Антинейтрино от уранового реактора: новые открытия и загадки

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Антинейтрино — это элементарные частицы, которые обладают очень маленькой массой и не имеют электрического заряда. Они возникают при распаде атомных ядер, например, в ядерных реакторах. Изучение спектра антинейтрино, то есть распределения их энергии, может дать ценную информацию о физике ядерных реакций, свойствах антинейтрино и возможном существовании новых частиц.

Автор: Bing image creator

Однако измерить спектр антинейтрино не так просто, так как они очень слабо взаимодействуют с другими частицами и трудно регистрируются детекторами. Кроме того, спектр антинейтрино зависит от типа ядерного топлива, которое используется в реакторе, и от его степени сгорания. Поэтому для точного измерения спектра антинейтрино нужен мощный реактор с хорошо известным составом топлива и высокочувствительный детектор, расположенный на небольшом расстоянии от реактора.

Такие условия были созданы в эксперименте PROSPECT-I, который проводился на реакторе высокого потока изотопов (HFIR) в Ок-Ридж Нэшнл Лэборатори (ОРНЛ) в США. HFIR — это ядерный реактор с мощностью 85 МВт, который работает на высокообогащенном уране-235. Это один из самых мощных источников нейтронов для научных исследований в США и в мире. PROSPECT-I — это детектор антинейтрино, который состоит из жидкого сцинтиллятора с добавлением лития-6. Он расположен на расстоянии около 7 метров от реактора и занимает площадь около 12 квадратных метров.

Цель эксперимента PROSPECT-I была измерить спектр антинейтрино от чистого уранового топлива и сравнить его с теоретической моделью Хубера-Мюллера, которая основана на данных о распадах отдельных ядер-продуктов деления урана. Также интересным было проверить гипотезу о возможном существовании так называемых стерильных нейтрино — гипотетических частиц, которые не взаимодействуют со стандартной моделью частиц и могут быть ответственны за некоторые аномалии в наблюдаемых спектрах антинейтрино от разных реакторов.

Автор: Bing image creator

Результаты эксперимента PROSPECT-I были опубликованы в журнале Physical Review Letters. Они показали, что измеренный спектр антинейтрино от уранового топлива согласуется с моделью Хубера-Мюллера в большинстве областей энергии, за исключением диапазона от 5 до 7 МэВ, где наблюдается избыток антинейтрино по сравнению с моделью. Этот избыток может быть связан с неточностями в данных о распадах некоторых ядер-продуктов деления урана, которые требуют дальнейшего изучения.

Сравнение результатов PROSPECT-I с данными от других реакторов, работающих на разных типах топлива, позволило исключить гипотезу о стерильных нейтрино как единственном объяснении аномалий в спектрах антинейтрино. Эта гипотеза предполагала, что часть антинейтрино переходит в стерильное состояние и теряется для детектирования. Однако такой эффект должен был бы одинаково влиять на антинейтрино от всех изотопов топлива, что противоречит наблюдениям. Поэтому более вероятным кажется объяснение аномалий с помощью корректировки теоретической модели спектра антинейтрино.

Эксперимент PROSPECT-I продемонстрировал высокую точность и чувствительность измерения спектра антинейтрино от реактора HFIR. Это открыло новые возможности для исследования физики ядерных реакций, свойств антинейтрино и поиска новых физических явлений. В будущем планируется продолжить эксперимент с улучшенным детектором и большими статистическими данными.

12 комментариев

Добавить комментарий

М
Интересный эксперимент! А как учёные экранировали свой антинейтринный детектор от воздействия нейтронного и ионозирующего излучения реактора? Ведь паразитная засветка в миллиарды раз сильнее, чем поток антинейтрино.
a
Ловятся характерные события с появлением позитронов через обратный бета-распад. Это реакция с самой большой вероятностью, можно легко найти условия распределения полученных позитронов, чтобы уменьшать фон. Это свидетельство слабого взаимодействия — антинейтрино реактора (или откуда-то еще) захватывается протоном с появлением позитрона и нейтрона. Ловить позитроны научились давно. Фотоны и нейтроны в подобных реакциях не участвуют.
kilblinton
А разьве нейтрино имеют заряд? Похоже что антинейтрино излучаются квантовыми компутерами…
a
Электрического заряда не имеют. А лептонный — да. Общаются с миром только через слабые взаимодействия, которые действительно слабые. Чаще всего рождаются во время бета-распада, когда получаются электрон + антинейтрино (позитрон + нейтрино). Поскольку в реакторах рождаются антинейтрино, то ловятся они по обратной реакции протон плюс антинейтрино -> позитрон плюс нейтрон, который нестабилен в чистом виде и распадается последующим бета-распадом на электрон плюс протон плюс следующее антинейтрино. Треки от позитронов в детекторах хорошо заметны — положительно заряженная легкая частица.
1
Подождём экспериментальных спектров антинейтрино на Калининской АЭС
Ruby_Rougarou
Лептонный заряд нейтрино = +1
Лептонный заряд антинейтрино = -1
Ruby_Rougarou
Лептон — фундаментальная частица со спином 1/2ħ
a
Если коротко и просто — зарядов разного сорта есть несколько. Самый известный — электрический. Намного менее известный — магнитный, в чистом виде его никогда не наблюдали, хотя есть мозголомные теоретические модели с магнитными монополями. Лептонный, цветной, барионный и т.п. заряды практически не упоминаются в «человеческой» прессе. Но они тоже есть.
a
Нейтрино — частица, а антинейтрино — это античастица к нейтрино.
a
Электрического нет, есть лептонный, о чем уже было сказано.
a
Станет понятнее, если скажу, что это некоторое квантовое число, характеризующее возможность частицы взаимодействовать с электромагнитным полем? Вот-вот…
Ruby_Rougarou
Может с неточностями и грубовато, но я попытался максимально лаконично и доступно изложить про элементарные частицы — https://www.ixbt.com/live/offtopic/elementarnye-chasticy-zaryady-cveta-i-drugie-zagadki-mikromira.html

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Севиче: как сок лайма меняет текстуру сырой рыбы почти так же заметно, как нагревание

У севиче есть редкое кулинарное свойство: за несколько минут оно демонстрирует химическую реакцию почти без маскировки. Кусочки свежей рыбы попадают в сок лайма прозрачными, мягкими и явно сырыми,...

Обзор топовой RockTek G2 Next на Amlogic S905X5M-J: сертифицированная тв-приставка с Dolby Vision, HDR10+, Dolby Atmos, WiFi6 и LAN 1000

RockTek G2 Next это топовая версия сертифицированной приставки на процессоре Amlogic S905X5M-J с поддержкой передовых стандартов Dolby Vision и HDR10+, многоканального звука Dolby Atmos и DTS,...

Почему считается, что на Сейшельских островах нет змей и так ли это на самом деле

Сейшельские острова часто называют одним из немногих тропических мест, где можно отдыхать, не опасаясь встретить змею. Кажется, что среди пальм, густой растительности и влажных лесов этих островов...

Почему при сонном параличе мы видим «демонов»: что наука говорит о жутких ночных приступах

Многие люди хотя бы раз в жизни сталкивались с пугающим состоянием: вы просыпаетесь посреди ночи, находитесь в полном сознании, видите свою комнату, но не можете пошевелиться. Руки, ноги и...

Почему волки избегают людей, но сами выходят на дороги: что показали GPS-ошейники

Волки обычно стараются держаться подальше от людей. Но есть одна странность. В лесах их следы нередко обнаруживают прямо на дорогах, причём иногда звери проходят по ним несколько километров....