علمی، پژوهشی و فناوری

آشکارساز ضد ماده، نظارت بر راکتور هسته ای را متحول می کند

به گزارش پایگاه خبری علم و فناوری :راکتورهای شکافت هسته ای منبع اصلی انرژی در سرتاسر جهان هستند که پیش بینی می شود ظرفیت جهانی انرژی تا سال 2050 تقریباً دو برابر شود. گرفتن و تجزیه و تحلیل ذرات پادماده، به ویژه پادنوترینوها، راه حل بالقوه ای را ارائه می دهد که به دانشمندان اجازه می دهد از راه دور فعالیت های راکتور را از صدها مایل دورتر نظارت کنند.

در مطالعه ای که در AIP Advances منتشر شد ، محققان دانشگاه شفیلد و دانشگاه هاوایی آشکارساز جدیدی را معرفی کردند که می تواند پادنوترینوهای ساطع شده از راکتورهای هسته ای را حس و آنالیز کند. این آشکارساز که توسط ویلسون و همکارانش طراحی شده است، می تواند پروفایل های انرژی ضد نوترینو را از فاصله دور ارزیابی کند و راهی برای نظارت از راه دور فعالیت راکتور ارائه می دهد.

استفان ویلسون، نویسنده این مقاله گفت: «در این مقاله، ما یک طرح آشکارساز را آزمایش می‌کنیم که می‌تواند برای اندازه‌گیری انرژی انتشار ذرات راکتورهای شکافت هسته‌ای در فواصل زیاد استفاده شود.» این اطلاعات نه تنها می‌تواند به ما بگوید که راکتوری وجود دارد یا خیر و در مورد چرخه عملیاتی آن، بلکه می‌تواند به ما بگوید که راکتور چقدر دور است.

نقش نوترینوها و آنتی نوترینوها

نوترینوها ذرات بنیادی بدون باری هستند که جرم آنها تقریباً صفر است و پادنوترینوها همتای ضد ماده آنها هستند که اغلب در طی واکنش های هسته ای ایجاد می شوند. گرفتن این ضد ذرات و تجزیه و تحلیل سطوح انرژی آنها اطلاعاتی را در مورد هر چیزی از چرخه عملیاتی گرفته تا ایزوتوپ های خاص در سوخت مصرف شده ارائه می دهد.

طراحی آشکارساز این گروه از تشعشعات چرنکوف استفاده می‌کند، پدیده‌ای که در آن تشعشعات زمانی که ذرات باردار با سرعتی بیشتر از نور از یک محیط خاص عبور می‌کنند، ساطع می‌شود، شبیه به امواج صوتی هنگام عبور از دیوار صوتی. این همچنین مسئول درخشش آبی وهم‌آور رآکتورهای هسته‌ای است و برای شناسایی نوترینوها در آزمایشگاه‌های اخترفیزیک استفاده شده است.

چالش ها و جهت گیری های آینده در تشخیص آنتی نوترینو

محققان پیشنهاد کردند دستگاه خود را در شمال شرقی انگلستان مونتاژ کنند و پادنوترینوها را از راکتورهای سراسر بریتانیا و همچنین شمال فرانسه شناسایی کنند.

با این حال، یک مسئله این است که پادنوترینوهای اتمسفر و فضا می‌توانند سیگنال را مختل کنند، به‌ویژه زمانی که راکتورهای بسیار دور سیگنال‌های بسیار کوچکی تولید می‌کنند - گاهی به ترتیب یک پادنوترینو در روز.

برای توضیح این موضوع، این گروه پیشنهاد کردند که آشکارساز خود را در معدنی بیش از 1 کیلومتر زیر زمین قرار دهند.

ویلسون گفت: «تمایز بین این ذرات نیز یک چالش مهم تجزیه و تحلیل است و توانایی اندازه‌گیری یک طیف انرژی می‌تواند زمان زیادی طول بکشد.» از بسیاری جهات، چیزی که بیش از همه مرا شگفت زده کرد این است که این در واقع غیرممکن نیست.»

ویلسون امیدوار است که این آشکارساز بحث های بیشتری را در مورد نحوه استفاده از پادنوترینوها برای نظارت بر راکتورها، از جمله اندازه گیری طیف پادنوترینو سوخت هسته ای مصرف شده یا توسعه آشکارسازهای کوچکتر برای استفاده نزدیکتر به راکتورها، تحریک کند.