Reaktory rozszczepienia jądrowego stanowią główne źródło energii w wielu częściach świata, a oczekuje się, że do 2050 r. światowa moc wyjściowa ulegnie niemal podwojeniu. Problemem jest jednak trudność w rozróżnieniu, czy reaktor jądrowy jest wykorzystywany również do wytwarzania materiałów do celów jądrowych. broń. Wychwytywanie i analizowanie cząstek antymaterii okazało się obiecujące w zakresie monitorowania konkretnych operacji reaktora, nawet z odległości setek mil.
W Zaliczki AIPwydawnictwo AIP Publishing, naukowcy z Uniwersytetu w Sheffield i Uniwersytetu Hawajskiego opracowali detektor, który wykrywa i analizuje antyneutrina emitowane przez reaktory jądrowe. Detektor zaprojektowany przez Wilsona i in. wykrywa antyneutrina i potrafi scharakteryzować ich profile energetyczne z odległości wielu kilometrów, co pozwala monitorować aktywność reaktorów jądrowych.
„W tym artykule testujemy projekt detektora, który można wykorzystać do pomiaru energii emisji cząstek z reaktorów rozszczepienia jądrowego na duże odległości” – powiedział autor Stephen Wilson. „Ta informacja może nam powiedzieć nie tylko o tym, czy reaktor istnieje i o jego cyklu operacyjnym, ale także o tym, jak daleko znajduje się reaktor”.
Neutrina to bezładne cząstki elementarne o masie bliskiej zeru, a antyneutrina to ich odpowiedniki w antymaterii, powstające najczęściej podczas reakcji jądrowych. Wychwytywanie tych antycząstek i analizowanie ich poziomów energii dostarcza informacji na temat wszystkiego, od cyklu operacyjnego po określone izotopy w wypalonym paliwie.
Konstrukcja detektora grupy wykorzystuje promieniowanie Czerenkowa – zjawisko, w którym promieniowanie jest emitowane, gdy naładowane cząstki poruszają się szybciej niż światło, przechodzą przez określony ośrodek, co przypomina uderzenia dźwiękowe podczas przekraczania bariery dźwięku. Jest to również odpowiedzialne za niesamowitą niebieską poświatę reaktorów jądrowych i zostało wykorzystane do wykrywania neutrin w laboratoriach astrofizycznych.
Naukowcy zaproponowali montaż swojego urządzenia w północno-wschodniej Anglii i wykrywanie antyneutrin z reaktorów w całej Wielkiej Brytanii, a także w północnej Francji.
Problem polega jednak na tym, że antyneutrina z górnych warstw atmosfery i przestrzeni kosmicznej mogą zakłócać sygnał, zwłaszcza że bardzo odległe reaktory wytwarzają znacznie mniejsze sygnały – czasami rzędu jednego antyneutrina dziennie.
Aby to uwzględnić, grupa zaproponowała umieszczenie detektora w kopalni położonej ponad 1 kilometr pod ziemią.
„Rozróżnienie tych cząstek stanowi również poważne wyzwanie analityczne, a pomiar widma energii może zająć niepraktycznie dużo czasu” – powiedział Wilson. „Pod wieloma względami najbardziej zaskoczyło mnie to, że w rzeczywistości nie jest to niemożliwe”.
Wilson ma nadzieję, że detektor pobudzi więcej dyskusji na temat wykorzystania antyneutrin do monitorowania reaktorów, w tym pomiaru widma antyneutrin wypalonego paliwa jądrowego lub opracowania mniejszych detektorów do stosowania bliżej reaktorów.
