Reaktorin antineutrinoja havaittiin puhtaasta vedestä kokeellisessa ensimmäisessä

Ensimmäistä kertaa puhdasta vettä on käytetty ydinreaktorien tuottamien matalaenergisten antineutriinojen havaitsemiseen. Työn teki kansainvälinen SNO+ -yhteistyö ja voisi johtaa uusiin turvallisiin ja edullisiin tapoihin valvoa ydinreaktoreita kaukaa.

SNO+-ilmaisin sijaitsee 2 km maan alla lähellä aktiivista kaivosta Sudburyssa, Kanadassa. Se on aikaisemman Sudbury Neutrino Observatoryn (SNO) seuraaja. Vuonna 2015 SNO:n johtaja Taide McDonald jakoi Nobelin fysiikan palkinnon neutriinovärähtelyn löydöstä - mikä viittaa siihen, että neutriinoilla on pieni massa.

Neutriinoja on vaikea havaita, koska ne ovat harvoin vuorovaikutuksessa aineen kanssa. Tästä syystä neutriinoilmaisimet ovat yleensä erittäin suuria ja sijaitsevat maan alla – missä taustasäteily on vähäistä.

SNO:n ytimessä oli suuri ultrapuhdas raskaan veden pallo, jossa Auringon energiset neutriinot olivat hyvin satunnaisesti vuorovaikutuksessa veden kanssa. Tämä tuottaa säteilyn välähdyksen, joka voidaan havaita.

Huolelliset mittaukset

SNO:ta päivitetään parhaillaan SNO+:ksi, ja osana prosessia tunnistusväliaineena käytettiin väliaikaisesti erittäin puhdasta normaalia vettä. Tämä korvattiin nestetuikeella vuonna 2018, mutta ei ennen kuin tiimi pystyi tekemään sarjan huolellisia mittauksia. Ja nämä saivat yllättävän tuloksen.

"Huomasimme, että detektorimme toimi kauniisti ja että on mahdollista havaita antineutriinoja kaukaisista ydinreaktoreista puhtaalla vedellä", selittää. Mark Chen. Hän on SNO+:n johtaja ja työskentelee Queen's Universityssä Kingstonissa, Kanadassa. "Reaktorin antineutriinoja on aiemmin havaittu käyttämällä nestemäisiä tuikeaineita raskaassa vedessä, mutta pelkän puhtaan veden käyttäminen niiden havaitsemiseen, erityisesti kaukaisista reaktoreista, olisi ensimmäinen."

Reaktorin antineutriinojen havaitseminen puhtaasta vedestä oli ollut vaikeaa, koska hiukkasilla on pienempi energia kuin aurinkoneutriinoilla. Tämä tarkoittaa, että tunnistussignaalit ovat paljon heikompia – ja siksi taustamelu hukkuu helposti.

alempi tausta

Osana SNO+:n päivityksiä ilmaisin varustettiin typpipeitekaasujärjestelmällä, mikä alensi näitä taustanopeuksia merkittävästi. Tämän ansiosta SNO+-yhteistyö pystyi tutkimaan vaihtoehtoista lähestymistapaa reaktorin antineutriinojen havaitsemiseen.

Havaitsemisprosessissa neutrino on vuorovaikutuksessa protonin kanssa, mikä johtaa positronin ja neutronin syntymiseen. Positroni luo välittömän signaalin, kun taas vetyydin voi absorboida neutronin joskus myöhemmin, jolloin syntyy viivästynyt signaali.

"Se, mikä mahdollisti SNO+:n suorittamaan tämän havaitsemisen, ovat erittäin matalat taustat ja erinomainen valonkeräys, mikä mahdollistaa alhaisen energian tunnistuskynnyksen hyvällä tehokkuudella", Chen selittää. "Juuri jälkimmäinen – seuraus kahdesta ensimmäisestä ominaisuudesta – mahdollisti antineutriinojen vuorovaikutuksen havainnoinnin puhtaassa vedessä."

“Kymmeniäinen tapahtuma”

"Tämän tuloksena pystyimme tunnistamaan kymmenkunta tapahtumaa, jotka voidaan johtua puhtaan veden antineutriinojen vuorovaikutuksista", Chen sanoo. "Se on mielenkiintoinen tulos, koska reaktorit, jotka tuottivat niitä antineutriinoja, olivat satojen kilometrien päässä." Antineutrino-ilmaisun tilastollinen merkitsevyys oli 3.5σ, mikä on alle hiukkasfysiikan löydön kynnyksen (joka on 5σ).

Reaktorin antineutrinoja havaittiin puhtaasta vedestä kokeellisessa ensimmäisessä

Tuloksella voi olla vaikutuksia ydinreaktoreiden valvontaan käytettävien tekniikoiden kehitykseen. Viimeaikaiset ehdotukset ovat ehdottaneet, että antineutriinojen havaitsemiskynnyksiä voitaisiin alentaa seosttamalla puhdasta vettä elementeillä, kuten kloorilla tai gadoliniumilla – mutta nyt SNO+:n tulokset osoittavat, että nämä kalliit, mahdollisesti vaaralliset materiaalit eivät välttämättä ole välttämättömiä samanlaatuisten tulosten saavuttamiseksi.

Vaikka SNO+ ei voi enää tehdä tämäntyyppisiä mittauksia, tiimi toivoo, että muut ryhmät voisivat pian kehittää uusia tapoja valvoa ydinreaktoreita käyttämällä turvallisia, edullisia ja helposti saatavilla olevia materiaaleja etäisyyksillä, jotka eivät häiritse reaktorin toimintaa.

Tutkimusta kuvataan Fyysisen tarkastelun kirjaimet.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/reactor-antineutrinos-detected-in-pure-water-in-an-experimental-first/