Физичари за првпат експериментално измерија емисија на антинеутрини од исклучени нуклеарни реактори,честички што често се нарекуваат „честички духови“ поради тоа што речиси воопшто не стапуваат во интеракција со материјата.
Откритието е значајно затоа што покажува дека и по запирањето на реакторот од неговото истрошено гориво и складираниот нуклеарен материјал продолжува да доаѓа слаб тек на антинеутрини. Во иднина, ваквото мерење би можело да помогне во развојот на неинвазивни методи за следење на нуклеарните постројки и горивото.
Експериментот го спровела научната колаборација Double Chooz, предводена од физичари од Институтот „Макс Планк“ за нуклеарна физика. Истражувањето било направено во Франција, во нуклеарната централа Чуз.
Што се „честичките духови“?
Антинеутрините немаат електричен полнеж и имаат исклучително мала маса, поради што можат да минуваат низ материјата речиси без никаква интеракција. Токму затоа научниците не можат директно да ги „видат“. Нивното присуство се утврдува преку исклучително ретки интеракции во специјално конструирани детектори.
Во реакторите, антинеутрините се создаваат при процесите на нуклеарна фисија, кога се ослободува огромна количина енергија. Додека реакторот работи, нивниот број е многу поголем. Но, истражувачите сега успеале да го регистрираат и многу послабиот сигнал што останува по неговото исклучување.
Експериментот Double Chooz
Експериментот Double Chooz се одвивал од 2011 до 2017 година, при што научниците користеле два подземни детектори поставени на просечна оддалеченост од околу 400 и 1.050 метри од двата реактора. Првичната цел била проучување на таканаречените осцилации на неутрините и антинеутрините – феномен при кој овие честички можат да го менуваат својот тип додека се движат низ просторот.
Но податоците овозможиле да се анализира и многу послабиот сигнал што останува кога реакторите престануваат да работат. За време на 17,2 дена набљудување, кога двата реактора биле исклучени, истражувачите регистрирале 106 ± 18 настани. Теоретскиот модел предвидувал околу 88 ± 7 настани, што е во согласност со измерениот сигнал.
Измерениот тек бил помал од еден процент од сигналот што се регистрира додека реакторот работи.
Како научниците ги детектираат?
Иако антинеутрините речиси не реагираат со материјата, во ретки случаи тие можат да стапат во интеракција со протон во течноста на детекторот. При таквата интеракција се создаваат позитрон и неутрон. Позитронот веднаш се судира со електрон, при што се создава првиот светлосен сигнал. Потоа неутронот се апсорбира од атом на гадолиниум, што создава втор светлосен сигнал.
Токму оваа карактеристична комбинација од два сигнали овозможува научниците да утврдат дека регистрирале антинеутрино.
Зошто е важно откритието?
Следењето на антинеутрините може да даде информации за процесите што се одвиваат во нуклеарното гориво без потреба од физички пристап до реакторот или складиштата. Тоа би можело да има примена во нуклеарната безбедност, мониторингот на реакторите и проверката на состојбата и составот на горивото.
Сепак, техниката засега има ограничувања. Научниците посочуваат дека моменталната чувствителност е доволна за откривање поголеми промени во текот на честичките, но веројатно не би можела да регистрира, на пример, исчезнување на само неколку склопови истрошено гориво.
Сепак, резултатите се важен доказ на концептот: дури и кога нуклеарниот реактор е исклучен, неговото „невидливо“ зрачење може да се измери од далечина. Тоа отвора можност во иднина антинеутрините да станат нова алатка за директен и неинвазивен надзор на нуклеарните постројки.
