Группа физиков из нескольких российских научных центров разработала проект промышленного детектора антинейтрино. Так как эти частицы отличаются крайне высокой проникающей способностью и при этом образуются в ходе ядерных реакций, ученые предлагают использовать свою разработку для контроля за производством оружейного плутония. Подробности приводит официальный сайт НИИЯФ МГУ.
Детектор, спроектированной физиками из НИИ Ядерной физики имени Скобельцына под руководством Александра Чепурнова, планируется собрать в первой половине 2014 года. После этого ученые испытают его на АЭС вблизи ядерного реактора для того, чтобы проверить работоспособность устройства и показать принципиальную возможность отследить производство оружейного плутония.
Принцип работы прибора основан на регистрации антинейтрино, элементарных частиц, которые образуются при бета-распаде возникающих в ходе цепной реакции нестабильных ядер (например, стронция-90). Бета-распад, в свою очередь, происходит тогда, когда внутри атомного ядра в одном из нейтронов d-кварк становится u-кварком: в результате нейтрон становится протоном, а в качестве еще двух продуктов реакции образуется электрон и антинейтрино. Антинейтрино, как и нейтрино, практически не взаимодействуют с веществом, проникая сквозь все известные материалы и практически без поглощения проходя через планету насквозь. Это свойство, с одной стороны, позволяет просвечивать любые предметы, а с другой — делает крайне сложным обнаружение нейтрино и их античастиц.
При разработке детектора слабо взаимодействующих частиц ученым пришлось решить две задачи. Первая заключалась в создании устройства, способного зафиксировать вспышку света, возникающую при реакции антинейтрино с обычными атомами; второй задачей было создание корпуса прибора, который бы сводил к минимуму воздействие помех. Для предотвращения попадания в прибор космических лучей или ионизирующего излучения от горных пород была разработана многослойная защита, а для исключения «засветки» от самого корпуса детектора ученые применили специальные сорта стали.
К настоящему времени, как сообщают разработчики, завершены испытания на совместимость материалов детектора с жидкостью, внутри которой должны поглощаться нейтрино, сцинтиллятора. В роли сцинтиллятора будет использоваться линейный алкилбензол с добавлением редкоземельного элемента гадолиния. Это органическое вещество было выбрано за комбинацию двух качеств: хорошего поглощения нейтронов и большой прозрачности. Строящийся рабочий образец будет вмещать кубометр сцинтиллятора, а пока ученые изготовили прототип объемом тридцать литров. Вся установка, согласно заявленным спецификациям, поместится в кубе с ребром 2,5 метра и будет разборной: это позволит привезти ее к инспектируемому реактору.
По количеству антинейтрино и их энергии можно будет сделать выводы о составе ядерного топлива внутри реактора. За счет этого у международных контролирующих организаций появится возможность обнаружить производство оружейного плутония, так как детектор может работать длительный срок и предоставлять информацию в реальном времени о состоянии реактора. Остановка реактора для загрузки перерабатываемого в плутоний урана-238 и для выгрузки самого плутония будет сразу замечена, в то время как разовый приезд комиссии МАГАТЭ не позволяет однозначно определить наличие подобных вмешательств в работу АЭС ранее.
Нейтрино также предлагали использовать даже для слежения за атомными подлодками. Однако число регистрируемых даже крупногабаритными детекторами частиц слишком мало, чтобы получить качественное изображение реактора, движущегося на большом расстоянии от установки. Проследить за работой ядерного реактора физикам пока что удавалось только вблизи и пока такие эксперименты носили скорее фундаментальный характер. А остановка АЭС в Японии после аварии на станции «Фукусима-1» позволила при помощи детекторов нейтрино проанализировать частицы, приходящие из глубинных слоев Земли.