有着600多年汗青的西安古城墙，有些侵害于墙体内部，仅凭肉眼没法不雅测。兰州年夜学核技能立异与财产化团队带着研发的海内首套塑闪宇宙射线缪子成像装备，给西安古城墙做了一次 CT 。值患上一提的是，从仪器拆卸所需要的质料等硬件到算法体系软件，团队都致力在将其本土化。实现技能国产化，这是每一位科研职员肩负的庞大任务。

吴春至今记患上第一次做CT的情景。被推进舱里的那一刻，她紧张、畏惧，担忧查出问题，也担忧射线对于身体形成影响。

多年已往，她再次履历了如许的不安，只不外，此次做CT的是古城墙。

吴春是陕西省西安城墙治理委员会副主任，于她的踊跃接洽以及鼎力撑持下，兰州年夜学核技能立异与财产化团队带着研发的海内首套塑闪宇宙射线缪子成像装备，给西安古城墙做了一次 CT 。

必然请勿给城墙形成毁伤，但也必然要知道 五脏六腑 都有啥弊端。 吴春提出要求。

这是她作为汗青文化遗产守护者的底线。

叫缪子的宇宙射线

有着600多年汗青的西安古城墙，也像人体同样，会跟着时间的推移呈现 康健 问题。

北方夏日雨水较多，西安古城墙被雨水永劫间浸泡后，部门墙面呈现了倏地裂痕以及沉陷的征象。只管城墙管委会始终都于高度存眷城墙的各种保险问题，但有些侵害于墙体内部，仅凭肉眼没法不雅测。

怎样检测古城墙内部环境，进而有针对于性地睁开修复项目，成为摆于西安城墙管委碰面前的主要难题。

于现代医学技能的加持下，要想把握人体的病灶环境，咱们可使用B超、CT、核磁共振等各类影像仪器。想知道一座几十米高的古城墙的康健状态，该怎么办？

以往，咱们用患上至多的是钻孔法，就是经由过程于墙体上打孔取材的体式格局，来判定其内部环境。但这类勘探体式格局会间接粉碎墙体，后期还需要对于毁坏部门举行修复。 吴春说。

另外一种是雷达监测法。雷达的频次越小，穿透水平便会越深，但其精度会响应变差，成像可能呈现误差；而假如探测太浅，又不克不及够满意古修建、山脉等年夜型物体的探测深度需要。

钻孔法对于城墙有损，而使用雷达法，基本上70%的环境都探不出来。 吴春做梦都想找到可以或许无损探测的要领。

一个偶尔的时机，她结识了兰州年夜学核技能立异与财产化团队。

于给城墙南门的一壁墙做三维激光扫描的历程中，吴春不禁地感触： 这激光扫描呀，假如能透视到内里就行了。免得咱们苦苦找隐患点，又无计可施。 这时候，操作扫描的教员说本身熟悉一名兰州年夜学传授，他能用一种宇宙射线对于物体举行成像，也许可以帮到她。

是物探，照旧遥感？

对于方说似乎都不是，是一种新要领，详细是甚么，他也说不清。这下吴春来了兴致： 恰好58号马面（于城墙外侧依必然间隔建筑的凸出墩台，平面有长方形以及半圆形，因外不雅狭长如马面，故名）出了一些问题，我接洽尝尝！

他们说的宇宙射线，就是缪子。

星际空间有许多高能粒子，此中最重要的是质子。高能的质子经由过程年夜气层时会发生核反映、电离等级联反映，从而平生2、二生四，从上往下愈来愈多，有点像烟花，也像射灯。达到海平面时，内里就富含各类组分，缪子只是其一，另有中子、 射线以及 射线等。它们都被称为 宇宙射线次级射线 。

按照估算，海平面上每一平方米面积上每一分钟会落下10000个缪子，也就是说，每一秒钟就会有一个缪子穿过咱们的手掌。 兰州年夜学核技能立异与财产化团队相干卖力人打比喻道， 它们就像下雨同样浇着咱们，淋着咱们，不时刻刻穿透咱们的身体。

作为宇宙中的基本粒子之一，缪子的带电量为一个负电荷，品质为电子的207倍，它与物体发生彼此作用的体式格局与电子近似。比拟在中子、X射线以及 射线等，宇宙射线缪子具备更强的穿透威力。

许多人都猎奇这类神奇的物资，毕竟是怎样为我所用的。

本来，科研职员于被测物体周边放置缪子探测器，按照缪子射线于物体中差别标的目的的穿透环境，汇集肉眼看不见的缪子计数，进而于计较机长进行阐发，经由过程数据阐发计较实现被测物体的三维成像。

对于在城墙如许十几米以至几十米厚的物体来讲，假如内里有个一米年夜的浮泛，咱们彻底可以经由过程缪子成像技能检测到。 该团队成员刘军涛从团队2018年着手干这件事最先，他就随着全程介入了缪子成像体系的研发。

藏着奥秘的 冰柜

2021年9月，兰州年夜学核科学与技能学院两位主干西席，带着由两位项目师和四五位学生构成的团队，向着古都西安出发。

与他们偕行的，是一个长1.6米外形酷似冰柜的仪器。

之以是看起来像一台冰柜，是由于咱们给本来只能于试验室使用的探测仪器增设了金属外壳，使装备可以防潮、避光，利便挪动。 刘军涛说。

刘军涛告诉吴春，仪器定型的时间不长，没有成熟贸易产物那样美丽的外不雅，但探测效果不受影响。吴春的话给他吃了很年夜一颗定心丸： 无论啥要领，只有是科学的，咱们都接待！

这台貌不惊人的方疙瘩，隐蔽着能给城墙看病的奥秘。

它包孕多对于探测器层以及收罗板，卖力网络从宇宙中散落下来的缪子与信息转换；一个用在数据传输监测与存储的主机体系；一台挪动电源，可确保仪器于野外运转时有不变的供电；一个用在调控装备内温度以及湿度的空调体系

缪子成像技能研究，今朝海内也有少数偕行团队于做。兰州年夜学核技能立异与财产化团队的差别的地方于在，他们已经经从试验室测试阶段走向了现实运用。

2020年11月，该团队乐成研发我国首套塑闪宇宙射线缪子成像体系，并顺遂完成专家验收。

塑闪 是塑料闪耀体的简写。����APP缪子经由过程塑料闪耀体后会孕育发生光，有闪耀光就代表有缪子经由过程这个质料。我用光电转换的器件，可以把光旌旗灯号转为电旌旗灯号，看到脉冲后，暗示已经经捕获到了缪子。 刘军涛说。

收罗缪子只是第一步。

随后，他们不停完美软件模子，模仿成像场景，调解各种参数，终极将其带到西安古城墙下，最先 首秀 。

缪子成像技能重要有两种成像道理，即角度散射成像以及强度衰减成像。这次西安古城墙探测应用的即是强度衰减成像法。

这一成像要领的道理是，缪子于物体内部穿行历程中会丧失能量，而当其能量丧失殆尽时便会被物体接收，这将使探测到的缪子强度减小，以是宇宙射线缪子强度减小量取决在物体的厚度及质料密度。是以，于已经知物体外部轮廓的环境下，经由过程探测缪子强度衰减，可以推导获得被探测物体的密度，从而对于物体的内部布局与物资构成举行重构。

这就像人们哄骗X射线扫描身体，经由过程透视人体骨骼从而成像同样。 刘军涛先容说，山体、修建物、汗青遗址等年夜型物体的内部布局成像，用的也是这一道理。

吴春给他们指定的测试段是城墙58号马面处。

正如给人体做三维影像查抄会接纳放射源与探测器扭转多角度成像，想要给城墙做 CT ，也需要从差别角度收罗多组数据。团队采纳了环抱马面设置6个不雅测点的方案，放置探测器举行数据收罗。

没想到，刚把呆板安顿好，又一波天下规模的新冠疫情囊括而来。

那是2021年秋，试验面对的最年夜问题是，由于防疫政策需要，探测器不克不及根据规划不断地变换位置。团队只能因陋就简，趁势而为，实时转变了丈量规划。终究于2022年春节前夜，他们将仪器带回兰州。

让吴春受惊的是，这个团队乐成测试出了城墙中的低密度区域 也就是一个配电室。于测试团队事前其实不知道的环境下，他们经由过程宇宙缪子成像技能清楚地出现出它的位置、外形、巨细。

这一高精度成像再次验证了使用缪子成像技能可以或许完成被测物体三维成像的可行性。 刘军涛暗示。

他们以及58号马面

科研从来无坦途。兰州年夜学核技能立异与财产化团队虽然首战得胜，但于现实探测历程中，照旧碰到了不少坚苦。

宇宙射线缪子成像技能哄骗的是不需要人工放射源孕育发生的自然射线，具备无接触勘探、不受时空限定、不会对于勘探物体形成任何危险、绿色环保等特色，但它的使用受主观前提影响较年夜。

不像病院里使用人工射线源，情况比力纯真，咱们的仪器每每放置于室外，患上履历风吹日晒等天然情况的磨练。 兰州年夜学2020级能源动力专业硕士研究生姚凯强说。

于室外使用就会呈现各类问题，好比电路短路，或者者电压颠簸较年夜等，装备吸收到的旌旗灯号也会跳动不稳。整个墙体的勘探历程耗时快要4个月，为了应答各类情况的磨练，团队对于试验室内本来使用的平板探测器举行了进级与调解。

姚凯强以及另外一名师兄专门留于了西安，隔两天就患上去现场调解仪器。别的，后期也需要处置惩罚那些不不变情况下吸收到的混乱数据。

与数据网络比拟，更年夜的应战于在开发反演成像的算法平台。

咱们于举行文物探测的历程中总会碰到一个问题，就是丈量到的数据比待解的未知量少许多。好比有两个变量一个方程的环境下，方程的解是无限多的。 对于2021级核技能专业硕士研究生刘国睿来讲，这就需要她以及小伙伴于错乱的成果中遴选出可以或许同时满意多个方程的模子，选择最合理的成果。

来西安以前，刘国睿、姚凯强等人起首按照描写对于城墙举行了可行性阐发，几何模子比力简朴，仅仅知道城墙的长宽高，内里可能有甚么环境。于仿真中，他们需要先把城墙的模子大抵建好，再举行正演计较，用正演的成果去反演成像。

相称在咱们先算一个可能获得的丈量成果，然后用这个丈量成果做反演，看能不克不及给内里的防浮泛成出一个三维图象来。 刘国睿说。

确定做58号马面后，他们把模子越发细化了。

早期建的模子出格简朴，就是一个矩形的堆，厥后又加之马面，对于尺寸举行调解。激光测绘把整个城墙的轮廓描绘清晰以后，他们决议换模子，只管那时6个探测点都已经确定。

末了一次模仿时，探测点位早已经敲定，团队更新了很是细化的城墙轮廓，决议从头建模再做一次。按照优良成像的分辩率，他们于马面里假定了一个防浮泛，看能不克不及成像。

另外一个难题是碰到密度异样部门时的演算。

刘国睿念年夜三时就插手该课题组进修，后继承于此攻读研究生，在她眼里，总体测算其实不坚苦，但密度异样体与周边部门跟尾地带，算起来有难度。 这些处所的密度解出来可能会带有体系误差。 她说。

终极的研究成果就是，此次实验精度可以对于城墙内部一个长宽高均为1米的防浮泛成像出来。

咱们还测到马面北面比力空虚，其时比力质疑这个成果，为此做了很多多少验证。 刘国睿夸大，他们必需解除是否是本身技能方面的缘故原由，好比数据处置惩罚不妥、丈量问题之类。解除事后，患上出结论 58号马面北墙四周的夯土密度确凿较低。

追念起这一幕，这个性格沉静的女孩，终究有了笑意。

追寻 中国方案

兰州年夜学师生支付的所有起劲，吴春都看于眼里。现实上，58号马面的环境，她早有把握。她就想看看这宇宙射线缪子成像技能，到底行不行。

刘国睿于阐发马面数据的历程中发明，砖以及夯土之间似乎有空腔，由于不确定，就重复向吴春求证。

小密斯问，内里是否是有空腔？为何会有？是真的有，照旧咱们网络的数据不敷、计较要领不合错误而致使的误差？我其时就欣慰地笑了。 但吴春并无挑明，而是让她继承往下做。

厥后的结果陈诉会上，吴春正式向有关部分报告请示称，兰州年夜学核技能立异与财产化团队的缪子成像成果，跟西安城墙管委会把握的环境基本吻合。从此，她对于他们越发信托了。

这份信托，源在科研职员对于自身的严酷要求。

于所有人看来，斗胆质疑、警惕求证是科学精力最主要的风致之一，他们固守这一理念，初心不改。

为何是这个，而不是阿谁？哪一步出了错，都没法导出准确成果。 刘军涛深谙其研究之繁杂，意思之深远。

如今，团队已经经扩大至30余人，每一个人分工明确。导师的悉心造就以及团队的互帮合作，让青年科研职员受益不浅。于读研二的刘国睿，已经于物理学经典期刊上揭晓研究论文，内容即是针对于宇宙射线缪子技能于实地运用中呈现的问题，并提出摸索性的解决方案。

每一一名成员的心里，都有浩瀚宇宙。

中汉文明上下五千年，积厚流光，于悠悠岁月中厚重沉淀。当前，跟着科技已经经成为考古成长新动力，他们于完成西安城墙成像事情的历程中，逐渐感触感染到缪子成像技能将来于科技考古范畴的广漠远景。

这项技能之后于年夜型遗址考古中必然会阐扬作用，咱们也想于科技考古范畴做成标杆性的亮点。 刘军涛告诉记者，本年，敦煌研究院也与团队接触并规划成立互助瓜葛，他们将于深切探测石窟内部布局的事情中配合起劲。

与不停成长的成像技能相辅相成的，是连续更新的运用场景。

始终以来，缪子成像技能运用的瓶颈重要于在探测体系现场运用场景的顺应性、成本节制等。于团队不停优化完美下，这项技能也从考古探测成长到了地质勘查、矿产勘探、集装箱检测等更广漠的空间。

前段时间，团队又有了新思绪：是否可使用缪子成像技能探测青藏高原的冰川厚度，了了岩石界限？对于他们来讲，建造轻量化、耐低温的缪子成像仪器，正于成为新的摸索标的目的。

值患上一提的是，从仪器拆卸所需要的质料等硬件到算法体系软件，兰州年夜学核技能立异与财产化团队都致力在将其本土化。

是啊，要想得到 中国方案 、作出 中国孝敬 ，必需实现技能国产化，这是每一位科研职员肩负的庞大任务。刘军涛惊喜地吐露，此刻团队这项技能的国产化率已经经到达了95%摆布。

本年，始终致力在文物掩护高品质成长的吴春，又与兰州年夜学团队取患了接洽，看试验可否深切开展。她寄但愿在下一步的互助可以或许证明这类技能更保险、更正确，同时辅以地质勘查，为墙体的补葺项目提供靠得住参考，使患上预防性掩护更具前瞻性。

颠末如许完备的查验以后，咱们但愿这类技能可以或许获得广泛运用。可以信赖，科技将助力中国考古迎来 黄金时代 。 吴春说。

考古科技化，技能国产化，归根到底都是高程度科技自主自强。

这是一条遥远而艰苦的路。

每一个人都巴望化身滴水，汇入时代的海河，信念灼灼。

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