Эксперимент обнаружил, что даже полностью остановленный ядерный реактор продолжает испускать измеряемый поток антинейтрино — это предоставляет возможность для удалённого мониторинга отработанного топлива без необходимости вскрытия контейнеров
Наука и космос033 минуты назад
Коллаборация Double Chooz опубликовала в журнале Physical Review Letters первое в своей истории измерение остаточного потока электронных антинейтрино от полностью остановленных реакторов. Исследователи использовали детектор, установленный в 400 метрах от двух реакторных блоков АЭС «Шо» (Centrale nucleaire de Chooz) во Франции, и проанализировали 17,2 дня чистого времени, собранного за четыре периода 2017 года, когда оба реактора были одновременно остановлены.
В энергетическом диапазоне от 1 до 3 МэВ, где ожидается максимальный остаточный сигнал, зафиксировано 106 ± 18 событий — антинейтринных взаимодействий — при предсказании 88 ± 7, что соответствует значимости 5,9 стандартного отклонения. Свыше 3 МэВ сигнал отсутствует, что полностью согласуется с моделями распада долгоживущих продуктов деления.
Остаточный поток антинейтрино вызван не цепной реакцией, а бета-распадом изотопов, накопившихся в топливе в ходе кампании: 144-церий–144-празеодим (период полураспада 285 дней), 106-рутений–106-родий (372 дня) и 90-стронций–90-иттрий (28,9 лет). Эти изотопы продолжают испускать антинейтрино спустя дни, месяцы и даже годы после остановки реактора, причём поток от топлива в активной зоне резко уменьшается в первые часы, тогда как вклад от отработанного топлива в бассейнах выдержки, наоборот, остаётся практически постоянным в течение нескольких дней. Моделирование дало распределение вкладов: 56% от активных зон и 44% от бассейнов — и позволило впервые экспериментально подтвердить прогнозы по остаточному нейтринному излучению.
Детектор Double Chooz использует 10,3 кубометра жидкого сцинтиллятора, легированного гадолинием. Антинейтрино фиксируются по обратному бета-распаду: позитрон вызывает мгновенную вспышку, а захват нейтрона гадолинием — задержанный сигнал. Фоновый уровень от быстрых нейтронов, мюонов и случайных совпадений снижен защитным комплексом из детекторов элементарных частиц, окружающим основной детектор антинейтрино. Он предназначен для мгновенного обнаружения космических мюонов и подавления фоновых помех, а нейросетевой классификатор отсекает ложные срабатывания.
В результате фон в диапазоне 1–3 МэВ составил 86 ± 8 событий, из которых более половины — коррелированный мюонный фон, а после вычитания остаётся статистически значимый остаточный сигнал. Дальний детектор на расстоянии 1,05 км также зафиксировал избыток в 27 ± 13 событий при предсказанных 14 ± 1, что подтверждает полученные результаты.
Значение данной работы выходит за рамки фундаментальной физики. МАГАТЭ (Международное агентство по атомной энергии) уже на протяжении двух десятилетий обсуждает нейтринный мониторинг реакторов как метод контроля: в отличие от камер и пломб, поток антинейтрино невозможно экранировать, и его энергетический спектр однозначно соотносится с изотопным составом топлива. Теперь впервые продемонстрировано, что этот метод эффективен не только на работающем реакторе, но и на остановленном, включая вклад от бассейнов, где хранятся отработанные сборки. Чувствительность текущего эксперимента недостаточна для выявления пропажи нескольких сборок, но достаточно для грубой верификации общего инвентаря — это уже шаг к практической системе гарантий, особенно в компактных сухих хранилищах с ограниченным количеством контейнеров.
Авторы подчеркивают, что измерение стало возможным благодаря уникальной конфигурации АЭС «Шо» с двумя блоками и длительными периодами одновременного останова. Детектор накопил достаточно статистических данных, чтобы выделить сигнал, эквивалентный потоку порядка 3,6 × 108 антинейтрино на квадратный сантиметр в секунду у ближнего детектора — менее 0,5% от номинального потока при полной мощности. Это первый опубликованный эталон остаточного нейтринного излучения реактора и его отработанного топлива. Следующий шаг — разработка более доступных и мобильных детекторов для развертывания вблизи хранилищ: физика продемонстрировала, что задача из области концепций перешла в категорию экспериментально обоснованных методов ядерной безопасности.
Darth SaharaИсточники:Physical Review LettersEurekAlertНаука и космос033 минуты назад
Источник