Phản neutrino lò phản ứng được phát hiện trong nước tinh khiết trong lần đầu tiên thử nghiệm

Lần đầu tiên, nước tinh khiết đã được sử dụng để phát hiện các phản neutrino năng lượng thấp được sản xuất bởi các lò phản ứng hạt nhân. Công việc được thực hiện bởi quốc tế cộng tác SNO+ và có thể dẫn đến những phương pháp mới an toàn và giá cả phải chăng để giám sát các lò phản ứng hạt nhân từ xa.

Nằm sâu 2 km dưới lòng đất gần một mỏ đang hoạt động ở Sudbury, Canada, máy dò SNO+ là thiết bị kế thừa Đài quan sát Neutrino Sudbury (SNO) trước đó. Năm 2015, giám đốc SNO nghệ thuật McDonald đã chia sẻ giải Nobel Vật lý cho việc khám phá ra dao động neutrino của thí nghiệm – điều cho thấy rằng neutrino có khối lượng rất nhỏ.

Neutrino rất khó phát hiện vì chúng hiếm khi tương tác với vật chất. Đây là lý do tại sao các máy dò neutrino có xu hướng rất lớn và được đặt dưới lòng đất – nơi bức xạ nền thấp hơn.

Tại trung tâm của SNO là một quả cầu lớn chứa nước nặng siêu tinh khiết, trong đó các neutrino năng lượng từ Mặt trời thỉnh thoảng sẽ tương tác với nước. Điều này tạo ra một tia bức xạ có thể được phát hiện.

đo lường cẩn thận

SNO hiện đang được nâng cấp thành SNO+ và là một phần của quy trình, nước thông thường siêu tinh khiết tạm thời được sử dụng làm phương tiện phát hiện. Thiết bị này đã được thay thế bằng thiết bị nhấp nháy lỏng vào năm 2018, nhưng không phải trước khi nhóm nghiên cứu có thể thực hiện một loạt phép đo cẩn thận. Và những điều này đã tạo ra một kết quả đáng ngạc nhiên.

“Chúng tôi nhận thấy máy dò của mình hoạt động rất tốt và có thể phát hiện phản neutrino từ các lò phản ứng hạt nhân ở xa bằng cách sử dụng nước tinh khiết,” giải thích đánh dấu Chen. Ông là giám đốc SNO+ và làm việc tại Đại học Queen ở Kingston, Canada. “Trước đây, các phản neutrino của lò phản ứng đã được phát hiện bằng cách sử dụng máy nhấp nháy lỏng trong nước nặng, nhưng chỉ sử dụng nước tinh khiết để phát hiện chúng, đặc biệt là từ các lò phản ứng ở xa, sẽ là lần đầu tiên.”

Rất khó để phát hiện phản neutrino của lò phản ứng trong nước tinh khiết vì các hạt này có năng lượng thấp hơn neutrino mặt trời. Điều này có nghĩa là các tín hiệu phát hiện mờ hơn nhiều – và do đó dễ bị lấn át bởi tiếng ồn xung quanh.

Nền dưới

Là một phần trong quá trình nâng cấp của SNO+, máy dò được trang bị hệ thống khí phủ nitơ, giúp giảm đáng kể các tỷ lệ nền này. Điều này cho phép sự hợp tác của SNO+ khám phá một cách tiếp cận khác để phát hiện các phản neutrino của lò phản ứng.

Quá trình phát hiện bao gồm một neutrino tương tác với một proton, dẫn đến việc tạo ra một positron và neutron. Positron tạo ra tín hiệu tức thời trong khi neutron có thể được hấp thụ sau đó bởi hạt nhân hydro để tạo ra tín hiệu trễ.

Chen giải thích: “Điều giúp SNO+ thực hiện khả năng phát hiện này là nền rất thấp và khả năng thu thập ánh sáng tuyệt vời, cho phép ngưỡng phát hiện năng lượng thấp với hiệu quả tốt. “Đó là đặc điểm thứ hai – hệ quả của hai đặc điểm đầu tiên – cho phép quan sát các phản neutrino tương tác trong nước tinh khiết.”

“Hàng tá sự kiện”

“Kết quả là, chúng tôi có thể xác định khoảng một chục sự kiện có thể được cho là do tương tác từ các phản neutrino trong nước tinh khiết,” Chen nói. “Đó là một kết quả thú vị bởi vì các lò phản ứng tạo ra các phản neutrino đó ở cách xa hàng trăm km.” Ý nghĩa thống kê của việc phát hiện phản neutrino là 3.5σ, thấp hơn ngưỡng khám phá trong vật lý hạt (là 5σ).

Phản neutrino lò phản ứng được phát hiện trong nước tinh khiết trong lần đầu tiên thử nghiệm

Kết quả có thể có ý nghĩa đối với sự phát triển của các kỹ thuật được sử dụng để giám sát các lò phản ứng hạt nhân. Các đề xuất gần đây gợi ý rằng có thể hạ thấp ngưỡng phát hiện phản neutrino bằng cách pha tạp nước tinh khiết với các nguyên tố như clo hoặc gadolinium – nhưng giờ đây, các kết quả từ SNO+ cho thấy rằng những vật liệu đắt tiền, nguy hiểm tiềm ẩn này có thể không cần thiết để đạt được chất lượng kết quả tương tự.

Mặc dù SNO+ không thể thực hiện loại phép đo này nữa, nhưng nhóm nghiên cứu hy vọng rằng các nhóm khác có thể sớm phát triển các phương pháp mới để giám sát các lò phản ứng hạt nhân bằng cách sử dụng các vật liệu an toàn, rẻ tiền và dễ dàng đạt được, ở khoảng cách xa sẽ không làm gián đoạn hoạt động của lò phản ứng.

Nghiên cứu được mô tả trong Physical Review Letters.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/reactor-antineutrinos-detected-in-pure-water-in-an-experimental-first/