Fysikere foreslår en ny metode til overvågning af atomaffald

Nye videnskabelige resultater tyder på, at neutrino-detektorer kan spille en vigtig rolle i at sikre bedre overvågning og sikrere opbevaring af radioaktivt materiale i depoter for nukleart affald. Forskere ved Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) i Tyskland har lavet beregninger for at fastslå den neutrinostråling, som brugt nukleart brændsel udsender. Deres tal viser, at neutrino-detektorer kan være nyttige i visse scenarier.

Neutrinoer undergår næsten ingen interaktion med stof, og så de kan trænge praktisk talt uhindret gennem Jorden og ethvert menneskeskabt skjold. "Hvert sekund, omkring 100 milliarder neutrinoer pr. kvadratcentimeter rammer Jorden fra solen, både dag og nat. Fordi neutrinoer kun svagt interagerer med stof, de er blandt de sværeste elementarpartikler at opdage, " sagde professor Joachim Kopp fra Mainz University. Kopp er ekspert inden for teoretisk neutrinofysik.

Beta-henfaldet af radioaktive fissionsprodukter genererer neutrinoer i meget store mængder. Imidlertid, en minimumsenergi på 1,8 mega-elektronvolt er påkrævet for at detektere disse partikler via processen med omvendt beta-henfald. Først da kan de registreres i en scintillationsdetektor, en tank fyldt med specielle mineralolier. Højenergipartiklerne interagerer med protonerne i tanken, udsender et karakteristisk lyssignal.

Sådanne neutrino-detektorer bliver allerede brugt eksperimentelt til at overvåge atomkraftværker, mens de er i drift. Imidlertid, til overvågning af lagret nukleart affald er der, endnu, ingen detektorer. "Reaktorer i drift producerer betydeligt flere neutrinoer end nedlagte reaktorer eller lagret radioaktivt materiale, " forklarede Kopp, bemærker, at overvågning af opholdssted for nukleart affald er særlig vigtig i øjeblikket af sikkerhedsmæssige årsager.

For deres papir i Fysisk gennemgang anvendt , Joachim Kopp og Vedran Brdar fra JGU og Patrick Huber fra Virginia Tech i USA beregnede først neutrinofluxen udsendt af radioaktivt strontium-90 og andre fissionsprodukter i brugt nukleart brændsel. De overvejede derefter adskillige scenarier, der beskriver, hvordan eller hvor emissionerne kunne detekteres.

I en af ​​disse, en passende detektor ville være særlig nyttig til overvågning af overjordiske lagerfaciliteter, for eksempel, på stedet ved atomkraftværker. En neutrino-detektor i dette scenarie kunne detektere, om radioaktivt materiale var blevet fjernet uden at være dokumenteret. Ifølge beregningerne, målinger med en detektor med en kapacitet på 40 tons skulle køre i omkring et år. "Det lyder som lang tid, men alt hvad der kræves ville være at placere detektoren og vente. Den store fordel er, at vi kunne verificere indholdet af en beholder uden nogensinde at skulle åbne den, " sagde Kopp. Det ville normalt være nok at placere detektoren 10 til 100 meter væk, for eksempel, på en lastbil trailer. Ifølge Kopp, denne metode kan være særlig passende i forsøget på at sikre ikke-spredning af materiale af atomvåbenkvalitet, Derfor har Det Europæiske Atomenergifællesskab EURATOM allerede udtrykt interesse for denne forskning.

I et andet scenarie, fysikerne foreslår et scenarie, hvor underjordiske depoter overvåges, som et eksempel på det foreslåede Yucca Mountain-depot i Nevada. I denne situation, betydelig neutrinoflux ville blive påvist, selv på overfladen af ​​en lille 10 tons tank. "Imidlertid, nogle realistiske farer, såsom udslip af meget små mængder radioaktivt materiale, vil desværre ikke blive opdaget, " sagde Kopp.

Et tredje scenarie, som forskerne overvejede i deres beregninger, var at opdage ufuldstændigt dokumenterede lagerfaciliteter, såsom dem på Hanford Site, et nu nedlagt atomkompleks i den amerikanske stat Washington fra den kolde krigs æra. "I dette tilfælde, den nuværende detektorteknologi er stadig ikke helt tilstrækkelig, blandt andet fordi kosmisk stråling forvrænger målingerne, sagde Kopp. Men, de første prototyper til sådanne detektorer, der undgår dette problem, findes allerede.