Jaderný reaktor po odstavení nepřestává okamžitě vysílat antineutrina, částice vznikající při radioaktivních přeměnách produktů štěpení. Tým experimentu Double Chooz nyní tento velmi slabý zbytkový signál poprvé přímo změřil. Podle studie zveřejněné v časopise Physical Review Letters pocházelo záření jak z paliva, které zůstalo v odstavených reaktorových aktivech, tak z dříve vyjmutých palivových souborů uložených v blízkých chladicích bazénech.
Měření se uskutečnilo u elektrárny Chooz B ve francouzských Ardenách, která má dva tlakovodní reaktory o tepelném výkonu 4,25 GW každý. Experiment Double Chooz původně vznikl pro výzkum oscilací neutrin, tedy jevu, při němž se tyto částice během letu mění mezi svými typy. Jeho bližší detektor leží průměrně 400 m od reaktorů, vzdálenější pak 1,05 km. Pro novou analýzu badatelé využili čtyři úseky z roku 2017, kdy byly oba bloky současně mimo provoz kvůli údržbě nebo výměně paliva.
Po započtení času, kdy detektor nemohl sbírat data kvůli ochraně před částicemi kosmického záření, měl bližší přístroj k dispozici 17,2 dne pozorování. Antineutrina hledal prostřednictvím takzvaného inverzního beta rozpadu. Při této vzácné interakci antineutrino reaguje s protonem v kapalném scintilátoru, materiálu vydávajícím při průchodu nabité částice slabé světelné záblesky. Vzniká přitom dvojice časově navazujících signálů: nejprve od pozitronu a později od zachycení neutronu. Právě tato kombinace pomáhá odlišit hledané události od radioaktivního a kosmického pozadí.
Nejvýraznější stopu vědci našli v energetickém rozmezí 1 až 3 MeV. Po odečtení pozadí zde zaznamenali 106 ± 18 kandidátních událostí, což odpovídá statistické významnosti 5,9 směrodatné odchylky oproti hypotéze, že žádný zbytkový signál neexistuje. Model předpovídal 88 ± 7 událostí. Ve vzdálenějším detektoru se objevil menší přebytek 27 ± 13 událostí při očekávání 14 ± 1; kvůli větší vzdálenosti však tento výsledek neměl srovnatelnou statistickou sílu. Nad energií 3 MeV naopak analýza významný přebytek nenalezla.
Stopa produktů štěpení
Za běžného provozu vzniká většina reaktorových antineutrin bezprostředně v řetězci přeměn neutronově bohatých produktů štěpení uranu a plutonia. Po zastavení řetězové reakce rychle ubývají izotopy s krátkým poločasem přeměny, avšak některé radionuklidy zůstávají v palivu déle. Jejich rozpady nadále produkují antineutrina, byť jejich tok bývá menší než jedno procento signálu z pracujícího reaktoru. Energie zbytkových antineutrin zároveň postupně klesá, a jejich detekce je proto náročnější.
Autoři vytvořili detailní výpočet pro jednotlivé palivové soubory. Zahrnuli jejich historii v reaktoru, výkon, kterému byly vystaveny, přestávky mezi palivovými cykly i dobu chlazení po vyjmutí. Modeloval také radioaktivní přeměny štěpných produktů a odezvu samotného detektoru. Pro souhrn všech sledovaných odstávek připisoval 56 % očekávaného signálu palivu ponechanému v reaktorových nádobách a 44 % palivu v bazénech. Přibližně 98,7 % předpovězeného zbytkového toku mělo ležet pod 3 MeV, tedy právě v oblasti, kde se naměřený přebytek objevil.
Výsledek neznamená, že současné antineutrinové detektory dokážou rutinně kontrolovat každý odstavený reaktor. Šlo o velký podzemní přístroj, který využil neobvyklou situaci souběžné odstávky obou bloků a metody dlouhodobě vyvíjené pro základní fyzikální výzkum. Studie však experimentálně ověřila výpočty zbytkového toku z paliva a ukázala, že antineutrina by v budoucnu mohla doplnit nástroje pro nezávislé sledování stavu odstavených reaktorů nebo evidence vyhořelého paliva. Praktické využití by vyžadovalo další měření i menší detektory s dostatečně nízkým pozadím.
Zdroj: ScienceDaily
Tento článek byl vytvořen s pomocí umělé inteligence a redakčně zkontrolován.