เครื่องปฏิกรณ์ antineutrinos ตรวจพบในน้ำบริสุทธิ์ในการทดลองครั้งแรก

นับเป็นครั้งแรกที่มีการใช้น้ำบริสุทธิ์เพื่อตรวจจับแอนตินิวตริโนพลังงานต่ำที่ผลิตโดยเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ งานนี้ทำโดยนานาชาติ การทำงานร่วมกันของ SNO+ และอาจนำไปสู่วิธีการใหม่ที่ปลอดภัยและราคาไม่แพงในการตรวจสอบเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์จากระยะไกล

เครื่องตรวจจับ SNO+ ตั้งอยู่ใต้ดิน 2 กม. ใกล้กับเหมืองที่ยังทำงานอยู่ในเมือง Sudbury ประเทศแคนาดา ซึ่งเป็นรุ่นต่อจาก Sudbury Neutrino Observatory (SNO) รุ่นก่อนหน้า ในปี 2015 ผู้อำนวยการ SNO อาร์ท แมคโดนัลด์ แบ่งปันรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์สำหรับการค้นพบการสั่นของนิวตริโนของการทดลอง ซึ่งชี้ให้เห็นว่านิวตริโนมีมวลน้อย

นิวตริโนตรวจจับได้ยากเพราะพวกมันแทบไม่มีปฏิสัมพันธ์กับสสาร ด้วยเหตุนี้เครื่องตรวจจับนิวตริโนจึงมีแนวโน้มที่จะมีขนาดใหญ่มากและตั้งอยู่ใต้ดิน ซึ่งมีการแผ่รังสีพื้นหลังต่ำกว่า

หัวใจของ SNO คือก้อนน้ำหนักขนาดใหญ่ที่บริสุทธิ์เป็นพิเศษ ซึ่งนิวตริโนพลังสูงจากดวงอาทิตย์จะทำปฏิกิริยากับน้ำเป็นครั้งคราว สิ่งนี้ทำให้เกิดรังสีที่สามารถตรวจจับได้

การวัดอย่างระมัดระวัง

ขณะนี้ SNO กำลังได้รับการอัปเกรดเป็น SNO+ และเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการที่ใช้น้ำธรรมดาบริสุทธิ์พิเศษเป็นสื่อกลางในการตรวจจับชั่วคราว สิ่งนี้ถูกแทนที่ด้วยเครื่องเรืองแสงวาบแบบของเหลวในปี 2018 แต่ไม่ทันที่ทีมงานจะสามารถทำการตรวจวัดอย่างระมัดระวังได้ และสิ่งเหล่านี้ทำให้เกิดผลลัพธ์ที่น่าประหลาดใจ

“เราพบว่าเครื่องตรวจจับของเราทำงานได้อย่างสวยงาม และอาจเป็นไปได้ที่จะตรวจจับแอนตินิวตริโนจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่อยู่ห่างไกลโดยใช้น้ำบริสุทธิ์” อธิบาย มาร์ค เฉิน. เขาเป็นผู้อำนวยการ SNO+ และประจำอยู่ที่ Queen's University ในคิงส์ตัน ประเทศแคนาดา “แอนตินิวตริโนของเตาปฏิกรณ์ถูกตรวจพบโดยใช้เครื่องซินทิลเลเตอร์เหลวในน้ำมวลหนักในอดีต แต่การใช้เพียงน้ำบริสุทธิ์เพื่อตรวจจับพวกมัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งจากเครื่องปฏิกรณ์ระยะไกลจะเป็นครั้งแรก”

เป็นการยากที่จะตรวจจับแอนตินิวตริโนของปฏิกรณ์ในน้ำบริสุทธิ์ เนื่องจากอนุภาคมีพลังงานต่ำกว่านิวตริโนจากแสงอาทิตย์ ซึ่งหมายความว่าสัญญาณการตรวจจับจะจางลงมาก ดังนั้นจึงถูกบดบังด้วยเสียงแบ็คกราวด์ได้อย่างง่ายดาย

พื้นหลังด้านล่าง

ในฐานะที่เป็นส่วนหนึ่งของการอัปเกรด SNO+ เครื่องตรวจจับได้รับการติดตั้งระบบก๊าซไนโตรเจน ซึ่งลดอัตราเบื้องหลังเหล่านี้ลงอย่างมาก สิ่งนี้ทำให้การทำงานร่วมกันของ SNO+ สามารถสำรวจแนวทางอื่นในการตรวจจับแอนตินิวตริโนของปฏิกรณ์ได้

กระบวนการตรวจจับเกี่ยวข้องกับการที่นิวตริโนทำปฏิกิริยากับโปรตอน ทำให้เกิดโพซิตรอนและนิวตรอน โพซิตรอนสร้างสัญญาณทันทีในขณะที่นิวตรอนสามารถถูกดูดซับในภายหลังโดยนิวเคลียสของไฮโดรเจนเพื่อสร้างสัญญาณที่ล่าช้า

“สิ่งที่ทำให้ SNO+ ทำการตรวจจับนี้ได้สำเร็จคือพื้นหลังที่ต่ำมากและการรวบรวมแสงที่ยอดเยี่ยม ทำให้เกณฑ์การตรวจจับพลังงานต่ำมีประสิทธิภาพที่ดี” Chen อธิบาย “มันเป็นอย่างหลัง – เป็นผลมาจากคุณสมบัติสองข้อแรก – ที่ช่วยให้สามารถสังเกตปฏิกิริยาของแอนตินิวตริโนในน้ำบริสุทธิ์ได้”

“เหตุการณ์โหลหรือมากกว่านั้น”

"ผลที่ตามมาคือ เราสามารถระบุเหตุการณ์ต่างๆ ได้หลายสิบเหตุการณ์ที่อาจเกิดจากปฏิสัมพันธ์ของแอนตินิวตริโนในน้ำบริสุทธิ์" เฉินกล่าว “เป็นผลที่น่าสนใจเพราะเครื่องปฏิกรณ์ที่ผลิตแอนตินิวตริโนเหล่านั้นอยู่ห่างออกไปหลายร้อยกิโลเมตร” นัยสำคัญทางสถิติของการตรวจจับแอนตินิวตริโนคือ 3.5 σ ซึ่งต่ำกว่าเกณฑ์ของการค้นพบในฟิสิกส์ของอนุภาค (ซึ่งคือ 5 σ)

เครื่องปฏิกรณ์ antineutrinos ตรวจพบในน้ำบริสุทธิ์ในการทดลองครั้งแรก

ผลที่ได้อาจมีความหมายสำหรับการพัฒนาเทคนิคที่ใช้ในการตรวจสอบเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ข้อเสนอล่าสุดเสนอว่าเกณฑ์การตรวจจับแอนตินิวตริโนอาจลดลงได้โดยการเติมน้ำบริสุทธิ์ที่มีองค์ประกอบอย่างคลอรีนหรือแกโดลิเนียม แต่ตอนนี้ ผลลัพธ์จาก SNO+ แสดงให้เห็นว่าวัสดุราคาแพงและอาจเป็นอันตรายเหล่านี้อาจไม่จำเป็นเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่มีคุณภาพเท่ากัน

แม้ว่า SNO+ จะไม่สามารถทำการตรวจวัดแบบนี้ได้อีกต่อไป แต่ทีมงานหวังว่ากลุ่มอื่นๆ จะสามารถพัฒนาวิธีการใหม่ๆ ในการตรวจสอบเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ได้ในไม่ช้า โดยใช้วัสดุที่ปลอดภัย ราคาไม่แพง และหาได้ง่าย ในระยะทางที่จะไม่รบกวนการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์

งานวิจัยได้อธิบายไว้ใน จดหมายทางกายภาพความคิดเห็น.

• เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
• เพลโตบล็อคเชน Web3 Metaverse ข่าวกรอง ขยายความรู้. เข้าถึงได้ที่นี่.
• ที่มา: https://physicsworld.com/a/reactor-antineutrinos-detected-in-pure-water-in-an-experimental-first/