Antineutrini din reactor detectați în apă pură într-o primă experiență

Pentru prima dată, apa pură a fost folosită pentru a detecta antineutrini cu energie scăzută produși de reactoarele nucleare. Lucrarea a fost făcută de către internațional Colaborare SNO+ și ar putea duce la noi modalități sigure și accesibile de a monitoriza reactoarele nucleare de la distanță.

Situat la 2 km sub pământ lângă o mină activă din Sudbury, Canada, detectorul SNO+ este succesorul observatorului de neutrini din Sudbury (SNO). În 2015, directorul SNO Art McDonald a împărtășit Premiul Nobel pentru Fizică pentru descoperirea experimentului a oscilației neutrinilor – ceea ce sugerează că neutrinii au mase mici.

Neutrinii sunt greu de detectat deoarece interacționează rar cu materia. Acesta este motivul pentru care detectoarele de neutrini tind să fie foarte mari și sunt amplasate sub pământ – unde radiația de fond este mai mică.

În centrul SNO se afla o sferă mare de apă grea ultra-pură în care neutrinii energetici de la Soare interacționau foarte ocazional cu apa. Aceasta produce un flash de radiație care poate fi detectat.

Măsurători atente

SNO este în prezent actualizat ca SNO+ și, ca parte a procesului, apa normală ultra-pură a fost folosită temporar ca mediu de detectare. Acesta a fost înlocuit cu un scintilator lichid în 2018, dar nu înainte ca echipa să fi putut face o serie de măsurători atente. Și acestea au dat un rezultat surprinzător.

„Am descoperit că detectorul nostru a funcționat minunat și că ar putea fi posibil să detectăm antineutrini din reactoare nucleare îndepărtate folosind apă pură”, explică. Mark Chen. El este directorul SNO+ și are sediul la Universitatea Queen din Kingston, Canada. „Antineutrinii reactorului au fost detectați în trecut folosind scintilatoare lichide în apă grea, dar folosirea doar a apei pure pentru a le detecta, în special din reactoarele îndepărtate, ar fi o premieră.”

A fost dificil să detectezi antineutrinii reactorului în apă pură, deoarece particulele au energii mai mici decât neutrinii solari. Aceasta înseamnă că semnalele de detectare sunt mult mai slabe – și, prin urmare, sunt ușor copleșite de zgomotul de fundal.

Fundal inferior

Ca parte a upgrade-urilor SNO+, detectorul a fost echipat cu un sistem de gaz de acoperire cu azot, care a redus semnificativ aceste rate de fond. Acest lucru a permis colaborarii SNO+ să exploreze o abordare alternativă pentru detectarea antineutrinilor din reactor.

Procesul de detectare implică un neutrin care interacționează cu un proton, având ca rezultat crearea unui pozitron și a unui neutron. Pozitronul creează un semnal imediat, în timp ce neutronul poate fi absorbit cândva mai târziu de un nucleu de hidrogen pentru a crea un semnal întârziat.

„Ceea ce a permis SNO+ să realizeze această detectare sunt fundalurile foarte scăzute și colectarea excelentă a luminii, permițând un prag de detectare a energiei scăzute cu o eficiență bună”, explică Chen. „Acesta din urmă – o consecință a primelor două caracteristici – a permis observarea antineutrinilor care interacționează în apă pură.”

„Aproximativ zeci de eveniment”

„Ca rezultat, am reușit să identificăm aproximativ o duzină de evenimente care ar putea fi atribuite interacțiunilor dintre antineutrini în apă pură”, spune Chen. „Este un rezultat interesant, deoarece reactoarele care au produs acești antineutrini erau la sute de kilometri distanță.” Semnificația statistică a detecției antineutrino a fost 3.5σ, care este sub pragul unei descoperiri în fizica particulelor (care este 5σ).

Antineutrini din reactor detectați în apă pură într-o primă experiență

Rezultatul ar putea avea implicații pentru dezvoltarea tehnicilor utilizate pentru monitorizarea reactoarelor nucleare. Propuneri recente au sugerat că pragurile de detectare a antineutrinolor ar putea fi scăzute prin doparea apei pure cu elemente precum clor sau gadoliniu – dar acum, rezultatele de la SNO+ arată că aceste materiale costisitoare și potențial periculoase ar putea să nu fie necesare pentru a obține aceeași calitate a rezultatelor.

Deși SNO+ nu mai poate face acest tip de măsurare, echipa speră că alte grupuri ar putea dezvolta în curând noi modalități de monitorizare a reactoarelor nucleare folosind materiale sigure, ieftine și ușor de atins, la distanțe care nu vor perturba funcționarea reactorului.

Cercetarea este descrisă în Scrisori de recenzie fizică.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/reactor-antineutrinos-detected-in-pure-water-in-an-experimental-first/