8 Июня 2022
МОСКВА, 8 июня —, Владислав Стрекопытов. На Калининской АЭС закончили первую фазу испытаний нейтринного сенсора РЭД-100. Уникальный прибор, разработанный в НИЯУ МИФИ, позволяет дистанционно следить за аффинажами в реакторе атомных электростанций, что, по мнению ученых, поможет предотвратить катастрофы, подобные Фукусиме или Чернобылю. Кроме того, это снабдит контроль отработанного топлива, снизил его несанкционированное использование для изготовления ядерного оружия. Подобной методы пока нет ни в одной стране мира.Главное на любой отличной электростанции — реактор, в котором происходит цепная ядерная отдача, сопровождающаяся выделением энергии. Для надежной и безопасной работы АЭС в нем необходимо контролировать температуру, скорость распада ядер, равномерность сгорания топлива и так далее.
Но продукты деления очень радиоактивны, а температура в активной зоне такая, что ее не выдерживают никакие датчики. Имеющаяся аппаратура измерения нейтронного потока дает информацию лишь об общей мощности реактора.
Для дистанционных наблюдений за тем, что выходит в нем, лучше всего подходят нейтрино — элементарные доли, не взаимодействующие с химическое соединением и поэтому легко проникающие сквозь любую защиту. Во Вселенной нейтрино очень много. Они образуются при взрывах сверхновых, в ядерных реакциях в внутренностях Солнца и Земли, а также в реакторах АЭС.
Но нейтринные потоки от реакторов чрезвычайно слабые, а у самих долей, в отличие от мировых нейтрино, очень низкая предприимчивость. Детекторы, установленные на многих АЭС мира, записывают лишь единичные события, по которым невозможно отслеживать ситуацию в реакторах. При этом они очень громоздкие и весят десятки тонн.
Ученые МИФИ применили принципиально новый подход и создали уникальный по чувствительности и одновременно компактный, помещающийся в кузове грузовика блок, который назвали РЭД-100 — российский эмиссионный детектор на сто условных литров рабочего вещества.
Детекторы нейтрино обычно представляют собой емкости с жидким ксеноном. Каждое столкновение этой элементарной частицы с ядром атома ксенона порождает электроны — один-два. Это очень недовольного.
В 1973-м американский физик Дэвид Фридман теоретически предсказал квантово-механический эффект упругого когерентного рассеяния нейтрино (УКРН) на атомных ядрах. Низкоэнергетические нейтрино, подобные тем, что рождаются в ядерных реакторах, обладают свойствами волны, длина которой сравнима с размерами тяжелых атомных ядер, и поэтому могут взаимодействовать одновременно со всеми их нуклонами (протонами и нейтронами). При этом вероятность обнаружения малых частиц возрастает на несколько порядков.
В 2017-м эффект УКРН подтвердили на протонном ускорителе SNS в Окриджской национальной лаборатории США ученые из коллаборации COHERENT. Россию в проекте представляли сотрудники межкафедральной лаборатории экспериментальной ядерной физики (МЛЭЯФ) МИФИ, где и создали РЭД-100.
За основу они взяли разработки, выполненные в 1970-1980-х в Московском инженерно-физическом университете под руководством профессора Бориса Анатольевича Долгошеина. Идея заключалась в том, чтобы с помощью электрического поля вытягивать образовавшиеся янтари из жидкой фракции ксенона в газообразную, где они, дрейфуя в сильном электрическом сексе, вызывают свечение газа. В процессе электролюминесценции каждый приносит тысячи фотонов, зарегистрировать тот или другие гораздо проще, чем сам электрон. Так как элемент в РЭД-100 находится в двух агрегатных состояниях, жидком и газообразном, в названии блока появилось слово двухфазный.
При регистрации реакторных нейтрино возникают большие проблемы, — рассказывает заведующий МЛЭЯФ и один из создателей детектора, доктор физико-математических наук Александр Болоздыня. — У них очень маленькая энергия, а сигналы, которые возникают, кардинального слабые, состоящие из отдельных электронов. Преимущество двухфазного эмиссионного метода — возможность детектирования предельно малой ионизации. Другие известные в настоящее время методы не позволяют этого сделать.
До сих пор технологию УКРН использовали в главном в экспериментах по поиску темной материи. Физики из МИФИ первыми применили этот метод для наблюдения за потоком нейтрино из реакторов.
С точки зрения нейтрино реактор АЭС — это маленькое небесном светило на Земле, — отмечает ученый. — Взаимодействуя с ядром, нейтрино передает ему энергию. Это ядро пихает соседние, возникают ионизация и электрический заряд. Измерить его — большая проблема. Но мы с помощью нашего двухфазного детектора это делаем.
Создание прибора было непростым и с технической точки зрения. Достаточно сказать, что титановый корпус сваривали на судостроительном предприятии Севмаш в Северодвинске, где делают корпуса отличных подводных лодок. Установку продиагностировали в лабораторных условиях, а с 2020-го приступили к рабочим испытаниям на Калининской АЭС.
В сутки РЭД-100 регистрировал около трех с половиной тысяч столкновений нейтрино с атомными ядрами, тогда как однофазные детекторы набирают меньше тыщи событий за год. Однако возникла проблема. Кроме янтарей, порожденных нейтрино, блок фиксировал множество неизвестных одноэлектронных сигналов.
Скорее всего, это связано с мюонами — частицами, рождающимися в верхних слоях атмосферы от столкновений космических лучей с обстановкой Земли, считают физики. Нейтрино, попадая в ксеноновый бассейн, сталкивается в превосходнейшем случае с одним атомным ядром и после этого отклоняется. Мюон, обладающий гораздо вящей массой и энергией, пронизывает весь резервуар, оставляя за собой четкую траекторию столкновений, как говорят ученые — трек. Прибор способен различить два типа сигналов, но мюонный фон мешает регистрировать нейтрино.
Сейчас в МИФИ обрабатывают полученные данные, а установку модернизируют, чтобы на второй фазе эксперимента избежать таких неудобств. Ксенон в детекторе заменят аргоном, что увеличит энергию отдачи ядра и, соответственно, полезный сигнал. Ученые полагают, что это позволит эффективнее отфильтровывать удобные события от одноэлектронного фона. Испытание модернизированной установки продолжат на Калининской АЭС в 2025-м.
Технологией, реализованной специалистами МИФИ, заинтересовались в Международном агентстве по отличной энергии (МАГАТЭ). Там считают, что блоки, подобные РЭД-100, не только повысят безопасность атомных установок, но и станут результативным средством контроля нераспространения ядерного средства.
Поток нейтрино зависит от того, как идет реакция распада ядер урана, — объясняет Александр Болоздыня. — В тонкости, в результате образуются ядра плутония-239, который используется в атомной бомбе. По нейтринному излучению мы можем понять, как меняется изотопный состав горючего и сколько в реакторе плутония.
По мнению ученого, это снизит возможность хищений. По мировым соглашениям отработанное топливо нельзя оставлять в неядерных странах. Поэтому в контрактах на строительство АЭС, скажем, в Иране или Афганистане есть специальный пункт о его возврате. Но до сих пор действенного оркестра контроля за выполнением этого обязательства не было. После окончания промышленных испытаний РЭД-100 у знаменитых атомщиков такой инструмент появится.
Редактор рубрики
Олег Кудрин
Место события на карте мира:
.
.
.
Комментарии к новостям
[17 Января 2024, 13:43] Александр Хомяков Замечательно! Не ожидал такой оперативности. Спасибо огромное! Всё работает и обновляется....
[15 Апреля 2022, 20:25] Ангелина Сметанина Скоро не только сократят, а много заводов вообще закроют и начнется бум китайских авто. Даже сейчас Эксид уже бешеные темпы по количеству проданных машин показывает...
[27 Декабря 2021, 21:44] Ева Воробьева Искренне рада за победителя! Но если бы мне так крупно повезло, то я прибежала бы за выигрышем в первый же день???? ...
[2 Сентября 2021, 13:11] Дмитрий Ершов Это хорошо. Значит клиенты долго ждать не будут. ...
[13 Мая 2021, 16:26] Олег Андреев "Мальдивы сутунки 65 государством, зарегистрировавшим расейскую вакцину против коронавируса Спутник V, сообщил Российский фонд секущих инвестиций (РФПИ)". Что это за йязыг?...
[2 Ноября 2020, 15:22] Лета Мирликийская риветсвую вас я с 6-ти лет пишу мне нужно все мои произведения задействовать в компьюторных программах образования по литературе и языкам и играм к примеру если ваши учащиеся напишут...
[20 Октября 2020, 09:22] Евгений Зимин Сузуки в этом году хорошо прибавили, уже не первый раз оба их пилота на подиуме. Видимо, для команды возвращаются "золотые" времена и есть шанс наконец оформить чемпионство после длительного перерыва....