実験で初めて検出された原子炉反ニュートリノ

原子炉によって生成される低エネルギーの反ニュートリノを検出するために、初めて純水が使用されました。 作業は国際機関によって行われました。 SNO+コラボレーション 離れた場所から原子炉を監視するための安全で手頃な価格の新しい方法につながる可能性があります。

カナダのサドベリーにある活動中の鉱山の近くの地下 2 km にある SNO+ 検出器は、以前のサドベリー ニュートリノ天文台 (SNO) の後継です。 2015年 SNO取締役 アートマクドナルド ニュートリノが小さな質量を持っていることを示唆するニュートリノ振動の実験の発見に対して、ノーベル物理学賞を共有しました。

ニュートリノは物質とほとんど相互作用しないため、検出が困難です。 これが、ニュートリノ検出器が非常に大きくなる傾向があり、バックグラウンド放射線がより低い地下に配置される傾向がある理由です。

SNO の中心には、超純粋な重水の大きな球体があり、そこでは太陽からのエネルギーの高いニュートリノが非常にまれに水と相互作用していました。 これにより、検出可能な放射線のフラッシュが生成されます。

慎重な測定

SNO は現在 SNO+ としてアップグレードされており、プロセスの一部として超純水が検出媒体として一時的に使用されていました。 これは 2018 年に液体シンチレーターに置き換えられましたが、チームが一連の慎重な測定を行う前ではありませんでした。 そして、これらは驚くべき結果をもたらしました。

「私たちの検出器は見事に機能しており、純粋な水を使って離れた原子炉からの反ニュートリノを検出できる可能性があることがわかりました」と説明しています。 マーク・チェン. 彼は SNO+ のディレクターであり、カナダのキングストンにあるクイーンズ大学を拠点としています。 「原子炉反ニュートリノは、過去に重水中の液体シンチレータを使用して検出されましたが、純粋な水だけを使用して、特に離れた原子炉からそれらを検出するのは初めてです。」

原子炉反ニュートリノは太陽ニュートリノよりもエネルギーが低いため、純水中では検出が困難でした。 これは、検出信号がはるかに微弱であることを意味します。したがって、バックグラウンド ノイズに簡単に圧倒されてしまいます。

低バックグラウンド

SNO+ のアップグレードの一環として、検出器には窒素カバー ガス システムが取り付けられ、これらのバックグラウンド レートが大幅に低下しました。 これにより、SNO+ の協力により、原子炉の反ニュートリノを検出する別のアプローチを探ることができました。

検出プロセスには、陽子と相互作用するニュートリノが含まれ、陽電子と中性子が生成されます。 陽電子は即時信号を生成しますが、中性子はしばらくしてから水素原子核に吸収され、遅延信号を生成します。

「SNO+ がこの検出を達成できたのは、非常に低いバックグラウンドと優れた集光であり、効率の良い低エネルギー検出しきい値を可能にしました」と Chen は説明します。 「純粋な水中で相互作用する反ニュートリノの観測を可能にしたのは、最初の XNUMX つの特徴の結果である後者です。」

「十数件のイベント」

「その結果、純粋な水中の反ニュートリノからの相互作用に起因する可能性のある 3.5 ほどのイベントを特定することができました」とチェンは言います。 「これらの反ニュートリノを生成した原子炉は数百キロメートル離れていたので、興味深い結果です。」 反ニュートリノ検出の統計的有意性は 5σ で、これは素粒子物理学における発見のしきい値 (XNUMXσ) を下回っています。

実験で初めて検出された原子炉反ニュートリノ

この結果は、原子炉の監視に使用される技術の開発に影響を与える可能性があります。 最近の提案では、純水に塩素やガドリニウムなどの元素をドーピングすることで、反ニュートリノの検出しきい値を下げることができることが示唆されていますが、今回の SNO+ の結果は、これらの高価で潜在的に危険な物質は、同じ品質の結果を達成するために必要ではない可能性があることを示しています。

SNO+ はもはやこの種の測定を行うことはできませんが、チームは、原子炉の運転を妨げない距離で、安全で安価で入手しやすい材料を使用して原子炉を監視する新しい方法を他のグループがすぐに開発できることを期待しています。

研究はで説明されています Physical Review Lettersに.

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/reactor-antineutrinos-detected-in-pure-water-in-an-experimental-first/