Forskere beskriver, hvordan antineutrino-detektorer kan hjælpe nuklear ikke-spredning

Patrick Huber, en professor i Virginia Tech Department of Physics, har været medforfatter til en artikel, der beskriver de potentielle anvendelser og begrænsninger af antineutrino-detektorer til nuklear sikkerhedsapplikationer relateret til reaktor, brugt brændsel, og eksplosionsovervågning.

Artiklen findes i det seneste nummer af Anmeldelser af moderne fysik . I avisen, forskerne gennemgår nuværende og forventede beredskab af forskellige antineutrino-baserede overvågningsteknologier. Hubers medforfattere inkluderer Adam Bernstein og Nathaniel Bowden, fysikere ved Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), del af University of California, Berkeley; samt Bethany Goldblum, også fra U.C. Berkeley; Igor Jovanovic, fra University of Michigan; og John Mattingly, fra North Carolina State University.

I avisen, Huber og kohorter hævder, at en lille partikel kunne tilbyde hjælp til et stort problem - truslen om nuklear spredning. "I mere end seks årtier, forskere har udviklet instrumenter til grundlæggende fysik, der kan detektere antineutrinoer, partikler, der ikke har nogen elektrisk ladning, næsten ingen masse og passerer let gennem stof, " sagde holdet. "Antineutrinoer udsendes i enorme mængder af atomreaktorer, og siden 1970'erne, videnskabsmænd har overvejet at gøre antineutrino-detektion til et værktøj til nuklear sikkerhed."

Med fremskridt fra videnskabsmænd ved LLNL og andre institutioner, forskere rykker tættere på at implementere teknologi til fjernovervågning af disse subatomare partikler fra atomkraftværker på lange afstande. Et sådant gennembrud ville give dem mulighed for at advare internationale myndigheder om den ulovlige produktion af plutonium, et nøglemateriale til atomvåben. Det kunne også hjælpe med verificering af eksisterende og planlagte traktater, der søger at begrænse produktionen af ​​atomvåbenmateriale på verdensplan.

Antineutrinoer, antistof-modstykket til neutrinoer, produceres i atomkraftværker, når de fissile materialer af uran og plutonium går i stykker, skabe fissionsprodukter, der udsender antineutrinoer i processen.

"På tæt afstand fra en reaktor, antineutrinoer tillader måling af plutoniumindhold og produktionshastighed, " sagde Huber, direktør for Center for Neutrino Physics ved Virginia Tech og medlem af Virginia Tech College of Science-fakultetet. "Denne kapacitet ville give høje forsikringer om overholdelse af traktaterne og samtidig være mindre påtrængende for anlægget."

Undersøgelsen blev indledt som en del af en igangværende forskningsindsats ledet af LLNL og støttet af National Nuclear Security Administration's Office of Defense Nuclear Nonproliferation Research and Development. Huber og team hævder, at fremskridt inden for anvendt antineutrino-fysik har potentialet til at styrke den eksisterende traktat om ikke-spredning af atomvåben, som giver en ramme for at lette fredelig brug af nuklear teknologi og samtidig reducere risikoen for spredning af atomvåben gennem sikkerhedsforanstaltninger, overvågning, og verifikation.

I deres papir, forskerne ser potentiale for tre anvendelser af antineutrino-teknologi - nærfelts atomreaktorovervågning, fjernovervågning, og overvågning af brugt nukleart brændsel. De konkluderer, at antineutrino-teknologi placeret inden for omkring 100 meter fra en atomreaktor kan sikre, at nationer ikke fremstiller og omdirigerer våbenbrugeligt materiale under dække af civil energiproduktion. Ved at måle mængden af ​​antineutrinoer produceret i løbet af en bestemt periode, det er muligt tilnærmelsesvis at kvantificere mængden af ​​plutonium eller uran i en reaktor.

Inden for fjernfeltsovervågning, forskerne sagde også, at teknologi til at detektere atomreaktoraktivitet ved opdagelse eller udelukkelse i områder på 120 miles er mulig. En tredje applikation til antineutrino-teknologi til at detektere omledning af materiale kunne være at overvåge det brugte brændsel, der er blevet brugt til at drive atomreaktorer.

Flere af artiklens forfattere er involveret i bestræbelserne på at fremme antineutrino-detektionsteknologi.