Французские ученые предложили план по обнаружению скрытых ядерных реакторов у «подозрительных» государств — с помощью детекторов антинейтрино.
Тайное становится явным: Нейтрино-шпионаж
Внутри японского нейтринного детектора Kamiokande

Контроль над распространением ядерных технологий — одна из серьезнейших проблем, стоящих сегодня перед мировым сообществом. В принципе, эта деятельность относится к ведомству Международного агентства по атомной энергии (IAEA), но даже для этого объединения, включающего представителей самых развитых государств, осуществлять эффективный мониторинг в некоторых закрытых странах оказывается крайне затруднительным. Неудивительно, что в IEAE ведут постоянный поиск новых технологий, позволяющих обнаруживать на расстоянии скрытые от посторонних глаз ядерные реакторы и отслеживать их работу.

Подобные средства можно разделить на две группы — детекторы для одних требуется разместить на расстоянии хотя бы нескольких десятков метров от реактора, другие же работают на более дальних дистанциях. И, конечно, именно последний вариант выглядит наиболее предпочтительным. Совершенно новый подход к этому предложили недавно атомщики во главе с Тьерри Ласером (Thierry Lasserre). Но чтобы разобраться в нем, придется вспомнить немного теории.

Реакция ядерного распада является мощным источником антинейтрино. Реактор производительностью порядка гигаватт ежесекундно производит порядка 1021 этих частиц и, если мы найдем способ их улавливать, он будет «светиться» поярче новогодней елки.

Проблема в том, что антинейтрино крайне слабо взаимодействуют с обычными частицами — фактически, они участвуют только в слабом и гравитационном взаимодействиях. Если учесть, что они обладают чрезвычайно малой даже для элементарной частицы массой, и что слабое взаимодействие проявляется лишь на чрезвычайно малых расстояниях, можно понять, что детектирование антинейтрино остается крайне непростой задачей. Непростой — однако вполне разрешимой.

Как правило, нейтринные детекторы представляют собой огромные емкости, заполненные водой особо высокой чистоты (подробнее читайте в заметке «Ловец неуловимых»). Проходя сквозь нее, редкие частицы, все же, сталкиваются лоб в лоб с протонами молекул воды, порождая позитрон и нейтрон. Позитрон, в свою очередь, в результате эффекта Черенкова создает свечение, которое способны обнаружить многочисленные фотодатчики, установленные тут же. В теории, вопрос состоит только в объеме заполненного водой детектора: достаточно крупный способен обнаружить сигнал, исходящий от любого самого хорошо скрытого ядерного реактора.

Однако и тут имеется сложность. Анализируя полученные таким детектором данные, ученые должны уметь отделять сигнал от фонового шума, что в данном случае крайне непросто. Источников нейтрино (и антинейтрино) в мире имеется огромное количество. Это могут быть не только вполне официально работающие атомные реакторы, но и естественные радиоактивные процессы, протекающие в земной породе, и далекие космические объекты.

Впрочем, Тьерри Ласер с коллегами полагают, что им удалось решить эту задачу. Они предлагают поступить следующим образом. Взять отработавший свое нефтяной супертанкер огромной вместимости — и превратить его в плавучий детектор нейтрино, установив массу фотодатчиков и заполнив 1034 протонов в виде 138 тысяч тонн линейного алкилбензола. Танкер, названный SNIF (Secret Neutrino Interactions Finder), можно будет по мере надобности подгонять поближе к побережью «подозрительного» государства и временно погружать в воду, на глубину порядка 4 км. Отсюда он будет вести наблюдение за несанкционированной активностью антинейтрино. Ученые даже подсчитали, как должен выглядеть при этом фоновый шум — и как на его фоне должен проявляться подозрительный сигнал, в зависимости от того, где может располагаться скрытый реактор.

Стоит заметить, что и сами авторы проекта соглашаются, что его реализация может столкнуться с «серьезными практическими, политическими и технологическими трудностями». Увидим ли мы его когда-нибудь в деле? Думается, все-таки, вряд ли.

Увлекательный рассказ о нейтрино, их поисках и исследованиях читайте в статье «Частица-призрак».

По публикации physics arXiv blog