Навіть після повної зупинки ядерний реактор не стає «німим». Довгоживучі продукти поділу ще місяцями й роками розпадаються, випромінюючи слабкий потік частинок – антинейтрино. Міжнародна колаборація Double Chooz вперше напряму виміряла цю залишкову емісію, відкриваючи нове вікно для спостереження за тим, що відбувається всередині реакторів і басейнів відпрацьованого палива після завершення виробництва електроенергії, повідомляє SciTechDaily.
Примарний сигнал від «вимкненого» реактора
Антинейтрино народжуються під час радіоактивного розпаду продуктів поділу ядерного палива. Це надзвичайно легкі й майже невловимі частинки, які практично безперешкодно проходять крізь товщу металу, бетону й екранування реактора.
Команда Double Chooz, очолена Ентоні Онілоном (Anthony Onillon) і Тьєррі Лассером (Thierry Lasserre) з Інституту ядерної фізики Макса Планка (Max-Planck-Institut für Kernphysik, MPIK) у Гейдельберзі, повідомляє про перше пряме вимірювання антинейтринного сигналу від повністю зупинених реакторів та відпрацьованого палива. Результати опубліковано в журналі Physical Review Letters.
Робота показує, що детектори антинейтрино можуть збирати інформацію про стан реакторів не лише під час роботи, коли потік частинок великий, а й у періоди обслуговування та після зупинки. Це розширює потенційні можливості технології для моніторингу, ядерної безпеки та контролю за ядерними матеріалами.
Як «слухає» Double Chooz після зупинки реактора
Вимірювання проводили на АЕС Шу (Chooz) на півночі Франції. Приблизно за 400 метрів від двох реакторних блоків, під землею, розташований детектор Double Chooz. Він містить понад 30 кубічних метрів рідкого сцинтилятора – речовини, що спалахує дуже слабкими спалахами світла, коли в ній взаємодіє антинейтрино.
Лассере пояснює, що антинейтрино надзвичайно рідко взаємодіють з речовиною, але у випадку взаємодії в детекторі виникає характерний «подвійний» світловий сигнал, який дозволяє відрізнити подію від фону. Саме за цією подвійною підпискою команда ідентифікує реакторні антинейтрино.
У роботі проаналізовано 17,2 доби спостережень, зібраних у період, коли обидва реактори були повністю вимкнені. За цей час детектор зареєстрував приблизно 100 кандидатів на події антинейтрино, пов’язані із залишковою радіоактивністю в активних зонах реакторів і у розташованих поблизу басейнах охолодження відпрацьованого палива.
Підтвердження теоретичних прогнозів для вимкнених реакторів
Отриманий сигнал порівняли з детальними комп’ютерними моделями, які враховували склад залишкового ядерного палива та розпад довгоживучих продуктів поділу. Спостереження добре узгодилися з цими розрахунками.
Це перше експериментальне підтвердження прогнозів щодо антинейтринних викидів від зупинених реакторів і відпрацьованого палива. Раніше досліди з реакторними антинейтрино фокусувалися переважно на працюючих енергоблоках, де потік частинок у багато разів вищий, а фонові перешкоди порівняно менш критичні.
Для виявлення настільки слабкого залишкового сигналу Double Chooz протягом років удосконалював методи зменшення фону й аналізу даних. Саме це дозволило виділити близько сотні подій на тлі тривалих спостережень у режимі «реактор вимкнено».
Нові можливості для контролю за ядерними об’єктами
Інші експерименти вже починають досліджувати подібні слабкі сигнали. Попередні результати установки JUNO-TAO, представлені на конференції Neutrino 2026, також використовують періоди з вимкненими реакторами, щоб відокремити внесок антинейтрино від відпрацьованого палива. Вимірювання Double Chooz стало першою опублікованою «реперною точкою» для вивчення таких залишкових емісій від зупинених реакторів та басейнів з відпрацьованим паливом.
Зроблений крок свідчить, що майбутні антинейтринні детектори можуть бути корисними не лише в робочому режимі реакторів. Вони потенційно здатні надавати незалежну інформацію про стан енергоблоків та запаси відпрацьованого палива під час технічного обслуговування або після повної зупинки.
Сам детектор Double Chooz спочатку створювали для вивчення нейтринних осциляцій і він відіграв ключову роль у вимірюванні змішувального кута θ13 – фундаментальної величини, що описує, як нейтрино переходять з одного типу в інший під час руху. Це відкриття стало основою подальших досліджень можливої асиметрії між речовиною та антиматерією в нейтринному секторі.
Нове вимірювання додає ще один науковий здобуток: вперше зафіксовано надзвичайно слабке антинейтринне випромінювання, яке зберігається навіть тоді, коли реактор давно перестав виробляти електроенергію.