Kako pronalazite i merite nuklearne čestice, poput antineutrina, koje putuju blizu brzine svetlosti?
Antineutrini su partner antimaterije neutrina, jedne od najneuhvatljivijih i najmanje razumljivih subatomskih čestica u prirodi. Obično se primećuju u blizini nuklearnih reaktora, koji emituju velike količine antineutrina, ali se takođe nalaze u izobilju širom univerzuma kao rezultat prirodne radioaktivnosti Zemlje, pri čemu većina njih potiče od raspadanja kalijuma-40, torijuma-232 i uranijuma. -238 izotopa.
Kada se antineutrino sudari sa protonom, nastaju pozitron i neutron – proces poznat kao inverzni beta raspad (IBD). Ovaj događaj uzrokuje da svetleći materijali svetle, što omogućava otkrivanje ovih antineutrina; a ako se mogu otkriti, mogu se koristiti za proučavanje svojstava jezgra reaktora ili unutrašnjosti Zemlje.
Istraživači u Nacionalnoj laboratoriji Lorens Livermor (LLNL), u partnerstvu sa Eljen Technologi, rade na jednom mogućem rešenju za detekciju – plastičnom, litijum-6 dopiranom scintilatoru za detekciju reaktorskih antineutrina koji predstavlja više od decenije istraživanja nauke o materijalima. Njihovo istraživanje se pojavljuje u časopisu Nuclear Instruments and Methods in Phisics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Ekuipment.
Početkom 2010-ih, naučnik LLNL materijala Natalija Zajceva i njen tim bili su prvi koji su razvili plastični scintilator sposoban za diskriminaciju oblika impulsa (PSD), odnosno, efikasno razlikovanje neutrona od gama zraka (važno za otkrivanje IBD događaja). Nadovezujući se na ovaj rad, nova formulacija plastičnog scintilatora dopiranog litijum-6 je takođe sposobna za PSD.
„Litijum-6 je posebno povoljan, jer pored značajnog poprečnog preseka hvatanja toplotnih neutrona, nudi lokalizovanu lokaciju za hvatanje, dodatno poboljšavajući sposobnost detektora da efikasno odbaci neželjenu pozadinsku buku“, rekao je naučnik LLNL Vjačeslav „Slava“ Li. Ova poboljšana detekcija je omogućena kroz IBD proces.
„Dok se pokazalo da je integracija litijuma-6 u tečne scintilatore izazovan, ali isplativ poduhvat – koji je uspešno demonstrirao PROSPECT, još jedan reaktor-antineutrino eksperiment sa fundamentalnim doprinosom LLNL – postizanje ovoga u čvrstom, kompaktnom i lako prenosivom plastičnom scintilatoru nije bilo uspešno. pre, posebno ne u razmeri pogodnoj za efikasan antineutrino otkrivanje“, rekao je Kristijan Roka, naučnik LLNL-a i odgovarajući autor rada.
U poređenju sa tečnim scintilatorima, koji su decenijama bili standardna tehnologija za detekciju reaktor-antineutrina, plastični scintilatori nude superiornu sigurnost i mobilnost sa manje regulatornih i praktičnih ograničenja koja se obično postavljaju na tečne scintilatore i njihovo radno okruženje.
Da bi scintilator (komercijalno poznat kao EJ-299-50) pripremili za tržište, istraživači u LLNL-ovoj grupi za otkrivanje retkih događaja sproveli su seriju karakterizacionih merenja performansi materijala u sistemu detektora velikih razmera.
Skoro šest meseci, istraživači su proučavali proces starenja ovih scintilatora kako bi osigurali dugoročnu stabilnost plastike. Nakon što su demonstrirali pouzdane optičke performanse i mogućnosti identifikacije neutrona EJ-299-50 tokom tog vremena, istraživači su instalirali 36 plastičnih scintilatora u konfiguraciji mreže 6 × 6 na sistemu za detekciju koji se zove Reactor Operations Antineutrino Detection Surface Testbed Rover (ROADSTR). Naredna studija je trenutno u toku kako bi se procenio učinak ROADSTR-a sa ovim šipkama.
Otkrijte najnovije u nauci, tehnologiji i prostoru sa preko 100.000 pretplatnika koji se oslanjaju na Phis.org za dnevne uvide.
Prijavite se za naš besplatni bilten i dobijajte novosti o otkrićima,
inovacije i istraživanja koja su važna – dnevno ili nedeljno.
Pored rada na scintilatorima, naučnici iz grupe za otkrivanje retkih događaja sarađuju sa istraživačima na Univerzitetu Havaji kako bi poboljšali osetljivost detektora na smer; odnosno sposobnost određivanja pravca nadolazećeg antineutrina u odnosu na detektor. Ove informacije se mogu izdvojiti povezivanjem događaja koji se dešavaju tokom IBD reakcije i posebno su korisne u ograničavanju nelegalne proizvodnje materijala za oružje.
Istraživanje tima, objavljeno u Phisical Reviev Applied i podržano od strane Konzorcijuma za praćenje, tehnologiju i verifikaciju, istražuje različite dizajne detektora, otkrivajući da određene geometrije detektora nadmašuju druge u smislu rezolucije usmerenosti.
Sa primenama u zaštiti i nadzoru reaktora, kao i u domovinskoj bezbednosti i neširenju nuklearnog oružja, ovi kombinovani istraživački napori otvaraju vrata novoj eri detekcije antineutrina.
