Pat pēc kodolreaktora izslēgšanas tā kodolā un dzesēšanas baseinos nenorimst viss daļiņu starojums. Starptautiska pētnieku grupa pirmoreiz izmērījusi ārkārtīgi vāju elektronu antineitrīno plūsmu, ko rada izdegušās kodoldegvielas atlikušā radioaktivitāte. Mērījums veikts Šūzas atomelektrostacijā Francijas ziemeļos, izmantojot eksperimenta Double Chooz pazemes detektorus.
Antineitrīno mēdz dēvēt par spoku daļiņām: tiem nav elektriskā lādiņa, to masa ir niecīga, un ar parasto vielu tie mijiedarbojas ārkārtīgi reti. Tāpēc tie var izkļūt cauri reaktora konstrukcijām un aizsargbarjerām, vienlaikus sniedzot informāciju par procesos notiekošo kodolā, neiejaucoties tā darbībā.
Līdz šim reaktoru antineitrīno pētījumi galvenokārt bija vērsti uz strādājošām iekārtām, kur daļiņu plūsma ir daudz intensīvāka. Savukārt pēc reaktora apturēšanas saglabājošos signālu teorētiski bija iespējams paredzēt, taču tas nebija eksperimentāli izmērīts. Jaunais rezultāts apstiprina, ka šādu atlikušās emisijas plūsmu iespējams uztvert arī praksē.
Divi gaismas uzplaiksnījumi atklāj reto notikumu
Double Chooz eksperiments darbojās no 2011. līdz 2017. gadam. Tā divi pazemes detektori atradās vidēji 400 un 1050 metru attālumā no diviem spēkstacijas reaktoriem. Sākotnēji ar tiem pētīja neitrīno svārstības jeb spēju ceļā mainīt savu veidu, taču ilgstoši uzkrātie dati un izstrādātās analīzes metodes ļāva meklēt arī daudz vājāko signālu pēc reaktoru darbības pārtraukšanas.
Pašus antineitrīno tieši ieraudzīt nevar. Reizēm viens no tiem detektora šķidrajā scintilatorā saduras ar protonu, izraisot tā dēvēto apgriezto beta sabrukšanu. Šajā reakcijā rodas neitrons un pozitrons — elektrona antimateriālais līdzinieks. Pozitrons gandrīz uzreiz anihilējas ar elektronu un rada pirmo gaismas uzplaiksnījumu, bet neitronu vēlāk uztver scintilatorā esošais gadolīnijs, radot otru uzplaiksnījumu. Šī dubultā pazīme palīdz atšķirt īstu antineitrīno notikumu no fona trokšņa.
Novērojumi notika 17,2 dienas, kad abi Šūzas reaktoru kodoli bija apturēti. Enerģiju diapazonā, kur gaidāms atlikušās emisijas maksimums, pētnieki konstatēja 106 ±18 notikumus. Tas labi sakrita ar prognozi — 88 ±7 notikumiem. Salīdzinājumam: pēcspīduma plūsma ir mazāka par vienu procentu no antineitrīno signāla, kāds reģistrējams reaktora normālas darbības laikā.
Iespējams instruments kodoldrošības uzraudzībai
Atlikušos antineitrīno rada gan reaktoros palikusī izlietotā degviela, gan materiāls, kas pēc izņemšanas no kodola glabājas dzesēšanas baseinos. Tādēļ šādu plūsmu mērīšana nākotnē varētu papildināt kodolmateriālu uzraudzības metodes un palīdzēt pārbaudīt, vai reaktora darbības un degvielas aprites dati atbilst faktiskajai situācijai.
Metodes precizitāte vēl ir jāuzlabo. Tā spēj konstatēt lielas plūsmas izmaiņas, taču pašlaik, visticamāk, nebūtu pietiekami jutīga, lai droši pamanītu dažu atsevišķu izlietotās degvielas kasešu iztrūkumu. Tomēr pirmais tiešais mērījums ir nozīmīgs pierādījums, ka antineitrīno detektorus iespējams izmantot kā neinvazīvu kodoldrošības instrumentu. Pētījuma rezultāti publicēti žurnālā Physical Review Letters.
Zinātne
Zinātne
Zinātne
Zinātne