمس ، قبل أسبوع من الانقلاب الصيفي. الغرفة مضاءة من الأعلى بمناور بزاوية تذكرنا باستوديو رسام من القرن التاسع عشر. حوله في الكآبة يقف أكثر من عشرين كتلة خرسانية متراصة ، العديد منها نصف متر ، بعضها يصل ارتفاعه إلى مترين. عدد قليل منها يصل وزنه إلى 700 كجم. يتم رسمها عبر أسطحها الرمادية الملساء بالقلم الرصاص والحبر شبكات مُقاسة بدقة ، غالبًا ما تكون شبكات داخل الشبكات ، بمقاييس مختلفة. تعطي هذه النقوش الأشياء إحساسًا أثريًا ، مثل المسلات الغريبة التي تنتظر تفسيرها.
من خلال التحديق في الأحجار المتراصة ، يعرف إرنست نيدرليثينغر أنه يستطيع فعل المستحيل: يمكنه النظر داخل الخرسانة الصلبة ، وفحص أعماق حتى أكثر المواد كثافة. على الرغم من أن الأشكال الضخمة الكامنة في الداخل ليست أكثر من كتل كبيرة الحجم ، إلا أن إرنست نيدرلايتنر يحذر من أي فكرة عن البساطة. يقول: “الخرسانة معقدة للغاية“.
على مدار الـ 21 عامًا الماضية ، عمل إرنست نيدرليثينغر في Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung في ألمانيا ، والمعهد الفيدرالي لأبحاث واختبار المواد ، أو BAM كما هو معروف. تأسست BAM في برلين عام 1871 ، مهمتها تقييم “قوة الحديد والصلب”. وقد اتسع نطاق اختصاصها منذ ذلك الحين بشكل كبير. اليوم ، مع 1600 موظف ، يساعد المعهد في وضع معايير أمان وطنية صارمة من خلال اختبار مواد مختلفة – الخرسانة ، ولكن أيضًا المواد المركبة ، والمواد النانوية ، والجسيمات البلاستيكية ، وبطاريات الليثيوم أيون ، وحتى حاويات النفايات النووية – قبل اعتمادها من قبل الصناعة الألمانية. “Sicherheit macht Märkte” هو شعار BAM: الأمان يخلق الأسواق.
الخرسانة هي واحدة من أكثر المواد استخدامًا على وجه الأرض. في كل عام ، يتم إنتاج أكثر من 10 مليارات طن منها ؛ يعيش 70 في المائة من البشرية في هيكل مصنوع من الخرسانة المسلحة ؛ وبحلول عام 2030 ، ستصل عائدات صناعة الخرسانة العالمية إلى ما يقرب من تريليون دولار ، وفقًا لتقدير شركة Allied Market Research.
أصبحت الخرسانة تثبيتًا تقنيًا وأخلاقيًا لـ إرنست نيدرلايتنر . بمرور الوقت ، يمكن أن تتشقق الخرسانة وتتحلل. يمكن للكابلات والمعادن المضمنة في المادة أن تتآكل أو تنكسر ، مما يؤدي إلى الفشل. تعرض الخرسانة الرديئة للخطر المباني وأنظمة النقل بأكملها ، ناهيك عن حياة لا حصر لها. حفر ثقوب اختبار في كل جسر ، وجدار الأساس ، وسقف القاعة والسد لتحديد صحة تلك الهياكل ، ومع ذلك ، ليس فقط مستحيل اقتصاديًا ؛ يمكن أن تلحق الضرر بالأشياء ذاتها التي يريد المهندسون دراستها.
عندما انهار مبنى سكني شاهق في Surfside ، فلوريدا ، في يونيو 2021 ، مما أسفر عن مقتل ما يقرب من 100 شخص ، قام خبراء البناء بالتمعن في الأنقاض. وأظهر الفحص الدقيق أن بعض الأعمدة الخرسانية للمبنى ، التي تحطمت في الانهيار ، تحتوي على ما يبدو على قدر غير كافٍ من حديد التسليح ، وهو الفولاذ المستخدم في الداخل كدعم للهيكل العظمي. إذا كانت أطقم البناء قد تبخلت على هذا التعزيز الحيوي ، فقد يساعد ذلك في تفسير سبب انهيار الهيكل: لقد كان مثقلًا بشكل زائد منذ عقود.
لكنها قد تشير أيضًا إلى أن المباني الأخرى ، ليس فقط في فلوريدا ولكن في جميع أنحاء العالم ، تواجه مخاطر مماثلة. لو كانت هناك طريقة لرؤية داخل الخرسانة لتفقد الأعمدة دون إتلافها ، فربما كان من الممكن تجنب وقوع كارثة.
بينما يسير إرنست نيدرليثينغر من قطعة واحدة إلى أخرى ، يتوقف مؤقتًا على قطع مثيرة للاهتمام بشكل خاص ، مثل أمين يتفقد حديقة منحوتات وحشية. يقول: “هدفنا الرئيسي هو إيجاد طرق للنظر في الملموسة ، للتأكد من أن كل شيء كما هو مخطط له ، وأن كل حديد التسليح المعدني وأي شيء آخر من المفترض أن يكون موجودًا في المكان المناسب.” في مرحلة ما ، أمسك بجهاز الموجات فوق الصوتية وضغطها على سطح كتلة خرسانية. تظهر مجموعة من الأشكال الحمراء والخضراء على شاشة الجهاز. حديد التسليح.
من خلال الوسائل غير المدمرة ، بما في ذلك الأشعة السينية والموجات فوق الصوتية والرادار ، يتمتع مهندسو BAM بمجموعة واسعة من الخيارات التقنية المتاحة لهم للنظر في الأشياء المصنوعة من الخرسانة ، وكذلك الفولاذ أو الخشب أو الحجر ، بحثًا عن علامات التعب والصدأ وأشكال التآكل الأخرى.
لكن كل من هذه الأدوات لها حدودها. لا يمكن للرادار أن يخترق أعمق من حوالي مترين ، مما يعني أنه لا يمكن تصوير الجدران أو خطوط الأنابيب السميكة وغيرها من الهياكل المدفونة تحت عمق معين. يمكن أن تكون الموجات فوق الصوتية صاخبة وعرضة للصدى والتدخل الذاتي مع المواد الكثيفة ، مما ينتج عنه صور غير متماسكة.
تعتبر الأشعة السينية مثالية تقريبًا ، حيث تقدم صورًا تفصيلية دقيقة ، ويتم إنتاجها بسرعة ، لكن بها عيبًا واحدًا واضحًا: فهي شكل من أشكال الإشعاع وتشكل مخاطر صحية فورية لأي شخص يتعرض لها. يمكن أن يتطلب تصوير هيكل كبير أو جزء من البنية التحتية بالأشعة السينية في وسط المدينة إخلاء المنطقة بأكملها ، ناهيك عن الكميات الغزيرة من الأعمال الورقية حيث يتقدم الباحثون للحصول على تصاريح السلامة اللازمة.
يتوقف نيدرليثينغر مؤقتًا بجوار جدار من الأرفف الثقيلة التي تحمل ألواحًا متعددة من الخرسانة. في إحداها ، كانت مجاري الهواء الخارجة من الجانب مرئية. يقول: “إذا كان بإمكانك الحصول على نوع من نظام الكشف الذي لا يستخدم الأشعة السينية ولكنه يستخدم الأشعة الكونية الطبيعية ، الموجودة هنا على أي حال ، فسيكون ذلك رائعًا بالطبع”. وهو بالضبط ما وضع نيدرلايثنغر وزملاؤه في BAM عيونهم عليه: تقنية تصوير جديدة يمكنها أن ترى بأمان وبتكلفة زهيدة من خلال أي هيكل على الأرض تقريبًا باستخدام جزيئات من الفضاء.
تعد هذه الأداة الكونية بإحداث ثورة في تكنولوجيا البناء ، وتسريع صيانة المباني اليومية وربما إنقاذ ملايين الأرواح. إذا كان نيدرليثينغر على حق ، فإن ثورة الميون على بعد عامين أو ثلاثة أعوام فقط.
تومض الطاقة وتنطفئ في مكتب Raffaello D’Alessandro ، مما يؤدي إلى إغلاق أجهزة الكمبيوتر ومكيفات الهواء. إنه مطلع الصيف في إيطاليا وتمر موجة حارة. D’Alessandro مدرس الفيزياء في جامعة فلورنسا. أجرى الجزء الأكبر من أبحاثه بعد التخرج في Cern في سويسرا ، بما في ذلك تجارب مع مصادم الهادرون الكبير بالمنشأة ، وهو مسرّع جسيمات تحت الأرض بطول 27 كيلومترًا ويمتد عبر الحدود مع فرنسا. بجانب مكتبه ، بعيدًا بالقرب من النافذة كما لو كان لإبقائه باردًا ، يوجد كاشف للميون يسمى Muon Imaging for Mining and Archaeology ، أو MIMA.
الميونات هي جسيمات ذات طاقة عالية وقصيرة العمر تتولد في الغلاف الجوي العلوي للأرض عن طريق الاصطدام بالأشعة الكونية. على الرغم من وجودها لميكروثانية فقط ، تنتقل الميونات بسرعة الضوء تقريبًا وتكون قادرة على اختراق عمق سطح الأرض. يمرون عبر الكاتدرائيات والسدود والطرق السريعة والمستشفيات ، من خلال الصلب والحجر والخرسانة.
تم إثبات وجودها لأول مرة في ثلاثينيات القرن الماضي من خلال سلسلة من التجارب التي أظهرت أن هذا الجسيم غير المعروف سابقًا – أثقل بحوالي 200 مرة من الإلكترون – كان أحد المكونات الأساسية للكون ، وهو قريب من الكواركات والنيوترينوات المعروفة. اليوم ، نعلم أن ما يقدر بنحو 600 ميونات تمر عبر أجسادنا كل دقيقة من كل يوم وليلة.
على الرغم من أن الميونات تخترق المادة بسهولة ، فإن قدرتها على المرور عبر كائن أو بنية تتناقص مع كثافة المادة. الميونات في طريقها عبر مبنى كبير أو جبل سيتم ترشيحها بمهارة ولكن بشكل قابل للقياس عن طريق البناء السميك أو الخام الثقيل ، مع تأثير أن المزيد من الميونات ستنتقل عبر مناطق الفراغ – أول دليل على أن غرفة أو كهف أو حجرة صهارة يجب أن توجد في مكان ما داخل.
وبالمثل ، فإن الميونات التي تمر عبر مادة مثل الخرسانة سيتم حظرها أو تناثرها بما يكفي بواسطة حديد التسليح الفولاذي ، والذي يمكن أن يكون أكثر كثافة بسبع مرات من الخرسانة ، للإشارة إلى أن شيئًا ما – كائن أو شذوذ – يجب أن يكمن في الداخل.
باستخدام الرياضيات المعقدة وبرامج النمذجة ، يمكن للفيزيائيين بعد ذلك حساب – وبالتالي تصور – ما مرت به تلك الميونات. بمعنى آخر ، يمكن استخدام الميونات لعمل الصور. يطلق عليه التصوير الشعاعي: جزء واحد من القوة العظمى في الكتاب الهزلي ، وجزء واحد من التصوير الكوني.
MIMA عبارة عن صندوق معدني متين ، مكعب طوله حوالي 50 سم ، مركب على حامل قابل للتعديل. على الرغم من أن صوانيه الثلاثة تحتوي على إلكترونيات حساسة للكشف عن الميون – على وجه التحديد ، أجهزة التلألؤ وكاشفات الفوتونات المستعارة من الصناعة النووية – يمكن بسهولة أن يخطئ الجهاز في الميكروويف المكتبي.
بالنسبة للآلة التي يمكنها رؤية غير المرئي ، فإنها تستخدم القليل من الطاقة بشكل مدهش ، تقريبًا مثل مصباح الإضاءة القياسي. هذا يعني أنه يمكن تشغيل الجهاز لعدة أيام من حزمة بطارية واحدة ويمكن حتى أن يعمل بالطاقة الشمسية. يعد إنتاج الصور الميوغرافية أمرًا خادعًا أيضًا: ما عليك سوى تشغيل الكاشف والعودة إلى مكتبك والانتظار حتى تتدفق البيانات.
يقول D’Alessandro: “المشكلة هي انتظار وصول عدد كافٍ من الميونات.” يستغرق تطوير صور الميون وقتًا. إذا ، في المتوسط ، يمر ميون واحد فقط في الدقيقة عبر منطقة بحجم راحة يدك ، فقد يستغرق الأمر عدة أيام ، وحتى أسابيع ، لتطوير صورة متماسكة وواسعة النطاق للمبنى. لسوء الحظ ، لا يمكن تسريع هذا الجانب من التصوير الشعاعي أو تحسينه. ويشرح قائلاً: “هذا قيد فيزيائي ، وليس قيودًا تكنولوجية”.
تبدو الصور الناتجة مثل النسخ عالية التباين ، ودرجاتها الرمادية الشبحية تشبه أنماط daguerreotypes المبكرة ، وهي مقدمة للتصوير الفوتوغرافي الحديث. ولكن عند استخدامها على مستوى المباني ، تتميز دقة التصوير الشعاعي بمقياس السنتيمتر ، مما يعني سهولة رؤية أجزاء من حديد التسليح وعلامات التآكل أو التلف. مع التطورات المستمرة في البرمجيات وخوارزميات معالجة الصور ، من المحتمل أن تنخفض هذه الدقة إلى ملليمترات في غضون بضع سنوات.
كما يوحي “علم الآثار” في اسمه ، فقد تم استخدام MIMA بنجاح في مجموعة من الحالات التي تتجاوز حدود التصوير الملموس. استخدم D’Alessandro MIMA لقياس الجثث الخام في المناجم تحت الأرض ، لمساعدة علماء الآثار في مسح المقابر الأترورية التي لم يتم تعيينها من قبل ولمراقبة الهيكل الداخلي لجبل فيزوف الإيطالي الشهير.
إذا ثار فيزوف مرة أخرى بأي شيء مثل قوة الانفجار الذي دمر بومبي في 79 بعد الميلاد ، يمكن تدمير مدينة نابولي بأكملها. من خلال اكتشاف التغييرات في غرف الصهارة في البركان ، مما يشير إلى ثوران وشيك ، يمكن أن يعمل التصوير الشعاعي كنظام إنذار مبكر ، مما ينقذ ملايين الأرواح.
في الواقع ، تم استخدام كاشفات Muon للتصوير المعماري منذ الستينيات. جاءت استراحة Muography الكبيرة في نهاية ذلك العقد ، عندما قام الفيزيائي بجامعة كاليفورنيا لويس و. ألفاريز بتركيب كاشف للميون تحت هرم خفرع في مصر. كان هدف ألفاريز هو تحديد موقع غرفة افتراضية مجهولة يُعتقد أنها موجودة في مكان ما بعمق داخل الهيكل. على الرغم من أن عمل ألفاريز أظهر عدم وجود مثل هذه الغرفة ، فقد تم استخدام التصوير الشعاعي مرة أخرى ، في عام 2017 ، عندما اكتشف الباحثون فراغًا غير مفسر – ربما غرفة دفن ملكية – مخبأ في هرم خوفو القريب.
نظرًا لأن الميونات جيدة بشكل خاص في الكشف عن الفراغات ، فقد تم استخدام التصوير الفوتوغرافي أيضًا في غابات يوكاتان المطيرة في المكسيك. هناك ، قام الفيزيائيون من مجموعة Maya Muon Tomography Group في جامعة تكساس في أوستن بمسح التضاريس البعيدة والمتضخمة ، وكشفوا أن ما يبدو أنه تلال كان في الواقع مبانٍ – معابد المايا القديمة مع غرف وغرف غير مستكشفة بالداخل.
قد تجد MIMA حتى الآن أكثر استخدامات لها أهمية ، ومع ذلك ، فهي تساعد في تحليل ، وبالتالي الحفاظ على أحد أكثر أعمال الهندسة المعمارية شهرة في العالم. في وسط فلورنسا ، تلوح في الأفق المطاعم والبوتيكات والشوارع الضيقة المحيطة بها ، وهي كاتدرائية. سطحه عبارة عن خليط مذهل من الرخام المتباين. تشترك الخضر البحرية والوردي الوردي في مساحة مع كتل حجرية بيضاء ورقية ؛ تزين كل بضعة أقدام تماثيل منحوتة بشكل مزخرف وأنماط هندسية.
على قمة البذخ الآخر لجدران الكاتدرائية توجد قبة أو قبة صممها المهندس المعماري فيليبو برونليسكي في القرن الخامس عشر. تحتوي قبة برونليسكي والدعامات الهيكلية المرتبطة بها ، وهي أعجوبة دينية وجاذبية ، على ما يقدر بنحو 100000 طن من الصخور. يبلغ سمك أجزاء الهيكل الداخلي للقبة ما يقرب من مترين.
من أوهام العمارة أن المباني غير متحركة. في الواقع ، إنها أنظمة ديناميكية ، دائمًا في حالة حركة. بعد البناء تقريبًا ، ظهرت شقوق – بعضها كبير ، ولم يتم شرحها جيدًا – في جدران الصحن.
القبة ، المصنوعة من كتل فردية لا حصر لها من الأحجار ، تتجاوب باستمرار مع استقرار الجاذبية وتغير درجات الحرارة الموسمية والزلازل وتأثيرات المطر والثلج. تمت مقارنة هذه التعديلات التي لا نهاية لها مع الصفائح التكتونية: الكتل الصخرية تتصارع ضد بعضها البعض على مدى قرون طويلة من التأثير.
كل هذه الحركة قد تشكل أو لا تشكل تهديدًا وجوديًا للكاتدرائية. لا أحد يعلم ما ستكون عليه الآثار طويلة المدى. اقترح بعض المهندسين أن الشقوق تعمل مثل مفاصل التمدد ، حيث كشفت القياسات أنها تفتح وتغلق مع المواسم. بدلاً من اقتراح الانهيار الوشيك للقبة ، بعبارة أخرى ، قد تعمل الشقوق كصمامات لتحرير الضغط ، مما يساعد على تنظيم استقرار المبنى على المدى الطويل.
ومع ذلك ، لا يزال التفسير النهائي لما تسبب في التشققات في المقام الأول بعيد المنال. لما يقرب من 400 عام ، قام المهندسون المعماريون وعلماء الرياضيات والمهندسون – حتى عالم الفلك اليسوعي – بدراستها. تراوحت الفرضيات من تلف المياه على المدى الطويل المرتبط بتيار تحت الأرض إلى “ضغوط الشد الأفقية الموضعية التي تتجاوز قوة البناء” ، كما كتب المؤلفان جيوفاني فانيلي وميشيل فانيلي في تاريخهم للقبة ، قبة برونليسكي.
بغض النظر عن السبب ، فإن مهندسي القرن الحادي والعشرين الذين يأملون في تعزيز القبة وحمايتها من الانهيار المستقبلي يواجهون مشكلة محبطة بشكل غير عادي. جزء مما يضفي على القبة لغزًا دائمًا ، ورهبة معمارية ، هو أن برونليسكي لم يترك وراءه أي وثائق بناء ، ولا حتى وصفًا لكيفية تجميع القبة. هذا يعني أنه لا أحد اليوم يفهم بالضبط كيف تم تجميعها أو كيفية إصلاحها.
ما يعرفه المهندسون والمؤرخون هو أن الشقوق تتسع بمعدل 7 ملم في كل قرن. للاحتفاظ بعلامات تبويب عليها ، تم تركيب أجهزة استشعار تعرف باسم “أجهزة قياس التشوه” ، لقياس نمو الشقوق ضمن خطأ يبلغ 0.02 مم. تنتشر موازين الحرارة ومقاييس الرطوبة وأدوات فحص المستوى داخل الكنيسة. كانت هناك العديد من الدراسات الفنية التي كانت جارية بحلول الثمانينيات من القرن الماضي لدرجة أن صحيفة نيويورك تايمز اقترحت أن القبة لديها “مطالبة قوية باعتبارها الهيكل الأكثر مراقبة في العالم بعناية”.
D’Alessandro ليس أول من اكتشف إمكانات التصوير الشعاعي لإنقاذ القبة. إيلينا جواردينسيري حاصلة على درجة الدكتوراه من جامعة جنوة. كانت تلك المدينة موقعًا لانهيار آخر سيئ السمعة للبنية التحتية في أغسطس 2018 ، عندما فشل جسر على الطريق السريع ، مما أسفر عن مقتل 43 شخصًا وتدمير جزء كبير من الحي أدناه. يعمل Guardincerri في مختبر لوس ألاموس الوطني (LANL) في نيو مكسيكو. خلال مؤتمر في LANL في عام 2013 ، تساءلت إحدى زملائها ، Cas Milner ، بصوت عالٍ عما إذا كان من الممكن استخدام الميونات لتصوير كاتدرائية فلورنسا ، مما يساعد في الجهود المبذولة للحفاظ عليها على المدى الطويل.
وقالت إن وجهة نظر جواردينسيري الأولية للميونات ، لا تخلو من السخرية ، كانت تشتيت الانتباه عن بحثها الحقيقي. في ذلك الوقت ، كانت تدرس النيوترينوات ، وهي جسيمات دون ذرية يمكن الخلط بينها وبين الميونات (والعكس صحيح). جعلت Muons عملها المعقد بالفعل أكثر صعوبة. لكنها جاءت في النهاية لترى إمكاناتهم ، وصنعت نموذجًا من هيكل القبة الحجري في مختبرها في نيو مكسيكو.
بدأت في إجراء مسوحات ميوغرافية لإثبات صحة المفهوم ، حيث أظهرت أن الجسيمات نفسها التي وجدتها ذات يوم مزعجة للغاية يمكن استخدامها في التصوير المعماري. عندما توقف تمويل هذا المشروع بالذات ، تُرك الباب مفتوحًا لـ D’Alessandro وزملائه لمتابعة أبحاثهم.
مسلحين بـ MIMA ، لدى D’Alessandro وفريقه هدف واحد محدد ، وهو الهدف الذي سيكشف ما إذا كانت الكنيسة لديها بالفعل تعزيزات داخلية داخل البناء. أثناء بناء القبة ، أمر برونليسكي واستلم شحنة من الحديد يُعتقد أنه تم استخدامها في تشكيل سلسلة عملاقة تم تعليقها بعد ذلك داخل الغلاف الداخلي للقبة ، لتثبيتها في مكانها مثل العقد. ومع ذلك ، لم يتم العثور على مثل هذه السلسلة. ربما يكون هناك في مكان ما ، لكن أين؟ تشكل الأشعة السينية خطرا كبيرا على الزوار والمقيمين على حد سواء. في غضون ذلك ، لا يستطيع الرادار اختراق جدران القبة التي يبلغ سمكها مترين.
جزء من جاذبية استخدام MIMA داخل الكنيسة هو أنه سيكون غير مزعج للغاية: صندوق معدني صغير يعمل في شبه صمت ، ولا ينبعث منه أي ضوء ، وينتظر بوقار جزيئات من الأعلى. سيحتاج D’Alessandro وفريقه إلى نقل الكاشف كل أسبوعين أو ثلاثة أسابيع إلى مكان جديد في الكنيسة ، ثم استخدام برنامج لتصحيح مجموعات البيانات الناتجة. من هذا المنطلق ، ستظهر الصور ، وتجذب الظلال الكونية إلى بؤرة التركيز ، بما في ذلك ، كما يأملون ، أدلة على وجود سلسلة عميقة داخل الصخرة أو ضدها.
يبدو استخدام أداة مخصصة في الأصل للتعدين وعلم البراكين مناسبًا بشكل غريب عندما يتسلق المرء عبر الجزء الداخلي الشاسع للكاتدرائية. سلسلة من الممرات الضيقة ، والمنحدرات ذات الإضاءة الخافتة ، والسلالم شديدة الانحدار تجلب الزوار تدريجيًا إلى قبة برونليسكي. في بعض الأحيان ، يمكن أن يبدو المبنى وكأنه جبل أكثر من كونه عملًا معماريًا ، فبنائه كبير جدًا ، وارتفاع قبة القبة شديد للغاية ، بحيث يكون من الأفضل لمن يعانون من الدوار عدم معرفة أنهم على ارتفاع مئات الأقدام فوق مذبح الكنيسة أدناه.
بالطبع ، يمكن الشعور بالحرارة الشديدة التي جعلت السلطة في مكتب D’Alessandro تتعطل أيضًا من خلال جدران الكاتدرائية. سوف تصبح موجات الحر مثل تلك التي كانت تحمص فلورنسا هذا الصيف أكثر شيوعًا مع تغير المناخ. سيؤدي هذا إلى تفاقم التأثير الحراري لكل موسم بشكل كبير على قبة برونليسكي. قد تجد الهياكل الخرسانية والبناء في جميع أنحاء العالم نفسها تعاني من تشققات وتصدعات في العقود القادمة ، مما يعطي التصوير الشعاعي المعلق إلحاحًا مؤسفًا. ولكن أيضًا سوق آخذ في التوسع.
يتتبع القسم 8.2 بكامله الكثير من مهمته الحالية إلى مأساة معمارية كان من الممكن تجنبها باستخدام التصوير الشعاعي. في وقت بنائه في أواخر الخمسينيات من القرن الماضي ، كان Kongresshalle في برلين مثالًا نادرًا على القشرة الخرسانية سابقة الإجهاد. هدية إلى ألمانيا الغربية من الولايات المتحدة ، اتخذت القاعة شكل مكافئ قطعي – صورة برينجلز هش. كان جزء من الذوق الهيكلي للمبنى هو أن سقفه كان مدعومًا بكابلات فولاذية طويلة ممتدة عبر الخرسانة نفسها ، مما يسمح للسقف بالانتقال ، حتى مع وزنه الهائل ، فوق الردهة المفتوحة أدناه.
لمدة 23 عامًا ، ظلت القاعة قائمة دون حوادث. ثم ، في مايو 1980 ، انهار سقفه الخرساني جزئيًا ، مما أسفر عن مقتل صحفي وإصابة عدد من الزوار. على الرغم من أن التفسيرات اللاحقة لسبب فشل السقف تضمنت العديد من الأسباب الجذرية ، إلا أن إحدى التفاصيل تبرز: كان تركيب بركة عاكسة خارج القاعة مصيريًا أكثر مما كان يمكن لأي شخص أن يدركه. تغلغلت الرطوبة من البركة في عمق الخرسانة على هذا الجانب من المبنى ، مما أدى إلى تآكل الكابلات الفولاذية واحدة تلو الأخرى ثم قطعها. لكن نظرًا لأن الكابلات كانت داخل الخرسانة ، لم يتمكن أحد من رؤية كسرها.
صورة بالألوان الكاملة للقاعة معلقة الآن على جدار داخل القسم 8.2 ، وهي تذكير دائم لموظفي BAM بما يعملون من أجله حقًا. (تم تعزيزه لاحقًا ، لا يزال Kongresshalle قائمًا ، حيث أعيدت تسميته باسم Haus der Kulturen der Welt ، وهو مكان للفنون والأداء.)
يعمل نيدرليثينغر وزملاؤه في BAM على اختبار واعتماد التصوير الشعاعي حتى يمكن الموافقة عليه للاستخدام التجاري. في الأساس ، يتمثل التحدي الذي يواجهونه في المساعدة في تحويل تجربة فيزياء عالية الطاقة إلى منتج. من دون كاشف الميون الخاص بها ، كانت BAM ترسل كتلها الخرسانية – يصفها نيدرليثنجر بأنها “كائنات مرجعية” – إلى جامعة جلاسكو في اسكتلندا. بسبب وزنها الثقيل ، يتم نقل الكتل بالشاحنات والسفن. ثم يتم تصويرها في غلاسكو ، وباستخدام الشبكات الموضحة على أسطحها ، يتم ملاحظة أي تدخلات أو أجسام غريبة أو عيوب داخل الكتلة.
قبل أن يصبح التصوير الشعاعي أكثر شيوعًا ، كما يعترف نيدرلايثنغر ، يجب إثبات أنه دقيق ويمكن الاعتماد عليه بشكل قاطع. ويقدر أن الأمر سيستغرق عامين أو ثلاثة أعوام أخرى لتتراكم الأدلة وصياغة المعايير وتطبيقها.
في أوائل العام المقبل ، سينتقل نيدرليثينغر إلى غلاسكو لمدة ثلاثة أشهر للعمل بشكل مكثف على اختبار واعتماد الميون. وسينضم إلى أحد مساعديه الرئيسيين ، ديفيد ماهون ، زميل باحث في كلية الفيزياء وعلم الفلك في جامعة جلاسكو ومدير تطوير الأعمال في شركة خاصة للتصوير الفوتوغرافي تُدعى Lynkeos Technology.
تم تسميته على اسم أحد رواد الأرجون من الأسطورة اليونانية ، وهو مرشد يمكنه الرؤية من خلال الأشياء ، بما في ذلك سطح الأرض ، ويقع مقر Lynkeos في ويست إند في غلاسكو. في الوقت الحالي ، أكبر عقودها مع الصناعة النووية في المملكة المتحدة ، التي استأجرت Lynkeos لمسح حاويات النفايات المشعة في موقع مفاعل سيلافيلد الذي تم إيقاف تشغيله باستخدام الميونات.
بالنسبة إلى ماهون ، يقدم التصوير الشعاعي حالة كلاسيكية من التحديات في جلب تقنية غير مألوفة إلى السوق. يقول: “يمكن أن تلعب الموغرافيا دورًا مهمًا في تحسين الكثير من الصناعات المختلفة”. “لكن القضية هي التبني ، وجعل الصناعة تغتنم هذه التكنولوجيا في عصر الفضاء.”
وهو يوافق على أن الأمر يستغرق وقتًا أطول من الأشعة السينية ، لكنه لا يتطلب عملية السماح المطولة وبالتالي قد يوفر الوقت في النهاية. لا تستخدم الكهرباء تقريبًا. ويقول إن جمال التصوير الشعاعي يكمن في طبيعته غير اليدوية: ما عليك سوى تثبيت الجهاز بأمان والمشي بعيدًا.
يقول: “مع الصناعة النووية في المملكة المتحدة ، قد نبيع نظامًا أو نظامين كل بضع سنوات ، لكنه ليس نموذج عمل يرغب الناس في الاستثمار فيه”. والنتيجة هي أن الكواشف باهظة الثمن: حتى أن جهازًا صغيرًا مثل MIMA ، والذي يكلف عادةً ما لا يقل عن 50000 يورو ، قد تضاعف سعره في الأشهر الأخيرة إلى 100000 يورو ، نتيجة لنقص الرقائق العالمية ولأن بعض المكونات من الشركات المتضررة من العقوبات في أعقاب الغزو الروسي لأوكرانيا.
“إنها دجاجة وبيضة قليلاً” ، اعترف ماهون. “أنت بحاجة إلى أن يكون السوق كبيرًا ، بحيث تكون المكونات رخيصة ، لكنك لا تحصل على الحجم في السوق إذا كان لديك أنظمة باهظة الثمن حقًا.”
علاوة على ذلك ، تفتقر أجهزة كشف الميون الحالية إلى المرونة. يقول ماهون إن ما يحتاجه التصوير الشعاعي ليس فقط المستثمرين ولكن المصممين: الأشخاص الذين يمكنهم تصميم إطارات وهياكل معيارية مرنة لضمان ملاءمة المعدات في المساحات غير المنتظمة. إن وضع كاشف ثقيل مثل MIMA على أرضية منجم والبدء في جمع الجسيمات الكونية شيء ، والضغط على كاشف الميون العامل في الأقبية الضيقة للكاتدرائية أو نفق السكك الحديدية تحت الأرض أو الزحف المزدحم شيء آخر. الفضاء تحت الجسر.
تحقيقا لهذه الغاية ، يعمل Mahon على تطوير تجهيزات مطبوعة ثلاثية الأبعاد ، يمكن من خلالها نسج مستشعرات الكشف عن الميون. بدلاً من شراء مكونات جديدة لكل كاشف ، يمكن إعادة استخدام هذه الأجهزة الإلكترونية الحساسة بأشكال مختلفة. هذا يعني أنه حتى المساحات المعمارية الأكثر تعقيدًا وفريدة من نوعها يمكن تلبيتها ، باستخدام أغلفة مطبوعة ثلاثية الأبعاد مخصصة لهندسات كاشفات غير محدودة في المستقبل.
يوضح ماهون: “لا يقلل ذلك من تكلفة المكونات الفردية ، ولكنه يعني أننا لسنا بحاجة إلى الاحتفاظ بمخزون ضخم من الأجزاء باهظة الثمن لحملات التصوير ذات الاستخدام الواحد”. “إنه يقلل الوقت الذي يستغرقه تجميع أجهزة كشف جديدة ويجعلها أكثر مرونة قليلاً.”
مثل نيدرليثينغر ، ماهون متفائل بشأن أسواق التصوير الشعاعي المستقبلية. ويشير إلى أن Muons تستخدم بالفعل في عمليات التفتيش على أمن الحدود ، بما في ذلك من قبل شركة مقرها سان دييغو تسمى Decision Sciences ، والتي تستخدم إصدارًا أكبر من نظام الكشف عن الميون الذي تم تطويره في LANL كجزء من محطة فحص المركبات.
يمكن اختيار الشاحنات التي تدخل الولايات المتحدة من المكسيك لإجراء مسح إضافي. يُطلب من السائقين الوقوف في آلة تبدو بشكل غامض مثل مغسلة سيارات ، مع مظلة للكشف عن الميون ولوحة أرضية للكشف عن الميون. يمكن تصوير الميونات التي تمطر عبر الشاحنة للكشف عن وجود معادن شديدة الكثافة ، مثل اليورانيوم أو البلوتونيوم ، والتي يمكن تهريبها إلى البلاد لصنع قنبلة قذرة. تعمل بنية تحتية مماثلة لفحص الميون في عدد قليل من موانئ الشحن العالمية ، بما في ذلك سنغافورة وبوسطن وجزر الباهاما.
تم اقتراح كاشفات Muon أيضًا كطريقة محتملة للكشف عن الأنفاق غير القانونية تحت الحدود الأمريكية المكسيكية. من خلال حفر سلسلة من الآبار العميقة على طول الحدود ووضع كاشف الميون في كل واحد ، قد تتمكن وكالات إنفاذ القانون من التقاط الحفر التدريجي لمساحة فارغة من الأرض أعلاه. مع BAM ، بدأ نيدرليثينغر العمل مع سلطات الطرق السريعة في ألمانيا لتصوير الجسور ، والبحث عن التلف أو التآكل ، في عملية إثبات أن التصوير الشعاعي سيعمل خارج البيئة الخاضعة للرقابة في المختبر.
يتفق ماهون ونيدرلايثنغر أيضًا على أن التصوير الشعاعي يمكن أن يُظهر للمعماريين والمهندسين طرقًا أفضل لتصميم الهياكل في المقام الأول. يشرح ماهون قائلاً: “كلما زادت البيانات التي لدينا ، كان بإمكاننا صنع الأشياء بشكل أفضل في المستقبل” ، مستشهداً بأمثلة من الحشو والأختام الأفضل لحديد التسليح والخرسانة سابقة الإجهاد. بالنسبة إلى نيدرليثينغر ، يمكن أن يؤدي التصوير الشعاعي أيضًا إلى تحسين صيانة الهياكل القائمة ، وتقليل استخدام الخرسانة وبالتالي انبعاثات غازات الاحتباس الحراري المرتبطة بإنتاجها.
“ما فائدة اقتصادنا؟” سأل. في معمله في برلين ، عاد زملاؤه إلى منازلهم منذ فترة طويلة ، تاركينه وحيدًا وسط الألواح الشبكية والمسلات المنقوشة في BAM. يقول: “لا تفككوا الجسور القديمة ، بل افحصوها ، قوّوها ، أصلحواها ، حتى نتمكن من استخدامها لمدة عقدين آخرين”. “أفضل شيء يجب القيام به هو الاهتمام بالهياكل الحالية حتى لا تضطر إلى استبدالها. سيوفر هذا الكثير من المال لدافعي الضرائب “.
قد تكون الموغرافيا هي المستقبل ، لكنها قد تبدو أقل من مستقبلية. يقول ماهون: “علي أن أحذرك”. “فحص الميون ليس بالأمر المثير. لا شيء يحدث. لا توجد أضواء وامضة. إنها مجرد صناديق سوداء مع وجود شيء في المنتصف “. ولكن إذا كانت الصناديق السوداء مثبتة حول المدن ، وتحت الجسور ، وداخل الأقبية ، وحتى تحت الأهرامات والكاتدرائيات ، يمكن أن تساعد في حمايتنا من الفشل الهيكلي ، فإن الشعور بالملل يبدو ثمناً مقبولاً يجب دفعه.
ماهر حمصي