انگلیس و آمریکا دستگاهی برای ردیابی رآکتورهای هسته‌ای از فاصله ۱۰۰ مایلی طراحی کردند
یک همکاری بین محققان دانشگاه شفیلد در انگلستان و دانشگاه هاوایی در آمریکا منجر به توسعه طراحی یک آشکارساز ضد ماده‌ای شده است که می‌تواند آنتی‌نوترینوها را اندازه‌گیری کرده و پروفایلی برای واکنش هسته‌ای منتشرکننده آن ایجاد کند.
این می‌تواند به تعیین اینکه آیا رآکتور برای تولید انرژی یا سلاح‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد، حتی از صدها مایل فاصله کمک کند.
با توجه به پیشرفت فناوری شکافت هسته‌ای به عنوان یک وسیله برای تامین انرژی بدون کربن، نگرانی‌هایی نیز درباره استفاده از رآکتورهای هسته‌ای برای توسعه سلاح‌های هسته‌ای وجود دارد.
هر دو سلاح و سوخت هسته‌ای از اورانیوم استفاده می‌کنند، با این فرق که غنی‌سازی میزان مواد شکافت‌پذیر در سوخت را اندازه‌گیری می‌کند. در حالی که سوخت هسته‌ای بیشتر از پنج درصد غنی نمی‌شود، غنی‌سازی در یک بمب هسته‌ای بیش از ۹۰ درصد است.
با اندازه‌گیری تعداد آنتی‌نوترینوها، محققان می‌توانند وجود یک رآکتور هسته‌ای، فاصله آن از آشکارساز و چرخه عملیاتی آن را تعیین کنند.
چگونه آنتی‌نوترینوها کمک می‌کنند؟
مانند نوترینوها در ماده، آنتی‌نوترینوها ذرات بدون بار در اتم هستند که تقریباً هیچ جرمی ندارند اما در ضد ماده وجود دارند. آنتی‌نوترینوها بیشتر در طی واکنش‌های هسته‌ای ایجاد می‌شوند.
استیو ویلسون، پژوهشگر دانشگاه شفیلد، توضیح داد: «حدود 10^20 آنتی‌نوترینو (100 میلیارد میلیارد) توسط یک نیروگاه حرارتی 3 گیگاواتی معمولی تولید می‌شود.»
او افزود: «آنها به ندرت واکنش می‌دهند و در اصل می‌توانند به طور نامحدود دور و اطراف جهان سفر کنند.» با گرفتن آنتی‌نوترینوها، محققان می‌توانند ایزوتوپ دقیق سوخت و چرخه عملیاتی رآکتور را تعیین کنند.
چگونه می‌توان آنتی‌نوترینوها را گرفت؟
برای گرفتن آنتی‌نوترینوها، محققان از پدیده معروف تابش چرنکوو استفاده کردند.
ویلسون توضیح داد: «هنگامی که یک ذره باردار، مانند یک الکترون، سریع‌تر از سرعت نور در یک محیط مانند آب سفر می‌کند، نور کند می‌شود، اما آنتی‌نوترینو نه. آنتی‌نوترینو باعث می‌شود که یک پوزیترون، ذره ضد الکترون، به طور موقتی سریع‌تر از سرعت نور سفر کند.»
این یک مخروط نور آبی تولید می‌کند که قابل مشاهده است. مشاهده این اثر نشان می‌دهد که یک نوترینو احتمالاً واکنش داده است.
آشکارساز آنتی‌نوترینو
ویلسون و همکارانش یک آشکارساز آنتی‌نوترینو طراحی کرده‌اند که دارای قطر و ارتفاع ۷۲ فوت است و شامل هزاران تن آب و یک مایع آلی سنسیتور می‌شود.
ویلسون افزود: «اجزای استفاده شده برای شناسایی نور در این نوع آشکارساز به حدوده ۱۰۰۰ تا ۲۰۰۰ ولت نیاز دارند و بیش از ۴۰۰۰ عدد خواهند بود.» تیم پیشنهاد ساخت یکی در شمال انگلستان را داده است که می‌تواند آنتی‌نوترینوهای همه رآکتورهای انگلستان و حتی فرانسه را شناسایی کند.
با این حال، مشکلی وجود دارد. پرتوهای کیهانی نیز می‌توانند بر مشاهدات تأثیر بگذارند. وقتی پرتوهای کیهانی با جو بالایی زمین برخورد می‌کنند، ذراتی به نام میون تولید می‌کنند.
ویلسون توضیح داد: «وقتی میون‌ها به آشکارساز می‌رسند، راهی بزرگ از نور چرنکوو از خود به جا می‌گذارند و همچنین مولکول‌های درون آشکارساز را می‌شکنند و ذرات شکسته ناپایدار و رادیواکتیو ایجاد می‌کنند. این تجزیه می‌تواند بسیار شبیه به آنچه آنتی‌نوترینو تولید کرده، به نظر برسد.»
ویلسون گفت که یک آشکارساز این ابعاد می‌تواند ۱۰۰ میلیون دلار یا بیشتر هزینه داشته باشد، اما فعلاً محققان خوشحال هستند که بحث‌هایی را درباره چگونگی استفاده از چنین آشکارسازی تحریک کنند.
یافته‌های پژوهش امروز در نشریه AIP Advances منتشر شد.
