Эксперимент продемонстрировал, что даже ядерный реактор, полностью остановленный, продолжает излучать измеряемый поток антинейтрино — это предоставляет средство для удалённого мониторинга отработанного топлива без необходимости вскрытия контейнеров
Наука и космос406 авг 11:56
Коллаборация Double Chooz представила в журнале Physical Review Letters первое в мире измерение остаточного потока электронных антинейтрино от полностью остановленных реакторов. Учёные использовали детектор, установленный на расстоянии 400 метров от двух реакторных блоков АЭС «Шо» (Centrale nucleaire de Chooz) во Франции, и проанализировали 17,2 дня чистого времени, собранного в течение четырёх временных интервалов 2017 года, когда оба реактора были остановлены одновременно.
В энергетическом диапазоне от 1 до 3 МэВ, где ожидается максимум остаточного сигнала, зафиксировано 106 ± 18 событий — антинейтринных взаимодействий — при прогнозируемых 88 ± 7, что соответствует значимости 5,9 стандартного отклонения. Сигнал выше 3 МэВ отсутствует, что полностью соответствует моделям распада долгоживущих продуктов деления.
Остаточный поток антинейтрино вызывается не цепной реакцией, а бета-распадом изотопов, накопившихся в топливе в ходе эксплуатации: 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 годы после остановки реактора, при этом поток от топлива в активной зоне резко уменьшается в первые часы, тогда как вклад от отработанного топлива в бассейнах выдержки остаётся практически постоянным в течение нескольких дней. Моделирование показало распределение вкладов: 56% от активных зон и 44% от бассейнов — и позволило впервые экспериментально подтвердить прогнозы по остаточному нейтринному излучению.
Детектор Double Chooz применяет 10,3 кубометра жидкого сцинтиллятора, легированного гадолинием. Антинейтрино фиксируются через обратный бета-распад: позитрон порождает мгновенную вспышку, а захват нейтрона гадолинием — задержанный сигнал. Фоновый шум от быстрых нейтронов, мюонов и случайных совпадений снижен защитным комплексом из детекторов элементарных частиц, окружающим основной детектор антинейтрино. Он предназначен для мгновенной регистрации 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 зарегистрировал избыток в 27 ± 13 событий при предсказанных 14 ± 1, что подтверждает результаты.
Значимость исследования 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 чётко связан с изотопным составом топлива. Теперь впервые продемонстрировано, что метод работает не только на действующем реакторе, но и на остановленном, включая вклад от бассейнов, где хранятся отработанные сборки. Чувствительность текущего эксперимента недостаточна для обнаружения пропажи нескольких сборок, но достаточна для грубой верификации общего инвентаря — что уже является шагом к практической системе гарантий, особенно в компактных сухих хранилищах с ограниченным числом контейнеров.
Авторы подчеркивают, что измерение стало возможным благодаря уникальной конфигурации АЭС «Шо» с двумя блоками и длительными периодами одновременной остановки. Детектор собрал достаточное количество статистики, 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 первое опубликованное эталонное значение остаточного нейтринного излучения реактора и его отработанного топлива. Следующий шаг — разработка более доступных и мобильных детекторов для размещения вблизи хранилищ: физика показала, что задача из области концепций перешла в разряд экспериментально обоснованных методов ядерной безопасности.
Darth SaharaИсточники:Physical Review LettersEurekAlertНаука и космос406 авг 11:56
Источник