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I reattori a fissione nucleare sono una fonte di energia chiave per molte parti del mondo e si prevede che la capacità energetica mondiale raddoppierà quasi entro il 2050. Un problema, tuttavia, è la difficoltà di discernere se un reattore nucleare viene utilizzato anche per creare materiale per armi nucleari.
I reattori a fissione nucleare sono una fonte di energia chiave per molte parti del mondo e si prevede che la capacità energetica mondiale raddoppierà quasi entro il 2050.
Un problema, tuttavia, è la difficoltà di discernere se un reattore nucleare viene utilizzato anche per creare materiale per armi nucleari.
La cattura e l’analisi delle particelle di antimateria si è dimostrata promettente per il monitoraggio delle operazioni specifiche del reattore, anche a centinaia di chilometri di distanza.
In AIP Advances, di AIP Publishing, i ricercatori dell’Università di Sheffield e dell’Università delle Hawaii hanno sviluppato un rivelatore che rileva e analizza gli antineutrini emessi dai reattori nucleari.
Il rivelatore progettato da Wilson et al. rileva gli antineutrini e può caratterizzare i loro profili energetici a chilometri di distanza come un modo per monitorare l’attività nei reattori nucleari.
“In questo articolo, testiamo un progetto di rivelatore che potrebbe essere utilizzato per misurare l’energia dell’emissione di particelle dei reattori a fissione nucleare a grandi distanze”, ha detto l’autore Stephen Wilson.
“Queste informazioni potrebbero dirci non solo se esiste un reattore e sul suo ciclo operativo, ma anche quanto è lontano il reattore”.
I neutrini sono particelle elementari prive di carica che hanno una massa quasi pari a zero, e gli antineutrini sono la loro controparte di antimateria, il più delle volte creati durante le reazioni nucleari.
La cattura di queste antiparticelle e l’analisi dei loro livelli di energia forniscono informazioni su qualsiasi cosa, dal ciclo operativo agli isotopi specifici nel combustibile esaurito.
Il design del rivelatore del gruppo sfrutta la radiazione Cherenkov, un fenomeno in cui la radiazione viene emessa quando le particelle cariche che si muovono più velocemente della luce passano attraverso un particolare mezzo, simile ai boom sonici quando attraversano la barriera del suono.
Questo è anche responsabile dell’inquietante bagliore blu dei reattori nucleari ed è stato utilizzato per rilevare i neutrini nei laboratori di astrofisica.
I ricercatori hanno proposto di assemblare il loro dispositivo nel nord-est dell’Inghilterra e di rilevare gli antineutrini dai reattori di tutto il Regno Unito e della Francia settentrionale.
Un problema, tuttavia, è che gli antineutrini provenienti dall’atmosfera superiore e dallo spazio possono confondere il segnale, soprattutto perché i reattori molto distanti producono segnali troppo piccoli, a volte dell’ordine di un singolo antineutrino al giorno.
Per tenere conto di ciò, il gruppo ha proposto di posizionare il loro rilevatore in una miniera a più di un chilometro sottoterra.
“Discriminare tra queste particelle è anche una sfida significativa per l’analisi ed essere in grado di misurare uno spettro di energia può richiedere un tempo impraticabile”, ha detto Wilson.
“Per molti versi, ciò che mi ha sorpreso di più è che questo non è in realtà impossibile”.
Wilson spera che il rivelatore stimoli più discussioni su come utilizzare gli antineutrini per monitorare i reattori, compresa la misurazione dello spettro degli antineutrini del combustibile nucleare esaurito o lo sviluppo di rivelatori più piccoli da utilizzare più vicino ai reattori.
Immagine: Stephen Wilson
