Reaktorski antinevtrini, prvič eksperimentalno odkriti v čisti vodi

Prvič je bila čista voda uporabljena za odkrivanje nizkoenergijskih antinevtrinov, ki jih proizvajajo jedrski reaktorji. Delo je opravila mednarodna Sodelovanje SNO+ in lahko vodi do varnih in cenovno dostopnih novih načinov za spremljanje jedrskih reaktorjev na daljavo.

Detektor SNO+, ki se nahaja 2 km pod zemljo v bližini aktivnega rudnika v Sudburyju v Kanadi, je naslednik prejšnjega observatorija nevtrinov Sudbury (SNO). Leta 2015 direktor SNO Art McDonald delil Nobelovo nagrado za fiziko za eksperimentalno odkritje nihanja nevtrinov – kar nakazuje, da imajo nevtrini majhne mase.

Nevtrine je težko zaznati, ker redko komunicirajo s snovjo. Zato so detektorji nevtrinov ponavadi zelo veliki in se nahajajo pod zemljo – kjer je sevanje ozadja manjše.

V osrčju SNO je bila velika krogla izredno čiste težke vode, v kateri so energijski nevtrini iz Sonca zelo občasno sodelovali z vodo. To povzroči blisk sevanja, ki ga je mogoče zaznati.

Previdne meritve

SNO se trenutno nadgrajuje kot SNO+ in kot del procesa je bila kot medij za zaznavanje začasno uporabljena ultra čista normalna voda. Tega je leta 2018 nadomestil tekoči scintilator, vendar šele preden je ekipa lahko opravila vrsto natančnih meritev. In ti so prinesli presenetljiv rezultat.

"Ugotovili smo, da naš detektor deluje odlično in da bi bilo mogoče antinevtrine iz oddaljenih jedrskih reaktorjev zaznati s čisto vodo," pojasnjuje. Mark Chen. Je direktor SNO+ in deluje na Queen's University v Kingstonu v Kanadi. "Reaktorski antinevtrini so bili v preteklosti odkriti s tekočimi scintilatorji v težki vodi, vendar bi bila uporaba samo čiste vode za njihovo odkrivanje, zlasti iz oddaljenih reaktorjev, prva."

Težko je bilo zaznati reaktorske antinevtrine v čisti vodi, ker imajo delci nižjo energijo kot sončni nevtrini. To pomeni, da so signali zaznavanja precej šibkejši – in jih zato zlahka preglasi šum ozadja.

Spodnje ozadje

Kot del nadgradenj SNO+ je bil detektor opremljen s sistemom dušikovega pokrivnega plina, ki je znatno znižal te stopnje ozadja. To je omogočilo sodelovanju SNO+, da razišče alternativni pristop k odkrivanju reaktorskih antinevtrinov.

Postopek zaznavanja vključuje interakcijo nevtrina s protonom, kar povzroči nastanek pozitrona in nevtrona. Pozitron ustvari takojšen signal, medtem ko lahko nevtron nekoč kasneje absorbira vodikovo jedro, da ustvari zakasnjen signal.

"Kar je SNO+ omogočilo to zaznavo, so zelo nizka ozadja in odlično zbiranje svetlobe, kar omogoča nizek energijski prag zaznavanja z dobro učinkovitostjo," pojasnjuje Chen. "To je slednje - posledica prvih dveh značilnosti -, ki je omogočilo opazovanje antinevtrinov, ki medsebojno delujejo v čisti vodi."

“Ducat ali več dogodkov”

"Zato smo lahko identificirali približno ducat dogodkov, ki bi jih lahko pripisali interakcijam antinevtrinov v čisti vodi," pravi Chen. "To je zanimiv rezultat, ker so bili reaktorji, ki so proizvedli te antinevtrine, na stotine kilometrov stran." Statistična značilnost detekcije antinevtrina je bila 3.5σ, kar je pod pragom odkritja v fiziki delcev (ki je 5σ).

Reaktorski antinevtrini, prvič eksperimentalno odkriti v čisti vodi

Rezultat bi lahko imel posledice za razvoj tehnik, ki se uporabljajo za spremljanje jedrskih reaktorjev. Nedavni predlogi kažejo, da bi lahko pragove zaznavanja antinevtrinov znižali z dopiranjem čiste vode z elementi, kot sta klor ali gadolinij – zdaj pa rezultati SNO+ kažejo, da ti dragi, potencialno nevarni materiali morda niso potrebni za doseganje enake kakovosti rezultatov.

Čeprav SNO+ ne more več izvajati te vrste meritev, ekipa upa, da bi lahko druge skupine kmalu razvile nove načine za spremljanje jedrskih reaktorjev z uporabo varnih, poceni in lahko dosegljivih materialov na razdaljah, ki ne bodo motile delovanja reaktorja.

Raziskava je opisana v Pisni pregledi fizike.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/reactor-antineutrinos-detected-in-pure-water-in-an-experimental-first/