В России создали прибор для диагностики ядерных угроз

Главное на любой АЭС — реактор, в котором происходит ядерная реакция, сопровождающаяся выделением энергии. Для надежной и безопасной работы атомной электростанции в нем нужно контролировать температуру, скорость распада ядер, а также равномерность сгорания топлива и т. д.

Однако продукты деления очень радиоактивны, а температура в активной зоне настолько высокая, что датчики не выдерживают ее. Имеющаяся в распоряжении аппаратура измерения нейтронного потока дает информацию только об общей мощности реактора.

Для дистанционных наблюдений за тем, что происходит в нем, отлично подходят нейтрино — это элементарные частицы, которые не взаимодействуют с веществом, в связи с чем они легко проникают сквозь любую защиту. Во Вселенной нейтрино много. Они образуются при взрывах сверхновых, в ядерных реакциях в недрах Солнца и Земли, а также в реакторах атомных электростанций.

При этом нейтринные потоки от реакторов очень слабые, а у самих частиц, в отличие от космических нейтрино, низкая энергия. Детекторы, которые сейчас установлены на многих АЭС, регистрируют только единичные события, а по ним невозможно отслеживать ситуацию в реакторах. К тому же они очень большие и могут весить десятки тонн.

Группа ученых из МИФИ применила новый подход, что позволило ей создать уникальный по чувствительности и одновременно компактный прибор. Он получил название РЭД-100 — российский эмиссионный детектор на 100 условных литров рабочего вещества.

Детекторы нейтрино представляют собой емкости с жидким ксеноном. Каждое столкновение этой элементарной частицы с ядром атома ксенона порождает электроны — 1 или 2, а это очень мало.

В 73-м году прошлого столетия американский физик Дэвид Фридман теоретически предсказал квантово-механический эффект упругого когерентного рассеяния нейтрино (УКРН) на атомных ядрах. При этом низкоэнергетические нейтрино, подобные тем, что рождаются в ядерных реакторах, обладают свойствами волны, а ее длину можно сравнить с размерами тяжелых атомных ядер, поэтому они могут взаимодействовать со всеми их нуклонами, то есть протонами и нейтронами. К тому же вероятность обнаружения неуловимых частиц увеличивается на несколько порядков.

В 2017 году эффект УКРН подтвердили на протонном ускорителе SNS в Окриджской национальной лаборатории США. Этим занимались ученые из коллаборации COHERENT. Нашу страну в данном проекте представляли сотрудники межкафедральной лаборатории экспериментальной ядерной физики (МЛЭЯФ) МИФИ, где как раз и был создан РЭД-100.

За основу специалисты взяли разработки, выполненные в 70-80-х годах прошлого столетия в Московском инженерно-физическом институте под руководством профессора Бориса Долгошеина. Идея была в том, чтобы с помощью электрического поля «вытягивать» образовавшиеся электроны из жидкой фракции ксенона в газообразную, в которой они, дрейфуя в сильном электрическом поле, вызывают свечение газа. В процессе электролюминесценции каждый из них рождает тысячи фотонов, а их в свою очередь гораздо проще зарегистрировать, чем сам электрон. Ксенон в РЭД-100 находится в жидком и газообразном состояниях, поэтому в названии прибора есть слово «двухфазный».

Заведующий МЛЭЯФ и один из создателей детектора, доктор физико-математических наук Александр Болоздыня в разговоре с РИА Новости отметил, что при регистрации реакторных нейтрино возникают большие проблемы. У них очень маленькая энергия, а возникающие сигналы чрезвычайно слабые, так как они состоят из отдельных электронов. Преимущество двухфазного эмиссионного метода заключается в возможности детектирования предельно малой ионизации. Другие известные сейчас методы не позволяют этого сделать.

Ранее научный руководитель Института космической политики Иван Моисеев заявил, что наша страна увеличит свое влияние в космосе, расширив орбитальную группировку. Для этого России даже не нужна помощь Запада, который уже стал жертвой своих санкций.