بررسی از راه دور راکتورهای هسته‌ای با کمک ذرات درون اتمی

به گزارش قائم آنلاین، به نقل از فیز، شاید فرآیند بررسی جریان ذرات وابسته به پدیده‌های درون اتمی موسوم به “آنتی‌نوترینوها”(antineutrinos) در راکتورهای هسته‌ای، بتواند امکان بررسی مداوم از راه دور را برای شناسایی تغییراتی که ممکن است در مواد هسته‌ای رخ دهند، فراهم کند. این بررسی را می‌توان بیرون از محفظه راکتور نیز انجام داد و شاید این فناوری، حساسیت کافی را برای شناسایی یک واحد سوخت داشته باشد.

شاید این روش که می‌تواند با راکتورهای آب تحت فشار کنونی مورد استفاده قرار گیرد، بتواند دیگر روش‌های بررسی را کامل کند. کاربرد احتمالی روش بررسی آنتی‌نوترینو برای راکتورهای کنونی و راکتورهای آینده، طی شبیه‌سازی‌های گسترده پژوهشگران “موسسه فناوری جورجیا” (Georgia Tech) مورد تایید قرار گرفت.

“آنا اریکسون”(Anna Erickson)، استادیار موسسه فناوری جورجیا و از پژوهشگران این پروژه گفت: ردیاب‌های آنتی‌نوترینو، راه حلی برای تایید رخدادهای درون راکتور هسته‌ای در دنیای واقعی ارائه می‌دهند. آنتی‌نوترینوها قابل مخفی کردن نیستند؛ در نتیجه اگر یک ایالت تصمیم بگیرد از آنها برای اهداف منفی استفاده کند، تغییرات ایجاد شده در عملکرد راکتور، قابل مخفی کردن نخواهند بود.

آنتی‌نوترینوها، ذرات ریزاتمی ابتدایی با حجم بسیار کم هستند و هیچ بار الکتریکی ندارند. این ذرات، قابلیت گذشتن از اطراف هسته راکتور هسته‌ای را که در آنجا به عنوان بخشی از فرآیند شکافت هسته‌ای تولید می‌شوند، دارند. تغییرات پی در پی آنتی‌نوترینوها که در یک راکتور هسته‌ای صورت می‌گیرند، به نوع مواد حاضر در فرآیند شکافت هسته‌ای و سطح نیرویی که راکتور در آن عمل می‌کند، بستگی دارند.

اریکسون ادامه داد: راکتورهای هسته‌ای قدیمی در پی جذب “اورانیوم ۲۳۸” (uranium 238) از نوترون‌ها، “پلوتونیم ۲۳۹” (plutonium 239) را به آرامی در هسته خود تولید می‌کنند و واکنش شکافت هسته‌ای را از اورانیوم ۲۳۸ به پلوتونیم ۲۳۹ تغییر می‌دهند. ما می‌توانیم این فرآیند را به مرور زمان در تغییرات پیش آمده در انتشار آنتی‌نوترینوها ببینیم. اگر این سوخت با هدف تولید سلاح هسته‌ای تغییر کند، ما می‌توانیم با کمک ردیابی که تغییر در نشانه‌ها را بررسی می‌کند، حتی تغییرات کوچک را تشخیص دهیم.

وی افزود: نشانه‌های مبتنی بر آنتی‌نوترینوها می‌توانند مانند اسکن شبکیه منحصر به فرد باشند و نحوه تغییر نشانه‌ها نیز به مرور زمان و با استفاده از شبیه‌سازی، قابل پیش‌بینی خواهند بود. پس از این مرحله، باید آنچه دیده‌ایم را با کمک یک ردیاب آنتی‌نوترینو با آنچه انتظار دیدنش را داریم، مطابقت دهیم.

پژوهشگران برای ارزیابی قابلیت‌های ردیاب‌های آنتی‌نوترینو، از شبیه‌سازی رایانه‌ای استفاده کردند.

اریکسون اضافه کرد: ما باید برای شناسایی آنتی‌نوترینوهای راکتور هسته‌ای، میزان انرژی، مکان و زمان را اندازه‌گیری کنیم. شناسایی آنتی‌نوترینوها، کار دشواری است و ما نمی‌توانیم آن را مستقیما انجام دهیم زیرا این ذرات، شانس بسیار کمی برای تعامل با هسته هیدروژنی دارند.

راکتورهای هسته‌ای کنونی که برای تولید نیرو به کار می‌روند، باید مرتب سوختگیری شوند و این کار، به بازرسی توسط انسان نیاز دارد اما شاید نسل آینده راکتورهای هسته‌ای بتوانند عملکرد خود را تا ۳۰ سال بدون سوختگیری انجام دهند. شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای پژوهشگران موسسه فناوری جورجیا نشان داد می‌توان راکتورهایی که با سدیم خنک می‌شوند را با کمک ردیاب‌های آنتی‌نوترینو بررسی کرد و به نشانه‌های آنها پی برد.

یکی از چالش‌هایی که پژوهشگران در این زمینه با آن مواجه هستند، کاهش اندازه ردیاب‌های آنتی‌نوترینو است تا به ابزاری قابل حمل برای به کار رفتن در راکتور هسته‌ای تبدیل شوند. پژوهشگران قصد دارند جهت‌دهی ردیاب‌ها را نیز بهبود بخشند تا تمرکز آنها را روی انتشارات راکتور نگه دارند و توانایی آنها را برای تشخیص تغییرات حتی تغییرات کوچک افزایش دهند.