Αντινετρίνα αντιδραστήρα ανιχνεύθηκαν σε καθαρό νερό σε μια πειραματική πρώτη

Για πρώτη φορά, καθαρό νερό χρησιμοποιήθηκε για την ανίχνευση αντινετρίνων χαμηλής ενέργειας που παράγονται από πυρηνικούς αντιδραστήρες. Η δουλειά έγινε από τη διεθνή Συνεργασία SNO+ και θα μπορούσε να οδηγήσει σε ασφαλείς και οικονομικούς νέους τρόπους παρακολούθησης των πυρηνικών αντιδραστήρων από απόσταση.

Ο ανιχνευτής SNO+ βρίσκεται 2 χιλιόμετρα υπόγεια κοντά σε ένα ενεργό ορυχείο στο Sudbury του Καναδά, και είναι ο διάδοχος του προηγούμενου Παρατηρητηρίου Νετρίνων Sudbury (SNO). Το 2015, διευθυντής της SNO Art McDonald μοιράστηκε το βραβείο Νόμπελ Φυσικής για την ανακάλυψη της ταλάντωσης νετρίνων από το πείραμα – που υποδηλώνει ότι τα νετρίνα έχουν μικροσκοπικές μάζες.

Τα νετρίνα είναι δύσκολο να εντοπιστούν επειδή σπάνια αλληλεπιδρούν με την ύλη. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι ανιχνευτές νετρίνων τείνουν να είναι πολύ μεγάλοι και βρίσκονται υπόγεια – όπου η ακτινοβολία υποβάθρου είναι χαμηλότερη.

Στην καρδιά του SNO βρισκόταν μια μεγάλη σφαίρα εξαιρετικά καθαρού βαρέος νερού στην οποία τα ενεργητικά νετρίνα από τον Ήλιο αλληλεπιδρούσαν πολύ περιστασιακά με το νερό. Αυτό παράγει μια λάμψη ακτινοβολίας που μπορεί να ανιχνευθεί.

Προσεκτικές μετρήσεις

Το SNO επί του παρόντος αναβαθμίζεται ως SNO+ και ως μέρος της διαδικασίας χρησιμοποιήθηκε προσωρινά ως μέσο ανίχνευσης εξαιρετικά καθαρό κανονικό νερό. Αυτό αντικαταστάθηκε από έναν υγρό σπινθηριστή το 2018, αλλά όχι πριν η ομάδα καταφέρει να κάνει μια σειρά από προσεκτικές μετρήσεις. Και αυτά έφεραν ένα εκπληκτικό αποτέλεσμα.

«Βρήκαμε ότι ο ανιχνευτής μας είχε ωραία απόδοση και ότι μπορεί να είναι δυνατό να ανιχνευθούν αντινετρίνα από μακρινούς πυρηνικούς αντιδραστήρες χρησιμοποιώντας καθαρό νερό», εξηγεί. Μαρκ Τσεν. Είναι ο διευθυντής του SNO+ και εδρεύει στο Queen's University στο Kingston του Καναδά. «Τα αντινετρίνα αντιδραστήρων έχουν ανιχνευθεί με τη χρήση υγρών σπινθηριστών σε βαρύ νερό στο παρελθόν, αλλά η χρήση καθαρού νερού για την ανίχνευσή τους, ειδικά από μακρινούς αντιδραστήρες, θα ήταν η πρώτη».

Ήταν δύσκολο να ανιχνευθούν τα αντινετρίνα του αντιδραστήρα σε καθαρό νερό, επειδή τα σωματίδια έχουν χαμηλότερη ενέργεια από τα ηλιακά νετρίνα. Αυτό σημαίνει ότι τα σήματα ανίχνευσης είναι πολύ πιο αμυδρά – και επομένως κατακλύζονται εύκολα από τον θόρυβο του περιβάλλοντος.

Κάτω φόντο

Ως μέρος των αναβαθμίσεων του SNO+, ο ανιχνευτής εφοδιάστηκε με σύστημα αερίου κάλυψης αζώτου, το οποίο μείωσε σημαντικά αυτούς τους ρυθμούς υποβάθρου. Αυτό επέτρεψε στη συνεργασία SNO+ να εξερευνήσει μια εναλλακτική προσέγγιση για την ανίχνευση αντινετρίνων του αντιδραστήρα.

Η διαδικασία ανίχνευσης περιλαμβάνει ένα νετρίνο που αλληλεπιδρά με ένα πρωτόνιο, με αποτέλεσμα τη δημιουργία ενός ποζιτρονίου και ενός νετρονίου. Το ποζιτρόνιο δημιουργεί ένα άμεσο σήμα, ενώ το νετρόνιο μπορεί να απορροφηθεί κάποια στιγμή αργότερα από έναν πυρήνα υδρογόνου για να δημιουργήσει ένα καθυστερημένο σήμα.

«Αυτό που επέτρεψε στο SNO+ να επιτύχει αυτήν την ανίχνευση είναι τα πολύ χαμηλά υπόβαθρα και η εξαιρετική συλλογή φωτός, επιτρέποντας ένα κατώφλι ανίχνευσης χαμηλής ενέργειας με καλή απόδοση», εξηγεί ο Chen. «Είναι το τελευταίο – συνέπεια των δύο πρώτων χαρακτηριστικών – που επέτρεψε την παρατήρηση των αντινετρίνων που αλληλεπιδρούν σε καθαρό νερό».

“Δεκάδες εκδήλωση”

«Ως αποτέλεσμα, μπορέσαμε να εντοπίσουμε μια ντουζίνα περίπου γεγονότα που θα μπορούσαν να αποδοθούν σε αλληλεπιδράσεις από αντινετρίνα σε καθαρό νερό», λέει ο Chen. «Είναι ένα ενδιαφέρον αποτέλεσμα γιατί οι αντιδραστήρες που παρήγαγαν αυτά τα αντινετρίνα ήταν εκατοντάδες χιλιόμετρα μακριά». Η στατιστική σημασία της ανίχνευσης αντινετρίνο ήταν 3.5σ, που είναι κάτω από το όριο μιας ανακάλυψης στη σωματιδιακή φυσική (που είναι 5σ).

Αντινετρίνα αντιδραστήρα ανιχνεύθηκαν σε καθαρό νερό σε μια πειραματική πρώτη

Το αποτέλεσμα θα μπορούσε να έχει επιπτώσεις στην ανάπτυξη τεχνικών που χρησιμοποιούνται για την παρακολούθηση των πυρηνικών αντιδραστήρων. Πρόσφατες προτάσεις έχουν προτείνει ότι τα κατώφλια ανίχνευσης αντινετρίνο θα μπορούσαν να μειωθούν με ντόπινγκ καθαρού νερού με στοιχεία όπως το χλώριο ή το γαδολίνιο – αλλά τώρα, τα αποτελέσματα από το SNO+ δείχνουν ότι αυτά τα δαπανηρά, δυνητικά επικίνδυνα υλικά μπορεί να μην είναι απαραίτητα για την επίτευξη της ίδιας ποιότητας αποτελεσμάτων.

Αν και το SNO+ δεν μπορεί πλέον να κάνει αυτό το είδος μέτρησης, η ομάδα ελπίζει ότι άλλες ομάδες θα μπορούσαν σύντομα να αναπτύξουν νέους τρόπους παρακολούθησης πυρηνικών αντιδραστήρων χρησιμοποιώντας ασφαλή, φθηνά και εύκολα εφικτά υλικά, σε αποστάσεις που δεν θα διαταράξουν τη λειτουργία του αντιδραστήρα.

Η έρευνα περιγράφεται στο Επιστολές Φυσικής Επισκόπησης.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/reactor-antineutrinos-detected-in-pure-water-in-an-experimental-first/