Estimación de la distribución de densidad interna de objetos geológicos mediante tomografía de muones
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Date
2023-05-23
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Publisher
Universidad Industrial de Santander
Abstract
Los muones son partículas generadas por la interacción de la radiación cósmica y núcleos atómicos en la atmósfera de la Tierra, con capacidad de penetrar cientos de metros de roca. La muografía es el proceso por el cual se aprovecha el flujo atenuado de muones detectado por un instrumento ubicado en un punto de observación, para obtener una imagen 2D (muograma) de la distribución de densidad interna del objeto estudiado.
La tomografía de muones es el proceso en el cual se utilizan los muogramas obtenidos en diferentes puntos de observación alrededor del objeto para estimar la distribución de densidad volumétrica (3D) de la estructura. Como regla general, a mayor cantidad de puntos de observación, más precisa es la reconstrucción por tomografía respecto al objeto original. No obstante, se ha encontrado que para el volcán Cerro Machín en Colombia se cuenta con sólo 4 puntos de observación favorables debido a sus dificultades topográficas. Actualmente no se tiene una distribución de densidad interna disponible del volcán Cerro Machín.
En este trabajo se experimentó inicialmente con el espectro Shepp-Logan y se observó que la curva de RMSE (Root Mean Squared Error) en las reconstrucciones tomográficas obtenidas con el algoritmo ART (Algebraic Reconstruction Technique) sigue una tendencia parabólica al variar el número de puntos de observación igualmente espaciados. Esto implica que hay un número medio de puntos de observación que minimiza el error en la reconstrucción tomográfica en comparación con el objeto original.
En segunda estancia se obtuvo la distribución de distancia recorrida por los muones en roca del volcán Cerro Machín por medio del algoritmo ART disponible en la librería TomoPy. Se dispuso de 42 muogramas obtenidos en puntos de observación a 1059 +- 40 metros de distancia del punto más alto del volcán y una altura de 2495 +- 10 m s.n.m. Finalmente se evaluó el mapa de error sistemático y el RMSE de las vistas de la reconstrucción variando el número de puntos de observación e iteraciones, obteniendo un error mínimo (RMSE = 0.117) en la vista superior de la reconstrucción de 14 puntos y 1 iteración y un error mínimo (RMSE = 0.059 km) en la vista frontal con 14 puntos y 2 iteraciones, por lo que se pudo obtener una mejor reconstrucción con 28 puntos de observación menos que los iniciales.
Description
Keywords
Tomografía de muones, muografía, puntos de observación, volcán Cerro Machín