Wyobraźmy sobie, że reaktor jądrowy, który przestaje generować energię, nadal wysyła subtelne sygnały o swoim stanie. Okazuje się, że tak właśnie jest! Naukowcy pod kierownictwem dr. Anthony’ego Onillona i dr. Thierry’ego Lasserre’a z MPIK udowodnili, że detektory są w stanie identyfikować ten słaby strumień antyneutrin powstający w wyniku rozpadu promieniotwórczego, nawet gdy reaktory nie pracują. Antyneutrina, czyli antycząstki neutrin, są niezwykle ulotne i rzadko wchodzą w interakcje z materią, co czyni ich detekcję niezwykle trudną, ale jednocześnie czyni je idealnymi nośnikami informacji o procesach zachodzących głęboko wewnątrz reaktora, niezależnie od konwencjonalnych metod monitoringu.
Sekrety ukryte 400 metrów pod ziemią
Pomiarów dokonano w elektrowni jądrowej Chooz w północnej Francji, wykorzystując do tego detektor Double Chooz. To niezwykłe urządzenie jest zainstalowane około 400 metrów pod ziemią, w równiej odległości od dwóch rdzeni reaktorów. Sercem detektora jest ponad 30 metrów sześciennych płynnego scyntylatora – materiału, który emituje maleńkie błyski światła, gdy uderzy w niego antyneutrino. Choć antyneutrina oddziałują z materią niezwykle rzadko, fizycy potrafią zidentyfikować ich obecność poprzez charakterystyczny podwójny sygnał świetlny, który pozwala odróżnić je od szumu tła.
Czytaj także: Historyczne nagranie przedstawia najbardziej nieuchwytne cząstki we wszechświecie. To nie miało prawa się wydarzyć
W ramach projektu zespół przeanalizował dane zbierane przez 17,2 dnia, kiedy obie jednostki reaktora były całkowicie wyłączone. W tym okresie detektor zarejestrował około 100 zdarzeń kandydujących na antyneutrina, pochodzących z rozpadu promieniotwórczego w rdzeniach reaktorów i pobliskich basenach chłodzących zużyte paliwo. Sygnał ten zadziwiająco precyzyjnie pasował do szczegółowych symulacji dotyczących pozostałego paliwa jądrowego i rozpadu długotrwałych produktów rozszczepienia. Jest to pierwsze bezpośrednie eksperymentalne potwierdzenie teoretycznych przewidywań dotyczących emisji antyneutrin z wyłączonych reaktorów i zużytego paliwa jądrowego.
Jak podkreślił dr Onillon: “Wykrycie tego śladowego sygnału po wyłączeniu wymagało wyjątkowo niskiego tła i niezwykle precyzyjnych technik analitycznych, rozwijanych przez współpracę Double Chooz przez wiele lat.”
Nowa era bezpieczeństwa jądrowego
Odkrycia te sugerują, że detektory antyneutrin mogą stać się niezastąpionym narzędziem nie tylko podczas normalnej pracy reaktorów, ale także w trakcie przerw na tankowanie, prac konserwacyjnych oraz podczas długoterminowego przechowywania zużytego paliwa jądrowego. Mogą one zapewnić niezależną metodę weryfikacji, czy reaktor pracuje, oraz pomóc w potwierdzaniu zapasów zużytego paliwa, bez polegania wyłącznie na konwencjonalnych metodach inspekcji.
Zainteresowanie tym podejściem już rośnie – wyniki eksperymentu JUNO-TAO, zaprezentowane na konferencji Neutrino 2026, również dotyczyły detekcji antyneutrin emitowanych przez zużyte paliwo jądrowe podczas przestojów reaktorów. Pomiar Double Chooz stanowi teraz pierwszy opublikowany punkt odniesienia dla tych wysiłków.
Co ciekawe, detektor Double Chooz został pierwotnie stworzony do badania oscylacji neutrin i odegrał kluczową rolę w pomiarze kąta mieszania neutrin θ13, jednego z fundamentalnych parametrów rządzących tym, jak neutrina zmieniają swoje typy podczas podróży w przestrzeni. Teraz udowodnił swoje nowe, nieocenione zdolności wykraczające poza pierwotną misję. Badanie zostało opublikowane w prestiżowym czasopiśmie “Physical Review Letters”.
