Исследователи разработали метод, который можно использовать для обнаружения ядерных реакторов. Основная цель — найти процессы ядерного деления, которые дают материал для оружия.
Черенковское излучение на испытательном реакторе Национальной лаборатории Айдахо. Фото: Национальная лаборатория Айдахо
Детектор будет иметь дальность действия в сотни километров. Его разработали исследователи из университетов Шеффилда и Гавайев. Команда учёных использует в своём новом методе процессы ядерного деления. Во время ядерного деления атомы бомбардируются нейтронами. Атомы расщепляются и выделяют больше нейтронов.
Во время так называемого бета-распада эти нейтроны распадаются на протон, электрон и антинейтрино. Последний представляет собой крошечную элементарную частицу, почти не имеющую массы и, следовательно, практически не взаимодействующую с другой материей. Это означает, что их можно обнаружить на больших расстояниях.
Детектор может обнаружить эти антинейтрино и проанализировать их энергетические уровни. Эти данные можно использовать для получения информации о том, как работает активная зона реактора и используемые там изотопы.
Когда ядерный материал производится для ядерного оружия, обогащается значительно больше материала (обычно урана), чем для производства энергии. Эту разницу можно определить с помощью детектора на основе измеренного числа антинейтрино, согласно соответствующему исследованию в специализированном журнале AIP Advances.
Детектор использует черенковское излучение (или излучение Вавилова-Черенкова). Есть материалы, которые замедляют скорость света, потому что свет там преломляется. В этих материалах частицы движутся быстрее света.
Если это случится, произойдет голубое свечение. Это сравнимо со взрывом, который производит сверхзвуковой самолет, преодолевая звуковой барьер. Этот эффект можно наблюдать в заполненных водой резервуарах распада атомных электростанций.
Детектор также оснащен своего рода резервуаром для сбора антинейтрино. Измеряются синие трассеры этих частиц. Благодаря этой технологии можно получить информацию о направлении передвижения частиц, скорости и образовании антинейтрино.
Одна из проблем состоит в том, чтобы на самом деле обнаружить только те антинейтрино, которые производятся в ядерных реакторах. Сигналы очень слабые. В некоторых случаях на удаленном реакторе измеряется только одно антинейтрино в день.
Детектору пришлось бы находиться на глубине около километра под землей, чтобы обнаружить антинейтрино, попадающие на Землю из космоса.
«Различение частиц — серьезная задача, а измерение энергетического спектра может занять много времени», — говорит автор исследования Стивен Уилсон.
Детектор антинейтрино. Он мог обнаружить ядерные реакторы по всей Британии и северной Франции
Пока что детектор является лишь прототипом, поскольку его создание обойдется в 100 миллионов долларов, рассказал Уилсон изданию Intresting Engineering. Для возможного испытания исследователи установили свой детектор на северо-востоке Англии. Он мог обнаружить ядерные реакторы в Великобритании и северной Франции.
Помимо высоких затрат, придется потратить много времени на исследования, чтобы сделать детектор максимально точным. Вполне возможно, что технология будет использована другими исследователями в качестве основы для разработки более совершенных и дешевых детекторов.
В будущем может быть создана глобальная сеть таких детекторов. Эта технология позволила бы выяснить, эксплуатируют ли страны с ядерные реакторы и используются ли они для производства оружейного ядерного материала. В зависимости от того, насколько плотна сеть, можно будет использовать своего рода триангуляцию для более точного определения местоположения этих реакторов.
