Ett stort forskningsprojekt mellan Storbritannien och USA för att utnyttja befintliga forskningstekniker för partikelfysik för att fjärrövervaka kärnreaktorer har lanserats med hjälp av forskare vid University of Sheffield.

Förväntas vara i drift från 2022 efter att ha beviljats ​​ny finansiering på nästan 10 miljoner pund från UK Research and Innovations nya fond för internationellt samarbete, Advanced Instrumentation Testbed (AIT) -projektets 6, 500 ton detektor kommer att mäta de ofarliga subatomära partiklarna som kallas antineutrinos som avges från ett befintligt kärnkraftverk 25 kilometer bort.

Projektet kommer att testa om tekniken kan skalas upp i framtiden för mer avlägsen övervakning av kärnkraftsanläggningar. Om det lyckas, detta kan förbättra den globala säkerheten. Bättre förståelse av neutrinoer och antineutrinos skulle också hjälpa till att lösa några av mysterierna kring skapandet av universum.

AIT -detektorn kallas WATCHMAN, en förkortning för WATer CHerenkov Monitor of ANtineutrinos.

Det kommer att byggas 1,1 kilometer under jorden vid ICL Boulby -gruvan i North Yorkshire - den djupaste gruvan i Europa. AIT-WATCHMAN kommer att få stöd av Boulby Underground Laboratory, en befintlig tvärvetenskaplig djup underjordisk vetenskapsanläggning som drivs av Storbritanniens Science and Technology Facilities Council (STFC).

Riklig i hela universum, och skapad av vår egen sol och andra stjärnor, neutrinoer är bland de svåraste grundläggande partiklarna att studera, eftersom de inte bär någon elektrisk laddning och sällan interagerar med vanligt material. Att studera neutrinos och antineutrinos egenskaper är en viktig komponent i bredare fysikforskning om universums ursprung, särskilt den uppenbara obalansen mellan materia och antimateria.

Professor Mark Thomson är verkställande ordförande för Science and Technology Facilities Council som övervakar leveransen av projektet i Storbritannien. Han sa:"Storbritannien och USA har en lång historia av vetenskapligt samarbete, särskilt när det gäller att översätta de tekniker som används för grundvetenskap för att lösa verkliga problem.

"Detta projekt kommer inte bara att bidra till att förbättra det globala säkerhetssamarbetet, det kommer också att ge ett lyft åt gemensamma forskningsinsatser om neutrinoer och antineutrinos - forskning som kan hjälpa till att lösa några av mysterierna kring skapandet av universum. "

Sedan 2016 har University of Sheffield har varit Storbritanniens ledande akademiska institution inom AIT-WATCHMAN-projektet. Fysiker från University of Sheffield har arbetat tillsammans med medarbetare från universiteten i Edinburgh och Liverpool, liksom nationella försvars- och säkerhetsorgan, inklusive etableringen av atomvapen, om projektet AIT-WATCHMAN.

Dr Matthew Malek från University of Sheffield är den akademiska huvudutredaren för Storbritannien. Dr Malek sa:"Det fina med AIT-WATCHMAN är att det gör att vi kan lära oss mer om universum på så många plan, samtidigt som det stöder ett innovativt program för icke-spridning. Vi kommer att studera en av naturens grundläggande byggstenar, neutrino, och vi kommer att använda den för att söka efter supernovor i andra delar av vår galax.

"På samma gång, vi utvecklar nya tekniker som kommer att ha en positiv inverkan på Storbritannien och resten av världen. "

Dr Adam Bernstein från Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) i Kalifornien är projektledare för AIT-WATCHMAN. Han sa:"ICL-Boulby-webbplatsen för AIT, med sin närhet till ett befintligt reaktorkomplex, är den perfekta platsen för vårt experiment.

"WATCHMAN och AIT ger fysiken och icke-spridningssamhällen ett sällsynt tillfälle att arbeta tillsammans för att utnyttja neutrinodetektering för det praktiska syftet att icke-påträngande övervaka kärnreaktorer."

Professor Sean Paling är hedersprofessor vid University of Sheffield samt direktör för det befintliga STFC Underground Science Laboratory vid ICL Boulby Mine. Professor Paling tillade:"Det är fantastiskt att detta forskningsprojekt i världsklass kommer till Storbritannien och Nordöstra regionen. Boulby är en speciell plats för vetenskap i Storbritannien och stöder redan en rad rena och tillämpade vetenskapliga studier från astrofysik till studier av livet på jorden och därefter.

"Detta nya projekt kommer att komplettera och förbättra det befintliga programmet och öka laboratoriets ställning i det internationella vetenskapssamhället."