¿Qué es la muongrafía?

La tomografía de muones (o muongrafía) es una técnica no destructiva reciente usada para crear imágenes del interior de la zona superior de volcanes, con miras a determinar su estructura (que se corresponde con la historia eruptiva del volcán) y los conductos de magma que puedan revelar información importante sobre su formación, la desestabilización de sus flancos y el movimiento interno de fluidos, entre otros, que permitan conocer y poder cuantificar el peligro por erupción. El principio físico detrás de la tomografía de volcanes es el mismo que el de las radiografías con base en rayos-X, solo que en lugar de fotones se utilizan muones: a partir de un flujo conocido de muones se mide la atenuación del flujo, de allí se calcula la opacidad del material al paso de los muones y entonces puede inferirse la densidad media del material a lo largo de la trayectoria del muón. Disponiendo de un dispositivo que permita medir el flujo proveniente de distintos sectores del objeto en estudio, es posible inferir la existencia de distintas estructuras internas a partir de los cambios en las densidades observadas. En nuestro caso, se llamará “Telescopio de Muones” (MuTe, por sus siglas en inglés: Muon Telescope).

Los muones atmosféricos son producidos cuando los rayos cósmicos interactúan con la atmósfera. Dado que los muones son leptones, de espín 1/2 y con cerca de 200 veces la masa del electrón en reposo; esta combinación de factores hacen que las pérdidas por interacciones con el medio sean pequeñas y tengan un alto poder penetrante, varios órdenes de magnitud superior respecto a los electrones. Cómo ejemplo puede mencionarse que un muón con un ángulo cenital de arribo cercano a π/2 y con una energía de ∼ 1 TeV puede penetrar un equivalente a 2,4km de agua (o su equivalente en roca). Esto hace que los muones sean, por ejemplo, una de las pocas fuentes de ruido que se encuentran en laboratorios subterráneos, bajo cientos y miles de metros de roca desde la superficie (ver por ejemplo. En función de ello, los muones atmosféricos (en adelante simplemente muones) pueden o han sido empleados para diversos fines. Basta mencionar el monitoreo de la estructura interna de una planta nuclear; la búsqueda y monitoreo de reservorios geotérmicos, la identificación de materiales desconocidos, el monitoreo de la concentración de CO2 en zonas someras, la búsqueda de contrabando, la búsqueda de cámaras ocultas en pirámides, la determinación de la estructura interna y la evolución temporal de hornos metalúrgicos, la valoración de zonas de fallas sísmicas ocultas, y hasta la exploración de la subsuperficie del planeta Marte.

Respecto a la imaginología de volcanes, diferentes proyectos están utilizando la técnica de la tomografía de muones. Por ejemplo el proyecto MU-RAY, ToMuVol y DIAPHANE. La aplicación más importante de la detección de muones en Geofísica es la construcción de imágenes del interior de volcanes activos. Se han construido perfiles de densidad del interior de los volcanes Mt. Sukuba, Mt. Asama, Mt. Satsuma-Iwojima, Mt. West Iwate, y el domo de lava Showa-Shinzan. También se han establecido las condiciones de aplicación en el Mt. Vesuvio, en el domo de lava del Mt. Usu, en el Mt. Satsuma-Iwojima, se presentó una tomografía axial tridimensional el Mt Asama, Puy de Dome, el volcán La Soufriere de Guadaloupe, Mt Etna, y se han hecho imágenes para el seguimiento del movimiento del magma en las erupciones del Mt. Asama y de la erupción en Satsuma-Iwojima. También se han presentado imágenes que integran las medidas gravimétricas con la imaginología de muones en el Mt. Asama y en el domo de lava en Showa-Shintzan.