אנטי-נויטרינו בכור זוהה במים טהורים בניסוי ראשון

לראשונה, נעשה שימוש במים טהורים כדי לזהות אנטי-נויטרינו בעלי אנרגיה נמוכה המיוצרים על ידי כורים גרעיניים. העבודה נעשתה על ידי הבינלאומי שיתוף פעולה SNO+ ויכול להוביל לדרכים חדשות בטוחות ובמחיר סביר לנטר כורים גרעיניים מרחוק.

ממוקם 2 ק"מ מתחת לאדמה ליד מוקש פעיל בסאדברי, קנדה, גלאי SNO+ הוא היורש של מצפה הכוכבים הנוטרינו של סודברי (SNO). בשנת 2015, מנהל SNO ארט מקדונלד חלקו את פרס נובל לפיזיקה על גילוי הניסוי של תנודת הניטרינו - מה שמרמז שלנייטרינים יש מסות זעירות.

קשה לזהות ניטרינו מכיוון שהם ממעטים ליצור אינטראקציה עם החומר. זו הסיבה שגלאי ניטרינו נוטים להיות גדולים מאוד וממוקמים מתחת לאדמה - היכן שקרינת הרקע נמוכה יותר.

בלב ה-SNO היה כדור גדול של מים כבדים טהורים במיוחד, שבו ניטרינו אנרגטיים מהשמש היו מתקשרים מדי פעם עם המים. זה מייצר הבזק של קרינה שניתן לזהות.

מדידות זהירות

SNO משודרג כעת כ-SNO+, וכחלק מהתהליך נעשה שימוש זמני במים רגילים טהורים במיוחד כמדיום הזיהוי. זה הוחלף על ידי נצנץ נוזלי בשנת 2018, אך לא לפני שהצוות הצליח לבצע סדרה של מדידות זהירות. ואלה העלו תוצאה מפתיעה.

"גילינו שהגלאי שלנו מתפקד יפה, ושייתכן שניתן יהיה לזהות אנטי-נייטרינו מכורים גרעיניים רחוקים באמצעות מים טהורים", מסביר מארק צ'ן. הוא מנהל SNO+ והוא מבוסס באוניברסיטת קווינס בקינגסטון, קנדה. "אנטי-נויטרינו של כורים זוהו בעבר באמצעות נצנצים נוזליים במים כבדים, אך שימוש במים טהורים בלבד כדי לזהות אותם, במיוחד מכורים מרוחקים, יהיה ראשון".

היה קשה לזהות אנטי-נויטרינו בכור במים טהורים מכיוון שלחלקיקים יש אנרגיות נמוכות יותר מהניטרינו השמש. משמעות הדבר היא שאותות הזיהוי חלשים הרבה יותר - ולכן הם מוצפים בקלות על ידי רעשי רקע.

רקע נמוך יותר

כחלק מהשדרוגים של SNO+, הגלאי הותקן במערכת גז כיסוי חנקן, אשר הורידה משמעותית את שיעורי הרקע הללו. זה אפשר לשיתוף הפעולה SNO+ לחקור גישה חלופית לגילוי אנטי-נייטרינו בכור.

תהליך הגילוי כולל נייטרינו באינטראקציה עם פרוטון, וכתוצאה מכך נוצרים פוזיטרון ונויטרון. הפוזיטרון יוצר אות מיידי ואילו הנייטרון יכול להיספג מתישהו מאוחר יותר על ידי גרעין מימן כדי ליצור אות מושהה.

"מה שאיפשר ל-SNO+ לבצע זיהוי זה הם רקעים נמוכים מאוד ואיסוף אור מצוין, המאפשר סף זיהוי אנרגיה נמוך עם יעילות טובה", מסביר חן. "זו האחרונה - תוצאה של שתי התכונות הראשונות - שאיפשרה את התצפית של אנטי-נייטרינו באינטראקציה במים טהורים."

"תריסר או משהו אירוע"

"כתוצאה מכך, הצלחנו לזהות תריסר אירועים שניתן לייחס לאינטראקציות של אנטי-נייטרינו במים טהורים", אומר חן. "זו תוצאה מעניינת מכיוון שהכורים שייצרו את האנטי-נייטרינו האלה היו במרחק מאות קילומטרים." המובהקות הסטטיסטית של זיהוי האנטי-נויטרינו הייתה 3.5σ, שזה מתחת לסף של גילוי בפיזיקה של חלקיקים (שהוא 5σ).

אנטי-נויטרינו בכור זוהה במים טהורים בניסוי ראשון

לתוצאה עשויות להיות השלכות על פיתוח טכניקות המשמשות לניטור כורים גרעיניים. הצעות אחרונות הציעו שניתן להוריד את ספי זיהוי האנטי-נייטרינו על ידי סימום מים טהורים באלמנטים כמו כלור או גדוליניום - אך כעת, התוצאות מ-SNO+ מראות כי חומרים יקרים, שעלולים להיות מסוכנים, לא יהיו נחוצים כדי להשיג את אותה איכות תוצאות.

למרות ש-SNO+ כבר לא יכול לבצע מדידה מסוג זה, הצוות מקווה שקבוצות אחרות יוכלו לפתח בקרוב דרכים חדשות לנטר כורים גרעיניים תוך שימוש בחומרים בטוחים, זולים וניתנים להשגה, במרחקים שלא ישבשו את פעולת הכור.

המחקר מתואר ב מכתבי סקירה פיזית.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. ידע מוגבר. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/reactor-antineutrinos-detected-in-pure-water-in-an-experimental-first/