Esmakordselt avastati puhtas vees reaktori antineutriinod

Tuumareaktorite toodetud madala energiatarbega antineutriinode tuvastamiseks on esmakordselt kasutatud puhast vett. Töö tegi rahvusvaheline SNO+ koostöö ning see võib tuua kaasa uusi ohutuid ja taskukohaseid viise tuumareaktorite distants jälgimiseks.

SNO+ detektor asub Kanadas Sudburys aktiivse kaevanduse lähedal 2 km maa all ja on varasema Sudbury Neutrino Observatooriumi (SNO) järglane. 2015. aastal SNO direktor Kunst McDonald jagas Nobeli füüsikaauhinda neutriinode võnkumise avastamise eest, mis viitab sellele, et neutriinodel on väike mass.

Neutriinosid on raske tuvastada, kuna nad suhtlevad ainega harva. Seetõttu kipuvad neutriinodetektorid olema väga suured ja asuvad maa all – seal, kus taustkiirgus on madalam.

SNO keskmes oli suur ülipuhta raske vee sfäär, milles Päikeselt pärinevad energeetilised neutriinod suhtlesid veega väga aeg-ajalt. See tekitab kiirgussähvatuse, mida saab tuvastada.

Hoolikad mõõtmised

SNO-d uuendatakse praegu kui SNO+ ja protsessi osana kasutati tuvastamiskeskkonnana ajutiselt ülipuhast tavalist vett. See asendati 2018. aastal vedelstsintillaatoriga, kuid mitte enne, kui meeskond suutis teha mitmeid hoolikaid mõõtmisi. Ja need andsid üllatava tulemuse.

"Leidsime, et meie detektor töötab suurepäraselt ja võib-olla on võimalik tuvastada kaugetest tuumareaktoritest pärinevaid antineutriinosid puhta vee abil," selgitab Mark Chen. Ta on SNO+ direktor ja asub Kanadas Kingstonis Queeni ülikoolis. "Reaktori antineutriinosid on varem raskes vees vedelstsintillaatoreid kasutades tuvastatud, kuid esmakordne oleks nende tuvastamiseks kasutada ainult puhast vett, eriti kaugetest reaktoritest."

Reaktori antineutriinode tuvastamine puhtas vees oli keeruline, kuna osakeste energia on väiksem kui päikese neutriinodel. See tähendab, et tuvastussignaalid on palju nõrgemad – ja seetõttu jäävad taustmürast kergesti üle.

Alumine taust

Osana SNO+ uuendustest varustati detektor lämmastikukattega gaasisüsteemiga, mis alandas neid taustatasemeid märkimisväärselt. See võimaldas SNO+ koostööl uurida alternatiivset lähenemisviisi reaktori antineutriinode tuvastamiseks.

Avastamisprotsess hõlmab neutriino interaktsiooni prootoniga, mille tulemusena tekivad positronid ja neutronid. Positroon loob kohese signaali, samas kui neutron võib millalgi hiljem vesiniku tuumas neelduda, et tekitada viivitatud signaal.

"Mis võimaldas SNO+-l seda tuvastamist saavutada, on väga madal taust ja suurepärane valguse kogumine, mis võimaldab madala energiaga tuvastusläve ja hea efektiivsusega," selgitab Chen. "Viimane – kahe esimese tunnuse tagajärg – võimaldas jälgida antineutriinode vastasmõju puhtas vees."

“Kümmekond üritust”

"Selle tulemusena suutsime tuvastada kümmekond sündmust, mida võis seostada puhta vee antineutriinode vastasmõjudega," ütleb Chen. "See on huvitav tulemus, sest reaktorid, mis neid antineutriinosid tootsid, asusid sadade kilomeetrite kaugusel." Antineutriino tuvastamise statistiline olulisus oli 3.5σ, mis on alla osakeste füüsika avastuse läve (mis on 5σ).

Esmakordselt avastati puhtas vees reaktori antineutriinod

Tulemus võib mõjutada tuumareaktorite jälgimiseks kasutatavate tehnikate väljatöötamist. Hiljutised ettepanekud on näidanud, et neutriinovastaseid tuvastamise künniseid saab alandada, lisades puhast vett selliste elementidega nagu kloor või gadoliinium, kuid nüüd näitavad SNO+ tulemused, et need kulukad ja potentsiaalselt ohtlikud materjalid ei pruugi olla sama kvaliteediga tulemuste saavutamiseks vajalikud.

Kuigi SNO+ ei saa enam seda tüüpi mõõtmisi teha, loodab meeskond, et teised rühmad võivad peagi välja töötada uusi viise tuumareaktorite jälgimiseks, kasutades ohutuid, odavaid ja kergesti kättesaadavaid materjale vahemaadel, mis ei häiri reaktori tööd.

Uuringut kirjeldatakse artiklis Physical Review Letters.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/reactor-antineutrinos-detected-in-pure-water-in-an-experimental-first/