فیزیکدانان برای نخستینبار توانستهاند انتشار بسیار ضعیف پادنوترینوها را از یک نیروگاه هستهای پس از خاموش شدن راکتورها اندازهگیری کنند؛ یافتهای که میتواند در آینده به توسعه روشهای غیرتهاجمی برای نظارت بر فعالیت راکتورهای هستهای و بررسی ایمنی و پادمانهای هستهای کمک کند.
به گزارش سیناپرس، این اندازهگیری با استفاده از آشکارساز Double Chooz انجام شد. در این روش، پژوهشگران به دنبال رویدادی موسوم به واپاشی بتای معکوس (Inverse Beta Decay یا IBD) بودند؛ فرایندی که در آن یک پادنوترینوی الکترونی با یک پروتون برهمکنش میکند و در نتیجه یک پوزیترون و یک نوترون تولید میشود.پوزیترون تولیدشده با یک الکترون موجود در محیط برهمکنش کرده و در نتیجه، با کمک ماده جرقهزن (scintillator)، یک درخشش نوری ایجاد میکند.از سوی دیگر، نوترون توسط گادولینیوم جذب میشود. گادولینیوم یک عنصر فلزی نادر و نقرهایرنگ از گروه عناصر خاکی کمیاب است که در ماده جرقهزن آشکارساز وجود دارد.
جذب نوترون توسط گادولینیوم، دومین درخشش نوری را ایجاد میکند.پژوهشگران از این دو سیگنال نوری بهعنوان نوعی «احراز هویت دومرحلهای» برای شناسایی رویداد پادنوترینویی استفاده کردند؛ یعنی مشاهده هر دو سیگنال، شواهد بسیار قویتری برای وقوع یک رویداد واقعی پادنوترینویی فراهم میکند.پادنوترینوها؛ ردپایی از فعالیت راکتورفرایندی که پژوهشگران در این آزمایش به دنبال آن بودند، یعنی واپاشی بتای معکوس، در راکتورهای هستهای طی فرایند شکافت عناصری مانند اورانیوم و پلوتونیوم به دفعات رخ میدهد.راکتورهای هستهای از مهمترین منابع پادنوترینوهای تولیدشده به دست انسان هستند.
به همین دلیل، ردیابی شار پادنوترینوها میتواند اطلاعات ارزشمندی درباره ایمنی هستهای در اختیار دانشمندان قرار دهد و حتی به بررسی تغییرات ترکیب سوخت هستهای در طول فعالیت راکتور کمک کند.
اندازهگیری پس از خاموش شدن راکتورهاپژوهشگران در این مطالعه، زمانی را مورد بررسی قرار دادند که هر دو هسته راکتورهای مجموعه Chooz خاموش بودند.آنها طی ۱۷.۲ روز مشاهده، تعداد رویدادهای واپاشی بتای معکوس را اندازهگیری کردند. نتیجه اندازهگیری شامل ۱۰۶ ± ۱۸ رویداد بود، در حالی که مدل نظری پیشبینی میکرد حدود ۸۸ ± ۷ رویداد مشاهده شود.
پژوهشگران اعلام کردند که میان تعداد رویدادهای اندازهگیریشده و مقدار پیشبینیشده، توافق بسیار خوبی وجود دارد.این سیگنال باقیمانده بسیار ضعیف است و ممکن است کمتر از یک درصد شار پادنوترینویی باشد که هنگام فعالیت هسته راکتور تولید میشود.
روشی امیدوارکننده برای نظارت هستهای
با وجود این موفقیت، دقت این روش هنوز محدودیتهایی دارد. پژوهشگران اشاره میکنند که فناوری فعلی برای تشخیص تغییرات بزرگ در شار پادنوترینوها حساس است، اما ممکن است نتواند تغییرات بسیار کوچک را شناسایی کند.برای مثال، اگر تنها چند مجموعه سوخت مصرفشده از یک تأسیسات هستهای خارج شوند، ممکن است این روش در شرایط فعلی قادر به تشخیص چنین تغییری نباشد.با این حال، پژوهشگران این مطالعه را یک اثبات مفهوم مهم برای توسعه روشهای مستقیم و غیرتهاجمی نظارت هستهای میدانند.
چنین فناوریای در آینده میتواند به تدوین و ارتقای استانداردهای پادمان هستهای کمک کند؛ زیرا امکان پایش فعالیت و تغییرات یک تأسیسات هستهای را بدون نیاز به دسترسی مستقیم یا مداخله در فرایندهای داخلی آن فراهم میکند.نتایج این پژوهش در نشریه Physical Review Letters منتشر شده است.
مترجم: مهگل غفاری