Помимо нейтронов, реакция деления ядерного топлива, такого как плутоний или уран, высвобождает антинейтрино. Они также электрически нейтральны, но могут очень легко пропускать материю, поэтому их можно различить только в огромных детекторах. Однако в последнее время были разработаны детекторы размером всего один кубический метр.
Они могут измерять антинейтрино из активной зоны реактора, что вызвало большой интерес в МАГАТЭ.Прототипы этих детекторов уже существуют и собирают данные на расстоянии около 10 метров от активной зоны реактора.
Изменения в составе ядерного топлива в реакторе — например, при удалении оружейного U-239 — можно определить, анализируя энергию и скорость антинейтрино. Это освободило бы МАГАТЭ от необходимости полагаться на представления операторов реакторов.
Обнаружен спектр антинейтрино урана-238В 1980-х годах были определены спектры антинейтрино трех основных изотопов топлива: урана-235, плутония-239 и плутония-241. Однако спектр антинейтрино четвертого основного ядерного топлива, урана-238, который составляет примерно 10 процентов от общего потока антинейтрино, оставался неясным.
Он был оценен только с использованием неточных теоретических расчетов и, таким образом, ограничил точность предсказаний антинейтрино.Доктор Нильс Хааг из кафедры экспериментальной физики астрономических частиц в Техническом университете Мюнхена недавно разработал экспериментальную установку на FRM II, которая позволила ему определить недостающий спектр урана-238. «Мне нужен был высокий поток быстрых нейтронов, чтобы вызвать деление U-238 », — говорит физик. Именно поэтому он разместил свою экспериментальную установку на станции радиографии и томографии NECTAR FRM II — источника быстрых нейтронов.
Второй детектор для измерения без фонаНейтроны вызывают деление ядер в пленке U-238. Затем продукты радиоактивного распада испускают электроны и антинейтрино.
Электроны исследовались с помощью сцинтиллятора — блока из пластика, преобразующего кинетическую энергию электронов в свет. Затем фотоумножитель преобразует это в электрические сигналы.
Ядерный распад также генерирует гамма-излучение, которое вызывает нежелательные события в сцинтилляторе. Поэтому Хааг разместил второй детектор прямо перед сцинтиллятором: так называемую многопроволочную пропорциональную камеру. Поскольку только заряженные частицы, такие как электроны, вызывают сигнал в газовом детекторе, исследователь смог определить и вычесть долю гамма-излучения. Затем Хааг вывел спектр антинейтрино, используя эти данные измерений без фона.
Метод позволяет лучше контролировать активные зоны реактора.Измерение спектра антинейтрино можно использовать для мониторинга состояния, производительности и даже состава активной зоны реактора. «Наши результаты позволяют предсказать со значительно большей точностью ожидаемый спектр антинейтрино, излучаемый реактором, работающим на топливной композиции, о которой сообщил оператор», — объясняет д-р Нильс Хааг. «Таким образом, могут быть выявлены отклонения данных измерений детектора антинейтрино от ожидаемых сигналов реактора».Развитие этой методологии заложено в фундаментальные исследования феномена так называемых «стерильных» антинейтрино.
Сравнение ранее сделанных измерений и прогнозов спектров реакторных антинейтрино привело к предположению, что некоторые из антинейтрино стали «стерильными» после того, как были произведены. Тогда они больше не могли реагировать с другими вещами.
Лучшее понимание этого эффекта расширит наши знания об элементарных физических процессах.Это исследование финансировалось Немецким исследовательским фондом (DFG) и кластером DFG Excellence «Происхождение и структура Вселенной» в TUM.