Учени използват антиматерия за мониторинг на дейностите, извършвани с ядрени реактори

Ядрените реактори са ключов източник на електроенергия за много части от света, като се очаква капацитетът им в глобален мащаб почти да се удвои до 2050 г. Проблем обаче е затруднението да се определи дали даден ядрен реактор се използва и за създаването на материал за ядрени оръжия. Улавянето и анализирането на частици антиматерия се доказва като обещаващ метод за мониторинг на специфичните дейности, извършвани с реактора, дори и от стотици километри разстояние.

В журнала AIP Advances изследователи от Шефилдския университет и Хавайския университет публикуват статия за разработването на детектор, който засича и анализира антинеутрино частици, отделяни от ядрени реактори. Детекторът отчита антинеутрино частиците и може да охарактеризира техния енергиен профил от километри за целите на мониторинга на дейностите, извършвани при ядрени реактори.

“В статията описваме проект на детектор, който може да се използва за измерване на енергията на отделени частици от ядрени реактори от големи разстояния”, казва авторът на публикацията Стивън Уилсън. “Тази информация може да ни каже дали реакторът съществува и какъв е работният му цикъл, но също и колко далеч е реакторът.”

Как работи детекторът

Неутрино частиците са елементарни частици без заряд, които имат почти нулева маса, а антинеутрино частиците са тяхното антиматериално съответствие, като най-често се образуват при ядрени реакции. Улавянето на тези античастици и анализирането на енергийните им нива предоставя информация за всичко – от работния цикъл до специфичните изотопи в отработеното гориво.

Детекторът на екипа е базиран на ефекта на Черенков, феномен, при който се излъчва светлина, когато заредени частици се движат през среда със скорост, по-голяма от фазовата скорост на светлината в тази среда. Това е и причината за странното синкаво сияние на ядрените реактори и се използва за засичането на неутрино в астрофизични лаборатории.

Изследователите предлагат да сглобят устройството си в Североизточна Англия и да регистрират антинеутрино от реактори по цялата територия на Обединеното Кралство, както и в Северна Франция. Проблемът обаче е, че антинеутрино частиците в горния слой на атмосферата и космоса могат да причинят смущения в сигнала, най-вече защото много отдалечените реактори генерират изключително слаби сигнали – понякога от порядъка на едно-единствено неутрино на ден. За да отчете това, групата предлага да разположи детектора си в мина, на повече от един километър под земната повърхност.

“Различаването между тези частици е съществено предизвикателство за анализа и измерването на енергиен спектър може да продължи непрактично дълго”, казва Уилсън. “В много отношения, най-изненадан съм от факта, че това не е невъзможно в действителност.”

Уилсън се надява детекторът да насърчи дискусията за това как да се използват антинеутрино частиците за мониторинг на реакторите, включително и за измерване на антинеутрино спектъра от отработено ядрено гориво или за разработване на по-малки детектори за употреба в близост до реакторите.