Всепроникающее излучение поможет следить за работой АЭС дистанционно

Серию экспериментов, которые помогут почти в 1000 раз повысить точность дистанционного контроля ядерных реакторов, провели ученые Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" (НИЯУ МИФИ). Принцип работы устройства, которое может вывести мировую ядерную безопасность на новый уровень, основан на недавно открытом явлении – упругом когерентном рассеянии нейтрино.

Одним из методов надзора за состоянием ядерных реакторов является анализ нейтринного излучения. Он помогает предотвращать хищения ядерного топлива, которое может быть использовано для производства нелегального ядерного оружия. Анализ осуществляется дистанционно, позволяя не вмешиваться в работу АЭС, попавших под подозрения.

"Нейтрино – элементарные частицы, в большом количестве образующиеся при ядерных реакциях. Чтобы гарантировано остановить нейтрино от ядерного реактора, потребуется "стена" из свинца толщиной в световой год, так что они легко проходят сквозь защиту АЭС. По анализу нейтринного излучения мы можем понять как изотопный состав реакции, так и то, что именно сейчас происходит в центре активной зоны реактора", – рассказал руководитель проекта, заведующий межкафедральной лабораторией экспериментальной ядерной физики НИЯУ МИФИ Александр Болоздыня.

Как объяснили специалисты НИЯУ МИФИ, при работе ядерных реакторов как один из продуктов распада ядерного топлива образуется изотоп ²³⁹Pu – так называемый оружейный плутоний. Детекторы нейтринного излучения позволяют обнаружить изъятие этого вещества, зафиксировав изменение изотопного состава активной зоны реактора.

Совершенствуя нейтринный метод контроля, ученые НИЯУ МИФИ работают над созданием принципиально нового типа двухфазных эмиссионных детекторов, опирающихся на эффект упругого когерентного рассеяния нейтрино (УКРН) на тяжелых ядрах. Это явление, предсказанное советскими физиками более 40 лет назад, было открыто только в 2017 году в ускорительном эксперименте.

Использование эффекта УКРН, по словам специалистов НИЯУ МИФИ, позволяет создать детектор, который будет почти в 1000 раз более чувствительным к реакторным нейтрино, чем существующие приборы. Современные детекторы нейтрино – многотонные сооружения, сравнимые по размерам с реактором АЭС, тогда как новый детектор может быть реализован как мобильная установка небольшого размера.

В настоящий момент ученые завершили анализ данных, полученных в ходе второго в истории наблюдения УКРН. По их словам, результаты позволили существенно уточнить теоретическую модель явления. В этот раз в качестве нейтринной мишени использовались относительно легкие ядра аргона.

"Аргон близок по свойствам к ксенону, используемому в нашем экспериментальном детекторе РЭД-100, но при этом во много раз дешевле. Полученные данные показали, что благородные газы могут быть использованы для создания относительно компактных детекторов нейтринного излучения", – объяснил Александр Болоздыня.

По словам специалистов МИФИ, проектируемый ими детектор уже привлек внимание руководства Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), так как его применение позволит сделать ядерную энергетику более безопасной и прозрачной.

Кроме того, как подчеркнули ученые, чувствительность нового детектора вполне позволяет использовать его и в чисто научных целях – например, для анализа нейтринного излучения Солнца или сверхновых звезд, что позволит лучше понять происходящие внутри них процессы.

Уже в следующем году научный коллектив планирует провести первые испытания перспективного детектора на Калининской АЭС.

Работа коллаборации РЭД-100 по исследованию процесса УКРН поддержана грантом РНФ №18-12-00135. Работа по испытанию РЭД-100 с целью разработки технологии эффективного дистанционного контроля активной зоны ядерных реакторов АЭС поддержана АО "Наука и Инновации" госкорпорации Росатом.

Источник: РИА Новости