Први пут измјерена невидљива емисија из угашених нуклеарних реактора

Управо је та њихова „сабласна“ природа кључна за развој нових метода нуклеарног надзора, јер омогућава неинвазиван увид у процесе унутар реактора, чак и након што престану с радом, пише Сајенс алерт (ScienceAlert).

У недавном експерименту у Француској научници су детектовали пригушени ток електронских антинеутрина који и даље излази из језгара искључених нуклеарних реактора. Тиме су први пут експериментално потврдили постојање овог преосталог зрачења, које је до сада било само теоријски предвиђено.

Експеримент Дабл Шу

Мјерење је спровела научна колаборација Дабл Шу (Double Chooz), коју су предводили физичари са Института Макс Планк (Max Planck) за нуклеарну физику (МПИК). Потврдили су да ток честица долази из истрошеног горива унутар два реактора, као и из ускладиштеног отпадног материјала у базенима за хлађење.

„Досадашњи експерименти с реакторским антинеутринима углавном су били усмјерени на реакторе у погону, гдје је ток антинеутрина знатно већи“, рекао је Антони Онијон (Anthony Onillon), физичар на МПИК-у и један од руководилаца студије.

„Детекција сићушног преосталог сигнала након гашења захтијевала је изузетно низак ниво позадинског шума и прецизне аналитичке технике које је колаборација Дабл Шу развијала годинама.“

Илустрација мјеста експеримента с детаљним приказом реактора и детектора. (Колаборација Дабл Шу)

Експеримент Дабл Шу одвијао се од 2011. до 2017. године.

Научници су тада проучавали огромне количине антинеутрина произведених у нуклеарној електрани Шу (Chooz) на сјеверу Француске.

Користили су два подземна детектора, постављена на просјечној удаљености од 400 и 1.050 метара од два активна реактора.

Како ухватити невидљиву честицу

Главни циљ био је проучавање необичног својства познатог као осцилација, при којем неутрини и антинеутрини током путовања спонтано мијењају свој „укус“, односно врсту. Физичари из Фермилаба сликовито су то описали као да купите сладолед од чоколаде који се на путу до куће претвори у ванилију, а затим у јагоду.

Физичари заправо не могу директно да „виде“ антинеутрине. Њихово постојање закључују на основу ријетких интеракција с другим честицама унутар посебно дизајнираних детектора.

„Антинеутрини изузетно ријетко ступају у интеракцију с материјом“, објашњава Тјери Ласер (Thierry Lasserre), физичар са МПИК-а.

„Ипак, када до интеракције дође унутар детектора Дабл Шу, ствара се карактеристичан двоструки свјетлосни сигнал који се може разликовати од позадинских догађаја.“

Сигнал у два корака

Када антинеутрино прође кроз детектор, понекад се судари с протоном унутар течног сцинтилатора, материје која емитује свјетлост при проласку зрачења. Тај судар ствара неутрон и позитрон, који је антиматеријски парњак електрона. Позитрон се одмах поништава у судару с оближњим електроном, што производи први бљесак свјетлости.

Убрзо након тога, новонастали неутрон хвата атом гадолинијума, ријетког метала додатог у сцинтилатор, што узрокује други бљесак свјетлости. Та два сигнала у кратком временском размаку служе као поуздана потврда да је детектован управо антинеутрино. Цијели процес назива се инверзни бета-распад (ИБД).

Будући да се ИБД често догађа током фисије уранијума и плутонијума у реакторима, праћење тока антинеутрина може бити кључно за нуклеарну безбједност и анализу састава горива.

Резултати и будућа примјена

Током 17,2 дана посматрања, док су оба језгра реактора Шу била угашена, истраживачи су забиљежили 106, плус-минус 18, догађаја. Тај број је у складу с теоријским предвиђањем од 88, плус-минус седам, догађаја. Измјерени сигнал представља мање од један одсто тока који се биљежи док реактор ради.

Научници истичу да се прецизност технике може додатно побољшати. Тренутна метода осјетљива је на веће промјене у току честица, али вјероватно не би могла да открије, на примјер, да недостаје неколико склопова истрошеног горива.

Упркос томе, овај рад представља важан доказ концепта за развој метода директног и неинвазивног нуклеарног надзора, што би у будућности могло значајно да унаприједи безбједносне стандарде.

(Индекс)