شبح في الآلة: فيزيائيون يقيسون “التوهج” الغريب الناتج عن إغلاق المفاعلات النووية لأول مرة

حيدات, بيج فوت، وقد تم فضح زيف الشؤم علميًا، لكن الأشباح حقيقية نوعًا ما.

بعيد المنال بشكل استثنائي النيوترينوات وتعرف النيوترينوات المضادة لها باسم جزيئات شبح لأنها لا تتفاعل أبدًا مع المادة أبدًا، وذلك بسبب افتقارها إلى الشحنة الكهربائية وكتلتها شبه المعدومة.

ومع ذلك فإن هذه الوهمية الجسيمات الأساسية يمكن أن تساعد في تحسين الضمانات النووية من خلال توفير طريقة غير تدخلية لفحص ما يحدث داخل المفاعلات النووية – بما في ذلك التدفق الطيفي للنيوترينوات المضادة بعد إيقاف تشغيل محطة توليد الكهرباء.

وفي إنجاز حديث، قام الفيزيائيون بقياس هذا الانبعاث المتبقي لأول مرة، واكتشفوا التوهج الخافت والغريب للإلكترونات المضادة للنيوترينوات المنبعثة من ظلمة قلوب المفاعلات النووية النائمة في فرنسا.

بقيادة فيزيائيين من معهد ماكس بلانك للفيزياء النووية (MPIK)، باحثون من معهد ماكس بلانك للفيزياء النووية تعاون مزدوج الاختيار لقد تحققنا تجريبيًا من صحة هذا التدفق المتوقع، المنبعث من الوقود المحترق داخل مفاعلين، بالإضافة إلى مواد النفايات التي تمت إزالتها والموضعة في حمامات التبريد. وكان هذا التدفق مقيدًا من الناحية النظرية ولكن لم يتم قياسه مطلقًا.

“حتى الآن، ركزت تجارب النيوترينو المضاد في المفاعلات بشكل أساسي على المفاعلات العاملة، حيث يكون تدفق النيوترينو المضاد أكبر بكثير”. يقول أنتوني أونيلون، عالم فيزياء في MPIK وأحد المشاركين في الدراسة.

“يتطلب اكتشاف الإشارة الصغيرة المتبقية بعد إيقاف التشغيل خلفيات منخفضة بشكل استثنائي وتقنيات تحليل دقيقة طورها تعاون Double Chooz على مدار سنوات عديدة.”

تم إجراء تجربة Double Chooz في الفترة من 2011 إلى 2017، لاستكشاف الكمية الهائلة التي لا يمكن تصورها من مضادات النيوترينو المنتجة في محطة Chooz للطاقة النووية في شمال فرنسا.

استخدمت Double Chooz جهازي كشف تحت الأرض على مسافات متوسطة تبلغ 400 متر (1300 قدم) و1050 مترًا (3400 قدم) من المفاعلين العاملين بمحطة الطاقة لدراسة خاصية غريبة غير مفهومة في العالم المجهري.

النيوترينوات وتغير النيوترينوات المضادة نكهتها أو نوعها أثناء انتقالها من خلال عملية تسمى التذبذب.

إنه مثل شراء آيس كريم الشوكولاتة وتحويله إلى فانيليا ثم إلى فراولة أثناء انتقاله من المتجر إلى المنزل إلى الوعاء، كما يقول فيزيائيو فيرميلاب. يشرحاختراع الكم النابوليتان في هذه العملية.

لكن لا يستطيع الفيزيائيون في الواقع “رؤية” مضادات النيوترينو; يمكنهم فقط اكتشاف وجودهم بناءً على تفاعلهم مع الجسيمات الأخرى داخل أجهزة الكشف المصممة بدقة.

“إن مضادات النيوترينوات تتفاعل نادرًا جدًا مع المادة” يشرح تييري لاسير، فيزيائي في MPIK.

“ومع ذلك، عندما يتفاعل شخص ما داخل كاشف Double Chooz، يتم إنتاج إشارة ضوئية مزدوجة مميزة يمكن تمييزها عن أحداث الخلفية.”

للحصول على تشبيه آخر قائم على الطعام، تخيل اصطدامًا بين شاحنة مليئة بالمينتوس وأخرى مليئة بالكولا، مما يخلق قصة منبهة ينبوع الفوران.

عندما أ النيوترينو أو عندما يمر النيوترينو المضاد عبر كاشف Double Chooz، فإنه يصطدم أحيانًا ببروتون داخل “الوميض السائل” الموجود في الغرفة الداخلية للكاشف.

ويولد هذا الاصطدام نيوترونًا وبوزيترونًا المادة المضادة نظيره من الإلكترون. يفنى البوزيترون على الفور بالإلكترون المحيط به، مما يولد وميضًا من الضوء يسهله الوامض.

يتم التقاط النيوترون بواسطة الجادولينيوم، وهو عنصر معدني فضي نادر موجود داخل جهاز الوميض، مما ينتج وميضًا ثانيًا من الضوء لتقديم “مصادقة ثنائية” لحدث مضاد النيوترينو.

يُطلق على هذا الحدث اسم اضمحلال بيتا العكسي (IBD)، ويحدث كثيرًا في المفاعلات أثناء الانشطار من عناصر مثل اليورانيوم والبلوتونيوم. فهو يمثل أكبر مصدر للنيوترينوات المضادة التي يصنعها الإنسان، ويمكن أن يكون تتبع هذا التدفق أمرًا لا يقدر بثمن في توفير المعلومات المتعلقة بالسلامة النووية وربما تحليل التركيب المتغير لمواد الوقود هذه.

في الدراسة، لاحظ الباحثون وجود فائض في أحداث IBD عبر نطاق الطاقة حيث من المرجح أن تصل إشارة الانبعاث المتبقية المطلوبة إلى ذروتها.

خلال 17.2 يومًا من المراقبة تم خلالها إيقاف تشغيل قلب مفاعل تشوز، وجد الباحثون “اتفاقًا جيدًا جدًا” بين أحداث مضادات النيوترينو المقاسة والمتوقعة – على وجه التحديد، 106 ± 18 حدثًا مُقاسًا مقارنة بـ 88 ± 7 حدثًا متوقعًا. قد يمثل هذا أقل من 1% من إشارة التدفق أثناء تشغيل قلب المفاعل.

متعلق ب: لقد كشفت كل تلك التجارب النووية التي مضت منذ عقود شيئًا جديدًا عن جوهر كوكبنا

لا يزال من الممكن تحسين دقة هذه التقنية. إنه حساس للتغيرات الكبيرة في التدفق، لكنه ربما لا يستطيع معرفة ما إذا كان عدد قليل من مجموعات الوقود المستهلك قد اختفى، على سبيل المثال. ملحوظة.

ومع ذلك، بشكل عام، يعد هذا العمل بمثابة دليل لا يقدر بثمن على مفهوم التجارب النووية المباشرة وغير التدخلية، لإثراء المستقبل. الحماية النووية المعايير.

وقد نشر هذا البحث في رسائل المراجعة البدنية.