Nya vetenskapliga fynd tyder på att neutrinodetektorer kan spela en viktig roll för att säkerställa bättre övervakning och säkrare lagring av radioaktivt material i kärnkärlsförvar. Forskare vid Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) i Tyskland har gjort beräkningar för att fastställa den neutrino strålning som använt kärnbränsle släpper ut. Deras siffror visar att neutrinodetektorer kan vara användbara i vissa scenarier.

Neutrinos genomgår nästan ingen interaktion med materia, och så kan de tränga in praktiskt taget obehindrat genom jorden och alla konstgjorda sköldar. "Varje sekund, cirka 100 miljarder neutrinoer per kvadratcentimeter slår jorden från solen, både dag och natt. Eftersom neutrinoer bara svagt interagerar med materia, de är bland de svåraste elementära partiklarna att upptäcka, "sade professor Joachim Kopp från Mainz -universitetet. Kopp är expert på teoretisk neutrinofysik.

Betaförfallet av radioaktiva klyvningsprodukter genererar neutrinoer i mycket stora mängder. Dock, en minsta energi på 1,8 mega-elektronvolt krävs för att detektera dessa partiklar via processen med invers beta-sönderfall. Först då kan de registreras i en scintillationsdetektor, en tank fylld med speciella mineraloljor. Högenergipartiklarna interagerar med protonerna i tanken, avger en karakteristisk ljussignal.

Sådana neutrinodetektorer används redan experimentellt för att övervaka kärnkraftverk medan de är i drift. Dock, för övervakning av lagrat kärnavfall finns, hittills, inga detektorer. "Driftreaktorer producerar betydligt fler neutrinoer än avvecklade reaktorer eller lagrat radioaktivt material, "förklarade Kopp, noterar att övervakning av var kärnavfallet är särskilt viktigt för närvarande av säkerhetsskäl.

För deras papper i Fysisk granskning tillämpad , Joachim Kopp och Vedran Brdar från JGU och Patrick Huber från Virginia Tech i USA beräknade först neutrinoflödet från radioaktivt strontium-90 och andra klyvningsprodukter i använt kärnbränsle. De övervägde sedan flera scenarier som beskriver hur eller var utsläppen kan detekteras.

I en av dessa, en lämplig detektor skulle vara särskilt användbar för övervakning av överjordiska lagringsanläggningar, till exempel, på plats vid kärnkraftverk. En neutrino -detektor i det här scenariot kunde upptäcka om radioaktivt material hade tagits bort utan att dokumenteras. Enligt beräkningarna, mätningar med en detektor med en kapacitet på 40 ton skulle behöva köras i ungefär ett år. "Det låter som en lång tid, men allt som skulle krävas skulle vara att placera detektorn och vänta. Den stora fördelen är att vi kan verifiera innehållet i en behållare utan att behöva öppna den, "sa Kopp. Det brukar vara tillräckligt att placera detektorn 10 till 100 meter bort, till exempel, på en släpvagn. Enligt Kopp, denna metod kan vara särskilt lämplig för att försöka säkerställa icke-spridning av material av kärnvapen, därför har Europeiska atomenergigemenskapen EURATOM redan uttryckt intresse för denna forskning.

I ett andra scenario, fysikerna föreslår ett scenario där underjordiska arkiv övervakas, ger som exempel den föreslagna platsen för Yucca Mountain -förvar i Nevada. I den här situationen, signifikant neutrinoflöde skulle detekteras, även på ytan av en liten 10-tonstank. "Dock, några realistiska faror, som att rymma mycket små mängder radioaktivt material, skulle tyvärr inte upptäckas, sa Kopp.

Ett tredje scenario som forskarna övervägde i sina beräkningar var att upptäcka ofullständigt dokumenterade lagringsanläggningar, som de på Hanford -webbplatsen, ett nu nedlagt kärnkomplex i den amerikanska delstaten Washington från det kalla kriget. "I detta fall, den nuvarande detektortekniken är fortfarande inte helt tillräcklig, bland annat för att kosmisk strålning snedvrider mätningarna, "sa Kopp. Men de första prototyperna för sådana detektorer som undviker detta problem finns redan.