Детектор для эффективного мониторинга ядерных реакторов
Антинейтрино имеют низкую вероятность взаимодействия с веществом и обладают крайне высокой проникающей способностью: они могут беспрепятственно пролететь сквозь сотни метров стали и бетона, неся точную информацию о том, что происходит в центре ядерного реактора. При этом на человека никакого воздействия антинейтрино не оказывают.
Метод прикладного использования антинейтрино для мониторинга работы реакторов атомных станций был предложен еще в 70-е годы сотрудником Курчатовского института атомной энергии (в настоящее время РНЦ Курчатовский институт), профессором Л.А. Микаэляном. В 80-е годы этот метод был подтвержден рядом блестящих экспериментов, проведенных группой Л.А. Микаэляна на реакторе Ровенской атомной электростанции.
К 2000 году техника детектирования антинейтрино с использованием жидких сцинтилляторов достигла такого совершенства и степени изученности, что стало возможным проводить не только масштабные фундаментальные исследования с использованием детекторов большого объема (DoubleCHOOZ, Reno, DayaBay), но и создание промышленного детектора антинейтрино.
На сегодня группой ученых Александра Чепурнова завершен первый этап создания промышленного детектора антинейтрино: готовы для тестирования образцы жидкого сцинтиллятора, протестированы фотоэлектронные умножители и собран электронный тракт обработки данных с фотоэлектронных умножителей; изготовлены два 30-литровых прототипа для предварительных тестов на совместимость конструкционных материалов с жидким сцинтиллятором, отработки промышленных конструктивных решений и проверки свойств фотоэлектронных умножителей и различных вариантов жидкого сцинтиллятора.
Как будет осуществляться мониторинг ядерного реактора? Цепная реакция деления, протекающая в активной зоне ядерного реактора, сопровождается излучением электронного антинейтрино в ходе бета-распада перегруженных нейтронами осколков деления. В среднем в результате одного акта деления испускается около 6 антинейтрино.
По интенсивности и плотности потока антинейтрино детектор дистанционно сможет измерять изменение тепловой мощности реактора, оценивать композитный состав топлива и скорость наработки плутония-239 для независимого и параллельного подтверждения состояния активной зоны реактора.
Детектор антинейтрино может в течение нескольких часов определить, что произошла несанкционированная остановка реактора, которая может быть использована с целью извлечения плутония-239 для создания ядерных боеприпасов.
Для справки: на атомных электростанциях наиболее распространено топливо в виде таблеток из урана-238, обогащенного на 2−5% ураном-235 в виде спеченного диоксида урана UO2, диаметром 9−10 мм, которые помещены в цилиндрическую защитную оболочку, изготовленную из циркониевого сплава. Важно то, что в процессе работы ядерного реактора под воздействием нейтронов из урана-238 нарабатываются изотопы плутония, которые могут быть извлечены из топлива и использованы для изготовления ядерных боеприпасов.
Изготовители считают, что промышленный детектор антинейтрино может стать надежным дополнительным инструментом МАГАТЭ (межправительственное Международное агентство по атомной энергии) для решения задачи нераспространения делящихся материалов.
С реализацией и последующим внедрением промышленного детектора антинейтрино в технологический цикл работы атомной станции у агентства появится возможность постоянного контроля в реальном времени за использованием делящихся материалов. В свою очередь, государство будет иметь независимые данные, показывающие, что материалы применяются по назначению в соответствии с подписанным соглашением с МАГАТЭ.
«Все компоненты и детали первого промышленного детектора антинейтрино планируется изготовить к первой половине 2014 года. Сборка и тестирование детектора, измерение его физических характеристик займет весь 2014 год. Следующим этапом будет планирование и проведение демонстрационного эксперимента на атомной станции», — сообщил Александр Чепурнов.
По сообщению НИИЯФ МГУ