Ученые придумали детектор для отслеживания траектории антинейтрино

Схематическое изображение принципа действия предложенного детектора антинейтрино. (кликните картинку для увеличения)

Схематическое изображение принципа действия предложенного детектора антинейтрино. (кликните картинку для увеличения)

01.03.2015 (18:43)
Просмотров: 11649
Рейтинг: 1.50
Голосов: 2

Теги:
антинейтрино, реактор, протоном, нейтрон, позитрон,
Технология >> Нанотехнология






Ваша оценка
-2 -1 0 1 2
Существующие детекторы антинейтрино – частиц, возникающих в ядерных реакторах и при радиоактивном бета-распаде, – это большие устройства, фиксирующие только общее количество «захваченных» частиц. Но в своей последней работе ученые из США предложили конструкцию устройства, которое будет фиксировать также направление, в котором распространялись частицы. Уже в ближайшее время исследователи рассчитывают построить демонстрационный прибор метрового размера, который сможет обнаружить интенсивный поток антинейтрино от ядерного реактора. В первую очередь, это сделает возможным визуализацию интенсивности реакции. Также по их словам большим, но все же потенциально практичным мог бы быть детектор более слабого излучения радиоактивности из недр Земли.

Стандартный метод выявления антинейтрино опирается на обратный бета-распад: антинейтрино сталкивается с протоном (обычно в водороде), превращая его в нейтрон и позитрон, которые разлетаются с большой скоростью. Типичный детектор антинейтрино имеет большой объем обогащенного водородом «сцинтиллятора» – материала, насыщенного элементами, имеющими склонность к захвату нейтронов (к примеру, бором). Стоит отметить, что нейтрон, полученный в результате обратного бета-распада, изначально движется примерно в том же направлении, в котором распространялось антинейтрино. Но позже он рассеивается от множества ядер, теряя, таким образом, информацию о направлении. Позитрон тормозит примерно по прямой линии на расстоянии порядка нескольких сантиметров, но сцинтиллятор преобразуют его излишнюю энергию в свет, который излучается во всех направлениях, скрывая траекторию позитрона.

Детекторы солнечных и космический нейтрино, например, гигантские установки IceCube или Super-Kamiokande, могут указать путь нейтрино и антинейтрино высоких энергий (более 100 миллиардов электрон-вольт), но не существует приборов, которые обеспечивают информацию о направлении антинейтрино с энергиями порядка нескольких миллионов электрон-вольт, при том, что такое устройство могло бы дать информацию о радиоактивных источниках внутри Земли или пополнить базу знаний о ядерных реакторах.

Группа исследователей из Massachusetts Institute of Technology и Princeton University (США) в рамках своей последней работы, опубликованной в журнале Physical Review Letters, предложили конструкцию детектора антинейтрино, предоставляющего также информацию о направлении распространения частиц. Конструкцию агрегата они условно назвали «Аппарат сегментированной анти-нейтрино томографии» (Segmented AntiNeutrino Tomography Apparatus, SANTA). В этом аппарате среда обнаружения состоит из слоев, отделенных друг от друга пустым пространством. Нейтроны, произведенные в результате столкновения с антинейтрино в «целевом» слое, избегают рассеяния в том же слое (из-за его малой толщины) и продолжит свое движение через пустое пространство, сохраняя направление. Далее они попадают в более толстый слой «захвата», где вызывают реакцию, в результате которой будут зафиксированы вспышки света. Направление каждого нейтрона можно будет проследить по прямой линии от места его захвата обратно к точке обратного бета-распада (его местонахождение можно определить по вспышке света, вызванной позитроном). Хитрость заключается в том, что нейтрон проходит большее расстояние через пустое пространство перед любым взаимодействием, что дает большую точность в расчетах.

Чтобы проверить предложенную конструкцию, команда начала моделирование, в котором «целевой» слой (слой-мишень) имел 0,5 см, 1 см или 2 см толщиной. Слои захвата имели толщину порядка 1 метра (слой размещался с обеих сторон от мишени, хотя для захвата почти всех нейтронов было достаточно толщины в 6 см). Слои были сделаны из однотипного пластмассового сцинтиллятора, но слой захвата был насыщен на 5% (по весу) бором.

Ученые использовали два вида моделирования. В одном они предполагали, что траектория антинейтрино совпадает с траекторией полета нейтрона (в этом случае точность метода составила лишь 30 градусов). Во втором случае они предположили, что путь позитрона также может быть измерен. С информацией об обеих частицах путь антинейтрино можно определить с точностью в 5 градусов при толщине «целевого» слоя в 0,5 см. При таких параметрах устройство может дать существенную информацию о ядерной реакции, если будет находиться в 25 м от реактора.

В настоящее время научная группа работает над предложением построить такое устройство.

Нравится


Екатерина Баранова

Также по теме:

Источники:



самое популярное

квартиры посуточно киев возле метро Лукьяновская
Rambler's Top100