5月25日,美国研究人员开发出一种利用小型反中微子探测器探测未来聚变反应堆中非法生产的极少量钚及其他重同位素的方法。该研究由弗吉尼亚理工大学教授帕特里克·胡伯领导的物理学家团队完成,成果发表在《物理评论应用》杂志上。
研究指出,聚变反应堆将是未来无碳能源的基础,但理论上这些系统也可用于生产武器级裂变材料。从防扩散角度来看,聚变反应堆目前被视为比传统核反应堆更安全的替代方案,但其产生的强大中子流可将铀-238和钍-232转化为具有潜在武器用途的元素。理论上,铀或钍的颗粒或化合物可能在聚变反应堆冷却系统中不被检测到,使不法分子能够在短短一周内获得数十公斤钚或铀-233,这些物质可用于制造核弹头和热核弹头。
针对这一风险,研究团队计算了小型1.5吉瓦聚变反应堆产生的中子通量与锂铅冷却剂或氟锂铍盐中铀-238原子的相互作用。结果表明,在两种情况下,中子、铀-238和其他放射性核素之间的相互作用都会产生大量具有独特能谱结构的反中微子。研究发现,即使在相对较小的钚生产规模下,这些粒子也可以被重量仅一吨的紧凑型反中微子探测器探测到,并与自然过程产生的反中微子区分开来。
研究团队表示,即使使用小型反中微子探测器,原则上也可以检测到聚变反应堆被非法用于生产核材料的行为,此类装置将有助于确保清洁能源设施的核安全。
目前,托卡马克和仿星器是制造聚变反应堆最具实用价值的两种方法,其中托卡马克距离实际应用更为接近,国际热核聚变实验堆(ITER)项目正在法国建设,俄罗斯、欧盟、美国、中国等多国科学家参与其中。