位于加里寧核電站的DANSS實驗中,俄羅斯物理學家利用反應堆反中微子追蹤反應堆功率和核燃料成分的變化,精度與傳統方法相當,相關研究發表于《物理快報B》。
傳統上,核反應堆運行監測依靠多個傳感器和探測器測量熱功率與燃料狀態,但這些方法可能存在系統誤差,開發獨立監測方法對提升反應堆安全性與準確性至關重要。反中微子流是可行方法之一,它由核裂變產物衰變直接產生,可自由逸出反應堆。不過,記錄中微子和反中微子難度極大,科學家不斷開發新方法、改進探測器,如近期成功利用鍺探測器記錄反應堆反中微子的彈性相干散射。
此次,由俄羅斯科學院列別捷夫物理研究所米哈伊爾·達尼洛夫和俄羅斯科學院核研究所馬克·希爾琴科領導的DANSS惰性中微子搜索實驗團隊取得重要成果。他們使用安裝在加里寧核電站一座反應堆活動區下方的探測器,該探測器每天能記錄約五千次反中微子引起的逆β衰變事件。它由2500個基于塑料閃爍體的計數器組成,總靈敏體積約一立方米,置于可移動平臺,可改變與反應堆的距離。
物理學家對實驗七年的數據進行分析,結果顯示,由反中微子通量確定的反應堆功率相對變化與標準測量系統讀數完全一致,精度約1%;借助反中微子,還能直接從探測到的粒子譜中獨立確定反應堆核心中鈾235和钚239裂變的比例,數據與核電站計算結果一致,誤差不超過3%。
科學家稱,研究結果證明了利用中微子方法監測反應堆運行的潛力,該方法既能提高核電站運行參數的安全性與準確性,也可用于國際核武器不擴散控制,直接監測反應堆中武器級钚的生產。