Yüzlerce kilometre uzaktan nükleer silahları tespit edebilen dedektör geliştirildi

Nükleer reaktörlerin karbon sıfır bir gelecek için tartışıldığı günümüzde, reaktörlerin nükleer silah geliştirmeyi örtbas etmek için kullanılması konusunda endişeler bulunuyor.

Hem nükleer silahlar hem de nükleer yakıt uranyum kullanıyor ancak aralarındaki fark, yakıttaki parçalanan malzemenin zenginleştirilme oranı. Nükleer yakıt %5'in altında zenginleştirilirken, nükleer bir bombadaki zenginleştirme oranı %90'ı aşıyor.

Antinötrinolarla nükleer reaktörler tespit edilebiliyor

Araştırmacılar, antinötrino sayısını ölçerek bir nükleer reaktörün varlığını, dedektörden uzaklığını ve çalışma döngüsünü belirleyebiliyor. Maddedeki nötrinolar gibi, antinötrinolar da atomdaki yüksüz parçacıklardır ve neredeyse sıfır kütleye sahiptirler ancak antimaddede bulunurlar. Antinötrinolar çoğunlukla nükleer reaksiyonlar sırasında oluşurlar.

Sheffield Üniversitesi'nde araştırma görevlisi olan Steve Wilson, tipik bir 3 GW'lık santralde yaklaşık 10^20 (10 üzeri 20) antinötrino üretildiğini belirtiyor. Bu parçaçıklar çok nadiren etkileşime girdikleri için, prensipte sonsuz mesafe gidebilirler. Araştırmacılar, antinötrinoları yakalayarak yakıtın tam izotopunu ve reaktörün operasyonel döngüsünü belirleyebilirler.

Ayrıca Bkz.ABD, “4. Nesil” ilk nükleer reaktörü için inşaata başladı

Nasıl tespit ediliyor?

Araştırmacılar, antinötrinoları yakalamak için Chernekov radyasyonunun iyi bilinen fenomeninden yararlandılar. Wilson şöyle açıklıyor: "Elektron gibi yüklü bir parçacık, su gibi bir ortamda ışık hızından daha hızlı hareket ettiğinde, ışık yavaşlar, ancak antinötrino yavaşlamaz. Antinötrino, elektronun antiparçacığı olan bir pozitronun ışık hızından kısa bir süre daha hızlı hareket etmesine neden olur. Bu, bir ses patlamasına benzer, gözlemlenebilen bir mavi ışık konisi üretir. Bu etkiyi gözlemlemek, bir nötrinonun etkileşime girmiş olabileceğini gösterir."

Araştırmacılar bu amaçla, çapı ve yüksekliği 22 metre olan ve birkaç bin ton su ve organik bir sıvı sintilatörü içerecek bir antinötrino dedektörü tasarladılar.

Kozmik ışınlar tespiti zorlaştırıyor

Ancak, evrendeki kozmik ışınların gözlemleri etkileyebileceği belirtiliyor. Kozmik ışınlar Dünya'nın üst atmosferiyle etkileşime girdiğinde, müon adı verilen parçacıklar üretiyor. Bu müonlar dedektöre ulaştığında, içinden geçerek Cherenkov radyasyonundan büyük bir ışık izi bırakıyorlar. Ayrıca müonlar dedektördeki molekülleri parçalayabilir ve kırık parçacığın kararsız ve radyoaktif olarak bozunan parçalarını bırakabilirler. Bu bozunma, bir antinötrinonun ürettiği bozunmaya çok benzediğinden gözlemleri etkileyebilir.

Wilson, bu boyuttaki bir dedektörün 100 milyon doların üstünde bir maliyete sahip olabileceğini söylüyor. Ancak şimdilik araştırmacı, böyle bir dedektörün nasıl kullanılabileceği konusunda tartışmaların yapılmasını değerli buluyor.