兰州大学团队用宇宙射线技术探秘西安城墙内部结构

基于缪子成像技术，实现对600年古城墙的高精度无损探测

近日，兰州大学科研团队利用缪子成像技术（muography），对西安明城墙一处600年历史的墙体进行了高分辨率、非破坏性的三维结构探测。该技术通过宇宙射线中的缪子穿透物体并检测其衰减强度，反演内部密度分布，成功识别出墙体内部的密度异常区域，验证了其在文化遗产保护与考古探测中的巨大潜力。

▲ 西安城墙安远门（北门）实景图

缪子成像：类似X光扫描的“超级透视眼”

缪子是宇宙射线进入大气层后产生的次级粒子，质量为电子的207倍，具有极强的穿透能力。每分钟约有1万个多缪子穿过每平方米地表。研究人员在目标物体周围布设缪子探测器，从多个角度采集穿透数据，结合计算机重建技术生成三维密度图像。

“就像医院用X光对人体做断层扫描一样，”项目成员刘俊涛解释，“只要存在一米宽的空洞，即使在数十米厚的城墙中，我们也能准确识别。”

野外作业挑战重重，数据处理精准攻坚

实际探测环境复杂，设备需长期暴露于户外风晒雨淋，易出现电压波动、信号不稳定等问题。研究团队对实验室探测器进行升级，并安排研究生姚凯强等人驻守现场，持续维护设备并处理噪声干扰下的原始数据。

数据建模面临“小样本求解大未知量”的难题。研究生刘国瑞表示，团队需筛选出能同时满足多组方程的最优模型。当发现北段墙体存在低密度空腔时，还需排除测量误差和算法偏差，确保结果真实可靠。

盲测验证技术有效性，发现未告知配电室

最终成像结果显示，墙体内部存在明显密度异常区。令人意外的是，系统还清晰识别出一处低密度区域——经核实为未提前告知的研究人员的配电房。这一“盲测”成功验证了缪子成像技术的准确性与独立性。

西安市城墙管理委员会副主任吴春表示，希望未来深化合作，推动该技术在文物预防性保护中应用，为修缮工程提供地质依据和科学支撑。

国产化率达95%，已拓展至敦煌石窟探测合作

早在2020年11月，该团队已研制出中国首套基于三角条形塑料闪烁体探测器的宇宙射线缪子层析系统。目前，该技术已完成实验室到野外应用的转化，核心设备国产化率高达95%。

刘俊涛透露：“这项技术将在大型考古遗址探测中发挥重要作用。”目前，敦煌研究院已与团队接洽，计划将缪子成像应用于莫高窟等洞窟内部结构探测，助力文物保护迈向智能化、精准化新阶段。