Mapa światowych neutrin ujawnia aktywność jądrową, gdziekolwiek się dzieje

Jeśli chodzi o przydatne odkrycia, neutrino nie wyglądało obiecująco. Te upiorne cząstki są wytwarzane przez słońce, pierwiastki radioaktywne i reaktory jądrowe, z których pędzą na zewnątrz z zerowym ładunkiem, prawie zerową masą i prawie całkowitą obojętnością na materię.

Ta pierwsza w historii mapa globalnych emisji neutrin ukazuje koncentrację naturalnych pierwiastków promieniotwórczych i spowodowane przez człowieka rozszczepienie jądrowe.

Zeszły tydzień, naukowcy wydali mapę pokazujący, jak wyglądałby świat, gdybyśmy mogli zobaczyć miliardy miliardów neutrin, które co sekundę emanują z powierzchni planety. Okazuje się, że nieograniczona natura neutrin jest potencjalnie zła, jeśli próbujesz ukryć coś, co dzieje się w elektrowni jądrowej, ale dobra, jeśli chcesz monitorować aktywność jądrową innych ludzi. Ciemne plamy na mapie wskazują reaktory jądrowe i części skorupy ziemskiej bogate w radioaktywny uran i tor, które podczas rozpadu emitują neutrina.

Technologia wykrywania śladów nieuchwytnych neutrin stale się poprawia od czasu pierwszego oficjalnego wykrycia w 1956 roku w ośrodku jądrowym Savannah River w Karolinie Południowej. Podczas gdy większość detektorów została zbudowana w celu zbadania natury i zachowania neutrin, naukowcy zaczynają rozważać użycie detektorów neutrin do sondowania wnętrza Ziemi i monitorowania aktywności jądrowej.

Zobacz też: Jak międzynarodowe monitory dostrzegają bomby atomowe i inne dudnienia

Mapa, opublikowana w Raporty naukowe o przyrodzie , został stworzony przy użyciu sygnałów neutrin wychwyconych przez dwa detektory, jeden we Włoszech i jeden w Japonii, mówi William McDonough, geofizyk z University of Maryland i współautor artykułu. Pozostała część mapy została skonstruowana na podstawie danych o składzie i gęstości skorupy ziemskiej oraz lokalizacji reaktorów na świecie.

Ciemne plamy pojawiają się wokół pasm górskich, gdzie występuje wiele naturalnie występujących rozpadów radioaktywnych, mówi. Himalaje są odpowiedzialne za ogromną ciemną plamę nad południową Azją. Niektóre z ciemnych punktów to reaktory, zwłaszcza wokół Francji. (Technicznie te z elektrowni jądrowych nazywają się antyneutrinami – antymaterialnym odpowiednikiem neutrin – ale różnice między tymi dwoma rodzajami cząstek wciąż są opracowywane.)

To, co sprawia, że ​​neutrina są w ogóle wykrywalne, to fakt, że jest ich dużo. Detektory wykorzystują zbiorniki oleju mineralnego wielkości budynku mieszkalnego, przez które co sekundę przepływają bez przeszkód biliony neutrin. Ale co jakiś czas jeden z nich uderza w jądro atomu wodoru, anihilując proton i pozostawiając inne cząstki — pozyton i neutron — które zarejestrują sygnał.

Znalezienie tajnych reaktorów nie jest tak ważne, jak monitorowanie znanych, mówi fizyk Patrick Huber z Virginia Tech. Reaktory wydzielają ciepło, które można łatwo wykryć za pomocą satelitów wrażliwych na podczerwień. Wiedzieliśmy, gdzie są wszystkie sowieckie reaktory, a teraz wiemy, gdzie są w Rosji i Korei Północnej. Nie zawsze wiemy, jak i kiedy są używane.

W każdym kraju, do którego dostęp umożliwiają traktaty międzynarodowe, można by umieścić w pobliżu małe, wielkości lodówki detektory neutrin, aby wykryć, czy reaktory zostały niespodziewanie włączone, czy wyłączone. Co więcej, mówi, neutrina z różnych źródeł mają charakterystyczną sygnaturę energetyczną, która może być wykorzystana do odróżnienia plutonu od uranu i prawdopodobnie do wykrycia, czy ktoś skierował pluton z reaktora jądrowego.

Ogromny detektor neutrin może również okazać się przydatny w globalnym monitorowaniu, mówi Lindley Winslow, fizyk neutrin z MIT, który nie należał do grupy map. Mówi, że w Chinach w 2020 roku planuje się uruchomienie megadetektora o nazwie Juno, który ma przede wszystkim odpowiedzieć na fundamentalne pytania dotyczące natury wszechświata. Różnica między neutrinami a antyneutrinami może być odpowiedzią na pytanie, dlaczego wszechświat wytwarzał więcej materii niż antymaterii, umożliwiając w ten sposób istnienie świata.

Te wielkie pytania dotyczące natury istnienia napędzały postęp technologii wykrywania neutrin, mówi Huber, ale cieszy się, że wysiłek ten może zwiększyć bezpieczeństwo jądrowe. Kiedy zostaniesz fizykiem cząstek elementarnych, zakładasz, że wszystko, co zrobisz, będzie w wieży z kości słoniowej… że to wszystko będzie podstawowa nauka bez praktycznych zastosowań, mówi. Ale jak widać, to nie do końca prawda.

Ta historia została zaktualizowana 15 września, aby skorygować rok i stan pierwszej obserwacji neutrina.

ukryć