Физиктер антинейтрино арқылы тоқтатылған реакторларды бақылауды үйренді

Нәтиже тек ғылым үшін ғана қызықты емес: ол өшірілген реактордың ішінде не болып жатқанын оны физикалық түрде ашпай-ақ тексерудің түбегейлі жаңа тәсілін көрсетеді.

Мәні қысқаша

• Халықаралық физиктер тобы алғаш рет Chooz антинейтрино детекторын тоқтатылған ядролық реакторлар мен пайдаланылған отынды бақылау үшін қолданды, деп хабарлады неміс Ядролық физика институтының баспасөз қызметі, Атомная энергия 2.0 жазады.
• Реакторлар тоқтатылғаннан кейін бір апта ішінде детекторлар пайдаланылған отындағы бөлшектердің ыдырауы кезінде пайда болған шамамен 100 антинейтриноны тіркеді — бұл деректер теориялық есептеулермен сәйкес келді.
• Әдіс тоқтатылған реактордан плутоний немесе басқа ауыр изотоптар алынбағанын, отынның өзіне физикалық қол жеткізбестен, қашықтан тексеру мүмкіндігін ашады.
• Эксперимент Франциядағы «Шо» (Chooz) АЭС-індегі Double Chooz қондырғысында жүргізілуде, онда физиктер, оның ішінде ресейлік ғалымдар 2011 жылдан бері бақылау жүргізіп келеді.

Антинейтрино дегеніміз не және оларды неге жер астында аулайды

Антинейтрино — бұл Әлемдегі ең қиын ұсталатын бөлшектердің бірі нейтриноның антибөлшегі: оның массасы дерлік жоқ, электр зарядын тасымалдамайды және затпен ешқашан әрекеттеспей, тұтас планеталар арқылы ұша алады. Дәл осы ерекшелік антинейтриноны бір мезгілде тіркеу үшін өте күрделі нысанға да, ерекше сенімді индикаторға да айналдырады: бөлшек ештеңемен әрекеттеспейтіндіктен, оны экрандау немесе оның көзі туралы сигналды бұрмалау мүмкін емес. Double Chooz детекторлары 2011 жылы-ақ француздық «Шо» АЭС-інің жанында үлкен тереңдікте орналастырылды — қауіпсіздікті бақылау үшін емес, нейтрино осцилляцияларын, яғни нейтриноның бір түрінің екінші түріне айналуын зерттеу үшін, бұл сайып келгенде физиктерге бұл бөлшектердің нөлдік емес массасының бар екенін дәлелдеуге көмектесті. Жер астында орналасу сезімтал жабдықты ғарыштық сәулелерден қорғайды, әйтпесе олар реактордан келетін сирек және әлсіз сигналды басып тастайтын фондық шуды тудырар еді.

Антинейтрино ядролық отын құрамын қалай ашады

Ядролық отын реактор жұмысы барысында өзінің изотоптық құрамын біртіндеп өзгертеді: уран жұмсалады, ал оның ыдырауының ұзақ өмір сүретін өнімдерінің үлесі болжамды түрде өседі. Осы тұрақсыз атомдардың әрқайсысы ыдырау кезінде антинейтрино шығарады, ал отын жанған сайын бұл ағынның сипаты өзгереді — әрі ол соншалықты заңды түрде өзгереді, оны алдын ала есептеп, нақты бақылаулармен салыстыруға болады. Физиктердің идеясы дәл осы принципке негізделген: егер тоқтатылған реактордан келетін нақты антинейтрино ағыны есептік мәннен ауытқыса, бұл отынның бір бөлігі — атап айтқанда, ядролық қару жасауға жарамды плутоний — рұқсатсыз алынғанын білдіруі мүмкін.

Бұл ядролық қауіпсіздік үшін неге маңызды

Осы экспериментке дейін мұндай барлық өлшеулер тек жұмыс істеп тұрған реакторларда жүргізілді, онда антинейтрино ағыны айтарлықтай қарқынды және тіркеуге оңай. Ядролық физика институтының ғылыми қызметкері Энтони Онийон дәл Double Chooz аясында әзірленген талдау әдістері мен өте төмен фондық деңгей алғаш рет тоқтатылған реактор мен пайдаланылған отыннан келетін әрең байқалатын сигналды анықтауға мүмкіндік бергенін атап өтті. Ашылудың практикалық маңызы — ядролық кепілдіктердің жаңа құралын құру перспективасында: бүгінде пайдаланылған отын мен өшірілген реакторларды бақылау инспекторлардың нысанға физикалық қол жеткізуін талап етеді, ал антинейтрино детекторлары теориялық тұрғыдан мұндай бақылаудың бір бөлігін қашықтан және үздіксіз жүргізуге, әр жолы инспекцияға рұқсат алу қажеттілігінсіз мүмкіндік береді.

Бұл Қазақстан үшін неге маңызды

Өзінің алғашқы АЭС-ін салуға дайындалып жатқан ел үшін мұндай әзірлемелер, тіпті оларды қазақстандық реакторға қолдану жақын арада мүмкін болмаса да, ұзақ мерзімді перспективада өзекті. Кез келген атом станциясы ерте ме, кеш пе пайдаланылған отынмен жұмыс істеу мәселесіне және МАГАТЭ алдындағы ядролық кепілдіктер бойынша міндеттемелерге тап болады — Балқаштағы болашақ ВВЭР-1200 реакторы сәйкес келуі тиіс қолданыстағы стандарттар дәл осыған нұсқайды. Антинейтрино мониторингі сияқты технологиялар дәстүрлі инспекцияларды алмастырмайды, бірақ Қазақстанның алдында сәулелендірілген отынмен жұмыс істеудің өзіндік практикалық мәселелері тұрған кезде ядролық нысандарды бақылау жүйесі қай бағытта дами алатынын көрсетеді.

Авторлық қорытынды

Chooz эксперименті — іргелі физиканың күтпеген жерден қолданбалы қолданыс табуының жақсы мысалы: элементар бөлшектердің қасиеттерін зерттеу үшін салынған детекторлар бір жарым онжылдықтан кейін мүлдем басқа міндет — ядролық қауіпсіздік үшін пайдалы болып шықты. Әзірге нәтиже тек бір нақты қондырғы үшін расталды және басқа реакторларда қосымша тексеруді қажет етеді, бірақ принциптің өзі — жабық реактордың құрамын ол шығаратын іс жүзінде ұсталмайтын бөлшектер бойынша бағалау — уақыт өте келе халықаралық инспекторлардың бүкіл әлемдегі ядролық нысандарды бақылау тәсілін өзгертуге қабілетті.