位于加里宁核电站的DANSS实验中,俄罗斯物理学家利用反应堆反中微子追踪反应堆功率和核燃料成分的变化,精度与传统方法相当,相关研究发表于《物理快报B》。
传统上,核反应堆运行监测依靠多个传感器和探测器测量热功率与燃料状态,但这些方法可能存在系统误差,开发独立监测方法对提升反应堆安全性与准确性至关重要。反中微子流是可行方法之一,它由核裂变产物衰变直接产生,可自由逸出反应堆。不过,记录中微子和反中微子难度极大,科学家不断开发新方法、改进探测器,如近期成功利用锗探测器记录反应堆反中微子的弹性相干散射。
此次,由俄罗斯科学院列别捷夫物理研究所米哈伊尔·达尼洛夫和俄罗斯科学院核研究所马克·希尔琴科领导的DANSS惰性中微子搜索实验团队取得重要成果。他们使用安装在加里宁核电站一座反应堆活动区下方的探测器,该探测器每天能记录约五千次反中微子引起的逆β衰变事件。它由2500个基于塑料闪烁体的计数器组成,总灵敏体积约一立方米,置于可移动平台,可改变与反应堆的距离。
物理学家对实验七年的数据进行分析,结果显示,由反中微子通量确定的反应堆功率相对变化与标准测量系统读数完全一致,精度约1%;借助反中微子,还能直接从探测到的粒子谱中独立确定反应堆核心中铀235和钚239裂变的比例,数据与核电站计算结果一致,误差不超过3%。
科学家称,研究结果证明了利用中微子方法监测反应堆运行的潜力,该方法既能提高核电站运行参数的安全性与准确性,也可用于国际核武器不扩散控制,直接监测反应堆中武器级钚的生产。