Detektor z ÚTEF může ověřit existenci sterilního neutrina
Pracovníky Detektorového oddělení ÚTEF ČVUT byl vyvinut detektor, který může ověřit hypotézu existence sterilního neutrina. A je také schopen v reálném čase určit výkon reaktoru pouze na základě počtu detekovaných částic.
Po celém světě probíhá mnoho důležitých experimentů zaměřených na studium vlastností neutrin – téměř nepolapitelných částic, které neustále procházejí hmotou. Neutrina interagují s hmotou – a tedy i s detektory – s velmi nízkou pravděpodobností, což znamená, že detektory musí mít obrovské citlivé objemy. A aby bylo možné zachytit alespoň několik těchto částic, je třeba měřit dlouhou dobu. Tato potřeba obrovských detektorů a jejich dlouhodobý provoz výrazně zvyšují náklady a složitost celého experimentu.
Alternativní přístup spočívá v použití menších, kompaktnějších detektorů umístěných v bezprostřední blízkosti zdroje neutrin. Jaderný reaktor je jedním z nejintenzivnějších kontrolovatelných zdrojů neutrin, přičemž produkuje výhradně elektronová antineutrina. Čím blíže je detektor umístěn k reaktoru, tím vyšší je pravděpodobnost interakce antineutrina s detektorem. Proto je výhodné umístit detektor co nejblíže reaktoru.
Bezprostřednímu umístění vedle reaktoru však brání bezpečnostní pravidla v jaderných elektrárnách. Některé typy detekčních materiálů jsou také toxické, hořlavé anebo žíravé, a jejich užití v blízkosti reaktoru je proto problematické, což se týká například detektorů na bázi kapalných scintilátorů.
Vhodné řešení pro detekci antineutrin bylo realizováno vědeckými pracovníky Detektorového oddělení Ústavu technické a experimentální fyziky ČVUT. Jedná se o detektor S3, plastový scintilátor na bázi polystyrenu, který má multifunkční využití: nejenže může ověřit hypotézu existence sterilního neutrina, ale také je schopen v reálném čase určit výkon reaktoru pouze na základě počtu detekovaných částic.
„V České republice je několik jaderných reaktorů, se kterými by bylo možné počítat pro umístění detektoru. Pomineme-li však malé školní reaktory, přicházejí v úvahu prakticky jen reaktory v jaderných elektrárnách Temelín a Dukovany. Detektor S3 byl vyvíjen a konstruován tak, že neobsahuje toxické, hořlavé ani žíravé materiály. Jeho další nespornou výhodou je, že akviziční systém může být umístěn v některé z pomocných místností u reaktoru, takže elektronika nebude vystavena případným vysokým tokům radiace a v nejtěsnější blízkosti reaktoru bude jen samotný detektor, jehož minimalizovaná elektronika je značně radiačně odolná,“ vysvětluje Marie Slavíčková, vědecká pracovnice Detektorového oddělení ÚTEF.
Hlavními izotopy v aktivní zóně reaktoru typu VVER-1000 (jaké jsou např. v Temelíně) bývají 235U, 238U, 239Pu a 241Pu. Každý z těchto izotopů produkuje antineutrina s jedinečným energetickým spektrem. To znamená, že pomocí měření spektra antineutrin lze určit izotopové složení jaderného paliva. Tento postup nejenže umožňuje efektivní monitorování stupně vyhoření paliva, což by mohlo vést k jeho úsporám, ale také poskytuje možnost zjistit nelegální extrakci 239Pu, klíčové složky pro výrobu jaderných zbraní. Detektor by byl rovněž schopen identifikovat skryté jaderné reaktory nebo jaderné výbuchy, čímž by se stal neocenitelným nástrojem pro kontrolu jaderného materiálu a globální bezpečnost. Zkoumání neutrin tak nejen umožňuje odhalovat tajemství vesmíru, ale také poskytuje praktické aplikace, které mohou mít zásadní dopad na naši bezpečnost a energetiku.
Detektor reaktorových antineutrin S3 byl navržen a zkonstruován v ÚTEF ČVUT v Praze speciálně pro potřeby tohoto experimentu a realizován ve spolupráci s firmou NUVIA, a. s.
