Reactor antineutrino's gedetecteerd in zuiver water in een experimentele primeur

Voor het eerst is zuiver water gebruikt om energiezuinige antineutrino's te detecteren die door kernreactoren worden geproduceerd. Het werk werd gedaan door de internationale SNO+-samenwerking en zou kunnen leiden tot veilige en betaalbare nieuwe manieren om kernreactoren op afstand te monitoren.

De SNO+-detector, 2 km onder de grond nabij een actieve mijn in Sudbury, Canada, is de opvolger van het eerdere Sudbury Neutrino Observatory (SNO). In 2015 directeur van SNO Kunst McDonald deelde de Nobelprijs voor de natuurkunde voor de ontdekking van het experiment van neutrino-oscillatie – wat suggereert dat neutrino’s een kleine massa hebben.

Neutrino's zijn moeilijk te detecteren omdat ze zelden interactie hebben met materie. Dit is de reden waarom neutrinodetectoren vaak erg groot zijn en zich ondergronds bevinden – waar de achtergrondstraling lager is.

De kern van SNO bestond uit een grote bol van ultrazuiver zwaar water waarin energetische neutrino's van de zon heel af en toe met het water in wisselwerking stonden. Dit produceert een stralingsflits die kan worden gedetecteerd.

Zorgvuldige metingen

SNO wordt momenteel geüpgraded naar SNO+, waarbij tijdelijk ultrapuur normaal water als detectiemedium werd gebruikt. Deze werd in 2018 vervangen door een vloeistofscintillator, maar niet voordat het team een ​​reeks zorgvuldige metingen kon uitvoeren. En deze leverden een verrassend resultaat op.

“We ontdekten dat onze detector uitstekend presteerde en dat het mogelijk zou kunnen zijn om antineutrino’s uit verre kernreactoren te detecteren met behulp van zuiver water”, legt hij uit. Mark Chen. Hij is directeur van SNO+ en is gevestigd aan de Queen's University in Kingston, Canada. “Reactor-antineutrino’s zijn in het verleden gedetecteerd met behulp van vloeistofscintillatoren in zwaar water, maar het gebruik van alleen zuiver water om ze te detecteren, vooral van verre reactoren, zou een primeur zijn.”

Het was moeilijk om reactor-antineutrino's in zuiver water te detecteren, omdat de deeltjes een lagere energie hebben dan zonne-neutrino's. Dit betekent dat de detectiesignalen veel zwakker zijn – en daarom gemakkelijk worden overweldigd door achtergrondgeluiden.

Lagere achtergrond

Als onderdeel van de upgrades van SNO+ werd de detector uitgerust met een stikstofdekgassysteem, waardoor deze achtergrondsnelheden aanzienlijk werden verlaagd. Hierdoor kon de SNO+-samenwerking een alternatieve aanpak voor het detecteren van reactor-antineutrino’s onderzoeken.

Bij het detectieproces interageert een neutrino met een proton, wat resulteert in de creatie van een positron en een neutron. Het positron creëert een onmiddellijk signaal, terwijl het neutron enige tijd later door een waterstofkern kan worden geabsorbeerd om een ​​vertraagd signaal te creëren.

“Wat SNO+ in staat stelde deze detectie te realiseren zijn de zeer lage achtergrondachtergronden en de uitstekende lichtopvang, waardoor een lage energiedetectiedrempel met goede efficiëntie mogelijk is”, legt Chen uit. "Het is dit laatste – een gevolg van de eerste twee kenmerken – dat de observatie mogelijk maakte van antineutrino's die op elkaar inwerken in zuiver water."

“Een tiental evenementen”

“Als gevolg hiervan konden we een tiental gebeurtenissen identificeren die konden worden toegeschreven aan interacties van antineutrino’s in zuiver water”, zegt Chen. “Het is een interessant resultaat omdat de reactoren die deze antineutrino’s produceerden zich honderden kilometers verderop bevonden.” De statistische significantie van de antineutrino-detectie was 3.5σ, wat onder de drempel ligt van een ontdekking in de deeltjesfysica (die 5σ is).

Reactor antineutrino's gedetecteerd in zuiver water in een experimentele primeur

Het resultaat zou implicaties kunnen hebben voor de ontwikkeling van technieken die worden gebruikt om kernreactoren te monitoren. Recente voorstellen hebben gesuggereerd dat de detectiedrempels voor antineutrino’s kunnen worden verlaagd door zuiver water te doteren met elementen als chloor of gadolinium – maar nu laten de resultaten van SNO+ zien dat deze kostbare, potentieel gevaarlijke materialen misschien niet nodig zijn om dezelfde kwaliteit van resultaten te bereiken.

Hoewel SNO+ dit soort metingen niet langer kan doen, hoopt het team dat andere groepen snel nieuwe manieren kunnen ontwikkelen om kernreactoren te monitoren met behulp van veilige, goedkope en gemakkelijk verkrijgbare materialen, op afstanden die de werking van de reactor niet zullen verstoren.

Het onderzoek is beschreven in Physical Review Letters.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/reactor-antineutrinos-detected-in-pure-water-in-an-experimental-first/