Ученые придумали детектор для отслеживания траектории антинейтрино
 Схематическое изображение принципа действия предложенного детектора антинейтрино. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
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.
Также по теме:
- Кварки влияют друг на друга
- Протоны способны проникать в графен
- Экспериментально доказано: ядра могут испускать спаренные нейтроны
- С помощью единственного протона можно сделать молекулярный переключатель
- Классический подход к ядерной физике снова дал результат
Источники: