Письмо ректору


Новости университета



10.08.2017

Открыт новый тип взаимодействия нейтрино с веществом. Что дальше?

В журнале Science появилась статья, в которой сообщается об открытии эффекта когерентного упругого рассеяния нейтрино на ядрах, теоретически предсказанного 43 года назад. Эксперимент поставлен научной коллаборацией COHERENT, в состав которой входят 80 физиков из 19 институтов и университетов четырёх стран. Российскую Федерацию в этом эксперименте представляют физики Лаборатории экспериментальной ядерной физики Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" и Института теоретической и экспериментальной физики НИЦ "Курчатовский институт".

Когерентное упругое рассеяние нейтрино на ядрах играет важную роль в эволюции Вселенной. Это квантовый эффект, который сильнее всего проявляется тогда, когда длина волны нейтрино сравнима с размером атомного ядра. Поэтому эксперимент ставится с нейтрино относительно низких энергий (не более нескольких десятков МэВ) на детекторе-мишени с большим размером ядра (большим атомным номером). Вероятность эффекта пропорциональна квадрату числа нейтронов в ядре. Цена, которую приходится платить за относительно большую вероятность такого процесса – чрезвычайно маленькая энергия ядра отдачи, то есть очень слабый сигнал.

Российскими физиками для постановки эксперимента по обнаружению этого эффекта был специально разработан и построен уникальный сверхчувствительный нейтринный детектор нового поколения РЭД-100 с 200 кг жидкого ксенона в качестве рабочего вещества. Первоначальный план эксперимента предполагал совмещение лучшего "ловца нейтрино" (РЭД-100) с лучшим "поставщиком нейтрино" (ускорительной установкой Spallation Neutron Source Оак-Риджской национальной лаборатории США). Однако по совокупности не зависящих от учёных причин РЭД-100 так и не поехал в США и тогда, для регистрации нейтрино был задействован более простой детектор, применение которого, тем не менее, привело к наблюдению эффекта. 

фото в текст.jpg

Что же теперь? В России будет бездействовать самый продвинутый нейтринный детектор? Поясняет заведующий Лабораторией экспериментальной ядерной физики НИЯУ МИФИ, профессор Александр Болоздыня: "Мы изначально планировали постановку эксперимента с РЭД-100 в потоке нейтрино от энергетического реактора Калининской атомной электростанции. Однако в результате общения с нашими коллегами из коллаборации COHERENT появилось намерение воспользоваться SNS, так как постановка эксперимента с импульсным источником нейтрино удобнее для первоначального наблюдения эффекта. Но теперь, когда получено доказательство существования эффекта, стоит задача более детального исследования эффекта в чистом потоке электронных антинейтрино от ядерного реактора. Кроме того, открывается перспектива важного практического применения такого рода детекторов, что дополнительно требует специального изучения".

Почему российские физики из МИФИ изменили свое намерение впервые увидеть столкновения ядер с нейтрино на реакторе Калининской атомной электростанции? Может, это связано с потоком нейтрино на SNS? Нет, поток нейтрино на реакторе Калининской атомной электростанции гораздо мощнее. Однако американская установка позволяла легче отделить сигнал от фона, так как поток нейтрино в ней носит импульсных характер. Это можно сравнить с поиском дома на улице незнакомого города: все дома на первый взгляд одинаковы, а точного адреса у вас нет. Зато известно время, за которое вы должны доехать до нужного объекта, что в значительной степени облегчает задачу поиска нужного дома.

При всех достоинствах SNS как источника нейтрино, у этой установки есть и существенный недостаток. Он заключается в том, что там рождаются три разных типов нейтрино (мюонные нейтрино и антинейтрино и электронные нейтрино), а с каким именно происходит исследуемое взаимодействие, понять очень трудно. Другое дело ядерный реактор - он производит нейтрино только одного типа (электронные антинейтрино), причем на SNS этих нейтрино практически нет. Задача ближайшего времени понятна: поставить супер-чувствительный нейтринный детектор РЭД-100 в поток нейтрино от энергетического реактора Калининской атомной электростанции и понять, какие именно типы взаимодействий свойственны такому типу нейтрино.

Кроме чисто научного интереса, есть другие интересные возможности применения детекторов такого типа.

"С помощью детекторов типа РЭД-100 можно независимо контролировать содержание плутония-239 в активной зоне реактора, не "залезая" в атомный реактор. Допустим, российское руководство договорилось о том, чтобы построить АЭС в другой стране. Кроме реактора, мы поставляем туда топливо и забираем отработанное. При этом сторона, эксплуатирующая АЭС, обязуется не трогать ядерное топливо. До настоящего времени нам ничего не оставалось, как только верить той стороне на слово. Теперь же мы можем представить, что с помощью нейтринного детектора типа РЭД-100, можно дистанционно контролировать состояние активной зоны реактора и следить за содержанием накапливающегося в отработанном топливе плутония-239, чрезвычайно эффективного для создания ядерного оружия. Тем самым будут поддержаны международные усилия по обеспечению режима нераспространения ядерного оружия, — поясняет Александр Болоздыня — Если произойдет несанкционированное изъятие плутония-239, с помощью детектора это будет неизбежно обнаружено. Представители МАГАТЭ очень заинтересовались нашей разработкой и ждут продолжения работ в этом направлении".


Количество показов: 375

Возврат к списку


Добавить комментарий